안테나 공학

[라이스맨]

1) 전파와 전류의 관계는 ?

공간으로 전류가 흐르는 것이 안테나에서부터 전파가 복사되는 요점이다.
전하를 갖는 전자가 움직이는 것이 전류의 원인이 된다는 사실은 잘 알려져 있는데, 송전선이나 안테나에 흐르는 전류를 미세 하게 분해하여 가면 플러스·마이너스의 전하 쌍인 『다이폴(dipole)』이라 불리는 것이 된다. 이 다이폴이 전파의 파원에 해당 한다.

2) 파동을 나타내는 기본물리량은 ?
파동의 기본 물리량에는 파장(λ), 진동수(ν), 위상(진폭)이 있다. 다음 그림에서 알 수있듯이 파동은 주기적으로 변화하면 서 진행하는데, 이를테면 막대가 1초 사이에 1회 진동하면 주기는 1초이고, 1초 사이에 10회를 진동하면 주기는 0.1초이다. 1초 당 진동수는 주파수라고도 하며 단위는 헤르츠(Hz)이다. 즉, 10Hz인 때의 주기는 0.1초이고 100Hz인 때의 주기는 0.01초이다. 이 를 수식으로 나타내면 다음과 같은 공식들이 성립한다.
진동수(ν) = { 속도(v)} over {파장( lambda ) }

, { vartheta ^2 PSI (x,t)} over { vartheta x^2 } = { 1} over {v^2 } { vartheta ^2 PSI (x,t)} over { vartheta t^2 }


진행파 : PSI_t (x,t) = A sin(kx- omega t)

정상파 : PSI_s (x,t) = B sin kx cos omega t

파동은 모든에너지 또는 정보가 전달되는 형태로 나타내어진다.

3) 음파에 관한 송신용 및 수신용안테나는 무엇인가 ?
일반적인 경우에 송신이라함은 음파를 출력하는 입장인데 신체구조로 따지면, 성대이다. 그리고 수신이라함은 받아들이는 것 인데, 신체구조에서 귀에 해당한다. 위에서 말한 성대부분에 해당하는 송신용은 스피커, 수신용이 마이크로폰이다. 방송극은 송 신용이 스피커가되며, 수신용이 마이크로폰이 된다.

4) 구면파와 평면파를 비교설명하라.
구면파의 특징은 파동의 형상이 구면이며 대칭형이기 때문에, 구의 중심에서 발생한 음파의 에너지는 사방으로 균일하게 퍼져 나간다. 따라서 파원으로부터 거리 r의 구면 위에서 단위면적을 통과하는 음파의 에너지는, 음파의 전체에너지를 구의 표면적 4 pi r^2

으로 나눈 값에 비례한다.
그리고, 구면파는 파동의 높이가 파원으로부터의 거리 r에 반비례한다. 파동의 높이는 파동의 진폭인데, 구면파는 진폭이 반지 름 r에 반비례하여 작아지면서 균일하게 퍼져 나가는 파동이다.
평면파는 입자의 조밀층에 직각인 방향으로 파동이 진행하기 때문에, 파원으로부터 먼 곳에서는 조밀층이 평면에 접근하기 때 문에 음파는 평행으로 진행하는 듯이 보인다. 다만 빛에서는 파장이 매우 짧을 뿐이기 때문에, 광원으로부터 가까운 빛도 직진하 는 성질을 갖게된다. 즉, 조밀층이 평행인 평면으로 되는 경우의 파동을 『평면파』라고 한다. 평면파는 파원이 무한히 먼 곳에 있을 때에 생기는 파동인데, 파원으로부터 어느 정도 떨어진 곳에서 그 근처의 좁은 범위의 파동을 생각할 때는 대체로 평면파로 볼 수가 있다.

