기본

안테나의 유효 조리개

안테나의 수신 전력을 계산하는 유용한 매개변수는유효면적또는유효 조리개.수신 안테나와 동일한 편파를 갖는 평면파가 안테나에 입사한다고 가정합니다.또한 파동이 안테나의 최대 복사 방향(가장 많은 전력을 수신하는 방향)으로 안테나를 향해 이동한다고 가정합니다.

그런 다음유효 조리개매개변수는 주어진 평면파에서 캡처되는 전력량을 설명합니다.허락하다p평면파의 전력 밀도(W/m^2)입니다.만약에P_t안테나 수신기에 사용할 수 있는 안테나 단자의 전력(와트)을 나타냅니다.

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따라서 유효 면적은 단순히 평면파에서 포착되어 안테나에 의해 전달되는 전력의 양을 나타냅니다.이 영역은 안테나 고유의 손실(저항 손실, 유전 손실 등)을 고려합니다.

모든 안테나의 피크 안테나 이득(G) 측면에서 유효 조리개에 대한 일반적인 관계는 다음과 같습니다.

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유효 조리개 또는 유효 면적은 주어진 유효 조리개를 가진 알려진 안테나와 비교하거나 측정된 이득과 위의 방정식을 사용하여 계산하여 실제 안테나에서 측정할 수 있습니다.

유효 조리개는 평면파로부터 수신된 전력을 계산하는 데 유용한 개념입니다.이것이 실제로 작동하는 모습을 보려면 Friis 전송 공식의 다음 섹션으로 이동하세요.

Friis 전송 방정식

이 페이지에서는 안테나 이론의 가장 기본적인 방정식 중 하나인Friis 전송 방정식.Friis 전송 방정식은 하나의 안테나에서 수신된 전력을 계산하는 데 사용됩니다(이득 포함).G1), 다른 안테나에서 전송되는 경우(이득 포함)G2), 거리를 두고 분리됨R, 주파수에서 작동f또는 파장 람다.이 페이지는 몇 번 읽어 볼 가치가 있으며 완전히 이해되어야 합니다.

Friis 전송식 도출

Friis 방정식의 유도를 시작하려면 거리만큼 분리된 자유 공간(근처에 장애물이 없는)에 있는 두 개의 안테나를 고려하십시오.R:

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( ) 와트의 총 전력이 송신 안테나로 전달된다고 가정합니다.지금은 송신 안테나가 전방향이고 무손실이며 수신 안테나가 송신 안테나의 원거리장에 있다고 가정합니다.그러면 전력 밀도p(제곱미터당 와트 단위) 수신 안테나에 입사되는 평면파의 거리R송신 안테나로부터의 값은 다음과 같이 주어진다:

41bd284bf819e176ae631950cd267f7

그림 1. 다음으로 구분된 송신(Tx) 및 수신(Rx) 안테나R.

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송신 안테나가 ( )로 주어진 수신 안테나 방향의 안테나 이득을 가지면 위의 전력 밀도 방정식은 다음과 같습니다.

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이득 항은 실제 안테나의 방향성과 손실을 고려합니다.이제 수신 안테나에 다음과 같이 주어진 유효 조리개가 있다고 가정합니다.( ).그러면 이 안테나( )에 의해 수신되는 전력은 다음과 같이 주어진다.

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모든 안테나의 유효 조리개는 다음과 같이 표현될 수도 있습니다.

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결과적으로 수신된 전력은 다음과 같이 쓸 수 있습니다.

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방정식 1

이것은 Friis 전송 공식으로 알려져 있습니다.이는 자유 공간 경로 손실, 안테나 이득 및 파장을 수신 및 송신 전력과 연관시킵니다.이는 안테나 이론의 기본 방정식 중 하나이므로 기억해야 합니다(위의 유도 내용도 포함).

Friis 전송 방정식의 또 다른 유용한 형태는 방정식 [2]에 나와 있습니다.파장과 주파수 f는 빛의 속도 c와 관련되어 있으므로(주파수 페이지 소개 참조) 주파수 측면에서 Friis 전송 공식을 얻을 수 있습니다.

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방정식 2

방정식 [2]는 더 높은 주파수에서 더 많은 전력이 손실됨을 보여줍니다.이는 Friis 전송 방정식의 기본 결과입니다.이는 지정된 이득을 가진 안테나의 경우 에너지 전달이 더 낮은 주파수에서 가장 높다는 것을 의미합니다.수신된 전력과 전송된 전력의 차이를 경로 손실이라고 합니다.다른 방식으로 말하면 Friis 전송 방정식은 주파수가 높을수록 경로 손실이 더 높다고 말합니다.Friis 전송 공식에서 얻은 이 결과의 중요성은 아무리 강조해도 지나치지 않습니다.이것이 휴대폰이 일반적으로 2GHz 미만에서 작동하는 이유입니다.더 높은 주파수에서는 더 많은 주파수 스펙트럼을 사용할 수 있지만 관련 경로 손실로 인해 고품질 수신이 가능하지 않습니다.Friss 전송 방정식의 추가 결과로 60GHz 안테나에 대한 질문을 받았다고 가정해 보겠습니다.이 주파수가 매우 높다는 점에 주목하면 장거리 통신에는 경로 손실이 너무 높을 것이라고 말할 수 있으며 이는 절대적으로 정확합니다.매우 높은 주파수(60GHz를 mm(밀리미터파) 영역이라고도 함)에서는 경로 손실이 매우 크기 때문에 지점 간 통신만 가능합니다.이는 수신기와 송신기가 같은 방에 있고 서로 마주보고 있을 때 발생합니다.Friis 전송 공식의 추가 결과로서, 이동 전화 사업자가 700MHz에서 작동하는 새로운 LTE(4G) 대역에 만족한다고 생각하십니까?대답은 '예'입니다. 이는 전통적으로 안테나가 작동하는 주파수보다 낮지만 방정식 [2]에서 경로 손실도 낮아진다는 점을 알 수 있습니다.따라서 이 주파수 스펙트럼으로 "더 많은 영역을 커버"할 수 있으며, 최근 Verizon Wireless 임원은 이를 "고품질 스펙트럼"이라고 불렀습니다. 바로 이러한 이유 때문입니다.참고: 반면에 휴대폰 제조업체는 소형 장치에 더 큰 파장의 안테나를 장착해야 하므로(낮은 주파수 = 더 큰 파장) 안테나 설계자의 작업이 좀 더 복잡해졌습니다!

마지막으로, 안테나의 편파가 일치하지 않는 경우 위의 수신 전력에 PLF(편파 손실 계수)를 곱하여 이러한 불일치를 적절하게 설명할 수 있습니다.위의 방정식 [2]를 변경하여 편광 불일치를 포함하는 일반화된 Friis 전송 공식을 생성할 수 있습니다.

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방정식 3


게시 시간: 2024년 1월 8일

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