루프 안테나

시리즈의 일부
안테나
일반형 쌍극자 프랙탈 고리 모노폴 위성접시 텔레비전 채찍.
구성 요소들 발룬 블록업컨버터 동축케이블 대척점(접지계) 먹이다 급전선 저소음 블록 다운 컨버터 패시브 라디에이터 수신기 로테이터 스텁 송신기 튜너 쌍심
시스템들 안테나팜 아마추어 라디오 셀룰러 네트워크 핫스팟 시내 무선망 라디오 라디오 마스트와 타워 와이파이 무선
안전 및 규제 무선 장치 방사선 및 상태 무선 전자기기 및 상태 국제전기통신연합 (라디오 규정) 세계전파통신회의
방사선원/영역 보어라이트 초점운 지상면 주엽 근거리 및 원거리 필드 측엽 수직면
특성. 배열 이득 지향성 효율성. 전기장 등가 반지름 인자 프리스 전송 방정식 얻다 높이 방사패턴 복사저항 전파전파 전파 스펙트럼 신호대잡음비 스퓨리어스 방출
기술 빔 스티어링 빔 틸트 빔포밍 소세포 벨 연구소 레이어드 시공간(BLAST) MIMO(Massive Multiple Input Multiple Output) 재구성 스펙트럼 확산 광대역 우주 사업부 다중접속(WSDMA)
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루프 안테나(loop antenna)는 와이어, 튜브 또는 기타 전기 도체의 루프 또는 코일로 구성된 라디오 안테나로, 일반적으로 균형 잡힌 전원에 의해 전송되거나 균형 잡힌 부하를 수신하기 위해 제공됩니다. 이 물리적 설명에는 두 가지(아마도 세 가지)의 구별되는 유형이 있습니다.

• 대형 루프 안테나(또는 자체 공진 루프 안테나 또는 전파 루프)는 동작 주파수에서 하나 이상의 전체 파장에 가까운 둘레를 가지므로 해당 주파수에서 자체^[a] 공진합니다. 송신과 수신 모두에 대해 모든 안테나 유형 중 가장 효율적입니다. 대형 루프 안테나는 첫 번째 전파 공진에서 루프의^[b] 평면에 수직인 양방향으로 정점을 이루는 두 개의 루프 방사 패턴을 가지고 있습니다.

• 헤일로 안테나는 원형 루프로 구부러진 단축 쌍극자로, 끝이 그다지 닿지 않습니다. 어떤 작가들은 그것들을 루프 안테나에서 제외하기를 선호합니다. 왜냐하면 그것들은 구부러진 쌍극자로 잘 이해될 수 있기 때문입니다. 다른 작가들은 큰 루프와 작은 루프 사이의 중간 범주 또는 작은 루프의 극단적인 상한을 만듭니다. 헤일로 안테나의 형태와 성능은 소형 루프와 매우 유사하며, 자체 공진과 훨씬 더 높은 방사선 저항으로 구분됩니다. (아래 토론 참조)

• 소형 루프 안테나(또는 자기 루프 또는 튜닝 루프)는 작동 파장의 절반보다 작은 둘레를 갖습니다(일반적으로 다음과 같습니다). 1 /3~ 1 /4wave). 주로 수신 안테나로 사용되지만 효율이 떨어짐에도 불구하고 전송에 사용되는 경우도 있습니다. 1/10 파장 이하의 둘레를 갖는 루프는 매우 비효율적이어서 전송에 거의 사용되지 않습니다.^[c] 소형 루프의 일반적인 예로는 대부분의 AM 방송 라디오에 사용되는 페라이트(루프스틱) 안테나가 있습니다.^[d] 소형 루프 안테나의 방사 패턴은 루프의 평면 내 방향에서 최대이므로 대형 루프의 최대치에 수직입니다.

대형 자체 공진 루프 안테나

이 섹션에서 큰 루프에 대한 설명을 위해 라디오의 동작 주파수는 루프 안테나의 첫 번째 공진에 맞춰 조정되는 것으로 가정합니다. 이 주파수에서 전체 자유 공간 파장은 루프의 둘레보다 약간 작으며, 이는 "큰" 루프가 가질 수 있는 가장 작은 값입니다.^[2]

소위 "단파" 주파수를 위한 자체 공진 루프 안테나는 상대적으로 크기가 크고, 둘레가 의도된 동작 파장보다 약간 크므로 최대 약 175ft(53m) 사이의 원형 루프 직경의 경우 약 1.8MHz입니다. 더 높은 주파수에서는 크기가 더 작아져서 30MHz에서 직경이 약 11피트(3.4m)까지 떨어집니다.

대형 루프 안테나는 평행한 전선이 갈라져 타원형이나 다각형 모양으로 벌어진 접힌 쌍극자로 생각할 수 있습니다. 고리의 모양은 원, 삼각형, 사각형, 직사각형, 또는 사실 닫힌 다각형일 수 있지만 공명을 위해서는 고리 둘레가 파장보다 약간 커야 합니다.^[2]

모양.

