광범위한 무선 통신 영역에서 안테나는 필수 불가결 한 중요 구성 요소로서 정보 세계를 연결하는 다리 역할을합니다. 그 성과는 커뮤니케이션의 질을 직접 지시합니다. 안테나 이득, 편광 및 대역폭의 세 가지 주요 지표는 다리의 초석과 유사하여 안테나의 기능을 뒷받침합니다. 이 세 가지 지표에 대한 깊은 이해는 무선 통신 시스템을 최적화하고 신호 전송 및 수신의 품질을 향상시키는 데 중추적입니다. 아래에서는 이러한 각 주요 지표를 순차적으로 탐구합니다.
I. 안테나 게인 : 신호 농도에 대한 '포커싱 메커니즘 '
(1) 이득의 정의와 의미
안테나 게인은 안테나가 입력 전력을 집중시키고 방출하는 정도를 정량적으로 특성화하기 위해 사용되는 주요 메트릭입니다. 통신 관점에서 볼 때, 특정 방향 내에서 신호를 생성 할 때 안테나의 효능을 반영합니다. 이상적인 시나리오에서, 균일 한 전력 분포가있는 등방성 라디에이터는 우주에서 전 방향으로 에너지를 방사합니다. 이러한 라디에이터의 경우, 게인은 데시벨로 표현 될 때 0dB에 해당하는 1으로 정의됩니다. 그러나 실제 안테나는 세 심하게 설계된 구조를 통해이 균일 방사 패턴에서 벗어나 특정 방향으로 방사선 에너지를 전략적으로 집중시켜 이상적인 포인트 소스 안테나보다 우수한 이득을 달성합니다.
수학적으로, 안테나 게인은 실제 안테나에 의해 생성 된 필드 강도의 제곱 비율과 동일한 공간 지점에서 이상적인 방사 요소에 의해 생성 된 것, 즉 동일한 입력 전력, 즉 전력 비율을 제공하는 비율입니다. 예를 들어, 공간 지점에서 특정 강도의 신호를 생성하기 위해 이상적인 방사선 소스는 126W의 입력 전력을 필요로 할 수 있습니다. 18dBD의 이득이있는 안테나를 활용할 때, 계산에 따르면 2W의 입력 전력만으로도 동일한 결과를 얻기에 충분합니다. 이것은 신호에 대한 안테나 이득의 '증폭과 같은 '효과를 생생하게 보여줍니다. 중요하게도,이 '증폭 '는 활성 회로에서와 같이 신호 전력의 실제 증가를 포함하는 것이 아니라 에너지의보다 효율적인 방향 배분을 포함합니다.
(2) 이득 계산 방법
실제 안테나 이득의 계산은 간단한 산술 프로세스가 아닙니다. 지향성 계수 및 안테나 효율의 산물입니다. 직접성 계수는 안테나의 방사선 강도의 비율을 최대 방사선 방향으로 이상적인 지점 소스 안테나의 평균 방사선 강도에 대한 비율을 특정 방향으로 에너지를 집중시키는 안테나의 용량을 직관적으로 보여줍니다. 안테나 효율은 입력 전력을 방사 전력으로 변환하는 동안 불가피한 에너지 손실을 설명합니다.
다양한 안테나 유형은 별개의 이득 계산 방법론을 사용합니다. 일반적인 포물선 안테나의 경우, 공식 g (dbi) = 10lg {4.5 × (d/λ0) ²}를 사용하여 이득을 근사화 할 수 있으며, 여기서 D는 포물선 반사기의 직경을 나타내고, λ0은 중심 작동 파장이고, 4.5는 광범위한 실용적 관찰에서 유래 한 내성적 데이터입니다. 수직 전 방향 안테나의 게인은 G (DBI) = 10LG {2L/λ0}을 통해 추정 될 수 있으며 L은 안테나 길이를 나타냅니다. 또한, 게인은 공식 g (dbi) = 10lg {32000/(2θ3db, e × 2θ3db, h)}를 사용하여 두 주요 평면 (E- 평면 및 H- 평면)의 절반 전력 (3dB) 빔폭을 계산할 수 있습니다. 또한 경험적 데이터.
(3) 실질적인 이득 적용
장거리 통신 시나리오에서 정밀 기기와 유사한 고 이득 안테나는 중요한 역할을합니다. 위성 통신 : 위성과 지상국 사이의 상당한 거리는 전송 중에 상당한 신호 감쇠를 초래합니다. 여기서, 높은 이득 안테나는 신호 에너지에 집중할 수있어 광대 한 공간 거리를 가로 지르고 대상 수신기에 정확하게 도달 할 수 있습니다. 마이크로파 릴레이 통신에서, 높은 이득 안테나는 신호가 긴 전송 경로를 따라 충분한 강도를 유지하여 안정적이고 신뢰할 수있는 통신 링크를 용이하게합니다.
