Antennas

 

 

1. 안테나란?

 

정의: 특정 영역대의 전자기파를 송신 혹은 수신하기 위한 변환장치이다

• 양방향 통신에서, 같은 안테나가 사용될 수 있음
• 안테나의 효율은 크기에 따라 결정되며, 이는 신호의 길이와 상관이 있다

 

 

2. Radiation Pattern

 

Radiation Pattern: 안테나가 방출하는 전파의 방향성과 강도를 나타내는 그래프. 이때 그래프는 안테나의 특성에 따라 달라짐

• Beam width: 안테나의 radiation pattern에서 전파가 가장 집중되도록 각도를 측정하는 지표
  • 좁을수록 안테나 이득이 높아짐
• Reception Pattern: 안테나에서 수신하는 신호의 방향성과 강도를 나타냄 (radiation의 수신 버전)
• Sidelobes: 안테나의 radiation pattern에서 beam width 외의 방향으로 전파가 나타나는 현상. Beam width보다는 강도가 낮지만, 안테나에서 원치 않는 방향으로의 신호 수신을 유발할 수 있음
  • MITM 공격이 가능해지기 때문에, 이를 관리하는 것이 이슈가 될 수 있음
• Nulls: 전파가 집중되지 않는 지역. Sidelobes와 반대로 전파 신호를 수신할 수 없기 때문에, 원하지 않는 신호 수신을 방지하는데 중요한 역할을 함

 

보통 Omnidirectional Antenna, Directional Antenna로 나뉨

밑에 그림을 봐도 알 수 있겠지만, Omnidrectional Antenna는 방향에 상관없이 전파되며, 보통 방송에 쓰임

반면 Directional Antenna는 방향성을 가지고 특정 장소에 전송하는 것을 목표로 했을 때 사용

 

- Omnidirectional Antenna에서도 sidelobes가 발생한다고 함! (z축 기준으로 생각하기)

근데 이건 검증을 좀 합시다

 

참고: https://www.cisco.com/c/en/us/support/docs/wireless-mobility/wireless-lan-wlan/82068-omni-vs-direct.html

Omni Antenna vs. Directional Antenna

 

 

3. Types of Antennas

1) Isotropic antenna (등방성, idealized)

• 안테나의 기준 (얘를 기준으로 더 좋다/안좋다 판단)
• 모든 방향으로 균등하게 에너지를 전파하는 안테나
• ex) 스마트폰, 무선 랜용 안테나
• dBM, 그리고 dBI가 있음 (참고: https://m.cafe.daum.net/cwscatv/JdaP/12)

 

2) Dipole Antennas

• Dipole: pole이 두 개
• Half-wave dipole antenna (Hertz Antenna)
• Quarter-wave vertical antenna (Marconi Antenna)

Dipole Antenna가 전파를 받는 모습(좌), Half-wave dipole과 Quarter-wave antenna의 

Dipole Antenna의 radiation pattern

Q1. 10m 길이의 반파장 다이폴 안테나의 대한 최적 주파수는?

A. 15MHz

Sol) 우선 "반파장"이기 때문에 본 파장은 20m

이때, λ = c/f이고, 여기서 c는 빛의 속도 3 x 10^8 m/s이다.

따라서, f = c/λ = 3 * 10^8 / 20 = 15 x 10^6 Hz = 15MHz이다.

 

Q2. 10m 길이의 Quarter-wave vertical antenna의 대한 최적 주파수는?

A. 7.5MHz

Sol) 파장의 길이는 40m

f = c/λ = 3 x 10^8 / 40 = 7.5 x 10^6 Hz = 7.5MHz이다.

 

문제풀이 : f = c/λ 임을 활용 문제에서 안테나의 길이를 줄 텐데, 이를 기반으로 파장을 구하고 c=3*10^8임을 이용해서 문제풀기

 

3) Parabolic Reflective Antenna

• 스카이라이프 안테나 (그 포물선 활용 예시로 나오는 그 안테나)
• 가끔씩 안테나에 돔을 덮어씌우는 경우도 있음
  • 이유1) 물리적으로 보호 (눈,비)
  • 이유2) 안테나의 방향을 노출시키지 않기 위해

Parabolic Reflective Antennas

 

4) Directional Antennas (지향성)

• 특정 방향으로 많은 에너지를 전파하는 안테나
• 장거리까지 전송 가능
• 현대에 많이 쓰임
• ex) 기지국용, 접시모양 안테나

Directonal Antenna의 radiation pattern

 

 

4. Reference

 

http://www.rfdh.com/bas_rf/begin/antenna.php3

RF 회로개념 잡기 - PART 10 ▶ Antenna (안테나)