반파장 다이폴 안테나

1. 개요

2. 반파장 다이폴 안테나의 구조와 지향성

3. 반파장 안테나의 전류와 전압 분포

4. 반파장 다이폴 안테나의 특징

5. 반파장 다이폴 안테나의 용도

1. 개요

  - 반파장 다이폴 안테나는  모든 안테나의 기본이 되는 안테나로서 안테나의 길이가 사용파장(λ)의 1/2인 다이폴 안테나를 반파장 다이폴 안테나라 함

  

2. 반파장 다이폴 안테나의 구조와 지향성

  - 파장의 1/2 길이를 가진 도선의 가운데에 동축 케이블을 연결한 형태

  - 안테나의 엘리먼트와 평행한 면에서의 지향성은 8자 모양이며 수직한 면에서는 무지향

 

3. 반파장 안테나의 전류와 전압 분포

  - 중앙: 전류 분포 최대, 전압 분포 최소

  - 끝단: 전압 분포 최대, 전류 분포 최소

 

 

 4. 반파장 다이폴 안테나의 특징

 5. 반파장 다이폴 안테나의 용도

   가. 수평 반파장 다이폴 안테나 :

      - 엘러먼트가 지면과 평행한 안테나입니다. 보통 HF에서의 교신과 VHF, UHF의 TV 방송에 많이 사용합니다.

   나. 수직 반파장 다이폴 안테나

      - 엘러먼트가 지면과 수직한 안테나입니다. 보통 VHF, UHF에서의 교신에 많이 사용합니다. 수평면에서 무지향성인 점이 특징입니다.

   다. V형 반파장 다이폴 안테나

      - 엘러먼트가 V형을 이루고 있는 안테나입니다. 임피던스가 50Ω이어서 특별한 MATCHING을 필요로 하지 않으며 설치 공간이

작아도 되기 때문에 많이 이용되고 있습니다.

 

참고>반파장 안테나로부터 전자기파를 복사

전기력선과 자기력선이 밖으로 확산하기 쉬운 구조로 만든 것이 안테나이다. 안테나 주위에는 정재파 전계나 자계가 생기는데, 안테나에서 복사되는 전자기파나 진행파가 되어 빛의 속도로써 진행하는 것이다...밖으로 확산하기 쉽다는 것은 거꾸로 외부에서 온 전기력선과 자기력선에 느껴지기 쉽다는 것을 뜻하고 있다.
 반파장안테나는 전자기파를 복사하는 것이다.이 안테나는 콘덴서의 극판을 일직선이 되게 벌여 놓은 것이라고도 할 수 있다.
 교류전원에서 만들어진 전기 에너지를 전송선로로부터 공간으로 효율적으로 복사하는 것이며, 도선을 넓히면 전자기파가 발생하기 쉽다.

반파장 안테나의 특징은 이름 그대로 안테나의 길이(L)를, 복사하고자 하는 전자기파의 파장의 절반으로 한 데에 있다. 반파장으로 되어 있는 것은 안테나를 흐르는 진동 전류, 즉 전자의 진동이 정상파를 만들게 하기 위한 것이다.
 따라서, 안테나의 전류정상파가 전자기파를 복사한다고 할 수 있다.

 

아래 그림은 시간을 축으로 하여 교류 전압의 크기를 보인 그래프이다.

(1) 안테나에 교류전원에 접속된 순간(t=0)

 -전원 전압이 제로이기 때문에 안테나 도선 위에는 전하가 유기되지 않는다.
따라서,모든 전기력적으로 중성이다.

 (2) 위쪽의 도선에는 플러스, 아래쪽에는 마이너스의 전압이 걸리기 때문에 윗쪽으로 전류가 흘러 (+)전하가 유도된다. 아래쪽은 중성인 상태에서 (+)전하가 빠져 나갔으므로 (-)전하가 남아있게 된다.전하  의해 전기력선이 생긴다.(1)에서는 없었던 곳에 전하가 생겼기 때문에 전류가 흐른 것이 된다.위가 양전하, 아래가 음전하이므로 전원은 도선에 윗방향으로의 전류를 흘러보낸 것이 된다.이것은 전기 쌍극
자에 해당하므로 그것의 전계의 역선은 아래와 같이 주어지게 된다. 전류가 흐르면 그림과 같이 암페어 법칙에 따라서 자계가 생기고 자계의 방향은 오른나사의 회전방향이며 오른나사가 진행하는 방향이 전류의 방향이다.      