반대로, 실내 무선 커버리지와 같은 단거리 통신 환경에서는 상황이 다릅니다. 복잡한 실내 설정은 여러 방향에 걸쳐 균일 한 신호 분포를 요구하여 다양한 위치의 사용자를 수용합니다. 따라서 저장, 전 방향 안테나가 주로 사용됩니다. 이 안테나는 신호 스프레더와 같은 기능; 단일 방향의 신호 강도는 상대적으로 적당하지만 정의 된 범위 내에서 전 방향으로 신호를 방출하여 실내 사용자에게 비교적 균일 한 신호 범위를 제공 할 수 있습니다.
II. 안테나 편광 : 전자기파의 '공간 방향 '
(1) 편광의 정의와 본질
편광은 전자기파의 전기장 벡터의 공간 방향을 정확하게 설명하는 물리적 수량이며, 안테나에 의해 방사 된 파동의 전기장 방향의 시간적 변이 법칙을 깊이 보여줍니다. 미세한 관점에서, 편광은 우주에서 전기장 벡터의 회전 모드 및 방향 특성을 반영하며, 안테나의 신호 전송 및 수신 기능에 큰 영향을 미치는 특성이다.
(2) 편광 유형의 분석
안테나 편광은 선형 편광, 원형 편광 및 타원 분극의 세 가지 기본 범주를 포함합니다. 선형 편광은 수평 및 수직 편광으로 더 세분화된다. 수직 편광 파는지면에 수직 인 전기장 방향을 가지며, 수평 편광 파는지면과 평행 한 전기장 방향을 갖는다. 또한, +45 ° 또는 -45 °와 같은지면에서 45 °에서의 분극은 선형 편광 범주에 속합니다. 원형 편광은 전기장 벡터의 회전 방향을 기반으로 왼쪽 원형 편광 및 오른쪽 원형 편광으로 분류되며, 공간 궤적은 원형입니다. 타원형 편광은 선형 및 원형 편광의 특징을 결합하여 전기장 벡터가 우주에서 타원형 경로를 추적하는보다 일반적인 형태입니다. 원형 및 선형 분극은 특정 조건 하에서 특수한 타원 분극으로 간주 될 수있다.
(3) 다양한 분야에서 편광의 적용 사례
라디오 및 텔레비전 방송에서, 수직 분극은 자주 채택되어 안정적인 광역 신호 범위를 보장합니다. 이것은 수직 편광 파가 전파 동안지면 반사 및 다중 경로 효과에 비교적 덜 민감하기 때문에 안정적인 신호 전송을 가능하게하기 때문입니다.
이동 통신 기지국 안테나는 주로 수평 편광 또는 ± 45 ° 교차 편광을 이용합니다. 수평 편광은 공동 채널 간섭 완화의 장점을 제공하는 반면, 복잡하고 동적 이동 통신 환경에 ± 45 ° 교차 분극을 더 잘 적응하여 다양한 방향으로부터 신호를 수신 할 수있는 능력을 향상시키고 통신 시스템의 신뢰성과 용량을 향상시킵니다.
위성 통신에서 원형 편광 안테나가 선호됩니다. 우주에서 위성의 지속적인 태도 변화와 신호 전파 동안 다양한 복잡한 요인으로부터의 간섭으로 인해 원형 편광 안테나는 분극 불일치로 인한 신호 손실을 효과적으로 감소시켜 위성과 지상 스테이션 간의 상영되지 않은 통신을 보장 할 수 있습니다.
RFID 시스템에서는 원형 편광 안테나도 중요합니다. 이를 통해 다양한 방향으로 태그를 효과적으로 식별 할 수 있으며 시스템의 인식 효율성과 정확성을 크게 향상시키고 물류 관리 및 액세스 제어 시스템과 같은 수많은 응용 시나리오에 대한 강력한 지원을 제공합니다.
III. 안테나 대역폭 : 효과적인 작동을위한 '주파수 범위 '
(1) 대역폭의 정의
안테나 대역폭은 안테나가 효과적으로 작동 할 수있는 주파수 범위를 나타냅니다. 이 범위 내에서 안테나는 게인, 정상파 비율 및 편광 특성을 포함한 사전 정의 된 성능 기준을 충족합니다. 다양한 주파수의 신호를 전송 및 수신 할 수있는 주파수 대역 역할을하며 안테나는 이러한 프로세스에 유리한 환경을 보장합니다.
(2) 대역폭 유형의 구별
안테나 대역폭의 일반적인 정의에는 절대 대역폭과 상대 대역폭이 포함됩니다. 절대 대역폭은 안테나 작동 주파수 범위의 상한과 하한의 차이이며 Hertz (HZ), Kilohertz (KHZ) 또는 Megahertz (MHZ)와 같은 장치가 있습니다. 예를 들어, 1GHz에서 2GHz까지 작동하는 안테나의 절대 대역폭은 1GHz입니다. 상대 대역폭은 중심 주파수 대 절대 대역폭의 비율이며, 일반적으로 백분율로 표현됩니다. 중심 주파수는 산술 평균, fcenter = (fmax + fmin)/2 또는 기하 평균을 사용하여 계산 될 수 있으며, 이는 로그 척도에서 더 널리 퍼져 있습니다. 상대 대역폭은 Bwrel = 2*(fmax -fmin)/(fmax + fmin) × 100%로 계산할 수 있습니다. 일반적으로 좁은 대역 안테나의 상대 대역폭은 5%미만이며, 광대역 안테나는 5%에서 25%사이이며 초대형 밴드 안테나는 25%를 초과합니다.