루프 안테나는 전체 둘레가 하나 이상의 파장을 허용하는 원형, 정사각형 또는 다른 닫힌 기하학적 형태일 수 있습니다. 아마추어 라디오에서 가장 일반적인 모양은 쿼드 안테나 또는 "쿼드"로 사각형 모양의 자체 공진 루프로 지지하는 '×' 모양의 프레임에 걸쳐 연결된 와이어로 구성될 수 있습니다. 하나 이상의 추가 루프가 '기생충' 디렉터 및/또는 반사기 요소로서 첫 번째에 병렬로 적층되어 각각의 추가 기생 요소에 따라 증가하는 이득을 갖는 단방향 안테나 어레이를 생성할 수 있습니다. 이 디자인은 '+' 모양의 프레임에 지원되는 다이아몬드 모양으로 45도 회전할 수도 있습니다. 삼각 루프('△')는 단일 마스트에서 지지할 수 있기 때문에 수직 루프에도 사용되었습니다. 너비보다 두 배 높은 직사각형은 약간 증가된 이득을 얻으며 단일 요소로 사용되는 경우 ω와 직접 일치합니다.

다이폴 안테나와 달리, 공진 루프 안테나의 편광은 루프 자체의 방향으로부터 명확하지 않지만, 그 공급점의 배치에 의존합니다.^[e] 수직으로 배향된 루프가 하단에 공급되면 방사선이 수평으로 편광되고 측면에서 공급되면 방사선이 수직으로 편광됩니다.

방사패턴

첫 번째 공진 루프 안테나의 방사 패턴은 루프의 평면에 대해 직각으로 최대치를 나타냅니다. 주파수가 두 번째와 세 번째 공진으로 진행됨에 따라 수직 복사가 사라지고 루프의 평면 근처에서 강한 로브가 발생합니다.^{[3](p 235)}

낮은 단파 주파수에서 전체 루프는 물리적으로 매우 크며, 유일한 실용적인 설치는 "누워져 평평하게" 있으며, 루프의 평면은 지면과 수평이고 안테나 와이어는 둘레를 따라 마스트에 의해 동일한 비교적 낮은 높이에서 지지됩니다.^[2] 이로 인해 최저 고조파에 가까운 수직 방향으로 정점을 이루는 수평 편광 방사선이 생성됩니다. 이러한 패턴은 지역 NVIS 통신에 유용하지만 불행히도 대륙 규모 접촉에는 일반적으로 유용하지 않습니다.

약 10MHz 이상의 루프는 직경이 약 10미터이며, 메인 빔을 수평으로 향하게 하기 위해 루프의 평면과 수직으로 "스탠딩 업"(standing up)으로 장착하는 것이 더 실용적입니다. 주파수가 충분히 높으면 루프가 안테나 회전기에 부착되어 원하는 방향으로 회전할 수 있을 정도로 충분히 작을 수 있습니다. 수직 대형 루프는 다이폴이나 접힌 다이폴에 비해 하늘이나 땅을 향해 방사되는 전력을 덜 낭비하여 두 가지 선호되는 수평 방향에서 약 1.5dB 더 높은 이득을 가져옵니다.

추가적인 이득(및 단방향 방사 패턴)은 일반적으로 구동되는 엔드파이어 어레이 또는 야기 구성과 같은 요소의 배열로 얻어집니다. 단 하나의 루프만 피드라인에 의해 구동되고 나머지 모든 루프는 "기생" 반사기 및 디렉터입니다. 후자는 "쿼드(quad)" 구성의 아마추어 라디오에서 널리 사용됩니다(사진 참조).

로컬 NVIS 통신에는 저주파 1파장 루프 "누운 상태"가 사용되기도 합니다. 이것은 때때로 게으른 쿼드라고 불립니다. 방사선 패턴은 단일 로브가 곧게 펴진 형태로 이루어져 있습니다. (흡수되지 않은 지면을 향해 방사선이 다시 위쪽으로 반사됩니다.) 방사선 패턴, 특히 입력 임피던스는 지면과의 근접성에 의해 영향을 받습니다.

더 높은 주파수를 공급하는 경우 안테나 입력 임피던스는 일반적으로 반응 부품과 다른 저항 성분을 포함하므로 안테나 튜너를 사용해야 합니다. 방사 패턴은 제1 고조파 위에서 주파수가 증가함에 따라 여러 로브로 분해되며, 이는 루프의 제2 고조파보다 훨씬 높은 주파수에 대한 장거리 통신을 개선하는 것입니다.

