안테나 일반 이론 및 특성 평가 요소

목차

1. 안테나 파라미터 종류들
① 방사 패턴(radiation pattern 또는 antenna pattern)
② 지향성 (Diversity)
③ Antenna gain
④ HPBW(Half Power Beam Width)
⑤ 입력 임피던스(Input impedance)
⑥ Voltage Standing Wave Ratio(VSWR)
⑦ Return Loss(RL)
⑧ Antenna Efficiency
⑨ Polarization(편파)
⑩ Bandwidth
⑪ 방사강도(radiation intensity)
⑫ 유효 개구면(effective area(aperture))
⑬ EIRP & ERP
⑭ Fields and Power Radiated by an Antenna
⑮ Far-Field Distance

2. 모노폴 안테나, 다이폴 안테나에 대한 조사 및 설명
① 다이폴 안테나
② 모노폴 안테나

3. S parameter의 정의 및 용도

4. 기타 내용
① Antenna 종류
② Smith chart

본문내용

특성을 이끌어 낼 수 있지만, 구조상 높은 전력신호를 다루지는 못한다. RF전반에 걸쳐 다양하게 응용이 가능하며, 아직까지도 무궁무진한 아이디어가 존재하는 안테나이기 때문에 많은 연구가 진행되고 있다.- Horn Antenna
도파관(waveguide)형태의 안테나로서, 도파관 마지막부분이 사각형 또는 원형의 깔때기처럼 벌어진 형상을 하고 있다. 대표적인 개구면(aperture) 안테나의 하나로서, 안테나가 열린면의 크기가 파장에 비례하게 된다. 그래서 낮은 주파수에서는 크기가 너무 커서 사용이 어렵고 무게도 무거워지기 때문에 통상 GHz 단위 이상에서 주로 사용합니다. 특성이 균일하고 이득이 높아서 빔패턴 측정의 표준안테나 (Standard Antenna)로 사용되는 경우가 많으며, 비교적 큰 전력의 신호까지 다룰 수 있기 때문에 대전력 용으로 사용된다. 종류로는 E면, H면 부채꼴(sectoral)혼, 피라미달(pyramidal)혼, 원통도파관과 연결되는 원추형(conical)혼 및 광대역 특성을 얻기 위한 커루게이트(corrugate) 혼 안테나 등이 있다.
- Parabolic Antenna
이득이 매우 높은 형태의 안테나로써, 빔패턴이 가장 샤프해서 위성통신용으로 애용된다. parabolic 면에 수직으로 입사된 전자파는 반사되어 쌍곡선의 초점 부위에 모아지고, 그러한 초점위치에 위치한 LNB (Low Noise Block)로 그 신호들을 저잡음 증폭시키는 구조이다. 초점에 전자파들이 정확하게 모이도록 쌍곡선면을 가공하는 것이 중요한 기술이다.
위성용 안테나로서 일반인에게도 접시 안테나로 친숙하다.
- Helical Antenna
antenna 선을 꼬아서 소형화시킨 형태의 안테나이다. 같은 주파수에서 다이폴이나 모노폴 등에 비해 훨씬 작은 크기로 만들 수 있다는 것이 장점이며, 꼬는 간격과 방법 등에 따라 빔패턴의 방향도 축방향 또는 정상방향(다이폴과 같은)으로 만들 수 있다. 만드는 방법에 따라 다양한 특성을 나타낼 수 있기 때문에, 휴대단말기, 라디오, 위성용 등 RF전반에 걸쳐 광범위하게 응용되고 있다.
ⅰ. Normal mode 동작
Axial Ratio (20)
AR = 0 : Horizontal polarization
AR = ∞ : Vertical polarization
AR = 1 : Circular polarization
ⅱ. Axial mode 동작 pitch angle =
복사 저항
HPBW (deg)
directivity
- Slot Antenna
