기본

안테나 기본 사항: 안테나는 어떻게 방사됩니까?

때에 온다안테나, 사람들이 가장 우려하는 질문은 "방사선은 실제로 어떻게 달성되는가?"이다.신호 소스에 의해 생성된 전자기장은 어떻게 전송선을 통해 안테나 내부로 전파되고, 최종적으로 안테나에서 "분리"되어 자유 공간파를 형성합니까?

1. 단선 방사선

그림 1과 같이 qv(Coulomb/m3)로 표시되는 전하 밀도가 단면적 a, 부피 V의 원형 와이어에 균일하게 분포되어 있다고 가정합니다.

1

그림 1

부피 V의 총 전하 Q는 일정한 속도 Vz(m/s)로 z 방향으로 이동합니다.와이어 단면의 전류 밀도 Jz는 다음과 같습니다.
Jz = qvvz(1)

와이어가 이상적인 도체로 만들어진 경우 와이어 표면의 전류 밀도 Js는 다음과 같습니다.
Js = qs vz (2)

여기서 qs는 표면 전하 밀도입니다.와이어가 매우 얇은 경우(이상적으로 반경은 0) 와이어의 전류는 다음과 같이 표현될 수 있습니다.
Iz = ql vz (3)

여기서 ql(쿨롱/미터)은 단위 길이당 전하량입니다.
우리는 주로 얇은 와이어에 관심을 갖고 있으며 결론은 위의 세 가지 경우에 적용됩니다.전류가 시간에 따라 변하는 경우 시간에 대한 식(3)의 미분은 다음과 같습니다.

2

(4)

az는 충전 가속도입니다.와이어 길이가 l이면 (4)는 다음과 같이 쓸 수 있습니다.

삼

(5)

식 (5)는 전류와 전하의 기본 관계이자 전자기 복사의 기본 관계이기도 합니다.간단히 말해서 방사선을 생성하려면 시간에 따라 변하는 전류 또는 전하의 가속(또는 감속)이 있어야 합니다.우리는 일반적으로 시간-고조파 애플리케이션에서 전류를 언급하며, 과도 애플리케이션에서는 전하를 가장 자주 언급합니다.전하 가속(또는 감속)을 생성하려면 와이어가 구부러지고, 접히고, 불연속되어야 합니다.전하가 시간 조화 운동으로 진동할 때 주기적인 전하 가속(또는 감속) 또는 시변 전류도 생성됩니다.그러므로:

1) 전하가 움직이지 않으면 전류도 없고 방사선도 없습니다.

2) 전하가 일정한 속도로 움직이는 경우:

ㅏ.전선이 직선이고 길이가 무한하다면 복사가 없습니다.

비.그림 2와 같이 와이어가 구부러지거나 접히거나 불연속적인 경우 방사선이 발생합니다.

3) 시간이 지남에 따라 전하가 진동하면 전선이 직선이라도 전하가 방출됩니다.

안테나가 어떻게 방사되는지에 대한 개략도

그림 2

그림 2(d)에 표시된 것처럼 개방형 끝의 부하를 통해 접지될 수 있는 개방형 와이어에 연결된 펄스 소스를 살펴보면 방사 메커니즘에 대한 정성적인 이해를 얻을 수 있습니다.전선에 처음 전원이 공급되면 전선의 전하(자유 전자)는 소스에서 생성된 전기장 선에 의해 움직이게 됩니다.전하가 와이어의 소스 끝에서 가속되고 와이어 끝에서 반사될 때 감속(원래 운동에 비해 음의 가속도)됨에 따라 와이어 끝과 와이어의 나머지 부분을 따라 방사선 장이 생성됩니다.전하의 가속은 전하를 움직이게 하고 관련 방사선장을 생성하는 외부 힘에 의해 수행됩니다.와이어 끝에서 전하의 감속은 유도 자기장과 관련된 내부 힘에 의해 이루어지며, 이는 와이어 끝에서 집중된 전하의 축적으로 인해 발생합니다.와이어 끝에서 속도가 0으로 감소함에 따라 내부 힘은 전하 축적으로부터 에너지를 얻습니다.따라서 전기장 여기로 인한 전하의 가속과 와이어 임피던스의 불연속성 또는 매끄러운 곡선으로 인한 전하의 감속이 전자기 복사 생성의 메커니즘입니다.전류 밀도(Jc)와 전하 밀도(qv)는 모두 Maxwell 방정식의 소스 항이지만, 특히 과도 장의 경우 전하는 더 기본적인 양으로 간주됩니다.방사선에 대한 이러한 설명은 주로 과도 상태에 사용되지만 정상 상태 방사선을 설명하는 데에도 사용될 수 있습니다.

여러 가지 우수한 것을 추천합니다안테나 제품에 의해 제조됨RFMISO:

RM-TCR406.4

RM-BCA082-4(0.8-2GHz)

RM-SWA910-22(9-10GHz)

2. 2선식 방사

그림 3(a)와 같이 안테나에 연결된 2도체 전송선에 전압원을 연결합니다.2선 라인에 전압을 가하면 도체 사이에 전기장이 생성됩니다.전기력선은 각 도체에 연결된 자유 전자(원자와 쉽게 분리됨)에 작용하여 이동하도록 합니다.전하의 이동은 전류를 생성하고, 이는 다시 자기장을 생성합니다.

4

그림 3

우리는 전기력선이 양전하로 시작하고 음전하로 끝난다는 사실을 받아들였습니다.물론 양전하로 시작해서 무한대로 끝날 수도 있습니다.또는 무한대에서 시작하여 음전하로 끝나거나;또는 충전으로 시작도 끝나지도 않는 폐쇄 루프를 형성합니다.물리학에는 자기 전하가 없기 때문에 자기장 선은 항상 전류가 흐르는 도체 주위에 폐루프를 형성합니다.일부 수학 공식에서는 등가 자기 전하와 자기 전류가 도입되어 전력과 자기 소스와 관련된 솔루션 간의 이중성을 보여줍니다.

