안테나의 수신 전력을 계산하는 데 유용한 매개변수는 다음과 같습니다.유효 영역또는유효 개구부수신 안테나와 동일한 편파를 가진 평면파가 안테나에 입사한다고 가정합니다. 또한, 이 파동이 안테나의 최대 방사 방향(가장 많은 전력을 수신할 수 있는 방향)으로 진행한다고 가정합니다.
그러면유효 개구부이 매개변수는 주어진 평면파에서 얼마나 많은 전력이 포착되는지를 나타냅니다.p평면파의 전력 밀도(W/m²)라고 합시다. 만약P_t는 안테나 수신기가 사용할 수 있는 안테나 단자의 전력(와트)을 나타냅니다.
따라서 유효 면적은 평면파에서 포착되어 안테나를 통해 전달되는 전력의 양을 나타냅니다. 이 면적에는 안테나 자체의 손실(저항 손실, 유전 손실 등)이 고려됩니다.
임의의 안테나의 최대 안테나 이득(G)에 대한 유효 개구부의 일반적인 관계는 다음과 같습니다.
유효 개구부 또는 유효 면적은 주어진 유효 개구부를 가진 알려진 안테나와 비교하거나 측정된 이득과 위의 방정식을 사용하여 계산함으로써 실제 안테나에서 측정할 수 있습니다.
유효 개구는 평면파로부터 수신되는 전력을 계산하는 데 유용한 개념입니다. 이를 실제로 확인하려면 다음 섹션인 프리스 전송 공식 부분을 참조하십시오.
Friis 전송 방정식
이 페이지에서는 안테나 이론에서 가장 기본적인 방정식 중 하나인 를 소개합니다.프리이스 전송 방정식프리스 전송 방정식은 하나의 안테나(이득 포함)에서 수신되는 전력을 계산하는 데 사용됩니다.G1다른 안테나(이득 포함)에서 전송될 때G2), 일정 거리만큼 떨어져 있음R그리고 특정 주파수에서 작동합니다.f또는 파장 람다. 이 페이지는 두세 번 읽어보고 완전히 이해하는 것이 좋습니다.
Friis 전송식 도출
프리스 방정식의 유도를 시작하기 위해, 장애물이 없는 자유 공간에 있는 두 안테나가 일정 거리만큼 떨어져 있다고 가정해 보겠습니다.R:
송신 안테나에 총 전력 ( ) 와트가 전달된다고 가정합니다. 현재로서는 송신 안테나가 무지향성이고 손실이 없으며 수신 안테나가 송신 안테나의 원거리장에 있다고 가정합니다. 그러면 전력 밀도는 다음과 같습니다.p수신 안테나에 입사하는 평면파의 전력(제곱미터당 와트)은 거리만큼 떨어져 있습니다.R송신 안테나로부터의 신호는 다음과 같습니다.
그림 1. 송신(Tx) 및 수신(Rx) 안테나가 서로 떨어져 있음R.
송신 안테나의 수신 안테나 방향 이득이 ( )로 주어지면 위의 전력 밀도 방정식은 다음과 같이 됩니다.
이득 항에는 실제 안테나의 방향성과 손실이 고려됩니다. 이제 수신 안테나의 유효 개구부가 다음과 같이 주어진다고 가정해 보겠습니다.( )그러면 이 안테나( )가 수신하는 전력은 다음과 같습니다.
모든 안테나의 유효 개구부는 다음과 같이 표현될 수도 있습니다.
결과적으로 수신되는 전력은 다음과 같이 나타낼 수 있습니다.
방정식1
이것은 프리스 전송 공식으로 알려져 있습니다. 이 공식은 자유 공간 경로 손실, 안테나 이득 및 파장과 수신 및 송신 전력 사이의 관계를 나타냅니다. 이는 안테나 이론의 기본 방정식 중 하나이며 (위의 유도 과정과 함께) 기억해 두어야 합니다.
프리스 투과 방정식의 또 다른 유용한 형태는 방정식 [2]에 나와 있습니다. 파장과 주파수 f는 빛의 속도 c에 의해 관련되어 있으므로(주파수 소개 페이지 참조), 주파수에 대한 프리스 투과 공식은 다음과 같습니다.
방정식2
식 [2]는 높은 주파수에서 더 많은 전력 손실이 발생함을 보여줍니다. 이는 프리스 전송 방정식의 기본적인 결과입니다. 즉, 특정 이득을 가진 안테나의 경우, 에너지 전달은 낮은 주파수에서 가장 높습니다. 수신된 전력과 송신된 전력의 차이를 경로 손실이라고 합니다. 다시 말해, 프리스 전송 방정식은 높은 주파수에서 경로 손실이 더 크다는 것을 의미합니다. 프리스 전송 공식에서 이 결과의 중요성은 아무리 강조해도 지나치지 않습니다. 이것이 바로 휴대폰이 일반적으로 2GHz 미만의 주파수에서 작동하는 이유입니다. 더 높은 주파수에서 사용 가능한 주파수 대역은 더 많을 수 있지만, 그에 따른 경로 손실이 너무 커서 양질의 수신이 불가능합니다. 프리스 전송 방정식의 또 다른 결과로, 60GHz 안테나에 대해 질문을 받는다고 가정해 보겠습니다. 이 주파수가 매우 높다는 점을 고려하면, 장거리 통신에는 경로 손실이 너무 클 것이라고 생각할 수 있으며, 이는 전적으로 옳습니다. 매우 높은 주파수(60GHz는 때때로 밀리미터파 영역이라고도 함)에서는 경로 손실이 매우 크기 때문에 지점 간 통신만 가능합니다. 이는 수신기와 송신기가 같은 방에 있고 서로 마주 보고 있을 때 발생합니다. 프리스 전송 공식의 또 다른 결과로, 이동통신 사업자들이 700MHz에서 작동하는 새로운 LTE(4G) 대역에 대해 만족할 것이라고 생각하십니까? 답은 '예'입니다. 이는 기존 안테나 작동 주파수보다 낮지만, 식 [2]에서 알 수 있듯이 경로 손실 또한 더 낮습니다. 따라서 이 주파수 대역으로 "더 넓은 영역을 커버"할 수 있으며, 최근 버라이즌 와이어리스의 한 임원은 바로 이러한 이유로 이를 "고품질 스펙트럼"이라고 불렀습니다. 참고: 한편, 휴대폰 제조업체는 소형 기기에 더 긴 파장의 안테나를 탑재해야 하므로(낮은 주파수 = 긴 파장), 안테나 설계자의 작업이 조금 더 복잡해졌습니다!
마지막으로, 안테나의 편파 정합이 이루어지지 않은 경우, 위의 수신 전력에 편파 손실 계수(PLF)를 곱하여 이러한 불일치를 적절히 보정할 수 있습니다. 위의 식 [2]는 편파 불일치를 포함하는 일반화된 Friis 전송 공식을 생성하도록 변경될 수 있습니다.
방정식3
게시 시간: 2024년 1월 8일

