지금 이 순간

1. 개요

 - 전파를 이용하는 장치들이 다양화되고 있으며 사용자들은 더욱 소형이고 가벼운 기기를 원하고 있는 추세

 - 안테나의 크기를 단순히 작게만 만들면 방사효율 저하 및 협대역 특성이 있기때문에 정상적인 동작이 어렵게 된다.

 - 안테나의 소형화 기법을 형태별로 크게 분류한다면 선형, 평면형, 복합형으로 구분할 수 있다

2. 선형 안테나 소형화 방안

 가. 모노폴 안테나 형태

    - (a)는 급전부에 정합회로를 부가하여 효율을 높이는 방법

    - (b)는 연장코일을 안테나소자의 중간에 두는 방법(Centre Loading)

    - (c)는 역 L형

    - (d)는 (c)가 50ohm 급전선에 정합하기 어렵기 때문에 정합이 용이하도록 개선한 것으로 선형 F형 안테나

    - (e) Top loading 방식

    - (f)  금속판 대신에 스피랄을 사용한 것

 나. 미소루프안테나 형태

    - 원형이나 사각형으로 만든 루프의 중앙에서 급전한 것

    - 크기가 파장에 비하여 상당히 작기 때문에 미소루프안테나라고 함

    - 안테나의 크기가 작아서 입력저항이 매우 낮기 때문에 저효율이라는 단점이 있음

 다. 헬리컬 안테나 형태

    - 코일이 가지는 인덕턴스 성분을 이용하여 물리적 길이를 25%까지 축소할 수 있는 안테나임

    - 전파의 주방사 방향은 코일의 축에 직각인 방향이 됨

 라. 맨더링 안테나 형태

    - 맨더링 안테나는 도선을 구부려 접어서 만든 것임

    - 공진에 필요한 안테나의 길이를 작게 할 수 있다는 점

3. 평면형 안테나의 소형화 방안

 가. 평면형 역F형 안테나

     - 이동전화용으로는 평면형 역F형 안테나가 가장 많이 사용되고 있음

     - 선형 역F형 안테나에서 가로방향의 도체선을 도체판으로 한 구조

     - 도체선으로부터는 전파가 방사되기 어렵지만 도체판으로 대체하면 전파의 방사가 잘 이루어짐

 나. 마이크로스트립 안테나

    - Microstrip 기판위에 네모 혹은 원형 형태로 금속패턴을 만든 후 여러 가지 형태로 급전

    - 마이크로스트립 안테나를 소형화하는 방법은 방사판의 한 변을 도체판과 접속한 것으로 길이는 마이크로스트립 안테나의 1/2로 되며, 이득이 3dB 낮아진다

4. 복합형 안테나의 소형화 방안

  가. 접어진 안테나

     - 접어진 형태로 만들어서 소형 안테나의 입력저항을 크게 해주는 기술

     - 다이폴에 나란히 도체를 배열하는 폴디드 다이폴 (folded dipole)이 대표적 예

  나. 유전체 장하형 안테나

     - 큰 유전율이나 투자율을 갖는 물질을 안테나에 장착하여 파장을 단축하는 방법으로 소형화 가능

     - 예를들면 모노폴 안테나의 주위를 유전체로 둘러싸는 모양으로 만드는 것

다. 자성체 장하형 안테나

   - 헬리컬 안테나와 같은 코일 모양의 안테나 내부에 강자성체를 삽입하여 소형화하는 방법

1. 개요

2. 안테나의 구성

 2.1 복사기(투사기)

 2.2 반사기

 2.3 도파기

3. 방사패턴

4. 특징

5. 이득

1. 개요

 - 야기 안테나는 야기, 우노다 두 사람이 개발해 낸 안테나

 - 복사기(투사기), 반사기, 도파기로 구성되어 있음

 - 지향성은 도파기 방향으로 입체적인 지향성을 갖고 있음

 - TV 방송 수신용으로 매우 많이 사용하고 있음

2. 안테나의 구성

http://www.koit.co.kr/news/articleView.html?idxno=33524

 2.1 복사기(투사기)

    - 일반적인 반파장 다이폴 안테나 또는 폴디드 다이폴 안테나

    - λ/2 사용 파장에 공진

    - 전파는 이 복사기에서 송신되거나 수신

 2.2 반사기

    - 파장 λ/2의 길이보다 길게 유도성 임피던스를 갖게하여 복사기에서 발사된 전파를 반사

    - 전파도래방향의 맨 뒷부분에 설치되며, 전파도래방향의 맨 앞쪽의 도파기(道波器)로부터 안테나의 후방으로 유도된 전파신호를 반사하여 방사기(放射器)에 보내어 방사기의 이득을 올려주는 역할

