안테나 공학

- 35 -

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

- 36 -

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

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- 37 -

(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

- 38 -

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

▪

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- 40 -

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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- 42 -

￭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

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- 43 -

￭ 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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- 44 -

￭반사계수

▪전압반사계수 입사파전압반사파전압

▪전류반사계수 입사파전류반사파전류

▪전력반사계수 입사파전력반사파전력

※ 압반사계수와 류반사계수와의 계

→

￭부하 반사계수

▪

=

▪

=

▪

=

▪∴ =

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- 45 -

￭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

∣∣∣∣

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- 46 -

￭부하의 항값에 따른 송선로 상의 압, 류 분포의 변화(정재 패턴)