헤일로 안테나

헤일로 안테나는 흔히 원형으로 구부러진 반파 쌍극자 안테나로 설명됩니다. 구부러진 쌍극자로 분류될 수 있지만, 전방향 방사 패턴은 작은 고리와 거의 비슷합니다. 헤일로는 방사선 저항이 불균형적으로 큰 원주 1/2파의 더 큰 안테나이기 때문에 작은 루프보다 더 효율적입니다.^[f] 헤일로는 방사선 저항이 훨씬 크기 때문에 50 Ohm 동축 케이블과 좋은 임피던스 일치를 보이며, 제조업체가 정상적인 도체 및 접촉 저항의 손실을 방지하기 위해 극단적인 주의를 기울이지 않아도 되기 때문에 작은 루프보다 구조가 덜 까다롭습니다.^[4]

1/2파에서 헤일로 안테나는 "작은" 루프에 대한 크기 범위의 극단적인 한계에 가깝거나 한계에 있지만 대부분의 오버사이즈 작은 루프와 달리 구부러진 쌍극자로 취급하여 간단한 기술로 분석할 수 있습니다.

실용화

VHF 대역 이상에서는 헤일로의 물리적 직경이 모바일 안테나로 효과적으로 사용될 수 있을 정도로 작습니다.

수평 후광의 수평 방사 패턴은 거의 전방향(3dB 이내)이며 루프를 약간 작게 만들고 요소 팁 사이에 더 많은 정전용량을 추가하여 균등화할 수 있습니다. 이는 증가분을 상쇄할 뿐만 아니라, VHF의 경우 일반적으로 낭비되는 상승 방사선(우주로 방사됨)을 감소시킬 것입니다.

할로는 모노폴 및 다이폴보다 가까운 곳에서 발생하는 전기 스파크 간섭을 덜 감지합니다(예: 차량에서 발생하는 점화 소음).^[5]

전기분석

표면적으로 다른 외관을 가지고 있지만 헤일로 안테나는 원형으로 구부러진 쌍극자(고전압과 전류가 0인 반파 방사 부분도 있음)로 편리하게 분석할 수 있습니다. 단순히 쌍극자 결과를 사용하면 계산이 크게 간소화되며 대부분의 속성은 헤일로와 동일합니다. 헤일로 성능은 유사하고 중간 크기의 "작은" 전송 루프에 사용되는 기술로도 모델링할 수 있지만, 간결성을 위해 루프 안테나에 대한 소개 기사에서는 이러한 복잡한 분석을 생략하는 경우가 많습니다.

후광의 틈

일부 작성자는 양 끝 사이에 DC 연결이 없기 때문에 작은 루프 안테나와 구별하기 위해 헤일로 안테나 루프의 간격을 잘못 고려합니다. 그러나 RF에서는 그 구별이 손실됩니다. 밀착된 고전압 끝단은 용량 결합되고 RF 전류는 변위 전류로서 갭을 가로지릅니다. 후광의 간격은 작은 루프의 튜닝 커패시터와 전기적으로 동일하지만, 관련된 부수적인 정전 용량은 거의 크지 않습니다.^[g]

작은 루프

작은 루프는 작동 파장에 비해 "작은" 것입니다. 대형 루프 안테나의 패턴과는 달리, 소형 루프의 수신 및 방사 강도는 루프 평면 내부에서 폭이 넓지 않고(직각) 최대가 됩니다.^{[3]: 235}

동작 파장보다 물리적으로 훨씬 작은 모든 안테나와 마찬가지로 소형 루프 안테나는 복사 저항이 작아 오믹 손실에 의해 왜소해져 안테나 효율이 떨어집니다. 따라서 이들은 주로 더 낮은 주파수(수십에서 수백 미터의 파장)의 수신 안테나로 사용됩니다. 짧은 다이폴 안테나처럼 방사 저항이 작습니다. 복사 저항 ${\displaystyle {\mathsf{Rad}}_{}}$ $displaystyle \R_{\mathsf {rad}}\}$은 면적의 제곱에 비례합니다$$.

${\displaystyle R_{\mathsf {rad}}\약 31.2{\mathsf {\k\Omega \}}\left({\frac {\N\A\}{\lambda ^{2}}\right)^{2}}$

여기서 A는 고리로 둘러싸인 영역, λ은 파장, N은 고리를 둘러싼 전도체의 회전수입니다.

선형 안테나보다 지수가 높기 때문에(루프 면적 제곱 ≈에서 4번째 전력, 대 다이폴 & 모노폴 길이 제곱 = 2번째 전력) 크기가 감소한 R의 감소는 더 극단적입니다. 다중 턴을 사용하여 방사선 저항 R을_rad 증가시키는 능력은 각 쌍극자 암("접힌 쌍극자")에 대해 두 개 이상의 평행선으로 쌍극자를 만드는 것과 유사합니다.