5) 호이겐스원리는 무엇인가 ?
아래 그림과 같이 오른쪽 방향으로 진행하는 평면파에 대하여 적용해보면, 그림 속의 수직인 직선은 파동이 가장 센 장소를 나타내고, 평면파의 밀도가 큰 곳과 대응하고 있다. 이 평면파가 그림의 왼쪽에서부터 A점 까지 진행하였을 때, A점으로부터 오른쪽의 파동은 AA위의 각 점을 파원으로 하는 구면파의 합으로서 나타내어진다고 하는 것이 호이겐스의 원리이다. AA위의 파원이 되는 점은 연속적으로 분포하여 있지만, 그림에서는 등간격으로 나타내었다. 이들의 중심 으로 하여 구면파가 퍼져 나가 파동이 세어지는 곳을 동심원의 원호로서 나타내고 있다. 이들 원호가 가장 많이 겹쳐지는 곳이 전체로서의 파동이 세어지는 곳이며 수직의 점선처럼 되는 것으로 생각된다. 파동의 진폭이 가장 세어지는 AA위에 다시금 파원 을 생각하지 않더라도 파원은 자연히 오른쪽으로 전파하고, 파동이 센 곳이 점선처럼 된다는 것을 알 수 있다. 이와 같이 파동이 자연으로 전파하는 현상을 다시금 AA위에 있는 파원으로서 설명할 수 있는 것이 호이겐스의 원리이다. 호이겐스의 원리에서는, 이미 있는 파동이 새로운 파동을 만들 경우에, 파원으로서의 크기는 이미 있는 파동의 진폭의 시간적 변화에 비례한다는 것을 시사하고 있다. 파원으로부터 파동이 발생하는 경우는, 파원의 진폭의 시간에 대한 변화가 클수록 발생하는 파동의 진폭도 커진 다고 하는 것이 파동의 복사에 관한 일반적인 원리이다.

6) 지향성이란 무엇인가 ? 점파원과 다이폴의 지향성은 ?

키르히호프는 점파원이 복사하는 파동은 구면파와 같이 균한 세기가 아니라, 파동의 진행방향에 대하여 다음 그림과 같이 하 트형의 세기로 하면, 호이겐스의 원리가 거의 정확하게 된다는 것을 제시하였다. 어떤 파원이 공간으로 파동을 복사할 때, 각도 에 대한 복사의 세기를 나타낸 다음 그림과 같은 그래프를 『지향성』이라 하는데, 안테나의 특성을 나타내는 중요한 그래프이다 .
평면파에 호이겐스의 원리를 적용할 때, 키르히호프의 수정에 의한 새로운 점파원을 이용한 경우 아래 그림과 같다. 그리고 다이폴의 지향성도 아래 그림처럼 표현된다.


7) "공간을 통해 전류가 흐른다" 말은 무슨 뜻인가 ?
전하의 분포가 다음 그림과 같이 내부의 도체와 외부의 도체 사이에 전지를 접속하였기 때문에며, 아무 것도 하지 않으면 플러 스-마이너스의 전하는 나타나지 않을 것이다. 이를테면 내부도체의 단자 A와 외부도체의 단자 B에 전지를 접속하여, A를 플러스 로, B를 마이너스로 하면 전지로부터의 플러스의 전하는 도체인 단자 A로부터 내부의 구를 통과하여 구의 표면을 나타낸다. 이 것은 도체 내부를 전하가 통과하였기 때문에 전류가 흐른 것을 의미하고, 이 전류는 단자 A로부터 내부의 도체구의 표면까지 흘 렀다는 것이 된다. 마찬가지로 하여 A, B의 단자를 바꾸어도 마찬가지이다. 다만 이동한 것은 마이너스의 전하이므로 전류느 외 부도체구의 안 표면에서부터 도체 속을 통하여 단자 B까지 흐른다. 즉, A단자로부터 내부의 도체구로 향하여 전류가 흐르고 있고 , 그 전류는 외부의 도체에 연결된 B단자로부터 되돌아 온다. 내부의 도체와 외부의 도체 사이는 진공이기 때문에 이들 사이에 전류가 흐른다고 생각하기 어렵지만, 사실은 진공에서도 전류는 흐르는 것이다.
그리고 이말은 콘덴서에서 적용이 쉽게 된다. 두장의 도체판인 콘덴서에 전류가 흐른다는 것은, 전류는 아무것도 없는 도체판 사이 즉, 빈 공간을 통해서 전류가 흐른다는 것을 의미한다. 도체에는 전류가 흐르기 때문에 송전선은 전기에너지를 운반 할 수 있듯이, 진공 속으로 전류가 흐른다는 것은, 콘덴서에 흐르는 전류를 잘 이해해야 한다.