두 도체 사이에 그려진 전기력선은 전하 분포를 보여주는 데 도움이 됩니다.전압 소스가 정현파라고 가정하면 도체 사이의 전기장도 소스와 동일한 주기를 갖는 정현파가 될 것으로 예상됩니다.전기장 세기의 상대적인 크기는 전기력선의 밀도로 표현되며 화살표는 상대적인 방향(양수 또는 음수)을 나타냅니다.도체 사이에서 시간에 따라 변하는 전기장과 자기장이 생성되면 그림 3(a)와 같이 전송선을 따라 전파되는 전자기파가 형성됩니다.전자기파는 전하와 해당 전류와 함께 안테나로 들어갑니다.그림 3(b)와 같이 안테나 구조의 일부를 제거하면 자유 공간 파동은 전기장 선의 개방된 끝(점선으로 표시)을 "연결"하여 형성될 수 있습니다.자유 공간 파동 역시 주기적이지만, 등위상 점 P0는 빛의 속도로 바깥쪽으로 이동하고 반 시간 안에 λ/2(P1까지)의 거리를 이동합니다.안테나 근처에서 정위상 점 P0는 빛의 속도보다 빠르게 이동하고 안테나에서 멀리 떨어진 지점에서는 빛의 속도에 접근합니다.그림 4는 t = 0, t/8, t/4 및 3T/8에서 λ∕2 안테나의 자유 공간 전계 분포를 보여줍니다.

65a70beedd00b109935599472d84a8a

그림 4 t = 0, t/8, t/4 및 3T/8에서 λ∕2 안테나의 자유 공간 전계 분포

유도파가 어떻게 안테나에서 분리되어 최종적으로 형성되어 자유 공간에서 전파되는지는 알려져 있지 않습니다.우리는 유도파와 자유 공간파를 잔잔한 물에 떨어진 돌이나 다른 방식으로 인해 발생할 수 있는 물결파와 비교할 수 있습니다.물 속에서 교란이 시작되면 물결이 발생하여 바깥쪽으로 전파되기 시작합니다.교란이 멈춰도 파동은 멈추지 않고 계속해서 앞으로 전파됩니다.교란이 지속되면 새로운 파동이 끊임없이 생성되고 이러한 파동의 전파는 다른 파동보다 뒤쳐집니다.
전기적 교란으로 인해 발생하는 전자기파의 경우에도 마찬가지입니다.소스로부터의 초기 전기 교란이 짧은 기간 동안 발생하는 경우 생성된 전자기파는 전송선 내부로 전파된 다음 안테나로 들어가 최종적으로 여기가 더 이상 존재하지 않더라도 자유 공간파로 방출됩니다(수파와 마찬가지로). 그리고 그들이 만든 소란).전기 교란이 연속적인 경우 그림 5의 쌍원추형 안테나와 같이 전자파가 연속적으로 존재하며 전파 중에 그 뒤를 바짝 따라갑니다. 전자파가 전송선과 안테나 내부에 있을 때 전자파의 존재는 전기적 존재와 관련이 있습니다. 도체 내부에서 충전하십시오.그러나 파동이 방사되면 폐루프를 형성하며 존재를 유지하는 데 필요한 전하가 없습니다.이는 다음과 같은 결론에 이르게 합니다.
필드의 여기에는 전하의 가속 및 감속이 필요하지만 필드의 유지에는 전하의 가속 및 감속이 필요하지 않습니다.

98e91299f4d36dd4f94fb8f347e52ee

그림 5

3. 쌍극자 방사선

우리는 전기력선이 안테나에서 이탈하여 자유 공간 파동을 형성하는 메커니즘을 설명하고 쌍극자 안테나를 예로 들어 설명하려고 합니다.단순화된 설명이지만 자유공간파동의 발생을 직관적으로 볼 수 있게 해준다.그림 6(a)는 주기의 1/4에서 전기력선이 λ∕4만큼 바깥쪽으로 이동할 때 쌍극자의 두 팔 사이에 생성된 전기력선을 보여줍니다.이 예에서는 형성된 전기력선의 수가 3개라고 가정합니다. 사이클의 다음 1/4 동안 원래의 3개의 전기력선은 λ∕4(시작점에서 총 λ∕2)만큼 이동합니다. 도체의 전하 밀도는 감소하기 시작합니다.이는 사이클의 전반부가 끝날 때 도체의 전하를 상쇄시키는 반대 전하의 도입에 의해 형성되는 것으로 간주될 수 있습니다.반대 전하에 의해 생성된 전기력선은 3개이며 λ∕4만큼 이동하며, 이는 그림 6(b)에서 점선으로 표시된다.

최종 결과는 첫 번째 λ∕4 거리에 3개의 하향 전기력선이 있고 두 번째 λ∕4 거리에 동일한 수의 상향 전기력선이 있다는 것입니다.안테나에는 순 전하가 없기 때문에 전기장 선은 도체에서 분리되어야 하고 함께 결합되어 폐쇄 루프를 형성해야 합니다.이는 그림 6(c)에 나와 있습니다.후반부에도 동일한 물리적 과정이 따르지만 방향이 반대라는 점에 유의하세요.그 후, 이 과정은 무한정 반복되어 그림 4와 유사한 전기장 분포를 형성합니다.

6

그림 6

안테나에 대해 자세히 알아보려면 다음을 방문하세요.


게시 시간: 2024년 6월 20일

제품 데이터시트 받기