소형 루프는 10MHz 이하의 주파수에서 수신 안테나로서의 장점이 있습니다.^[7] 작은 루프의 손실은 클 수 있지만 신호와 잡음 모두에 동일한 손실이 적용되므로 수신 잡음이 수신기-내부 잡음이 아닌 대기 잡음 및 정적 잡음에 의해 지배되는 이러한 낮은 주파수에서 작은 루프의 수신 신호 대 잡음비가 발생하지 않을 수 있습니다. 더 작은 안테나를 더 관리적으로 회전하는 기능은 신호를 최대화하고 간섭을 거부하는 데 도움이 될 수 있습니다. 루프 암의 파손된 차폐를 추가하고 둘레를 1/10 파장(또는 최대 1/4파) 정도로 유지하는 등 작은 수신 루프의 널 방향이 "날카로운" 것을 보장하기 위해 여러 가지 구성 기술이 사용됩니다. 대신 작은 전송 루프의 경계는 일반적으로 낮은 효율성을 최대한 활용하기 위해 가능한 한 큰 크기로 만들어집니다. 하지만 그렇게 하면 급격한 널(null)이 희생되지만, 일반적으로 낮은 효율성을 최대한 활용할 수 있습니다.

소형 루프 안테나는 전기적으로 작은 수신 루프의 응답이 루프를 통한 자속의 변화율에 비례하기 때문에 자기 루프라고도^{[citation needed]} 합니다.^[8] 더 높은 주파수(또는 더 짧은 파장)에서 안테나가 더 이상 전기적으로 작지 않으면 루프를 통한 전류 분포가 더 이상 균일하지 않을 수 있으며 응답과 입사 필드 사이의 관계가 더 복잡해집니다.^[8] 전송의 경우 전기적으로 작은 루프에서 생성되는 필드는 축이 루프의 평면에 수직인 "무한 극 자기 쌍극자"^{[3]: 235} 와 동일합니다.

작은 루프의 특성은 복사 저항이 낮기 때문에 풀 사이즈 안테나보다 집중적으로 최적화되는 경향이 있으며, 전송에 최적화된 특성은 수신에 대한 특성과 완전히 동일하지 않습니다. 풀 사이즈 안테나의 경우, 송신과 수신 사이의 상호성은 일반적으로 구별을 중요하게 하지 않지만, 수신에 중요한 몇몇 RF 속성들이 송신을 위한 것들과 다르기 때문에, 특히 약 10~20 MHz 미만에서 수신을 목적으로 하는 작은 루프들은 작은 송신 루프들과 약간의 차이가 있습니다. 많은 의견이 두 가지에 모두 적용되지만 다음 두 가지 하위 섹션에서 별도로 논의됩니다.

소형 수신 루프

루프 안테나의 둘레가 의도된 동작 파장(예를 들어 파장의 1/8 ~ 1/100)보다 훨씬 작으면 안테나를 소형 루프 안테나라고 하며, 이 작은 루프는 거의 항상 수신에만 사용됩니다. 수신 전력을 포함한 여러 성능 요소는 루프의 면적에 비례하여 확장됩니다. 주어진 루프 영역의 경우, 둘레가 원형인 경우 도체의 길이(따라서 순손실 저항)가 최소화되어 작은 루프에 최적인 원형이 됩니다. 소형 수신 루프는 일반적으로 인간이 만든 자연 대기 소음이 지배적인 3MHz 이하에서 사용됩니다. 따라서 수신 신호의 신호 대 잡음비는 루프가 과도하게 작지 않은 한 낮은 효율에 의해 악영향을 받지 않습니다.

"에어 센터"가 있는 수신 루프의 일반적인 직경은 30에서 100cm 사이입니다. 크기를 크게 줄이면서도 루프 내 자기장을 증가시켜 효율성을 높이기 위해 와이어 코일을 페라이트 막대 자기 코어에 감는 경우가 많습니다. 이를 페라이트 루프 안테나라고 합니다. 이러한 페라이트 루프 안테나는 AM 대역용 안테나가 방해 금속 자동차 섀시 외부에 있어야 하기 때문에 자동차 라디오를 제외한 거의 모든 AM 방송 수신기에 사용됩니다.^{[citation needed]}

또한 소형 루프 안테나는 루프 축을 따라 매우 선명한 "널(null)"로 인해 라디오 방향 찾기에도 인기가 있습니다. 루프 축이 송신기를 직접 겨냥하면 타겟 신호가 갑자기 사라집니다.^[9]

작은 루프의 복사 저항 R은_rad 일반적으로 루프를 구성하는 도체로 인해 손실 저항 R보다_ℓoss 훨씬 작으며, 이로 인해 안테나 효율이 저하됩니다.^[h] 결과적으로, 작은 루프 안테나로 전달되는 전력의 대부분은 유용한 작업을 하는 것이 아니라 손실 저항에 의해 열로 변환될 것입니다.