8) 도선 속의 전자는 광속으로 움직이나 ? 아니면 어떻게 ? 무엇이 광속으로 움직이나 ?
송전선에서는 도선을 흐르는 전류가 전력을 날라다주고 있는 것처럼 보이지만 사 실은 전력은 도선 사이의 공간을 전파하고 도선으로부터 발생하는 전계와 자계가 이것을 날라다주고 있다.
두 줄의 원형도선에 의한 송전선에서는 전기력선과 자기력선은 더불어 원이 된다.
이 도선을 원형에서 타원으로 변형을 시키면 전기력선은 도체 표면으로부터 전기력선과 자기력선이 위의 그림 가운데단의 부분과 같이 된다. 도선의 단면을 타원에서 다시 평판으로 변형시킨 것이 그림의 오른쪽부분 이다. 이와 같이 하면 도체판 사이에는 전기력선과 자기력선이 직선으로 되는 동시에 서로 직교한다는 것을 알 수 있다. 그리 고, 전계와 자계의 세기는 다음과 같이 표현된다.
E = { V} over { d}

, H = { I} over { omega }

( d : 도체판의 간격, w

: 한주기의 길이 )

즉, 전력은 P = VI = EH CDOT omega d

으로 표현된다.
즉, 전력은 도선 사이의 면적과 전계, 자계로서 나타내어지게 된다는 것을 알수 있다. 이와 같이 송전선은 자기자신이 전력을 보내주고 있는 것이 아니라 송전선은 실제로 전력을 전달하는 전계와 자계의 가이드(Guide) 역할을 하고 있을 뿐이다. 송전선을 따라가는 이 전계와 자계를 가리켜 『 가이드된 파동 』이라고 한다. 사실 이"파동"은 바로 전자기파의 정체이다.
즉, 도선속에서는 전자가 광속도로 움지이는 것이아니라 가이드된 파동(전하파동, 전류파동이 결부된 전력파동)이 빛의 속도록 진행하여 에너지를 전달한다.

9) 송전선으로부터 전자기파는 복사될 수 있나 ?

위 그림에서는 전자기파가 진행하는 방향으로 수직인 면 안에서는 전기력선과 자기력 선을 각각 한 줄씩만 그렸는데 실제는 이 면 안에서는 역선이 균일하게 분포해 있다.
송전선에서 상하의 전송선로에서 자기력선은 같은 방향이 되지만 전기력선은 반대방향 이 된다. 즉, 전송선로를 180도 회전시킨것과 같아지기 때문이다. 이들 그림으로부터 오른나사를 전기력선의 방향으로부터 자기 력선의 방향으로 회전시켰을 때 나사가 진행하는 방향으로 전자기파가 진행한다는 것을 알 수 있다. 위그림(A)의 상하 두 전송 선로를 중합시켰을 경우 전송선로의 양 끝에 극성을 거꾸로 한 교류전원을 접속한 것과 같은 것이 된다. 이 경우 전송선로의 중 앙에서는 양끝에서 온 전기력선의 밀도가 같고 방향이 역이기 때문에 전계는 늘 Zero가 된다. 전송선로 중앙에는 전계가 늘 Zer o가 된다는 것은 전송선로 중앙에 커다란 도체판을 두었을 때와 같은 것이 된다. 위 두 번째 구림에서처럼 상하 전송선로에서는 전기력선이 어느 위치에서도 역방향으로 되어 있기 때문에 두 전송선로의 전계의 합은 어느 위치에서나 Zero가 된다. 그렇기 때문에 전송선로에 서는 전자기파가 복사되기가 어렵다.

10) 안테나의 이득이란 무엇인가 ?

목적하는 방향으로 얼마만큼 전파를 집중하여 복사하였는가를 나타내는 것이 『이득』이며, 무선통신에서는 자주 이요되는 양이다. 다음 그림에서 구의 반지름은 안테나가 복사하는 전파의 세기를 나타낸다. 파동 진폭의 제곱은 단위면적을 통과하는 전 력을 나타낸다는 것은, 전파나 음파에 공통된 성질이다. 여기서는 파동의 진폭 지향성이 아니라, 그 제곱을 나타내는『전력지향 성』으로서 나타내고자 한다. 전체의 복사전력은 = p TIMES 4 pi R^2/sec
이고, 그림의 (가),(나),(다)의 이득을 계산해보면 다음과 같다.
(가)는 무지향성 안테나의 전력지향성을 나타낸 그림이고, (나)그림은 지향성의 반지름이 그림(가)의 2배인 2p가 되는 것은, 전파가 왼쪽으로 복사되기 때문이다. 즉, 전체 표면적의 1/2이 되고, 이 면적과 단위면적을 통과하는 전력 2p를 곱한 값인 전체 복사전력은, 앞의 무지향성 ㅇ나테나와 같아진다는 것을 알 수 있다. 즉, 그림(나)의 이득은 (가)의 경우의 2배가 된다. 그리고, 그림(다)는 표면적이 1/4이므로, 이 안테나늬 수신점에는 무지향성 안테나의 4배의 전력이 보내어져 오므로, 이 안테나늬 이득 은 4가 된다.

