지향성은 안테나의 기본 매개변수입니다. 이는 지향성 안테나의 방사 패턴을 측정하는 기준입니다. 모든 방향으로 동일하게 방사하는 안테나의 지향성은 1입니다. (이는 0dB(데시벨) -0dB에 해당합니다.)
구면 좌표의 함수는 정규화된 방사 패턴으로 작성될 수 있습니다.
[방정식 1]
정규화된 방사 패턴은 원래 방사 패턴과 동일한 모양을 갖습니다. 정규화된 방사 패턴은 방사 패턴의 최댓값이 1이 되도록 크기만큼 감소합니다. (가장 큰 값은 "F"의 방정식 [1]입니다.) 수학적으로 방향성(유형 "D")에 대한 공식은 다음과 같습니다.
이는 복잡한 방향 방정식처럼 보일 수 있습니다. 하지만 분자의 방사 패턴이 가장 큰 값을 갖습니다. 분모는 모든 방향으로 방사되는 평균 전력을 나타냅니다. 따라서 이 방정식은 최대 방사 전력을 평균으로 나눈 값입니다. 이를 통해 안테나 지향성을 구할 수 있습니다.
방향 패러다임
예를 들어, 두 안테나의 방사 패턴에 대한 다음 두 방정식을 고려해 보겠습니다.
안테나 1
안테나 2
이러한 방사 패턴은 그림 1에 표시되어 있습니다. 방사 모드는 극각(theta(θ))의 함수일 뿐입니다. 방사 패턴은 방위각의 함수가 아닙니다. (방위각 방사 패턴은 변하지 않습니다.) 첫 번째 안테나의 방사 패턴은 두 번째 안테나의 방사 패턴보다 방향성이 약합니다. 따라서 첫 번째 안테나의 지향성은 더 낮을 것으로 예상됩니다.
그림 1. 안테나의 방사 패턴 다이어그램. 지향성이 높은가?
공식 [1]을 사용하면 안테나의 지향성이 더 높다는 것을 계산할 수 있습니다. 이해를 돕기 위해 그림 1과 지향성이 무엇인지 생각해 보세요. 그런 다음 수학적인 계산 없이 어떤 안테나의 지향성이 더 높은지 판단해 보세요.
방향 계산 결과는 [1] 공식을 사용합니다.
방향성 안테나 1 계산, 1.273(1.05dB).
방향성 안테나 2 계산, 2.707(4.32dB).
지향성이 증가하면 안테나의 집중도 또는 방향성이 더 높아집니다. 즉, 수신 안테나 2개는 전방향성 안테나보다 최대 지향성 전력이 2.707배 더 큽니다. 안테나 1은 전방향성 안테나보다 1.273배 더 높은 전력을 수신합니다. 등방성 안테나는 없지만 전방향성 안테나가 일반적인 기준으로 사용됩니다.
휴대폰 안테나는 신호가 어느 방향에서나 올 수 있으므로 지향성이 낮아야 합니다. 반면 위성 접시는 지향성이 높습니다. 위성 접시는 고정된 방향에서 신호를 수신합니다. 예를 들어, 위성 TV 접시를 구매하면 회사에서 원하는 방향으로 신호를 보내주며, 원하는 신호를 수신할 수 있습니다.
안테나 유형과 지향성을 나열하는 것으로 마무리하겠습니다. 이를 통해 일반적인 지향성이 어떤지 파악할 수 있습니다.
안테나 유형 일반적인 지향성 일반적인 지향성 [데시벨] (dB)
짧은 다이폴 안테나 1.5 1.76
반파장 다이폴 안테나 1.64 2.15
패치(마이크로스트립 안테나) 3.2-6.3 5-8
호른 안테나 10-100 10-20
접시 안테나 10-10,000 10-40
위 데이터에서 알 수 있듯이 안테나 지향성은 매우 다양합니다. 따라서 특정 용도에 가장 적합한 안테나를 선택할 때는 지향성을 이해하는 것이 중요합니다. 여러 방향에서 한 방향으로 에너지를 송수신해야 하는 경우, 지향성이 낮은 안테나를 설계해야 합니다. 저지향성 안테나의 적용 분야로는 자동차 라디오, 휴대폰, 컴퓨터 무선 인터넷 등이 있습니다. 반대로, 원격 감지 또는 목표 전력 전송을 수행하는 경우에는 지향성이 높은 안테나가 필요합니다. 고지향성 안테나는 원하는 방향의 전력 전송을 극대화하고 원치 않는 방향의 신호를 줄여줍니다.
지향성이 낮은 안테나가 필요하다고 가정해 보겠습니다. 어떻게 해야 할까요?
안테나 이론의 일반적인 원칙은 낮은 지향성을 생성하려면 전기적으로 작은 안테나가 필요하다는 것입니다. 즉, 전체 길이가 0.25~0.5파장인 안테나를 사용하면 지향성이 최소화됩니다. 반파장 다이폴 안테나 또는 반파장 슬롯 안테나는 일반적으로 3dB 미만의 지향성을 갖습니다. 이는 실제로 얻을 수 있는 가장 낮은 지향성입니다.
궁극적으로 안테나 효율과 대역폭을 감소시키지 않고는 안테나를 1/4 파장보다 작게 만들 수 없습니다. 안테나 효율과 안테나 대역폭은 다음 장에서 논의될 것입니다.
지향성이 높은 안테나를 위해서는 다양한 파장 길이의 안테나가 필요합니다. 위성 접시 안테나나 혼 안테나와 같은 안테나는 지향성이 높습니다. 이는 이러한 안테나들이 파장이 길기 때문입니다.
왜 그럴까요? 궁극적으로 그 이유는 푸리에 변환의 특성과 관련이 있습니다. 짧은 펄스를 푸리에 변환하면 넓은 스펙트럼을 얻게 됩니다. 이러한 비유는 안테나의 방사 패턴을 결정하는 데는 적용되지 않습니다. 방사 패턴은 안테나를 따라 흐르는 전류 또는 전압 분포를 푸리에 변환한 것으로 생각할 수 있습니다. 따라서 소형 안테나는 넓은 방사 패턴(그리고 낮은 지향성)을 갖습니다. 크고 균일한 전압 또는 전류 분포를 갖는 안테나는 매우 지향성 있는 패턴(그리고 높은 지향성)을 갖습니다.
E-mail:info@rf-miso.com
전화: 0086-028-82695327
웹사이트: www.rf-miso.com
게시 시간: 2023년 11월 7일