전력 낭비는 송신 안테나의 경우 바람직하지 않지만, 수신 안테나의 경우 약 15MHz 미만의 주파수에서 비효율성은 중요하지 않습니다. 이러한 낮은 주파수에서, 대기 잡음(정적 잡음) 및 인공 잡음(무선 주파수 간섭) 심지어 비효율적인 안테나로부터의 약한 신호도 무선 수신기 자체의 회로에서 발생하는 내부 열 또는 존슨 잡음보다 훨씬 더 강합니다. 따라서 신호 대 잡음비를 낮추지 않고 루프 안테나의 약한 신호를 증폭할 수 있습니다.^[10]

예를 들어, 1 MHz에서 사람이 만든 소음은 열 소음 바닥보다 55 dB 높을 수 있습니다. 작은 루프 안테나의 손실이 50dB(안테나에 50dB 감쇠기가 포함된 것처럼)인 경우 해당 안테나의 전기적 비효율성은 수신 시스템의 신호 대 잡음비에 거의 영향을 미치지 않습니다.

반면, 약 20MHz 이상의 더 조용한 주파수에서는 50dB의 손실을 갖는 안테나는 수신된 신호 대 잡음비를 최대 50dB까지 저하시킬 수 있으며, 이는 끔찍한 성능을 초래합니다.

방사패턴과 분극

놀랍게도 작은 고리의 복사 및 수신 패턴은 큰 자기 공명 고리(둘레가 한 파장에 가까운)의 복사 및 수신 패턴과 수직입니다. 고리가 파장보다 훨씬 작기 때문에 어느 순간의 전류는 원주를 중심으로 거의 일정합니다. 대칭성을 통해 루프의 반대쪽에 있는 루프 권선에서 유도된 전압은 수직 신호가 루프 축에 도달할 때 서로 상쇄된다는 것을 알 수 있습니다. 따라서 그 방향에는 널(null)^[11]이 있습니다. 대신 복사 패턴은 루프의 평면에 놓여 있는 방향으로 정점을 찍는데, 그 이유는 파동이 루프의 가까운 쪽과 먼 쪽에 도달하는 위상 차이 때문에 해당 평면의 소스로부터 수신된 신호가 상당히 상쇄되지 않기 때문입니다. 루프의 크기를 증가시켜 위상차를 증가시키면 방사선 저항과 그에 따른 안테나 효율이 불균형적으로 크게 증가합니다.

작은 고리를 안테나로 보는 또 다른 방법은 암페어의 법칙에 따라 단순히 코일의 평면에 수직인 방향으로 자기장에 대한 유도 코일 결합으로 간주하는 것입니다. 그런 다음 전파 전파가 해당 평면에 수직이라고 생각합니다. 자유 공간에 있는 전자파의 자기장(및 전기장)은 가로로 되어 있기 때문에(전파 방향의 성분이 없음), 이 자기장과 작은 루프 안테나의 자기장은 직각이므로 결합되지 않음을 알 수 있습니다. 같은 이유로, 루프의 평면 내에서 전파되는 전자기파는 자기장이 그 평면에 수직으로 코일의 자기장에 결합됩니다. 전파하는 전자기파의 가로방향 자기장과 전기장은 직각이므로, 이러한 파동의 전기장도 루프의 평면에 있으므로 안테나의 편광(자기장이 아닌 전기의 방향으로 항상 지정됨)이 해당 평면에 있다고 합니다.

따라서 수평 평면에 루프를 장착하면 수평으로 편광된 전방향 안테나가 생성됩니다. 루프를 수직으로 장착하면 수직으로 편광된 약한 방향 안테나가 생성되지만 루프 축을 따라 유난히 날카로운 널(null)이 있습니다.^[i] 둘레가 1/4파 이하인 루프를 선호하는 크기 기준은 루프의 수신 널의 선명도를 보장합니다. 전송용 소형 루프(아래 참조)는 한계 복사 저항을 개선하기 위해 가능한 한 크게 설계되어 1/3~1/2파만큼 큰 경계를 사용하여 날카로운 널을 희생합니다.

수신기 입력 튜닝

소형 루프 안테나는 기본적으로 코일이므로 전기 임피던스는 유도성이며 유도 리액턴스는 방사선 저항보다 훨씬 큽니다. 송신기 또는 수신기에 결합하기 위해 유도 리액턴스는 일반적으로 병렬 커패시턴스로 취소됩니다.^[j] 좋은 루프 안테나는 높은 Q 팩터(좁은 대역폭)를 가질 것이므로 커패시터는 가변적이어야 하며 수신기의 튜닝과 일치하도록 조정됩니다.

또한 소형 루프 수신 안테나는 거의 항상 병렬 플레이트 커패시터를 사용하여 공진하므로 수신이 협대역이며 매우 특정 주파수에만 민감합니다. 이를 통해 안테나는 (가변) 튜닝 커패시터와 함께 사전 선택기 대신 수신기의 프론트 엔드에 대한 튜닝된 입력 스테이지 역할을 수행할 수 있습니다.

