안테나에 전자파가 수신되는 원리

1. 개요

2. 전자파 해석의 기본이 되는 공식

3. 안테나로부터 전자파가 송신되는 원리

4. 전파의 수신

5. 맺음말

 

 

 

1. 개요

 - 전자파란 주기적으로 세기가 변화하는 전자기장이 공간 속으로 전파해 나가는 현상을 말함

 - 맥스웰은 변위전류도 도전류와 같은 성질을 가지고 있는데 착안하여 페러데이의 전자유도법칙과 암페어의 주회적분 법칙을 기초로 전계와 자계와의 관계를 나타내는 식을 유도하였음
- 맥스웰 방정식은 전계와 자계의 관계를 나타내는 방정식으로 전자파 해석의 기본이 되는 방정식임

- 그 의미는 '변화하고 있는 전계는 자계를 발생시키고, 또한 반대로 변화하고 있는 자계는 전계를 발생시킨다'는 것으로 전자파가 퍼져나간다는 것임

 

2. 전자파 해석의 기본이 되는 공식

 가. 맥스웰 제 1방정식

    - 공간 어느 점에 있어서 전계가 시간적으로 변화할 때 그 주위에는 자계의 회전을 발생시킨다는 것은 나타내는 방정식 

    - 즉 시간적으로 변화하는 전계 주위에는 자계의 회전을 발생시킴

 나. 맥스웰 제 2방정식

    - 공간내의 한 점에 대한 자속밀도의 시간적 변화는 그 변화를 방해하는 방향으로 전계의 회전을 발생시킨다

    - 즉 시간적으로 변화하는 자계 주위에는 전계의 회전을 발생시킴

다. 포인팅 정리

    - 전자파가 공간을 전파해 나가는 것은 일종의 에너지 이동으로 볼 수 있음

    - 포인팅 벡터는 단위시간당 단위면적을 통과하는 에너지 밀도를 말함

   

    - 포인팅 벡터의 P의 크기는 단위 면적당 전력을 나타내며, 방향은 전계 E의 방향에서 자계 H의 방향으로 오른나사를 돌릴 때 나사가 진행하는 방향이 됨

 

3. 안테나로부터 전자파가 송신되는 원리

- 전도전류와 변위전류에 의한 자계 발생 

 

 - 전파의 확산

 

 

 

 

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4. 전파의 수신

 - 전자파는 기본적으로 변동하는 전계와 자계의 파동임

 - 따라서 시간적으로 변동하는 자계에 도체가 존재하면 패러데이의 법칙에 따라 기전력이 유기됨

                                                                                               Vemf=V(electromotive force): 기전력

                                                                                                               Ф : 자속(Magnetic flux)

 

 - 즉 선형 안테나를 전자파 중에 놓고 단자를 개방하면 단자간에 수신전압 V가 발생하고 여기에 부하 RL 을 연결하면 전류 IL 흐르게 됨

 여기서 Rr은 안테나 내부저항

                                                                          RL은 수신기 입력 임피던스

 

  - 전계강도가 E[V/m]인 전자파 중에 실효고가 he인 안테나의 단자에 유기되는 수신전압 V=E×he

  - 수신안테나로부터 부하에 공급되는 전력 P는

  - 임피던스 정합(Rr=RL)이 이루어졌을 때 얻어지는 수신 최대유효전력 Pm은

  - 즉, 수신안테나와 수신기의 입력 임피던스가 정합이 되었을 때 수신기에 최대전력이 수신됨을 알 수 있음

 

5. 맺음말

  - 전자파는 기본적으로 변화하는 전계와 자계의 파동이므로 이를 안테나를 통해 수신하면 유기 기전력을 얻을 수 있어 전자파 수신이 가능함 

 

 

 

 

 

 

전파란 2[1][1].pdf