안테나의 이중 편파

아래 그림은 특별한 경우에만 사용되는 단극의 다른 두 가지 경우인 +45° 편광과 -45° 편광을 보여줍니다. 이런 식으로 ***는 아래 그림과 같이 4개의 단극화를 갖습니다. 새로운 안테나는 수직 편파와 수평 편파 안테나를 결합하거나 +45° 편파와 -45° 편파 안테나를 결합하여 구성됩니다. ---이중 편파 안테나.

아래 그림은 두 개의 단일 편파 안테나를 함께 설치하여 이중 편파 안테나를 형성하는 것을 보여줍니다. 이중 편파 안테나에는 두 개의 커넥터가 있습니다.

이중 편파 안테나는 공간에서 서로 직교(직교)하는 두 개의 편파를 갖는 파동을 방사(또는 수신)합니다. 수직 편파는 수직 편파 특성을 갖는 안테나로 수신해야 하고, 수평 편파는 수평 편파 특성을 갖는 안테나로 수신해야 합니다. 우원편파는 우원편파 특성을 갖는 안테나로 수신되어야 하고, 좌원편파는 좌원편파 특성을 갖는 안테나로 수신되어야 합니다.

들어오는 파동의 편파 방향이 수신 안테나의 편파 방향과 일치하지 않으면 수신 신호가 작아집니다. 즉 편파 손실이 발생합니다. 예를 들어 +45° 편파 안테나를 사용하여 수직 편파 또는 수평 편파를 수신하는 경우 또는 수직 편파 안테나를 사용하여 +45° 편파 또는 -45° 편파를 수신하는 경우 편파 손실이 발생합니다. 선형 편파 안테나를 사용하여 선형 편파를 수신하거나 선형 편파 안테나를 사용하여 원형 편파 등을 수신하는 경우 편파 손실이 필연적으로 발생하여 들어오는 파동만 수신할 수 있습니다.

수직 편파 수신 안테나를 사용하여 수직 편파 수신 안테나를 사용하거나 오른손 원형 편파를 사용하는 등 수신 안테나의 편파 방향이 들어오는 파동의 편파 방향과 완전히 직교하는 경우 수신 안테나가 좌측 원형 편파의 수신파를 수신하면 안테나는 수신파의 에너지를 전혀 수신할 수 없습니다. 이 경우 편파 손실이 가장 크며, 이를 완전 편파 분리라고 합니다. "공진 주파수"와 "전기적 공명"은 안테나의 전기적 길이와 관련이 있습니다. 전기적 길이는 일반적으로 와이어의 물리적 길이를 자유 공간에서의 파동 전파 속도와 와이어 속도의 비율로 나눈 값입니다. 안테나의 전기적 길이는 일반적으로 파장으로 표현됩니다. 안테나는 일반적으로 특정 주파수에 맞춰져 있으며 이 공진 주파수를 중심으로 하는 주파수 대역에서 효과적입니다. 그러나 다른 안테나 매개변수(특히 방사 패턴 및 임피던스)는 주파수에 따라 달라지므로 안테나의 공진 주파수는 이러한 더 중요한 매개변수의 중심 주파수에만 가까울 수 있습니다.

안테나는 관심 있는 파장 성분의 일부인 길이에 해당하는 주파수에서 공진할 수 있습니다. 일부 안테나 설계에는 여러 공진 주파수가 있고 다른 설계에는 넓은 주파수 대역에 걸쳐 상대적으로 효과적입니다. 가장 일반적인 광대역 안테나는 대수 주기 안테나이지만 그 이득은 협대역 안테나의 이득보다 훨씬 작습니다. "이득"은 기준 안테나의 강도에 대한 안테나의 가장 강한 방사 방향의 안테나 방사 패턴 강도 비율의 로그를 나타냅니다. 기준 안테나가 전방향 안테나인 경우 이득은 dBi 단위입니다. 예를 들어, 다이폴 안테나의 이득은 2.14dBi입니다. 다이폴 안테나는 종종 기준 안테나로 사용되기도 하며(완벽한 무지향성 기준 안테나를 제작할 수 없기 때문입니다), 이 경우 안테나 이득은 dBd로 측정됩니다.