    - 반사기의 뒤로는 전파가 발사되지 않으며, 보통 1개의 반사기를 사용

 2.3 도파기

    - 파장 λ/2의 길이보다 짧게 용량성 임피던스를 갖게하여 전파유인, 전파의 길 역할(소자(Element)의 길이는 이론상 λ/2(반파장)가 원칙이나 안테나의 제작 상 특정채널만을 수신하는 채널전용안테나에서는 길이를 보정하여 제작하며, 이는 방사기로부터 전파도래방향으로 갈수록 도파기의 길이를 점차 짧아지도록 λ/2에 보정율(α) (약 0.95)를 곱한 길이로 제작하고 있으며, 도파기의 배치간격은 λ/4로 제작하고 있으나, 이 또한 보정율(α)을 감안하여 안테나의 실제 이득을 올리는데 주안점을 두고 제작)

    - 송신소로부터 송출된 전파가 수신되면 각각의 도파기 소자에 전압이 유기, 방사기로 보내지며 급전부인 방사기의 유기전압에 더해져 안테나 전체 이득이 올라가게 된다

    - 복사기에서 발사된 전파를 강화시켜 줌

    - 도파기 방향으로 지향성 생성됨

3. 방사패턴

http://www.cisco.com/c/en/us/products/collateral/wireless/aironet-antennas-accessories/prod_white_paper0900aecd806a1a3e.html 

4. 특징

  - 투사기, 반사기, 도파기 등의 길이, 굵기, 간격에 따라 이득과 대역이 변함

  - 지향성은 투사기에서 도파기를 향한 단일 방향 특성

  - 단방향성으로 지향성이 예민함

  - 도파기 수를 증가시킬수록 이득이 커짐

  - 이득이 크나 협대역 특성을 가짐

5. 이득

  - 각 소자의 길이, 굵기, 간격에 따라 이득, 지향성이 변화함

  - 소자의 수, 즉 도파기의 수를 증가시키면 이득이 증가됨

    G=10L/λ, 여기서 L은 안테나 소자 배열 축 사이의 거리

   - 3소자인 경우

      축간거리 L=λ/4+λ/4=λ/2

      이득 G=10/λ×λ/2=5

   - 4소자인 경우

       축간거리 L=λ/4+λ/4+λ/4=3λ/4

       이득 G=10/λ×3/4×λ=7.5

<참조>

http://www.radio-electronics.com/info/antennas/yagi/yagi-antenna-gain.php

antenna_pattern.pdf

1. 개요

2. 수직 접지 안테나의 구조와 지향성

3. 수직접지 안테나의 전류와 전압 분포

4. 수직 접지 안테나의 특성

5. 고유 주파수와 고유 파장 계산

1. 개요

 - 수직접지 안테나란 장중파(LF~MF) 대역의 기본 안테나로 단파나 초단파의 경우 사용파장의 절반인 λ/2 만으로도 충분하나 장파나 중파인 경우에는 파장이 길기 때문에 λ/4로 이용함

 - 실제 길이는 λ/4이나 대지와 수직으로 접지하므로 영상효과에 의해 λ/2 효과를 얻을 수 있음

※다이폴 안테나와 모노폴 안테나 비교

 다이폴 안테나(Di-pole):기본 중의 기본 안테나로서 두개의 극이 서로 다른 도선을 구부려서 전체를 λ/2가 되게 만들어서 옴니 다이렉션한 빔패턴을 형성

 모노폴 안테나(Mono-pole): 다이폴과 비슷한데 한 쪽 도체 대신 그라운드로 대치된 형식, 안테나의 길이도 λ/4만 있으면 됩니다. 지면을 그라운드로 이용할 수 있기 때문에 안테나의 길이도 줄일 수 있음

2. 수직 접지 안테나의 구조와 지향성

  - 안테나의 Element 중 하나를 접지한 형태의 안테나

  - 접지라는 것은 전기적인 위치 에너지가 0이 되도록 만드는 것을 의미

  - 지표면의 전기 에너지는 0이므로 보통 지표면에 연결하여 접지
  - 이렇게 접지를 하게 되면 그 엘리먼트가 존재하지 않아도 존재하는 것과 같은 효과가 발생

  - 그러므로 안테나는 파장의 1/4의 길이 에 해당하는 엘리먼트 하나로 감소

  - 그러나 기본적으로는 수직 반파장 다이폴 안테나와 동일

  - 지구 자계로 인한 감쇄가 적은 수직편파 성분을 이용하여 수평면내 무지향성, 수직면내 쌍반구형의 지향특성을 가짐

3. 수직접지 안테나의 전류와 전압 분포

  - 기저부(Feeding Point): 전류 분포 최대, 전압 분포 최소

  - 끝단: 전압 분포 최대, 전류 분포 최소

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

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

1. 개요

2. 미소안테나 주위 공간의 전파 특성

3. 미소다이폴(헤르츠 다이폴) 복사 특성

1. 개요