작은 루프를 사용한 방향 찾기

루프 둘레가 약 1/4파 이하로 유지되는 한, 소형 루프 안테나의 방향 응답은 루프의 평면에 수직인 방향으로 날카로운 널(null)을 포함하므로, 소형 루프는 긴 파장에 대한 콤팩트한 무선 방향 찾기 안테나로 선호됩니다.

이 절차는 루프 안테나를 회전시켜 신호가 사라지는 방향인 "널" 방향을 찾는 것입니다. 널은 루프의 축을 따라 서로 반대되는 두 방향에서 발생하므로 "널링된" 신호가 안테나의 어느 쪽에 있는지 확인하기 위해 다른 수단을 사용해야 합니다. 한 가지 방법은 두 번째 위치에 있는 두 번째 루프 안테나에 의존하거나 수신기를 다른 위치로 이동하여 삼각측량에 의존하는 것입니다.

삼각측량 대신 두 번째 쌍극자 또는 수직 안테나를 루프 또는 루프스틱 안테나와 전기적으로 결합할 수 있습니다. 감지 안테나라고 불리는 두 번째 안테나를 연결하고 일치시키면 결합된 방사 패턴이 한 방향(덜 정밀한)으로만 널(null)인 심장형으로 바뀝니다. 감지 안테나를 사용하여 송신기의 일반적인 방향을 확인한 다음 감지 안테나를 분리하면 루프 안테나 패턴의 날카로운 널이 반환되어 정확한 베어링을 확인할 수 있습니다.

AM 방송수신안테나

소형 루프 안테나는 손실이 많고 전송에 비효율적이지만 파장 크기의 안테나가 심할 수 없는 중파(520~1710kHz) 이하의 방송 대역에서 실용적인 수신 안테나가 될 수 있으며, 대기 잡음이 많이 발생하여 안테나 비효율성은 무관합니다.

AM 방송 수신기(및 소비자 시장용 기타 저주파 라디오)는 일반적으로 소형 루프 안테나를 사용합니다. 심지어 FM 수신을 위해 텔레스코프 안테나가 부착될 수도 있습니다.^[12] 루프를 가로질러 연결된 가변 커패시터는 공진 회로를 형성하며, 이는 커패시터가 메인 튜닝을 추적할 때 수신기의 입력 스테이지도 튜닝합니다. 다중 대역 수신기는 루프 안테나를 매우 다른 주파수에서 튜닝하기 위해 루프 권선을 따라 탭 포인트를 포함할 수 있습니다.

20세기 중반에 페라이트가 발명되기 전에 만들어진 AM 라디오에서 안테나는 라디오의 후면 벽에 장착된 수십 개의 와이어(평면 헬리컬 안테나) 또는 와이어로 루프를 형성한 별도의 회전식 가구 크기의 랙(프레임 안테나)으로 구성될 수 있습니다.

페라이트

페라이트 루프 안테나는 페라이트 로드에 미세 와이어를 감아 만듭니다. AM 방송 수신기에는 거의 보편적으로 사용됩니다.^{[12](p 23)[d]} 이러한 유형의 안테나에 대한 다른 이름은 루프스틱, 페라이트 로드 안테나 또는 에어리얼, 페로수용체 또는 페로 안테나입니다. 종종 중파 및 더 낮은 단파 주파수에서 피부 효과 손실을 줄이기 위해 Litz 와이어를 권선에 사용합니다. 정교한 "바스켓 직조" 패턴이 모든 주파수에서 사용되어 루프 자체 공진이 작동 주파수보다 훨씬 높아지도록 코일의 권선 간 커패시턴스를 줄여 튜닝 커패시터와 함께 공진할 수 있는 전기 인덕터 역할을 하며 결과적으로 루프 Q 팩터를 향상시킵니다.

자기 투과성 코어를 포함하면 작은 루프의 복사 저항이 ^[1]증가하여 오믹 손실로 인한 비효율성이 완화됩니다. 모든 소형 안테나와 마찬가지로 이러한 안테나는 유효 면적에 비해 작습니다. 페라이트에 감긴 일반적인 AM 방송 라디오 루프 안테나는 (무손실) 이상적인 안테나가 약 억 배 더 큰 유효 면적을 갖는 주파수에서 단면적이 단지 1 cm² (0.16 sqin)에 불과할 수 있습니다. 페라이트 로드 안테나에서의 저항 손실을 고려하더라도, 그것의 유효 수신 면적은 루프의 물리적 면적을 100배 초과할 수 있습니다.^[13]

소형 송신 루프

작은 전송 루프는 전체 파장에 비해 "작지만" "작은" 수신 전용 루프보다 상당히 큽니다. 일반적으로 14~30MHz 사이의 주파수에서 사용됩니다. 수신 루프와 달리, 작은 송신 루프의 크기는 적절한 복사 저항을 유지하기 위해 더 긴 파장에 대해 스케일링되어야 하며, 크기가 더 크면 작은 수신 루프에서 발견되는 특히 날카로운 널(null)이 흐리거나 지워집니다.