안테나 이득은 수동적 현상입니다. 안테나는 여기를 증가시키지 않고 단지 이를 재분배하여 전방향 안테나보다 특정 방향으로 더 많은 에너지를 방사합니다. 안테나가 일부 방향에서 양의 이득을 갖는 경우 안테나의 에너지 보존으로 인해 다른 방향의 이득은 음이 됩니다. 따라서 안테나가 달성할 수 있는 이득은 안테나의 적용 범위와 이득 사이에서 균형을 이루어야 합니다. 예를 들어, 우주선의 접시형 안테나의 이득은 매우 크지만 적용 범위가 매우 좁기 때문에 지구를 정확하게 겨냥해야 하는 반면, 방송 송신 안테나의 이득은 방사해야 하기 때문에 매우 작습니다. 모든 방향으로.

접시 안테나의 이득은 조리개(반사 영역), 안테나 반사 표면의 표면 정확도 및 전송/수신 주파수에 정비례합니다. 일반적으로 조리개가 클수록 이득이 커지고, 주파수가 높을수록 이득이 커집니다. 그러나 주파수가 높을수록 표면 정확도의 오류로 인해 이득이 크게 감소합니다.

"조리개"와 "방사 패턴"은 게인과 밀접한 관련이 있습니다. 조리개는 가장 높은 게인 방향의 "빔"의 단면 모양을 나타내며 2차원적입니다(간혹 조리개는 단면에 가까운 원의 반경 또는 빔 원뿔의 각도로 표현됨). 방사 패턴은 게인을 나타내는 3차원 다이어그램이지만 일반적으로 방사 패턴의 수평 및 수직 2차원 단면만 고려됩니다. 고이득 안테나 방사 패턴에는 종종 "사이드 로브"가 동반됩니다. 사이드 로브는 메인 로브(가장 높은 게인을 갖는 "빔") 이외의 이득이 있는 빔입니다.

사이드 로브는 레이더와 같은 시스템이 신호 방향을 결정해야 할 때 안테나 품질에 영향을 미치며 전력 분배로 인해 메인 로브 이득도 감소시킵니다.

이득이란 입력 전력이 동일하다는 조건에서 공간상의 동일한 지점에서 실제 안테나와 이상적인 방사 장치에서 발생하는 신호의 전력 밀도의 비율을 나타냅니다. 안테나가 집중된 입력 전력을 방사하는 정도를 정량적으로 설명합니다. 이득은 분명히 안테나 패턴과 밀접한 관련이 있습니다. 패턴의 메인 로브가 좁을수록, 사이드 로브가 작을수록 이득은 높아집니다. 게인의 물리적인 의미는 이렇게 이해될 수 있습니다. 일정한 거리, 어느 지점에서 일정한 크기의 신호를 생성하기 위해 이상적인 무방향성 점 광원을 송신 안테나로 사용하는 경우 입력 전력은 다음과 같습니다. 100W가 필요하며, 게인 G = 13dB = 20인 지향성 안테나를 송신 안테나로 사용할 경우 입력 전력은 100/20 = 5W만 필요합니다. 즉, 최대 방사 방향의 방사 효과 측면에서 안테나의 이득은 이상적인 무방향성 점 광원과 비교하여 입력 전력을 증폭시키는 배수입니다.

반파장 대칭 발진기의 이득은 G=2.15dBi이다.

4개의 반파장 대칭 발진기가 수직선을 따라 상하로 배열되어 수직 4소자 배열을 형성하며 이득은 약 G=8.15dBi(dBi 단위는 비교 대상을 나타냄) 모든 방향으로 균일하게 방사되는 이상적인 점광원입니다.

비교 대상으로 반파장 대칭 발진기를 사용한 경우 이득 단위는 dBd이다.

반파장 대칭 발진기의 게인은 G=0dBd(자기 자신과 비교하기 때문에 비율이 1이고, 로그를 취하면 0 값이 나온다.) 수직 4원소의 게인은 어레이는 약 G=8.15–2.15=6dBd입니다.

