Post on 11-Oct-2019
안테나 공학
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3장. 안테나 송․수신 회로
■ 안테나 등가회로
▪신호원에 안테나를 연결하면
→ 신호원에서 안테나로 력이 입력된다.
→ 안테나로 입력된 력은 안테나 주 의 매질(보통 공기)로 방사된다.
∴신호원에서 공 한 력을 그 신호원을 제외한 나머지 부분
(즉 )에서 받아 소비한 것으로 볼 수 있으므로 그 부분 체를
( )부품으로 생각하여도 된다.
▪이 게 안테나를 력을 소비하는 항처럼 취 할 수 있는데 이 항을
( ) 항이라고 하며 로 표시한다.
▪안테나를 만들 때는 도체( 는 도선)를 사용하는 것이 보통인데, 모든 도체
에는 비록 크기가 아주 작기는 하지만 항성분이 들어있다. 이 항성분에
안테나에 생기는 항을 ( ) 항이라고 하며 라고 표시한다.
▪이 두 항을 합해서 안테나의 항이라고 하는데, 부분의 경우에 도선
항의 크기는 방사 항에 견주어 아주 작으므로 무시하는 것이 보통이다.
≃
※ 결국 신호원에 연결된 안테나를 특정한 항 값을 갖는 부하로 생각하면
된다.
VS
I0
VS Rr
신호원 신호원
등가회로
I0
안테나
방사저항
ZS RS
신호원저항
VS
안테나
Rr
신호원
RW
방사저항
도선저항
I0RS
신호원저항
안테나 공학
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송신기안테나
Pin
Prad
VS
안테나
Rr
신호원
RW
방사저항
도선저항
I0RS
신호원저항
Prad
Pin
■ 신호원- 송선로-안테나 시스템의 해석
송신안테나
송신기전송선로(급전선)
송신기전송선로(급전선)
송신안테나
Pin
Prad
Pref
ZS
VS
신호원(Generator)
Z0
안테나
Pin
전송선로(급전선)
ZAnt
Prad
Pref
안테나 공학
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(1) 송선로( 선)의 특성
￭많이 쓰이는 기본 송선로의 종류
▪2선 선로(2-wire line), 동축 선로(coaxial cable), 평행 선로(parallel
plates), 마이크로스트립 선로(microstrip line)
d
손실 유전체 ),,(
aa
b
c
손실 유전체 ),,(
t
d
w
손실 유전체 ),,(
ε: 매질의 유 율
μ: 매질의 투자율, μc : 도체의 투자율
σ: 매질의 도 율, σc : 도체의 도 율
분포회로
성분평행 선로 2선 선로 동축 선로
R (Ω/m) 2wδσ c
12πδσ c (
1a+1b )
G (/m)σwd
2πσ
ln (ba)
L (H/m)μdw
μ
2πln(ba)
C (F/m)εwd
2πε
ln (ba)
표. 여러 송선로의 R, L, C, G 성분
안테나 공학
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여기서,
는 도체의 표피깊이(침투깊이),
cosh -1d2a≃ln
da, if ( d2a )
2
≫1
R : 단 길이당 항(Ω/m)
L : 단 길이당 인덕턴스(H/m)
C : 단 길이당 커패시턴스(F/m)
G : 단 길이당 컨덕턴스(/m)
※표피효과와 표피깊이(침투깊이)를 조사해 시다.
※다음을 생각해 시다.
① 도체의 도 율 의 값은 매우 ( ) 것이 보통입니다. 이상 인 특성을
가진 완벽한 도체의 경우에는 도 율 의 값을 ( )로 놓습니다. 따라
서 특성이 좋은 도체라면 R 성분의 크기를 ( )로 취 하여도 됩니다.
② 유 체의 도 율 의 값은 매우 ( ) 것이 보통입니다. 이상 인 특성
을 가진 완벽한 유 체의 경우에는 도 율 의 값을 ( )로 놓습니다.
따라서 특성이 좋은 유 체라면 G 성분의 크기를 ( )로 취 하여도
됩니다.
③ 의 두 결과로부터 좋은 도체와 유 체를 쓴 경우에는 어떻게 간단히 어
림잡을 수 있는지 말해 시다.
➃ 이 게 어림잡은 송선로를 ( ) 송선로라고 합니다.
￭ 송선로의 특성임피던스, 상정수, 속도
▪특성임피던스
Z 0=LC
▪ 상정수
▪ 속도( 상속도)
※ 송선로에서 손실을 나타내는 R, G 성분을 무시할 수 없는 경우에는 특성
임피던스 식이 복잡해지고, 상정수 외에 감쇄정수 도 고려해야 한다.
, 가 되어 속도 는 느려진다.