도파관의 옆면에 여러 가지 형태의 구멍(slot)을 뚫어서 만드는 안테나로서, 큰 전력을 다룰 수 있어서 선박용/군사용으로 많이 사용된다. Slot의 크기나 갯수, 모양, 거리 등 다양한 변수를 조절하여 배열안테나처럼 여러 가지 특성을 만들어 낼 수 있다.
- 개구면 안테나
도파관등과 연결되어 면을 형성하는 안테나
혼안테나(horn), 파라볼라(parabola)안테나, 카세그레인(cassegrain)안테나, 그레고리언(gregorian)안테나 등이 대표적
주파수가 GHz대로 높아지면 1/4파장 혹은 반파장 길이의 선형안테나의 길이가 작아져 제작 및 급전이 매우 어려워짐.
또한 선형안테나는 이득이 작기 때문에 높은 이득과 날카로운 지향성 특성을 갖기 위해서는 개구면 안테나가 필요
개구면 안테나의 이득(절대이득)은
[ dBi ]
A=개구면적 [m2], η=효율
λ=파장 [m]
개구면적이 클수록 사용주파수가 높아질수록 이득이 증가
② Smith chart
ⅰ. Smith chart란?
요즈음 무선 주파 회로 설계자가 가장 자주 유용하게 사용하는 그림 중의 하나가 Smith Chart이다. 이 Chart는 무선 주파 회로를 해석할 때 자주 나타나는, 계속적으로 반복되는 여러 식들을 쉽게 풀 수 있도록 도와준다. Smith chart에 대해 알아보자.
만일 특성 임피던스 의 lossless 선로가 부하 임피던스 로 종단되어져 있다면, 부하에서 반사계수는
,
여기서 는 정규화 부하 임피던스이다. 이 관계식을 에 대하여 풀면
( 이라 하면)
이 복소방정식은 와 을 실수부와 허수부의 항으로 표시하여, 2개의 실수방정식으로 나타낼 수 있다. , 로 놓으면
이 식을 conjugate를 취하고 정리하면
(1)
(2)
(1) 식으로부터 constant resistance circles를 얻고, (2) 식으로부터 constant reactance circles를 얻는다. 이 두 그림을 합해 놓은 것이 Smith Chart이다.
ⅱ. Chart 상에서의 임피던스 정합
회로의 입력 단자쪽 임피던스를 쉽게 계속 알고 있으면서 사다리꼴 모양의 회로에 직렬과 병렬로 부품을 원하는대로 접속 즉, 연결하며 이때 회로의 임피던스가 어떻게 변하는가를 확인할 수 있기 때문에 Smith Chart는 임피던스 정합을 만들 때 매우 좋은 도구가 될 수 있다.
다시 이해하기 쉽게 말한다면 부하 임피던스와 소스 임피던스가 주어져 있을 때 부하 임피던스가 소스 임피던스와 똑같아져야 하는 임피던스 정합이 되도록 하기 위한 과정은 Smith Chart를 이용해서 할 수 있다.
먼저 주어진 부하 임피던스를 Chart에 위치시키고 원하는 임피던스 즉, 소스 임피던스와 똑같은 임피던스가 되도록 하기 위해 직렬과 병렬로 부품을 연결해서 부하 임피던스를 변화시켜 원하는 즉, 소스 임피던스와 같은 부하 임피던스를 만들어 임피던스 정합이 되게 한다.
예를 들어 2소자 정합을 다뤄보면,
- Two-Elements Matching
2소자 정합 회로는 앞 부분에 나와 있는 공식들을 사용하면 설계하기가 수학적으로 매우 쉬워진다. 다음 예제에 나오는 간단한 회로를 대상으로 한번 Smith Chart를 이용한 임피던스 정합 과정을 공부해보도록 하자.
Smith Chart를 이용해서 편하게 임피던스 정합을 만들려면 아래와 같은 공식들이 사용될 것이다.
커패시터 직렬 연결
커패시터 병렬 연결
인덕터 직렬 연결
인덕터 병렬 연결
챠트로부터 읽은 리액턴스
챠트로부터 읽은 서셉턴스
정합될 원래의 임피던스를 정규화하는 데 사용될 수

키워드

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