이득 특성:

⑴안테나는 수동 장치이므로 에너지를 생성할 수 없습니다. 안테나 이득은 특정 방향으로 전자파를 방사하거나 수신하기 위해 에너지를 효과적으로 집중시키는 기능일 뿐입니다.

⑵ 안테나 이득은 발진기의 중첩에 의해 생성됩니다. 이득이 높을수록 안테나 길이가 길어집니다.

⑶안테나 이득이 높을수록 지향성이 좋아지고 에너지가 집중되며 로브가 좁아집니다. "임피던스"는 광학의 굴절률과 유사합니다. 전파가 안테나 시스템의 여러 부분(라디오 방송국, 급전선, 안테나, 자유 공간)을 통과할 때 임피던스 차이가 발생합니다. 각 인터페이스에서 임피던스 매칭에 따라 전파 에너지의 일부가 소스로 다시 반사되어 피더 라인에 특정 정재파를 형성합니다. 이때 전파의 최대 에너지와 최소 에너지의 비율을 측정할 수 있는데, 이를 정재파비(SWR)라고 한다. 정상파 비율은 1:1이 이상적입니다. 1.5:1의 정재파 비율은 에너지 소비가 중요한 저에너지 응용 분야에서 중요한 것으로 간주됩니다. 해당 장비에서는 최대 6:1의 정재파 비율이 나타날 수도 있습니다. 인터페이스 간의 임피던스 차이를 최소화(임피던스 매칭)하면 정재파 비율이 줄어들고 안테나 시스템의 다양한 부분 간의 에너지 전달이 최대화됩니다.

안테나의 복소 임피던스는 작동 중 안테나의 전기적 길이와 관련이 있습니다. 피더의 임피던스를 조정함으로써, 즉 피더를 임피던스 변환기로 사용함으로써 안테나의 임피던스를 피더 및 무선국과 일치시킬 수 있다. 더 일반적인 것은 안테나 튜너, 발룬, 임피던스 변압기, 커패시터와 인덕터를 포함하는 매칭 네트워크 또는 감마 매칭과 같은 매칭 세그먼트를 사용하는 것입니다. 반파장 다이폴 안테나(위와 동일) 이득(dBi) 방사 패턴은 안테나에서 방출 또는 수신되는 상대적 전계 강도를 그래픽으로 설명합니다. 안테나는 3차원 공간으로 방사되므로 이를 설명하려면 여러 그래픽이 필요합니다. 안테나 방사가 축을 기준으로 대칭인 경우(예: 다이폴 안테나, 헬리컬 안테나 및 일부 포물선 안테나) 패턴이 하나만 필요합니다.

안테나 공급업체/사용자마다 방향 패턴에 대한 표준과 도면 형식이 다릅니다. 무한히 긴 전송선의 모든 곳에서 전압 대 전류의 비율은 Z0로 표시되는 전송선의 특성 임피던스로 정의됩니다. 동축 케이블의 특성 임피던스 계산식은

Z입니다. =[60/√εr]×Log (D/d) [유럽].

공식에서 D는 동축 케이블 외부 도체의 구리 메쉬 내경이고, d는 동축 케이블 심선의 외경입니다. εr은 도체 사이의 절연 매체의 비유전율입니다.

보통 Z0 = 50Ω이고 Z0 = 75Ω도 있습니다.

위 공식에서 피더의 특성 임피던스는 도체의 직경 D, d와 도체 사이의 매체의 유전율 εr에만 관련될 뿐 아무 것도 없다는 것을 쉽게 알 수 있습니다. 피더의 길이, 작동 주파수 및 피더 터미널에 연결된 부하 임피던스와 관련이 있습니다. 신호가 피더에서 전송되면 도체의 저항 손실 외에도 절연 재료의 유전 손실도 발생합니다. 이 두 가지 손실은 피더 길이와 작동 주파수가 증가함에 따라 증가합니다.

따라서 합리적인 레이아웃을 통해 피더 길이를 최대한 줄여야 합니다.

단위 길이당 손실은 감쇠 계수 β로 표현되며, 그 단위는 dB/m(데시벨/미터)입니다. 케이블 기술 사양의 단위는 대부분 dB/100m(데시벨/백)입니다. 미터).