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표. 무손실 송선로의 특성임피던스, 상정수, 속도
평행 선로 2선 선로 동축 선로
R 0 0 0
G 0 0 0
Lμdw
μ
2πln(ba)
Cεwd
2πε
ln(ba)
Z 0=LC
LC
※다음을 생각해 시다.
① 송선로에서 특성임피던스는 송선로의 모양(구조)․치수와 어떤 계가
있습니까?
② 송선로에서 속도와 상정수는 송선로의 모양(구조)․치수와 어떤
계가 있습니까?
※ 송선로의 특성임피던스
▪
안테나 공학
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d
유전체
￭ 실제 송선로의 모형화
▪보통, 송선로의 맨 앞에는 력을 발생시키는 ( )을 연결합니다.
▪보통, 송선로의 맨 끝에는 력을 소비하는 ( )를 연결합니다.
▪이때, 송선로는 ( ) 역할을 합니다.
▪ 송선로에서는 ( )과 ( )의 두 가지 값만 알면 신호원에서
부하로 력(즉 압과 류)이 어떻게 달될 지 알 수 있습니다. 실제
송선로의 데이터시트를 보면 이 값들이나 ( ), ( )값이 표시되어
있습니다.
▪특성임피던스
Z 0=LC
▪ 상정수
=
▪ 속도( 상속도)
=
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1000
100
10
5
0.1 1.0 10
][0 Z
1 r
23
10 r
W/h
※ 마이크로스트립 선로의 특성임피던스와 상정수
기판 유전상수 r
공기 유전상수r=1
선로전체 유전상수=유효 유전상수
eff
eff
eff
￭유효유 상수(effective dielectric constant)
매질이 두 개이므로 송선로 체가 하나의 유 체 역으로 이루어진 것으
로 보고 어림잡아 해석하게 되는데 이 유 체 역의 유 상수를 유효유 상
수(effective dielectric constant) 라고 한다. 유효유 상수 값은 공기와 유
체기 의 유 상수 사이의 값으로 된다. ( )
￭ 상정수와 속도
▪ 속도 ⋅
⋅
⋅
▪ 상정수 ⋅
￭특성임피던스
특성임피던스 값은 선로의 폭(W),
기 의 두께(h)의 비(ratio)인
W/h 값에 따라 달라진다.
(마이크로스트립 선로의 특성임피
던스 는 유 상수 이 클수록,
선로의 폭 W이 넓을수록, 기
의 두께 h가 얇을수록 작아진다.)
○ ≤ 일 때
Ω
○ 일 때
⋅
Ω
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￭신호원- 송선로-안테나 시스템의 계와 자계 분포
송신기전송선로(급전선)
송신안테나
Pin
Prad
Pref
송신안테나
송신기전송선로(급전선)
VSE
HIS
I
IL
RLVL
+++ +
+++
+ ++
+++ +
+++
+ ++
+++ +
+
--- -
-
--- -
---
- --
--- -
-
--- -
-
t
T
A
-A
0
z
0
RS
IS
V
안테나 공학
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￭ 송 선로의 특성 임피던스의 요성
⇒ 반사 의 발생:
▪ 송선로의 끝에 성질이 다른 것(다른 송선로나 부하)이 연결되면 반사
압과 반사 류가 생긴다.
▪ 송선로에서 반사 가 생기지 않는 조건
․길이가 무한히 긴 송선로
․길이가 유한한 송선로 : 송선로의 맨 끝에 송선로의 특성임피던
스와 같은 항값을 갖는 부하를 연결한다. 이 게 하는 것을
송선로와 부하의 임피던스 매칭(impedance matching:임피던
스 정합)이라고 한다.
※ 이 두 가지를 뺀 나머지 경우에는 송선로에 언제나 반사 가 생
긴다.
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￭반사계수
▪전압반사계수 입사파전압반사파전압
▪전류반사계수 입사파전류반사파전류
▪전력반사계수 입사파전력반사파전력
※ 압반사계수와 류반사계수와의 계
→
￭부하 반사계수
▪
=
▪
=
▪
=
▪∴ =
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￭정재 (Standing Wave)
▪정의: 송선로에서 입사 와 반사 가 서로 첩되어 발생하는 형. 이때,
이 형은 ․아래로만 진동하고 제자리에 멈춰 있는 것처럼 보이므
로 정재 ( 는 정상 , 정지 )라고 한다.
▪정재 의 측정
※정재 에서
▪최 진폭과 최 진폭사이의 거리:
▪최소진폭과 최소진폭사이의 거리:
▪최 진폭과 최소진폭사이의 거리:
▪( 압)정재 비(VSWR: Voltage Standing Wave Ration)
→ 정재 에서 최 진폭과 최소진폭과의 비
∣∣∣∣
안테나 공학
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￭부하의 항값에 따른 송선로 상의 압, 류 분포의 변화(정재 패턴)