지금 이 순간

1. 개요

2. WAVE 규격 탄생

3. WAVE 시스템 구성

4. WAVE 프로토콜 구조

5. WAVE 특징

6. 기술비교

1. 개요

  - 고속으로 주행하는 차량 환경에서 통신서비스를 제공하기 위하여 특화된 차세대 ITS 통신 기술

  - WLAN 기술을 기반으로 자동차 환경에 맞도록 수정

  - DSRC (Dedicated Short Range Communication) 기술의 일종

  - V2I (Vehicle-to-Infrastructure)과 V2V(Vehicle-to-Vehicle) 통신을 지원

2. WAVE 규격 탄생

3. WAVE 시스템 구성

 - RSU(Roadside Units): 도로주변 시설물에 설치

 - OBU(Onboard Units): 차량에 설치된 기기

  - 차량 내 단말(OBU, On Board Units)에서 구간별 통행속도, 위치정보를 수집하여 교통 정보센터에 보내줌

  - 교통정보센터에서 가공된 정보를 인터넷망을 통해 RSU(Road Side Unit)를 거쳐 정보를 제공함

4. WAVE 프로토콜 구조

http://www.ieee-vnc.org/2011/talks/panel.pdf

http://www.slideshare.net/gamarun/wave-a-tutorial 

5. WAVE 특징

 - 기존의 통신방식으로는 차량에서의 무선 인터넷을 포함하는 ITS에서 요구하는 다양한 서비스 및 높은 전송속도를 수용하는데 한계에 도달, 이를 해결하기 위해 출현한 기술임

 - IEEE 802.11p

    IEEE 802.11p의 PHY는 5GHz 대역에서 동작하는 IEEE 802.11a PHY로부터 최소한의 변경만을 고려

    OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)

    20MHz 대역폭 대신 10MHz 대역폭을 이용

 - 최대 200km/h 속도의 차량 주행 환경을 지원하고, 안전 운행의 경우 1km까지이 전송거리를 제공

 - 차량간(V2V) 통신 및 차량과 노변(V2I, Vehicle to Infrastructure) 통신을 최대 54Mbps 제공

 - DSRC가 없는 차량간 Ad-hoc 네트워크를 지원하고, 사용채널은 7개를 사용, 긴급구조 및 차량 안전을 위한 전용채널을 별도로 할당하는 방식

6. 기술비교

intelligenttransportationsystems-140109145537-phpapp01.pdf

WAVE.pdf

LTEvs802.11p.pdf

WAVE_Tutorial.pdf

1. 개요

2. 고도와 궤도에 따른 위성의 분류

  2.1 저궤도 위성(Low Earth Orbit)

  2.2 중궤도 위성(Medium Earth Orbit)

  2.3 타원형 고궤도 위성(High Elliptical Orbit)

  2.4 정지궤도 위성(Geostationary Earth Orbit)

  2.5 극궤도 위성

3. 궤도별 비교

4. 위성을 용도에 따른 분류

   4.1 통신 위성

   4.2 기상 위성

   4.3 GPS 위성

   4.4 과학탐사 위성

   4.5 방송위성과 통신위성 비교

1. 개요

  - 위성통신은 위성을 중계국으로하여 지구국간 상호 통신을 하는 것

  - 위성통신은 지상지구국에서 높은 전력으로 위성을 향해 전파를 송신하고, 위성에서는 받은 전파 신호를 중계기(Transponder)로 증폭한 후 지상을 향해 송신하는 것

http://stbiho.daegu.ac.kr/~reforest/s4-3.htm

  - 위성의 고도에 따라 저궤도 위성, 중궤도 위성, 타원형 고궤도 위성, 정지궤도 위성 및 극궤도 위성등으로 구분함

http://stbiho.daegu.ac.kr/~reforest/s4-3.htm

2. 고도와 궤도에 따른 위성의 분류

  2.1 저궤도 위성(Low Earth Orbit)

       - 지구궤도 약 1000~2000km 상에 위치하며 주로 측위, 이동통신, 원격탐사에 이용되는 위성

       - 위성은 1~2시간에 한 번씩 지구의 주위를 돌기 때문에 적어도 수십기의 위성을 쏘아올려 항상 어느 곳에서도 볼 수 있어야 한다.