11) 파라폴라안테나는 어디서 왔나 ? 또, 어떤 파장의 전파를 사용해야하나 ?

파라볼라 안테나는 텔레비젼이나 전화를 중계하는 마이크로파 무ㅜ선회로나, 위성통신 등의 대용량 무선통신에 가장 보편적으 로 사용된다. 파라볼라 안테나는 전파의 존재가 실증되기 훨씬 전부터 알려져 있는 반사망원경이 그 원리이다. 때문에 안테나로 서의 가장 오랜 역사를 지니고 있다.
렌즈나 망원경이 물체를 확대하여 본다는 본래의 성질을 발휘하기 위해서는, 지름이 파장에 비교하여 매우 크다는 것이 전제가 된다. 초점에서부터 나온 빛이 렌즈를 통과하면 평행광선으로 된다는 것은 잘 알려져 있지만, 만약 렌즈의 지름이 1파장 정도의 크기인 때는, 렌즈를 통과한 빛은 아래 그림처럼 1파장 다이폴 안테나에서부터 나오는 전파처럼 확산되어 버린다.
반사망원경과 같은 광학기기의 원리를 전파에 응용하기 위해서는, 빛과 같이 짧은 전파를 발생시킬 필요가 있다. 그 때문에 마 이크로파라고 불리는 파장이 10cm이하인 전파를 발진하는 진공관이 제작됨으로써 비로소 파라볼라 안테나가 실용화 될 수 있었다 .

12) 개구면안테나의 지향성은 ? 그리고 빔폭과 이득과의 관계는 ?

개구면 안테나에서부터 복사되는 전파의 상 태는 한쪽 방향만으로 복사되고 있다. 또 개구면 안테나의 지향성은 안테나의 가까이에서가 아니라 안테나에서부터 충분히 떨어 진 위치에서의 전파의 세기와 방향과 관계를 가진다. 따라서 안테나 주위의 전파의 상태와 함께 그래픽으로써 나타내기는 어렵다 . 이 때문에 다음그림과 같이 정면방향 이외에, 정면에서부터 약 30도와 50도 떨어진 방향으로 약한 전파가 복사되고 있는 것을 알 수 있다. 지향성 중에서 이와 같은 작은 복사를 『사이드로우브』라고 부른다. 정면의 큰 것이 주로우브이고, 그 곁에 있기 때문에 사이드 로우브이다. 주로우브는 주빔이라고도 하는데, 정면에 대해 전파의 진폭이 약 71%로 감소하는 각도를 빔폭이라 하 고 이 그림에서의 빔폭은 약 17도이다. 지향성은 전파의 진폭방향에 대한 변화를 나타내고, 진폭의 제곱이 전력에 비례한다. 그 러므로 정면에 대하여 전파의 전력이 1/2이 되는 각도가 빔폭이다. 즉, 안테나의 빔폭이 좁아지면 좁아질수록 지향성이 높아지고 이득이 좋아진다.

13) 카세그레인 안테나에서 이득을 크게하는 방법은 ?
안테나의 이득은 지향성의 빔폭에 의해 결정되고, 빔폭은 안테나의 크기에 따라 결정된다. 그런데 같은 크기의 안테나에 서도 조도분포에 따라서 이득이 크게 달라진다. 카세그레인 안테나는 『경면수정』이라고 하는 파라볼라에서 거울면을 변형하는 방식으로, 개구의 지름이 100파장 정도의 큰 안테나에서는 예외없이 파라볼라로부터 이를 수정하여 이득향상을 시킨다.

14) 야기우다안테나의 원리는 ?

안테나로부터 복사되는 전파의 방행을 제한하면 안테나의 이득이 커지기 때문에, 잔파를 제한된 방향으로만 복사하는 안테나의 형상을 발견하는 것이 중요하였는데, 한가닥의 수직인 반파장 다이폴 안테나는 수평면 안의 모든 방향으로 균일하게 복사하지만, 두 가닥의 같은 안테나를 반파장 간격으로 배열하면, 좌우로 강하게 복사하고 상하로는 복사하지 않는다.
다음 그림에서 알수 있듯이 반사기나 도파기로서 보통의 도체봉을 두는 것만으로써, 이들에 급전을 하지 않아도 된다는 것은 큰 이점이다. 급전을 하지 않은 도체봉에 전류가 흐르는 것은, 바파장 다이폴과 반사기가 도파기와의 간격이 작기 때문이며, 실 제의 야기·우다 안테나에서는 약 1/8파장 간격이다. 그런데 두 가닥의 안테나에서는 간격을 1/4파장 정도로 작게 하면 안테나를 배열하는 효과가 없었는데도 그보다 작은 간격에서도 이득이 커지는 것이 야기·우다 안테나이다.

