지향성은 기본적인 안테나 매개변수입니다.이는 지향성 안테나의 방사 패턴이 어떤지 측정하는 것입니다.모든 방향으로 균등하게 방사하는 안테나의 지향성은 1입니다. (이는 0데시벨 -0dB와 같습니다.)
구면 좌표의 기능은 정규화된 방사 패턴으로 작성할 수 있습니다.
[수학식 1]
정규화된 방사 패턴은 원래 방사 패턴과 동일한 모양을 갖습니다.정규화된 방사 패턴은 방사 패턴의 최대값이 1이 되도록 크기만큼 감소됩니다. (가장 큰 값은 "F"의 방정식 [1]입니다).수학적으로 방향성 공식("D" 유형)은 다음과 같이 작성됩니다.
이것은 복잡한 방향 방정식처럼 보일 수 있습니다.그러나 분자의 방사 패턴은 가장 큰 가치를 지닙니다.분모는 모든 방향으로 방사되는 평균 전력을 나타냅니다.방정식은 피크 복사 전력을 평균으로 나눈 값입니다.이는 안테나 지향성을 제공합니다.
방향 패러다임
예를 들어, 두 안테나의 방사 패턴에 대한 다음 두 방정식을 고려하십시오.
안테나 1
안테나 2
이러한 방사 패턴은 그림 1에 표시되어 있습니다. 방사 모드는 극각 세타(θ)의 함수일 뿐이라는 점에 유의하십시오. 방사 패턴은 방위각의 함수가 아닙니다.(방위각 방사 패턴은 변경되지 않습니다.)첫 번째 안테나의 방사 패턴은 지향성이 덜하고, 두 번째 안테나의 방사 패턴은 그 다음입니다.따라서 첫 번째 안테나의 지향성은 더 낮을 것으로 예상됩니다.
그림 1. 안테나의 방사 패턴 다이어그램.방향성이 높은가요?
공식 [1]을 사용하면 안테나의 지향성이 더 높다는 것을 계산할 수 있습니다.이해를 확인하려면 그림 1과 방향성이 무엇인지 생각해 보세요.그런 다음 수학을 사용하지 않고 어느 안테나가 더 높은 지향성을 갖는지 결정합니다.
방향 계산 결과는 공식 [1]을 사용합니다.
지향성 안테나 1 계산, 1.273(1.05dB).
지향성 안테나 2 계산, 2.707(4.32dB).
지향성이 증가한다는 것은 더 집중적이거나 지향성 있는 안테나를 의미합니다.이는 2개 수신 안테나가 전방향 안테나보다 피크 지향성 전력이 2.707배 더 크다는 것을 의미합니다.안테나 1은 전방향 안테나 전력의 1.273배를 얻습니다.등방성 안테나가 없더라도 전방향 안테나는 공통 참조로 사용됩니다.
휴대폰 안테나는 신호가 모든 방향에서 올 수 있으므로 지향성이 낮아야 합니다.이에 비해 위성 접시는 지향성이 높습니다.위성 접시는 고정된 방향에서 신호를 수신합니다.예를 들어, 위성 TV 접시를 받은 경우 회사는 이를 가리킬 위치를 알려주고 접시는 원하는 신호를 수신합니다.
안테나 유형과 지향성 목록으로 마무리하겠습니다.이를 통해 어떤 방향성이 일반적인지 알 수 있습니다.
안테나 유형 일반 지향성 일반 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
혼 안테나 10-100 10-20
접시형 안테나 10-10,000 10-40
위의 데이터에서 볼 수 있듯이 안테나 지향성은 크게 다릅니다.따라서 특정 애플리케이션에 가장 적합한 안테나를 선택할 때 지향성을 이해하는 것이 중요합니다.한 방향으로 여러 방향에서 에너지를 보내거나 받아야 하는 경우 지향성이 낮은 안테나를 설계해야 합니다.낮은 지향성 안테나의 응용 분야로는 자동차 라디오, 휴대폰, 컴퓨터 무선 인터넷 액세스 등이 있습니다.반대로, 원격 감지 또는 목표 전력 전송을 수행하는 경우 지향성이 높은 안테나가 필요합니다.지향성이 높은 안테나는 원하는 방향에서 전력 전송을 최대화하고 원하지 않는 방향에서 오는 신호를 줄입니다.
지향성이 낮은 안테나를 원한다고 가정해 보겠습니다.어떻게 해야 할까요?
안테나 이론의 일반적인 규칙은 낮은 지향성을 생성하려면 전기적으로 작은 안테나가 필요하다는 것입니다.즉, 전체 크기가 0.25~0.5 파장인 안테나를 사용하면 지향성이 최소화됩니다.반파장 다이폴 안테나 또는 반파장 슬롯 안테나는 일반적으로 지향성이 3dB 미만입니다.이는 실제로 얻을 수 있는 방향성만큼 낮습니다.
궁극적으로 안테나의 효율성과 안테나의 대역폭을 줄이지 않고는 안테나를 1/4 파장보다 작게 만들 수 없습니다.안테나 효율과 안테나 대역폭은 다음 장에서 논의될 것입니다.
지향성이 높은 안테나의 경우 다양한 파장 크기의 안테나가 필요합니다.위성 접시 안테나 및 혼 안테나와 같은 안테나는 지향성이 높습니다.이는 부분적으로 파장이 길기 때문입니다.
왜 그런 겁니까?결국 그 이유는 푸리에 변환의 특성과 관련이 있습니다.짧은 펄스를 푸리에 변환하면 넓은 스펙트럼을 얻을 수 있습니다.안테나의 방사 패턴을 결정할 때는 이러한 유사점이 존재하지 않습니다.방사 패턴은 안테나를 따른 전류 또는 전압 분포의 푸리에 변환으로 생각할 수 있습니다.따라서 소형 안테나는 넓은 방사 패턴(및 낮은 지향성)을 갖습니다.크고 균일한 전압 또는 전류 분포를 갖는 안테나 방향성이 매우 높은 패턴(및 높은 지향성).
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게시 시간: 2023년 11월 7일