       - 저궤도 위성 종류: 소형 저궤도 위성(Little LEO), 대형 저궤도 위성(Big LEO)

  2.2 중궤도 위성(Medium Earth Orbit)

       - 지구궤도 약 10,000~20,000km 상에 위치

       - 수기 내지 수십 기의 위성으로 전 세계를 커버할 수 있다.

       - 저궤도와 정지궤도 위성의 중간에 해당하는데  ICO와 오딧세이(Odyssey) 등이 있음

       - 도플러 편이에 의한 주파수 보상 필요

  2.3 타원형 고궤도 위성(High Elliptical Orbit)

       - 원지점의 고도가 약 4만 km, 근지점의 고도가 1,000km 정도의 가늘고 긴 타원형 궤도

       - 원지점 부근에서는 위성이 천천히 움직이므로 지상에서 보이는 시간이 길어, 2~3기의 위성을 교차해서 사용 

       - 소요 위성 수: 3~6개

  2.4 정지궤도 위성(Geostationary Earth Orbit)

      - 적도 상공에서 지구의 자전주기와 같은 속도로 움직이는 인공위성은 지구상에서 볼 때 정지하고 있는 것처럼 보이므로 정지위성이라 부름

      - 정지 위성은 지구상의 넓은 지역에 걸쳐 장애물의 영향없이 전파를 받고 보낼 수 있음

      - 정지 위성을 이용하여 텔레비젼 중계를 하면 동시에 여러 나라에 같은 내용을 볼 수 있음

      - 통신, 기상관측, 방송등에 주로 이용됨

      - 주기:24시간 주기, 24시간 관측

      - 소요 위성 수:1~3개

  2.5 극궤도 위성
      - 극궤도 위성은 저궤도 위성의 특별한 형태로서 양극을 통과하는 궤도를 돔

      - 극궤도 위성은 북-남의 방향이고 지구는 동-서의 방향으로 자전하기 때문에 극궤도 위성은 지구표면 전체를 관측할 수 있음

      - 주로 기상, 군사용 전세계 1개 위성 서비스

3. 궤도별 비교

4. 위성을 용도에 따른 분류

 4.1 통신 위성

    - 우리 나라의 무궁화 1, 2, 3호와 같은 위성들은 TV신호나 위성 전화등의 통신서비스에 활용됨

    - 현재 약 100기 이상의 통신 위성들이 정지 궤도를 돌며 활동 중에 있음

    - 이러한 통신위성들은 우주공간에서 중계국의 역할도 함

  4.2 기상 위성

     - 기상 위성은 하루하루 변하는 기상 변화를 관측하는 임무 수행

     - 많은 나라에서 기상예보, 태풍추적, 일기 변화 등에 활용함

  4.3 GPS 위성

      - 자동차, 배, 비행기 등 정확한 위치를 요구하는 곳에 사용됨

      - 처음에는 군사적인 목적으로 만들어 졌지만  현재는 누구라도 GPS 수신기만 이용하면 자신의 위치를 알아낼 수 있음

  4.4 과학탐사 위성
      - 과학 연구에 필요한 자료를 수집함

   4.5 방송위성과 통신위성 비교

1. 위성통신의 종류

2. 지구국 안테나

 2.1 Parabola Antenna

     가. 구조

     나. 원리

     다. 특징

 2.2 Cassegrain Antenna

     가. 원리

     나. 구조

     다. 특징    

 2.3 Horn Reflector Antenna

     가. 원리

     나. 구조

     다. 특징

1. 위성통신의 종류

  - 용도별: 통신위성, 방송위성, 기상위성, 자원탐사위성, 군사위성 등

  - 고도별: 저궤도 위성, 중궤도 위성, 고궤도 위성

  - 궤도별: 극궤도 위성(북극과 남극을 잇는 궤도), 정지궤도 위성(지구의 자전 주기와 동일한 공전주기), 타원궤도 위성(계란모양의 타원궤도, 지구로부터의 고도가 일정하지 않아서 고도가 높은 지점과 낮은 지점이 생김)