크기, 모양, 효율성 및 패턴

전송 루프는 일반적으로 직경이 큰 도체를 한 번 돌리는 방식으로 구성됩니다. 일반적으로 원형 또는 팔각형으로 구성되어 특정 둘레에 대해 최대 밀폐 면적을 제공하므로 방사선 저항이 최대화됩니다. 이러한 루프의 크기가 작을수록 전체 크기의 자체 공진 루프의 탁월한 성능 ^[14]또는 모노폴, 다이폴 및 할로의 중간 효율보다 훨씬 덜 효율적이지만, 전체 파동 루프 또는 반파 쌍극자를 위한 공간을 사용할 수 없는 경우 작은 루프는 허용 가능한 통신을 제공할 수 있습니다.^[15][16]

파장의 둘레가 10% 이하인 소형 송신 루프 안테나는 전도체를 따라 비교적 일정한 전류 분포를 가질 것이고,^[1] 주엽은 루프의 평면에 있기 때문에 소형 수신 루프의 방사 패턴에 익숙한 강한 널(null)을 보여줄 것입니다. 둘레의 파장의 10%에서 30% 사이, 원주의 거의 정확하게 50% 사이의 크기의 루프를 만들고 직렬 커패시터를 사용하여 공진으로 조정할 수 있지만 전류가 균일하지 않으면 작은 루프의 패턴 널이 감소하거나 제거됩니다. 반파 미만의 원주에는 축전기가 필요하고 반파 이상의 루프와 전체파 미만의 루프에는 유도기가 필요합니다.

작은 송신 루프의 크기 범위에 있는 루프는 매우 작은 루프의 균일한 전류도 큰 루프의 정현파 전류도 없을 수 있으므로 작은 수신 루프나 전파 루프 안테나에 유용한 가정을 사용하여 분석할 수 없습니다. 성능은 NEC 분석을 통해 가장 잘 결정됩니다. 이 크기 범위 내의 안테나에는 헤일로(위 참조) 및 G0CWT(에진턴) 루프가 포함됩니다. 간결성을 위해 소형 루프 안테나에 대한 소개 기사에서는 원둘레가 1/10 파장보다 작은 루프로 논의를 제한하는 경우가 있습니다. 원둘레가 1/10보다 큰 루프의 경우 전체 루프 주위의 균일한 전류의 단순화 가정이 지속적으로 부정확해지기 때문입니다. 더 큰 후광은 또한 간단한 분석을 가지고 있기 때문에 중간 크기의 작은 루프 안테나와 복잡한 분석이 생략되는 경우가 많으며, 이로 인해 많은 안테나 구축업체들이 중간 크기의 루프로 성능을 얻을 수 있다는 것에 대해 잘 알고 있습니다.

육상 이동식 라디오 사용

수직으로 정렬된 작은 루프는 기존의 채찍 안테나와 달리 에너지를 위쪽으로 향하게 하는 능력 때문에 3~7 MHz 사이의 주파수에서 군용 육상 이동식 라디오에 사용됩니다. 이를 통해 산악 지역에서 최대 300km(190마일)까지 수직 발생 스카이웨이브(NVIS)에 가까운 통신이 가능합니다. NVIS의 경우 1W 이하의 방사 전력으로 신호 경로를 설정할 수 있으므로 100W 송신기를 사용할 경우 가능하므로 약 1%의 일반적인 방사 효율이 허용됩니다.

군사용 안테나는 직경 2.5~5cm(1~2인치)의 도체를 사용하여 제작할 수 있습니다. 루프 자체의 직경은 일반적으로 1.8m(6피트)입니다.

전력 제한 및 RF 안전성

송신 안테나로서 작은 루프의 한 가지 현실적인 문제는 작은 송신 루프가 매우 큰 전류를 통과할 뿐만 아니라, 단 몇 와트의 송신기 전력이 공급되어도 커패시터 전체에 걸쳐 매우 높은 전압(일반적으로 수천 볼트)을 갖는다는 것입니다. 루프(파장)가 작을수록 전압이 높아집니다. 이를 위해서는 유전 손실이 최소화될 뿐만 아니라 항복 전압이 큰 다소 비싸고 물리적으로 큰 공진 커패시터가 필요합니다(일반적으로 공기 갭 커패시터 또는 진공 가변 커패시터가 필요합니다).

루프의 직경을 크게 하면 갭 전압이 낮아질 뿐만 아니라 효율이 향상되지만 다른 모든 효율 향상은 갭 전압을 증가시키는 경향이 있습니다. 더 두꺼운 도체에서 루프를 만들어 효율을 높일 수 있습니다. 도체의 손실 저항을 낮추기 위한 다른 방법으로는 납땜 대신 용접 또는 브레이징이 있습니다. 그러나 손실 저항을 감소시키는 것은 안테나의 Q를 증가시키기 때문에 더 나은 효율의 결과는 루프의 갭에 있는 커패시터에 걸쳐 더 높은 전압입니다. 주어진 주파수에서 작은 작은 루프가 큰 작은 루프보다 더 위험하고, 반대로 비교적 효율적인 작은 전송 루프가 비효율적인 루프보다 더 위험합니다.

