안테나의 수신 전력을 계산하는 데 유용한 매개변수는 다음과 같습니다.유효 면적또는유효 조리개수신 안테나와 동일한 편파를 갖는 평면파가 안테나에 입사한다고 가정합니다. 또한, 파동이 안테나의 최대 방사 방향(최대 전력을 수신하는 방향)으로 안테나를 향해 진행한다고 가정합니다.
그 다음에는유효 조리개매개변수는 주어진 평면파에서 얼마나 많은 전력이 포착되는지를 설명합니다.p평면파의 전력 밀도(W/m^2)가 됩니다.피_트안테나 수신기에서 사용할 수 있는 안테나 단자의 전력(와트)을 나타내면 다음과 같습니다.

따라서 유효 면적은 평면파에서 포착되어 안테나에 의해 전달되는 전력량을 나타냅니다. 이 면적은 안테나 고유의 손실(저항 손실, 유전체 손실 등)을 고려합니다.
모든 안테나의 최대 안테나 이득(G)에 따른 유효 조리개에 대한 일반적인 관계는 다음과 같습니다.

실제 안테나의 유효 조리개 또는 유효 면적은 주어진 유효 조리개를 가진 알려진 안테나와 비교하거나 측정된 이득과 위의 방정식을 사용하여 계산하여 측정할 수 있습니다.
유효 개구는 평면파의 수신 전력을 계산하는 데 유용한 개념입니다. 실제 작동 방식을 보려면 Friis 전송 공식에 대한 다음 섹션을 참조하세요.
Friis 전송 방정식
이 페이지에서 우리는 안테나 이론의 가장 기본적인 방정식 중 하나인프리스 전달 방정식. Friis 전송 방정식은 이득이 있는 한 안테나에서 수신된 전력을 계산하는 데 사용됩니다.G1), 다른 안테나에서 전송될 때(이득 포함)G2), 거리로 구분됨R, 그리고 주파수에서 작동f또는 파장 람다. 이 페이지는 여러 번 읽어볼 만하며, 완전히 이해해야 합니다.
Friis 전송식 도출
Friis 방정식의 유도를 시작하려면 주변에 장애물이 없는 자유 공간에 있는 두 개의 안테나를 거리로 분리합니다.R:

송신 안테나에 총 전력(W)이 공급된다고 가정합니다. 우선 송신 안테나는 무방향성이며 손실이 없고, 수신 안테나는 송신 안테나의 원거리장에 있다고 가정합니다. 그러면 전력 밀도는p(제곱미터당 와트 단위) 수신 안테나에 입사하는 평면파의 거리R송신 안테나에서의 는 다음과 같습니다.

그림 1. 송신(Tx) 및 수신(Rx) 안테나는 다음과 같이 구분됩니다.R.

송신 안테나가 수신 안테나 방향으로 안테나 이득을 갖는 경우( ) 위의 전력 밀도 방정식은 다음과 같습니다.


이득 항은 실제 안테나의 방향성과 손실을 고려합니다. 이제 수신 안테나의 유효 개구가 다음과 같다고 가정합니다.( ). 그러면 이 안테나( )가 수신하는 전력은 다음과 같습니다.



모든 안테나의 유효 조리개는 다음과 같이 표현할 수 있습니다.

결과적으로 수신된 전력은 다음과 같이 쓸 수 있습니다.

방정식1
이는 프리스 전송 공식으로 알려져 있습니다. 이 공식은 자유 공간 경로 손실, 안테나 이득, 그리고 파장을 수신 전력과 송신 전력에 연관시킵니다. 이는 안테나 이론의 기본 방정식 중 하나이므로 (위의 유도 과정과 마찬가지로) 반드시 기억해야 합니다.
Friis 투과 방정식의 또 다른 유용한 형태는 식 [2]에 나와 있습니다. 파장과 주파수 f는 빛의 속도 c와 관련이 있으므로(주파수 페이지 소개 참조), 주파수 측면에서 Friis 투과 공식은 다음과 같습니다.

방정식2
방정식 [2]는 더 높은 주파수에서 더 많은 전력이 손실됨을 보여줍니다. 이는 Friis 전송 방정식의 기본적인 결과입니다. 이는 지정된 이득을 가진 안테나의 경우 에너지 전달은 낮은 주파수에서 가장 높다는 것을 의미합니다. 수신된 전력과 전송된 전력의 차이는 경로 손실로 알려져 있습니다. 다른 방식으로 말하면, Friis 전송 방정식은 경로 손실이 높은 주파수에서 더 높다고 말합니다. Friis 전송 공식에서 나온 이 결과의 중요성은 과장할 수 없습니다. 이것이 휴대전화가 일반적으로 2GHz 미만에서 작동하는 이유입니다. 더 높은 주파수에서 더 많은 주파수 스펙트럼을 사용할 수 있지만, 관련된 경로 손실로 인해 수신 품질이 좋지 않습니다. Friss 전송 방정식의 또 다른 결과로, 60GHz 안테나에 대해 질문을 받았다고 가정해 보겠습니다. 이 주파수가 매우 높다는 점에 유의하면 장거리 통신에는 경로 손실이 너무 높다고 말할 수 있으며, 이는 절대적으로 맞습니다. 매우 높은 주파수(60GHz는 때때로 mm(밀리미터파) 영역이라고 함)에서는 경로 손실이 매우 높아 점대점 통신만 가능합니다. 이는 수신기와 송신기가 같은 방에 있고 서로 마주 보고 있을 때 발생합니다. Friis 전송 공식의 또 다른 추론으로, 이동통신 사업자들이 700MHz에서 작동하는 새로운 LTE(4G) 대역에 만족한다고 생각하십니까? 답은 '예'입니다. 이는 기존 안테나가 작동하는 주파수보다 낮지만, 방정식 [2]에 따르면 경로 손실도 더 낮습니다. 따라서 이 주파수 스펙트럼으로 "더 넓은 범위를 커버"할 수 있으며, Verizon Wireless의 한 임원은 최근 이를 "고품질 스펙트럼"이라고 불렀습니다. 바로 이러한 이유 때문입니다. 참고: 한편, 이동통신 사업자들은 소형 기기에 더 긴 파장의 안테나를 장착해야 합니다(주파수가 낮을수록 파장이 길어짐). 따라서 안테나 설계자의 업무는 더욱 복잡해졌습니다!
마지막으로, 안테나의 편파 정합이 맞지 않으면, 위의 수신 전력에 편파 손실 계수(PLF)를 곱하여 이러한 불일치를 적절히 고려할 수 있습니다. 위 식 [2]를 수정하여 편파 부정합을 포함하는 일반화된 Friis 전송 공식을 생성할 수 있습니다.

방정식3
게시 시간: 2024년 1월 8일