  - 사용주파수 대역

http://stbiho.daegu.ac.kr/~reforest/s4-3.htm

2. 지구국 안테나

  - 지국국 안테나로는 파라볼라 안테나, 카세그레인 안테나, 혼리플렉터 안테나 등이 주로 쓰임

  - 그 중에 가장 많이 사용되는 지구국 안테나는 카세그레인 안테나임

 2.1. 파라볼라 안테나

     가. 구조

        - 포물면형 반사경과 그 초점에 있는 안테나소자로 이루어짐

     나. 원리

        - 포물면형 반사경의 초점에 설치된 1차 복사기에서 나온 전파가 포물면경에서 반사되면 평면파가 되어 예민한 지향성을 얻을 수 있도록 구성

        - 파라볼라의 초점에 1차 복사기로서 전자나팔, 반파장 다이폴 등을 설치하여 여진함

        - FA=FB+BB'=FC+CC' 관계가 성립하므로 평면파가 방사됨

      다. 특징

         - 구조가 간단하고 소형임

         - 지향성이 예민하고 이득이 큼

         - 부엽이 많음

         - 광대역의 임피던스 정합이 어렵고 대역폭이 좁음

         - 반사파로 인한 임피던스 부정합, 급전선에 의한 손실, 대지반사파의 인입현상 발생--->Cassegrain 안테나로 연결

   - feed 방식에 따라 center feed 방식과 offset feed 방식이 있음 

  2.2 카세그레인 안테나

     가. 원리

        - 파라볼라 안테나의 단점인 임피던스 부정합, 급전선에 의한 손실, 대지 반사파 인입 현상등을 보완한 입체 개구면 안테나로 2개의 반사기를 이용하여 예민한 평면파 빔을 생성함

      나. 구조

        - 반사기(주:파라볼라, 부:곡면) 2개, 1차 복사기(Dipole 또는 전자혼) 1개로 구성됨

        - 1차 복사기는 주 반사기 쪽에 설치하고, 부반사기는 초점보다 조금 앞에 볼록 쌍곡면을 설치함

        - 부반사기를 오목쌍곡면을 사용하면 그레고리안(Gregorian) 안테나임

        - 주반사결과 부반사경이 동일한 허초점을 갖고 반사시키므로 평행하게 반사됨

    다. 특징

       - 1차 복사기와 송수신기가 직결되어 급전선의 손실이 작음

       - 대지 반사파 영향이 작아 저잡음용 안테나로 사용

       - 부엽이 적음

       - 초점거리가 짧고 반사기에서 높은 이득이 얻어짐

       - 제작이 용이함

 2.3 혼리플렉터(Horn Reflector) 안테나

     가. 원리

        - 나팔에 전송된 구면파를 반사기에서 평면파로 바꾸어 자유공간에 방사함

     나. 구조

        - 원추형 혹은 각추형 나팔과 파라볼라 반사기를 조합한 구조의 안테나로 1차 복사기의 정점과 반사기의 초점을 일치시킴

   다. 특성

     - offset feed type으로 반사파가 급전점으로 돌아오는 양이 적어 임피던스 부정합이 일어나지 않음

     - 초광대역 특성을 가짐

     - 개구효율이 좋고 이득도 45dB 이상으로 매우 높음

     - 저잡음 특성이 있음

     - 부엽이 적어 전후방비, 전측방비가 좋음

     - 수평/수직 편파 모두 사용할 수 있음

     - 구조가 크고 기계적 강도가 약한 단점이 있음

1. 개요

2. 다원접속 및 할당방식의 종류

3. 위성통신의 회선할당방식

4. 회선할당방식 비교

5. 다원접속방식

6. 다원접속방식의 비교

1. 개요

  - 위성에서 다중 접속은 복수개의 지구국이 하나의 통신위성을 이용해서 동시에 지구국 상호간에 통신로를 설정하는 방식임

  - 회선할당 방식은 위성과 지구국 사이의 회선설정 방식으로 영구적, 랜덤하게 할당 가능

<참조>

 다중접속과 다중화 기술

  가. 다중접속

    - 다중 접속은 주어진 시간, 공간, 주파수, 코드등을 여러사용자가 공동으로 사용하는 기술

    - 서로 다른 사용자를 구분시키기 위한 기술

  나. 다중화 기술

     - 여러 채널을 동시에 송, 수신하도록 다수의 채널을 하나의 전송로로 결합구성하는 기술

     - 공통 채널상에서 동일 방향으로 신호를 전송하기 위해 개개 채널의 신호를 결합시키는 과정

 위성통신의 특징

     가. 서비스 지역의 광역성: 다자간통신에 대한 경제적

     나. 동보성, 다원접속성: 한 지점으로부터 여러 곳에 흩어져 있는 다수의 수신기로 동시에 동일 내용의 정보를 전송하는 통신

     다. 효율성: 다원접속기술로 회선이용 효율 향상 

     라. 유연한 회선 설정: 지리적 장애 극복

     마. 내재해성: 지진 등 지상재해에 무관

2. 다원접속 및 할당방식의 종류

  2.1. 고정할당방식(Pre Assignment Multiple Access, PAMA)