(3) 다양한 시나리오에서 대역폭의 응용 프로그램 요구 사항
좁은 대역 안테나는 강한 주파수 선택성으로 인해 고주파 정밀도가 필요한 통신 시스템에 사용됩니다. 예를 들어, 운영 주파수가 비교적 고정 된 무선 및 텔레비전 변속기에서 좁은 대역 안테나는 특정 주파수에서 안정적인 신호 전송을 제공하여 다른 주파수 신호의 간섭을 피합니다. 주파수 안정성 및 간섭 면역에 대한 엄격한 요구 사항을 갖는 특정 산업 제어 영역과 같은 특수 무선 통신 시스템은 좁은 대역 안테나의 혜택을받습니다.
광대역 안테나는 여러 주파수 대역의 적용 범위가 필요한 복잡한 통신 시나리오에 적합합니다. 모바일 커뮤니케이션 기지국에서 발전하는 통신 기술은 다양한 사용자 및 서비스 요구를 충족시키기 위해 다중 대역 신호 전송을 지원해야합니다. 광대역 안테나는 광범위한 주파수 범위에서 만족스러운 성능을 유지하여 기지국과 다양한 터미널 장치 간의 효율적인 통신을 보장합니다. 마찬가지로, WLAN (Wireless Local Area Networks)은 다양한 표준 및 주파수 대역의 무선 장치를 수용하기 위해 광대역 안테나에 의존하여 사용자에게 편리하고 고속 네트워크 연결성을 제공합니다.
초대형 밴드 안테나는 레이더 탐지에서 독특한 역할을합니다. 극도로 넓은 대역폭은 고해상도 대상 감지 기능을 제공하여 목표 위치, 모양 및 모션 상태를 정확하게 식별 할 수 있습니다. 실내 고속 데이터 전송과 같은 단거리 고속 통신에서 초대형 밴드 안테나는 큰 대역폭을 활용하여 초당 여러 기가비트의 데이터 속도를 달성하여 고속 대용량 데이터 전송에 대한 수요를 충족시킵니다.
IV. 세 지표의 상호 관계 및 포괄적 인 고려
안테나 게인, 편광 및 대역폭의 세 가지 주요 지표는 분리되지 않습니다. 그것들은 서로 관련이 있고 상호 영향을 미칩니다. 안테나 디자인은 종종 이러한 지표들 사이에 신중한 트레이드 오프 및 최적화가 필요합니다.
안테나 이득 증가는 일반적으로 방사선 빔폭을 좁히는 것을 포함합니다. 이것은 특정 방향으로 신호 강도를 향상 시키지만 동시에 대역폭이 줄어 듭니다. 빔 폭을 좁히면 다른 주파수의 신호에 대한 안테나의 응답이 변경되어 효과적인 작동 주파수 범위가 줄어 듭니다.
편광 특성은 또한 안테나 대역폭에 영향을 미치고 성능을 얻습니다. 다른 편광 모드를 갖는 안테나는 신호 방사선 및 수신 동안 전기장 벡터의 뚜렷한 공간 분포 및 변동 패턴을 나타내며, 다양한 주파수의 신호와 결합 기능의 차이를 초래한다. 예를 들어, 원형 편광 안테나는 특정 주파수 범위 내에서 탁월한 게인 성능을 보일 수 있지만 편광 불일치와 같은 요인으로 인해 다른 사람들의 경험이 저하되어 대역폭 성능에 영향을 미칩니다.
실제 응용 분야에서는 적절한 안테나를 선택하거나 설계 할 때 특정 통신 요구 사항 및 시나리오를 기반 으로이 세 가지 지표에 대한 포괄적 인 고려 사항이 필수적입니다. 예를 들어, 신호 커버리지 범위, 방향성 및 엄격한 주파수 대역 제약 조건에 대한 수요가 높은 산악 통신 프로젝트에서, 산악 지형에 적합한 편광 모드를 갖춘 고 이득, 좁은 대역 안테나는 신호가 복잡한 지형을 통과하고 목표 영역을 정확하게 커버하기 위해 필요할 수 있습니다. 다양한 무선 장치를 지원해야하고 신호 대역폭 및 커버리지 균일성에 대한 높은 요구 사항이있는 대형 쇼핑몰의 실내 통신 환경에서는 복잡한 실내 반사에 적응할 수있는 편광 모드를 갖춘 광대역, 저장 안테나가 더 적합하여 고객과 직원에게 안정되고 고속 무선 네트워크 서비스를 제공합니다.
요약하면, 안테나 게인, 편광 및 대역폭의 세 가지 주요 지표에 대한 철저한 이해는 상호 관계와 함께 효율적이고 신뢰할 수있는 무선 통신을 달성하기위한 토대를 형성합니다. 실제 애플리케이션의 특정 요구에 따라 이러한 지표의 합리적 최적화 및 구성을 통해서만 안테나는 최적의 성능을 제공하여 무선 통신 발전을위한 견고한 토대를 제공 할 수 있습니다.