피더에 입력되는 전력이 P1이고 길이 L(m)의 피더에서 출력되는 전력이 P2라고 가정하면 전송 손실 TL은 다음과 같이 표현될 수 있습니다. p>TL = 10 × Lg ( P1 /P2 ) ( dB )

감쇠 계수는

β = TL / L ( dB / m )

예를 들어 NOKIA 7/8인치 저손실 케이블의 경우 900MHz에서의 감쇠 계수는 β = 4.1dB/100m이며, 이는 β = 3dB/73m라고도 쓸 수 있습니다. 즉, 신호 전력을 의미합니다. 900MHz의 주파수에서는 73m 길이의 케이블을 통과하여 전력의 절반이 됩니다.

SYV-9-50-1과 같은 일반적인 비저손실 케이블의 경우 900MHz에서의 감쇠 계수는 β = 20.1dB/100m이며, 이는 β = 3dB로도 쓸 수 있습니다. / 15m, 즉 900MHz 주파수의 신호 전력이 15m 길이의 케이블을 통과할 때마다 절반으로 줄어든다고 합니다. 정의: 안테나 입력단의 신호 전류에 대한 신호 전압의 비율을 안테나의 입력 임피던스라고 합니다. 입력 임피던스는 저항 성분 Rin과 리액턴스 성분 Xin을 가지며, 즉 Zin = Rin + j Xin이 됩니다. 리액턴스 성분이 존재하면 안테나가 피더로부터 신호 전력을 추출하는 것이 줄어들게 되므로 리액턴스 성분을 최대한 0으로 만들어야 합니다. 즉, 안테나의 입력 임피던스를 가능한 한 순수한 저항으로 만들어야 합니다. . 실제로 잘 설계되고 디버깅된 안테나라도 항상 입력 임피던스에 작은 리액턴스 구성 요소가 포함되어 있습니다.

입력 임피던스는 안테나의 구조, 크기, 동작 파장과 관련이 있으며, 반파장 대칭 발진기는 가장 중요한 기본 안테나이며 입력 임피던스는 Zin = 73.1+j42.5( 옴). 길이를 (3~5)% 단축하면 리액턴스 성분이 제거되어 안테나의 입력 임피던스가 순수 저항이 됩니다. 이때 입력 임피던스는 Zin = 73.1(ohm), (공칭 75 ohm)입니다. . 엄밀히 말하면 순수 저항성 안테나 입력 임피던스는 포인트 주파수에만 해당됩니다.

그런데, 반파장 감소 발진기의 입력 임피던스는 반파장 대칭 발진기의 4배, 즉 Zin=280(Ω), (공칭 300Ω)이다.

흥미롭게도 모든 안테나에 대해 항상 안테나 임피던스를 조정하여 입력 임피던스의 허수 부분을 매우 작게 만들고 실제 부분은 필요한 작동 주파수 범위 내에서 50옴에 매우 가깝게 만들 수 있습니다. 안테나의 입력 임피던스는 Zin = Rin = 50ohm입니다. ------ 이는 안테나가 피더와 우수한 임피던스 매칭을 갖는 데 필요합니다. 안테나를 전송하든 수신하든 항상 특정 주파수 범위(대역폭) 내에서 작동합니다. 안테나의 주파수 대역폭에는 두 가지 정의가 있습니다.

하나는 다음을 의미합니다. SWR 비율이 1.5 이하인 조건, 즉 안테나의 동작 주파수 대역폭;

1은 안테나 이득이 3dB 떨어지는 범위 내의 주파수 대역폭을 의미합니다.

이동통신 시스템에서는 일반적으로 전자에 따라 정의된다. 구체적으로 안테나의 정재파비(SWR)를 초과하지 않는 경우의 안테나의 동작 주파수 범위를 안테나의 주파수 대역폭이라고 한다. 1.5.

일반적으로 안테나 성능은 동작 주파수 대역폭 내 다양한 ​​주파수 지점에서 다르지만, 이러한 차이로 인한 성능 저하는 허용됩니다.