      가. 주파수분할다중방식(Frequency Division Multiple Access, FDMA)

      나. 시분할다중방식(Time Division Multiple Access, TDMA)

      다. 공간분할다중방식(Space Division Multiple Access, SDMA)

      라. 부호분할다중방식(Code Division Multiple Access, CDMA)

  2.2. 랜덤할당방식(Random Assignment Multiple Access, RAMA)

  2.3. 요구할당방식(Demand Assignment Multiple Access, DAMA)

  2.4. 혼합할당방식

3. 위성통신의 회선할당방식

 가. 고정할당방식(Pre Assignment Multiple Access, PAMA)

     - 고정된 주파수 또는 시간 Slot을 특별한 변경이 없는 한 한 쌍의 지구국에 항상 할당해주는 접속 방식

     - 고정 방식

 나. 랜덤할당방식(Random Assignment Multiple Access, RAMA)

     - 전송정보가 발생한 즉시 임의 Slot으로 송신하는 방식

     - 경쟁 방식

 다. 요구할당방식(Demand Assignment Multiple Access, DAMA)

     - 사용하지 않는 slot을 비워둠으로써 원하는 다른 지구국이 활용할 수 있도록 함

     - 예약 방식

4. 회선할당방식 비교

5. 다원접속방식

 가. FDMA

    - 여러 개의 주파수로 분할하여 전송하는 방식

    - 전송로에 할당되어 있는 주파수 대역 중에서 통신에 필요한 최소한의 주파수 대역을 각 지구국에 할당하여 우주국에 접속할 수 있는 방식

    - 지구국들간에 송신 신호 동기가 필요하지 않기 때문에 지구국의 장비가 간단하고 저렴함

  나. TDMA

    - 여러 개의 시간으로 분할하여 전송하는 방식

    - 전송로에 할당되어 있는 시간대역을 주기적으로 일정한 시간간격으로 나누어서 각 지구국에 할당하여 우주국에 접속할 수 있는 방식

    - 위성간 간섭영향이 FDMA보다 적고, 처리능력이 FDMA보다 더 큼

  다. SDMA

    - 한 개의 우주국이 여러 개의 지구국이 있는 통신 지역을 분할하여 한정된 주파수 자원을 이용하는 방식

    - 수신 신호의 전력밀도를 증가시키기 위한 방법으로 위성에서 발생하는 빔을 좁게하여 전력을 집중시키는 스포트빔을 이용하여 지구국의 수신 안테나의 크기를 줄일 수 있다.

  라. CDMA

    - 지구국당 동일한 시간과 주파수를 사용하면서 각 지구국마다 특정한 PN코드를 삽입하여 보내는 방식

    - CDMA 방식은 확산스펙트럼 기법을 채택한 방식으로 PN 코드 사용하기 때문에 보안성이 뛰어남

6. 다원접속방식의 비교

 - 장, 단점

  - 방식별 비교

1. 개요

 2.2 특징

3. 비동조 급전 방식

 3.1 정의

 3.2 특징

4. 동조 급전방식과 비동조 급전방식 비교

1. 개요

  - 동축선 등을 통해 진행하는 RF 신호는 진행파와 반사파가 존재

  - 임피던스 비매칭으로 인한 반사파의 존재는 충분히 안테나 또는 로드 단으로 전력을 전달해주지 못하게 됨

  - 따라서, 급전선의 임피던스를 맞추기 위한 방식(임피던스 정합)이 존재하게 되는데 그 방식의 구분이 동조 급전과 비동조 급전

  - 간략하게 요약하자면 동조급전은 진행파와 반사파가 반대의 크기(위상으로 생각하면 180도 차이가 있겠죠.)를 갖게되는 지점으로 급전하는 방식이며, 비동조 급전은 부가적인 정합장치를 이용한 급전 방식

   - 그러므로 동조급전방식은 사용파장과 급전선 길이사이에 일정한 관계가 있으며, 비동조 급전은 관계가 없음

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<Prior Knowledge>

급전선의 종류

 가. 구조에 따른 분류

     - 왕복 선로: 평형형(평행 2선식), 불평형형(동축케이블)