 

 (3) 전압이 커지기 때문에 큰 전류가 흘러 전하가 유기되어 아래와 같은 전기력선과 자기력선이 생긴다

     가장 센 전류와 전하가 유기된다.

(4) 전원전압이 시간(2)와 같다.그러나 전기력선과 자기력선은 원상으로 돌아갈 수 없다.(2)나 (3)에서 보인 전기력선과 자기력선의 방향은 전송선로에 전압을 가한 순간에 생기는 전기력선과 자기력선의 방향과 같다. 그 이유는 전기력선과 자기력선은 빛의 속도로 역선이 없는 좌우방향으로 진행하지 않으면 안된다는 것이 패러디의 법칙과 앙페르의 법칙을 따르기 때문이다.따라서 전기력선과 자기력선은 원상
으로 돌아갈 수가 없기 때문에 (2)가 아닌 (4)와 같이 된다. 다만 (3)과 비교해서 전압이 낮아지기 때문에 유기되는 전하는 감소해서 양전하와  음전하가  결합하기 때문에 전기력선은 끊어져 버린다.또 도선 위의 전하가 감소한다는 것은 아랫방향으로의 전류가 흐르는 것과 같기 때문에 그림에서 보는 것과  같이 이번에는 전에 생긴 자기력선과는 반대방향으로의 자기력선이 생긴다. 

(5) 전압이 제로이므로 유기되는 전하가 없어서 모든 전기력선은 도선에서 떨어져 나가 버린다

(6) 전압의 크기는 (2)와 같이 되고 플러스 마이너스만이 달라 진다.따라서 전류의 분포는 (-)쪽에 존재한다. 전기력선과 자기력선은 방향만이 반대이고 (2)와 같아진다.방향은 반대이지만 (3),(4)의 과정을  반복해서 전기력선과 자기력선이 확산해 가는 것을 알수 있다.

(7) (3)번과 전류분포가 반대가 되어 반대방향으로 전기력선과 자기력선이  복사된다.

 

(8) (4)과 같이 전기력선과 자기력선이 원상으로 돌아갈 수 없다

 

(9) 전압이 제로이므로 유기되는 전하가 없어서 모든 전기력선은 도선에서 떨어져 나가 버린다. 떨어져 나간 전자기력선은 빛의 속도로 공간속으로 전파해 나간다.

도체에 전압을 걸어 전압을 흘려보내면 전기력선과 자기력선이 형성되고 전송선로처럼 이들 역선을 가두어 두는 구조가 아닌 한, 전기력선과 자기력선은 패러디의 법칙과 앙페르의 법칙을 만족하기 때문에확산하지 않으면 안 되는 것이다.

 

<References>

http://ora24.cafe24.com/Science/CyberExp/electromagnetic_wave/electromagnetic_wave.htm

http://myung.inje.ac.kr/lecture/%EC%95%88%ED%85%8C%EB%82%98%EA%B3%B5%ED%95%99/%EB%B0%98%ED%8C%8C%EC%9E%A5%20%EC%95%88%ED%85%8C%EB%82%98.htm

http://ds3kul.karl.or.kr/antena.htm

http://sv3auw.blogspot.kr/2014/03/blog-post_14.html

http://www.digikey.ca/en/articles/techzone/2011/mar/understanding-antenna-specifications-and-operation

http://www.digikey.com/en/articles/techzone/2012/nov/selecting-antennas-for-embedded-designs

http://www.eee.bham.ac.uk/webteam/mobilecomms/g5c4b1.htm

https://rdl.train.army.mil/catalog/view/100.ATSC/8594DF18-D94D-432C-823B-7D40C4B4BE4A-1274317197310/9-64/chap2.htm