15) TV화면의 ghost원인은 ? 레이다는 어떻게 ghost를 이용하나 ?
텔레비젼의 화면을 더럽게 만드는 원인중에 화면이 균일하게 처져서 그림자처럼 되 는 고스트가 있다. 이 고스트는 도시 내의 테레비젼수신의 장애가 되는 일이 많고, 이득이 큰 안테나를 사용해도 지울 수가 없다 . 송신안테나로부터 수신안테나까지 직접오는 파동과, 빌딩에서 반사되어 도달하는 파동이 있는데, 빌딩으로부터의 반사쪽이 전 파거리가 크기 때문에 수신안테나까지 도달시간에 차이가 생긴다. 즉, 반사파의 경로가 직접파의 경로보다 길기 때문에 생기는 현상이다.
빌딩으로부터의 반사파를 수신하지 않으면 고스트는 없어진다. 그러려면 반사파가 들어오는 방향은 수신안테나에는 이른바 불 필요한 방향이기 때문에, 불필요한 방향으로의 복사를 억압한 안테나, 즉, 사이드 로우브가 작은 안테나를 사용하면 된다. 안테 나를 송신에 사용하였을 때에 복사하는 전파의 지향성과, 같은 안테나를 수신에 사용하였을 때의 방향에 대한 수신감도를 나타내 는 지향성이 같아진다는 것은 상반정리로서 증명되어 있다.
테레비젼화면의 고스트는 그림이 보이지 않게 될 뿐이라면, 고스트가 있으면 본래의 목적을 하지 못하게 되는 것이 레이다이 다. 안테나에서부터 가느다란 빔의 전파를 아주 짧은 시간의 펄스로 복사하여, 비행기 등으로부터의 반사파의 시간의 지연으로부 터 반사물의 방향과 위치를 알아내는 방식이 레이다이다. 다음 그림은 레이다의 안테나가 복사하는 전파의 지향성을 사이드 로우 브와 함께 보인 것이다. 비행기러부터의 반사파를 브라운관 위에 안테나의 회전각도를 가로축으로하여 보인 것이 원 안의 그림이 다. 안테나의 주빔이 비행기의 방향을 향했을 때에 반사파가 세기 때문에, 브라운관 위에는 커다란 점이 되어서 생기게 된다.

16) 하이테크시대의 안테나 종류는 ?
ⅰ) 전자주사 안테나
레이다의 탐지거리라는 한계에 도전한 결과 생겨난 것이 전자주사 어레이 안테나이다. 다음그림의 위는 파라볼라 안 테나로 혼 안테나에서 전파가 나와 반사된 모양을 화살표로 표시하고 있다. 이것을 고성능 레이다 안테나로 하기 위해서는 우선 이득을 크게 하지 않 으면 안된다. 사이드 로우브를 작게 하는 것도 필요가 있지만 이득을 크게 하려면 개구면 이 큰 대형 안 테나로 된다. 그렇지만 통신과 다른 레이다에서는 안테나를 비교적 빠른 속 도로 회전하지 않으면 안되므로 대형으로 하는 것도 한계가 있다. 그래서 생각된 것이 송 신전력을 증강하는 일이다. 제2차 대전 후는 고성능 레이다용 진공관이 개발되어 있었기 때문에, 진공관을 몇 개만 쓰면 전력은 얼마든지 크게 할 수 있었다. 그리고 다음에 나타난 한계는 절연파괴이었다. 파라볼라 안 테나에서는 복사전력을 크게하여 가면 초점에 있는 혼 안테나의 내부에서의 전력밀도가 커지고, 번개와 같은 불꽃이 발생하는 것 이다. 이런 문제들을 해결하기 위해 결론으로서 도달한 것이 옆의 그림의 아랫단의 어레이 안테나이며, 각 소자안테나와 전원사 이에는, 『 이상기(phase shifter) 』라 불리는 것이 접속되어 있다. 이상기는 거기를 통과하는 전류나 전압의 위상을 전자적으 로 고속으로 바꾸는 기능을 갖고 있다. 소자안테나는 파라볼라 안테나와 같이 회전하는 일이 없고, 기계적으로 고정되어 있는데 이 이상기에 의하여 소자안테나로 급전하는 위상을 바꾸어 복사빔을 주사하는 방식이다.