     - 단일 선로: 도파관(M/W에 쓰임)

 나. 급전 방식에 따른 분류

     - 전압 급전: 급전선의 급전점에서 전압이 최대가 되도록 급전하는 방식, Zeppelin ant

     - 전류 급전: 급전선의 급전점에서 전류가 최대가 되도록 급전하는 방식, 반파장 안테나

 다. 파장과 급전선 길이와의 관계에 따른 분류

     - 동조급전선

     - 비동조급전선

-------------------------------------------------------------------------------------

2. 동조 급전방식

 2.1 정의

     - 급전선의 길이를 사용파장과 일정한 관계를 갖게 급전하는 방식으로 급전선상에 정재파가 존재함

 2.2 특징

     - 송신기와 안테나 사이의 거리가 가까울 경우에 많이 사용되며 정합장치가 필요없다

     - 급전선상에서 손실이 큼

     - 외부방해가 많고 위험함

     - 급전선의 길이와 파장이 일정한 관계를 가져야 함

     - 평형형 급전선(평행 2선식)만 사용할 수 있음

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<Prior Knowledge>

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3. 비동조 급전 방식

 3.1 정의

    - 급전선상에 진행파만 있고 정재파는 생기지 않도록 한 급전방식

 3.2 특징

    - 장거리 전송시 손실이 적고 전송효율이 높음

    - 동축선로인 경우 외부방해가 없음

    - 파장과 선로의 길이와는 관계가 없음

    - 정합장치가 필요함

    - 평형형, 불평형형 모두 사용할 수 있음

    - 전송효율이 동조급전선에 비해 좋음

4. 동조 급전방식과 비동조 급전방식 비교

http://cafe.daum.net/_c21_/bbs_search_read?grpid=1LDkw&fldid=EL5q&datanum=122

1. 개요

2. 도파관이 마이크로파 전송로로 사용되는 이유

 3.2 Stub에 의한 정합

 3.3 도파관 창에 의한 정합

 3.4 무반사 종단회에 의한 정합

 3.5 도체 봉에 의한 정합 

 3.6 테이퍼 도파 관

 3.7 아이솔레이터에 의한 정합

1. 개요

  - 도파관은 동축선로의 유전체 손실을 극복하기 위해 절연체를 공기로 하고, 도체손실의 원인이 되는 중심도체를 없앤 전송선로라고 볼 수 있습니다. 

  - 즉 마치 금속 수도관처럼 되어 있으며, 단면이 직사각형인 구형도파관(Rectangular Waveguide)이 일반적입니다.

  - 마이크로파용 급전선으로 사용되는 것으로서 가운데가 비어있는 금속 도체관

  - 동축 급전선은 손실이 root(f)에 비례하여 증가하며 내외 양도체의 간격이 lambda/4 이상 되면 특성이 급격히 열화하는 등 SHF대 이상에서는 여러 가지 결점이 나타남

  - 외부 도체의 내경이 1.7lambda 이상이 되면 내부도체가 없어도 전자파가 전송되고 주파수가 높아짐에 따라 오히려 손실이 감소함, 이러한 성질을 이용해 내부 도체를 제거한 것이 도파관임

2. 도파관이 마이크로파 전송로로 사용되는 이유

  가. 저항 손실이 적다

     - 동축 급전선인 경우 주파수의 증가에 따라 표피작용때문에 도체의 고주파 저항과 손실이 매우 증가한다.

     - 도파관에서는 관내벽에 전류가 흐르나 내벽에 면적이 크고, 전도도가 높은 금, 은으로 도금했으므로 완전 도체에 가까워 표피작용에 대한 저항손실이 극히 적다

  나. 유전체 손실이 적음

     - 도파관에서는 동축급전선과 달리 따로 절연물을 사용하지 않고 내부에 공기뿐이므로 유전체 손실이 적음

  다. 방사손실이 없음

     - 도파관에서는 변위전류가 관내로 흐를 뿐이므로 전자파를 외부에 방사하거나 수신하는 일이 없음

  라. 고역 필터로서 작용함

     - 도파관 단면의 치수로 결정되는 차단 주파수가 있어 그 이상의 주파수만을 통과시켜 고역 필터로서 작용

     - 전자파의 파장 lambda가 2a보다 작어야 파동이 진행하여 나감

  마. 취급할 수 있는 전력이 큼

      - 도파관의 손실이 적다는 의미는 장거리로 신호를 전송할 수 있다는 의미가 아니라, 손실에 의한 발열량이 적기 때문에 kW단위에 이르는 대전력 전송이 쉽게 가능하다는 의미