작은 루프의 용량성 부하로 인해 발생하는 RF 연소 및 충격 문제는 짧은 Whip 또는 Dipole 안테나의 유도 부하보다 더 심각합니다. 전기(선형) 안테나의 경우, 로딩 코일을 이용한 매칭도 안테나 단부에서 고전압을 발생시키고, 로딩 코일에서는 커패시터와 달리 코일의 길이를 따라 고전압 차이가 균등하게 분포됩니다. 그리고 예방책으로 보통 더 효율적인 뭉툭한 모양보다 더 길고 날씬하게 만들어집니다. 고전압은 일반적으로 연장된 코일 길이에 걸쳐 확산될 때 코일 상단에서만 문제가 되는 반면, 커패시터 플레이트의 고전압은 모든 플레이트 표면에서 최대입니다. 또한, 모노폴과 다이폴의 고전압 팁은 일반적으로 높은 곳에 장착되어 도달할 수 없는 거리에 있기 때문에 무선 주파수 화상의 기회가 제한됩니다. 반대로 소형 루프 안테나는 지면 가까이에 장착되는 것을 더 잘 견디기 때문에 고전압 부분이 쉽게 도달할 수 있는 경우가 더 많습니다. 따라서 높은 Q로부터의 높은 전압은 대부분의 다른 소형 안테나보다 작은 루프에서 더 큰 위협이 되고 매우 낮은 입력 전력에도 더 큰 주의를 요구합니다.

피더 루프

감마 매치(gamma match)와 같은 다른 일반적인 임피던스 매칭 기술 이외에도, 작은 수신 및 송신 루프는 메인 루프로 둘러싸인 영역 내부의 훨씬 더 작은 피더 루프에 공급 라인을 연결함으로써 임피던스가 매칭되는 경우가 있습니다. 그러면 송신기에 DC 전기적 연결이 없는 메인 루프가 남게 됩니다.^[16] 이 조합은 사실상 변압기로, 근거리 전력이 공급 루프에서 주 루프로 유도 결합되며, 자체가 공진 커패시터에 연결되어 대부분의 전력을 방사하는 역할을 합니다.

메인 루프와 피더 루프가 모두 단일 턴인 경우 중첩 루프의 임피던스 변환 비율은 두 루프의 면적 비율 또는 직경 비율의 제곱과 거의 정확히 일치합니다(동일한 모양이라고 가정할 때). 일반적인 피드 루프는 안테나 메인 루프의 1/8 ~ 1/5 크기로 각각 64:1 ~ 25:1의 변환 비율을 제공합니다. 피더 루프와 메인 루프의 근접성을 조정하고 형상을 왜곡하면 변환 비율이 작거나 중간 정도로 변경되며, 공급점 임피던스를 미세하게 조정할 수 있습니다. 다중 턴이 있는 메인 루프의 경우, 중파 주파수에 더 자주 사용되며, 피더 루프는 메인 루프의 턴과 동일한 프레임에서 한 번 또는 두 번 턴할 수 있으며, 이 경우 임피던스 변환 비율은 각 루프의 턴 수 비율의 제곱입니다.

루프형 안테나

일부 안테나는 루프와 매우 유사하지만 복사 원거리 전자기파를 송신하거나 수신하는 대신 1미터 또는 2미터(6.6미터)의 거리에 걸쳐 유도 근거리와 결합하도록 설계되었습니다.

LF 및 HF에서의 사용을 포함하여 유도 시스템을 위한 커플링 코일의 사용은 이 문서의 범위를 벗어납니다.

RFID 코일 및 유도 가열

유도 가열 시스템, 유도 조리용 스토브탑, RFID 태그 및 판독기는 모두 원거리 전파가 아닌 근거리 자기 유도에 의해 상호 작용합니다. 그래서 엄밀히 말하면 라디오 안테나가 아닙니다.

무선 안테나는 아니지만, 이러한 시스템은 무선 주파수에서 작동하며, 거래에서 "안테나"라고 불리는 작은 자기 코일을 사용합니다. 그러나 느슨하게 결합된 변압기의 권선과 유사한 것으로 더 유용하게 생각됩니다. 이러한 유도 시스템의 자기 코일은 때때로 위에서 논의한 작은 루프 안테나와 구별할 수 없는 것처럼 보이지만 이러한 장치는 단거리에서만 작동할 수 있으며 전파를 송신하거나 수신하지 않도록 특별히 설계되었습니다. 유도 가열 시스템 및 RFID 리더는 근거리 교류 자기장만을 사용하기 때문에 이 문서에서 설명하는 원거리 무선 안테나와 성능 기준이 다릅니다.

각주

참고문헌

외부 링크