  바. 외부 전자계와 완전히 격리할 수가 있음

3. 도파관의 임피던스 정합

      3.1 Q 변성기(lambda/4 임피던스 변환기)에 의한 정합

     - 임피던스가 Z1과 Z2인 두 개의 도파관을 접속하는 경우

     - 특성임피던스가 √Z1Z2인 도파관을 lambda/4 길이로 삽입하는 방식

     - lambda/4 임피던스 변환기에 의한 정합이라고도 함

      - 분포 정수회로에서와 같이 특성임피던스와 같은 부하로 도파관을 종단시키면 진행파만 존재하게되어 정합을 시킬 수 있음 

      - 즉 저항막을 도파관에 직각으로 설치하고 lamda/4(lambda는 관내 파장)되는 지점에 단락판을 설치하면 저항막서 단락판을 본 임피던스가 무한대가 되어 반사파가 생기지 않음

1. 개요

2. 커플러의 용도

3. 방향성 결합기 구조 및 용도

  가. 방향성 결합기 구조

  나. 방향성 결합기 특성

1. 개요

  - 커플링이란 독립된 공간 또는 선로간에서 전/자계적으로 교류신호에너지가 상호 전달되는 현상

  - 공간적으로 떨어진 경우에도 선로간의 Capacitance 성분에 의해 고주파 RF 신호가 조금씩 전달되는 경우를 Cupling이라고 함

  - 커플링 현상을 이용하여 원하는 만큼의 전력을 추출해서 따올 수 있음

  - 이러한 커플러들은 많은 경우 4포트 대칭구조로서, 입력포트 위치에 따라 나머지 포트들의 용도와 특성들이 결정되기 때문에 directional coupler(방향성 결합기)라고도 불리워짐

http://www.rfdh.com/

2. 커플러의 용도

 1) Power sampling(전력 추출)

   - 원래 신호보다 아주 작은 신호를 추출, 신호의 특성 체크

http://www.rfdh.com/

 2) Power Dividing

   - 커플링되는 양을 반으로 전력 배분용으로 사용 가능

http://www.rfdh.com/

3. 방향성 결합기 구조 및 용도

 1) 방향성 결합기 구조

    - port 1에 입력된 대부분의 신호는 port 2 로 그대로 흘러감

    - 이때, 입력신호의 일부는 도파관 사이에 뚤린 2개의 구멍을 통해 건너편 도파관으로 빠져나오려고 함

    - 여기서 port 4 방향으로 흘러가는 신호를 관찰해보면, 구멍 1을 통과한 신호(①)와 구멍 2를 통과한 신호(②)의 경로길이가 똑같습니다. 고로 구멍을 통과해서 건너간 두 신호 ①과 ②의 위상이 같기 때문에 합산되어 port 4로 출력됩니다. 한편 port 3방향으로 흘러가는 신호를 관찰해보면, 구멍 1을 통과한 신호(③)와 구멍 2를 통과한 신호(④) 의 경로길이는  λ/4 + λ/4 = λ/2 의 차이가 있습니다. 따라서 ③과 ④는 역상이되어 서로 상쇄시키므로, port 3에는 출력신호가 전혀 검출되지 않게 됩니다.

http://www.rfdh.com/

 2) 방향성 결합기 특성

http://www.rfdh.com/

     가) 삽입손실 (Insertion Loss) : port 1 에서 port 2 로 전달된 전력
          - 주요 신호 경로에서의 신호 손실양
          - 일반적으로 손실은 적을수록 좋지만, 커플링 되는 양이 크면 삽입손실은 그만큼 늘어날 수밖에 없다.

IL = 10 log (P2/P1)  dB           

     나) 결합도 (Coupling) : port 1 에서 port 4 로 전달된 전력
         - 커플링 포트에서의 커플링된 양
         - 어느정도 양의 커플링 신호레벨이 필요한지에 따라 사용자가 결정하는 값이다.

C = 10 log (P4/P1)  dB             

     다) 격리도 (Isolation) : port 1 과 port 3 간의 전력차
         - port 3 으로 누설된 신호량
         - 원래 아무 신호도 전달되지 않아야 하는 포트이기 때문에, 양이 적을수록 좋다.

I = 10 log (P3/P1)  dB             

     라) 방향성 (Directivity) : port 3 과 port 4 간의전력차
         - 격리도에 대비한 커플링 레벨의 비율.
         - 커플링 레벨에 비해 격리도가 낮아야 좋은 품질의 방향성 결합이 이루어진다.

                                                                          D = 10 log (P3/P4)  dB             
                                                                          D = I - C                                 

<참조>

http://www.rfdh.com/

http://www.rfdh.com/invite/ilab/k4_3c.htm

http://www.srt.kr/kr/products2/products_total.php?category1=1&mclass1_num=19&pcategory1=19

1. 산란계수(S-parameter)

2. 고주파에서 S-Parameter를 사용하는 이유

3. S-parameter 응용 및 예

4. 삽입 손실(Insertion loss)

5. 반사 손실(Return loss)

6. 맺음말

1. 산란계수(S-parameter)

  - 특정주파수에서 입력전압대 출력전압의 비를 의미한다.(주파수 영역에서 바라보는 파라미터) 

  - 2 port 네트워크에서 S-parameter는 S11, S12, S21, S22로 표현함

  - 예를 들어 S21 이라하면, 1번 포트에서 입력한 전압과 2번 포트에서 출력된 전압의 비율을 의미한다.즉 1번으로 입력된 전력이 2번포트로는 얼마나 출력되는가를 나타내는 수치이다.

http://www.rfdh.com/bas_rf/s.htm

  - a2=0인 경우

          S11=b1/a1, S21=b2/a1

  - a1=0인 경우

          S22=b2/a2, S12=b1/a2

2. 고주파에서 S-Parameter를 사용하는 이유

  - 고주파(높은주파수)에서는 신호의 변화가 너무 빨라, 전압과 전류를 측정하기 어려움 이를 극복하기 위해 입력전압 대 출력전압 의 비로 측정합

  - 주파수영역에서 신호에너지분포 확인이 용이함

  - 고주파신호에 대한 측정/평가 하기가 용이함

<참조>

  -  주파수가 올라갈수록 파형변화가 너무 빨라서 어떤 시점의 절대적인 전압, 전류값을 잡아내기 어려움, 즉 전압 전류를 측정하기가 곤란함

http://www.rfdh.com/bas_rf/s.htm/

   -  해결법은 바로 상대적인 값을 잡아 버리는 것입니다! 입력 전압파형이 들어갔을 때 출력 전압파형을 잡고, 그것을 실시간으로 측정하고 그 신호값을 서로 나누게 만드는 것, 그럼 최대값의 비와 두 신호의 위상차를 구할 수 있음

 http://www.rfdh.com/bas_rf/s.htm/

    - 이러한 계산을 해주는 것이 네트워크 아날라이져(Network Analyser)

    - 내부에 Freq. synthesizer가 있어서 원하는 주파수대역에 설정한 만큼의 number of point수만큼의 주파수를 생성해서 일일이 각 주파수마다 그 S파라미터 값의 크기와 위상을 체크하고, 그것들을 연결해서 도표로 보여주는 것

3. S-parameter 응용 및 예

  - 필터해석에 응용

  - 증폭기해석에 응용

  - 임피던스매칭에 응용

 가. 전형적인 필터의 S-parameter의 형상

http://www.rfdh.com/bas_rf/s.htm/

  나. 안테나의 S-parameter의 형상

     - 안테나의 경우 multi-port를 제외하고 일반적으로 입력포트만 존재하기 때문에 S11만 출력된다. 보통 특정 주파수대역에서 S11이 뚝 떨어지는 형상을 취하게 되는데, 방사주파수에서 S11이 크게 떨어진다는 의미는 그 주파수에서 입력전압이 반사되지 않고 최대한 외부로 방출된다는 의미이다. S11이 크게 떨어질수록 SWR도 작아져서 안테나의 방사특성이 좋다는 의미가 되며, 떨어지는 그래프의 폭이 넓으냐 좁으냐에 따라 협대역이냐 광대역이냐가 구분된다

http://www.rfdh.com/bas_rf/s.htm/

  다. 전송선로

   -  전송선로의 전송성능을 해석한 경우이다. 이 경우 1번포트에서 2번포트로 전송하는 구조인데, 나머지 포트로 가는 S파라미터들은 불필요한 coupling coefficient를 의미한다. 이를통해 각 선로의 삽입손실, 전달능력, 선로 커플링 등을 체크해볼 수 있다.

http://www.rfdh.com/bas_rf/s.htm/

4. 삽입 손실(Insertion loss)

 - S-parameter에서 S21과 S12는 전달계수임

 - S21은 포트 1에서 포트 2로 전달되는 전달계수이며, S12는 포트 2에서 포트 1으로 전달되는 전달계수임

 - 전달계수는 입력전압 대비 수신전압의 비로 나타냄, T=Vt/Vi

 - 삽입 손실은 전달계수를 dB로 표시한 값으로 삽입손실(dB)=-20log|T|

 - 삽입 손실은 BPF 전달 특성의 통과대역 최대레벨과 0 레벨간의 gap을 의미하며, 삽입 손실의 간격이 좁을수록 소자의 특성은 우수함

 - S12, S21 등의 S파라미터를 통해 필터의 삽입 손실을 파악할 수 있음

5. 반사 손실(Return loss)

  - S-parameter에서 S11, S22는 반사계수임

  - 반사계수는 입력전압 대비 반사전압 비로 나타내며, Γ=Vr/Vi, 0<Γ<1

  - 반사손실은 반사계수를 dB로 표시한 값으로 반사손실(dB)=-20*log|Γ|

  - 반사손실은 Γ=0이면, ∞dB가 되며, Γ=1이면 0dB가 됨

  - 임피던스 정합이 잘 되어 있으면 반사손실은 -40dB 정도가 됨

6. 맺음말

  - 고주파수 영역에서는 전압, 전류의 측정이 어려워 진행파나 또는 정재파의 전력과 위상을 측정하는 S-parameter를 사용함

  - S11, S12 등의 S-parameter를 통해 필터의 삽입손실을 파악할 수 있으며, S11과 S22등의 S-parameter를 통해 반사손실을 파악할 수 있음

  - S-parameter 등을 통해 반사파의 특성, 통과대역의 특성 등 고주파 회로의 특성을 정의할 수 있음

<References>

http://www.rfdh.com/bas_rf/s.htm/

1. 전송선로의 해석

  2.2 전파 정수

  2.3 전파속도

3. 무손실 전송

4. 무왜곡 전송

1. 전송선로의 해석

  - 전송선로는 선로의 한 지점에 R,L, C,G 성분이 집중되어 있는 등가회로로 취급할 수 있음

  - 전류가 도선을 타고 흐르면 열손실이 발생해 전압이 줄어들므로 이 성분을 R로 표현, 전류가 흐르면 자기장이 생기므로 이 성분을 L로 표현, (+)극과 (-)극 사이는 아무리 잘 차폐를 해도 누설전류가 생기므로 이 성분을 G로 표현, 전압을 걸어주면 전하가 모이므로 이 성분을 C로 표현

  - 그림 (a)에서 R은 도선에 의한 저항 성분으로 인한 손실이며 G는 두 도선간의 절연 불량으로 발생하는 손실임

  - 그림 (b)는 무손실 선로인 경우로 R=G=0이 된다. 도선상을 통과하는 전류는 L, C 성분에 의해서만 영향을 받음

2. 전송 선로의 특성

  2.1 특성 임피던스

      - 직렬 임피던스: Z=R+jwL

      - 병렬 임피던스: Y=G+jwC

      - 특성 임피던스

  2.2 전파 정수

     - 급전선의 전파 시 거리에 따라 크기가 감소하게 되는데 이것을 감쇄정수(α)라 한다

     - 급전선의 전파 시 거리에 따라 위상이 변하게 되는데 이것을 위상정수(β)라 한다

     - 감쇄정수(α)와 위상정수(β)의 합을 전파정수(γ, Gamma)라 한다

  2.3 전파속도

(위상 정수 β=2π/λ)

3. 무손실 전송

  - 손실이 없는 전송, 전압 및 전류가 항상 일정한 회로

  - 무손실 전송의 조건 R=G=0

  - 특성임피던스

  - 전파정수

 - 전파속도

(위상 정수 β=2π/λ)

4. 무왜곡 전송

  - 송신측에서 보낸 정현파 입력이 수전단에 일그러짐이 없이 도달되는 회로

  - 무왜곡 선로의 조건  LG=RC, 전파정수, 특성임피던스, 전파속도가 모두 주파수에 무관하게 됨

  - 특성임피던스

  - 전파정수

 - 전파속도

(위상 정수 β=2π/λ)