ⅱ) 멀티 빔 안테나
통신위성에 가장 많이 사용되고 있는 주파수 4GHz 의 경우에는 지름 30m 의 카세그레인 안테나로 수신하고 있는데, 이와 같은 대형 안테나를 수천 수백개를 만들어 사용한다는 것은 비경제적이다. 그래서 어느 범위 안에 있는 복수개의 위성을 통합하 여 한 개의 안테나로써 담당하는 것이 멀티 빔 안테나이다. 이 안테나로부터 복사되는 복수 개의 빔은 각각 독립되어 있는 전파 이며, 각각의 빔으로 각각 별개의 정보를 통신할 수 있는 것이 멀티 빔 안테나의 특징이다.

ⅲ) 소형 안테나

최근에는 소형 안테나로서 『마이크로 스트립 안테나』가 주목되어 실용화되어 가고 있다. 역 F안테나는 이 마이크로 스트립 안테나의 변형이라교ㅗ 볼 수 있다. 최근의 전자회로는 인쇄로써 만들어지는 것이 많은데, 급전선 등도 인쇄에 의한 것이 보통이 다. 인쇄로 만들어지는 급전선이 마이크로 스트립선로이다. 기판이라고 불리는 도체판 위에 1mm정도의 얇은 절연체가 있고, 그 위에 도체의 띠(스트립)가 있는 구조로서, 이 띠는 인쇄에 의해 만들어지고 미세(마이크로)한 형상의 선로가 만들어지기 때문에 마이크로 스트립이라고 불린다.

ⅳ) 원편파 안테나
최근 화제가 되고 있는 고품위 텔레비젼인 하이비젼의 방송은, 종래의 지상의 테레비젼에서는 주파수대역폭이 6MHz밖에 되지 않기 때문에 불가능하며, 27MHz 의 대역폭을 이요할 수 있는 위성방송에서 비로소 가능한 방식이다. 이와 같이 갖가지 특징 을 갖는 위성방송에서 사용되고 있는 전파가 주파수 12GHz 의『원편파』이다. 지구에서 수신하는 장소가 선박과 같은 이동국일 때는, 그 위치에 따라서 편파는 수평으로부터 수직으로 변화하는 데다, 선체가 흔들리면 안테나와 편파의 방향을 일치시키지 않 으면 안되기 때문에 고안된 것이 원편파의 이용이다.

ⅴ) 레디얼라인 슬로트 안테나
레디얼라인이란 두 장의 평행 도체판 사이를 전파가 중심으로부터 방사선모양으로 전파하는 선로이다. 그림에서는 안테나 를 절반으로 절단한 약도로서 중심에서 동축선로로 급전하고 있다. 위의 도체판에 구멍(slot)을 뚫어서, 그 구멍을 통하여 외부 로 전파를 복사하게 하는 안테나인데, 원편파는 ㅅ자형의 슬로트에서 복사된다. 이 안테나는 마이크로 스트립 안테나와 같이 유 전체의 기판을 사용하지 않기 때문에 손실이 적고 효율이 좋은 평면 안테나이다.


17) 개구면안테나 종류에는 ?

ⅰ) 파라볼라 안테나
파라볼라 안테나는 텔레비젼이나 전화를 중계하는 마이크로파 무선회로나, 위성통신 등의 대용량 무선통신에 많이 사용된다. 전파의 존재가 실증되기 휠씬 전부터 알려져 있는 반사 만원경이 파라볼라 안테나의 원리이기 때문에, 안테나 로서는 가장 오래된 역사를 지니고 있 다. 반사망원경과 같은 광학기기의 원리를 전파에 응용하기 위해서는 , 빛과 같이 파장이 짧 은 전파를 발생시킬 필요가 있다. 제2차 대전 중에 밤에도 비행기나 배가 보이는 레이다의 개발을 위하여 , 마이크로파라고 불리는 파장이 10cm 이하인 전파를 발진하는 진공관을 연구 하여, 비로소 진공관의 제작으로 파라볼라 안테나를 이용할 수 있게 되었다. 안테나의 성질 을 설명하기 위해서는 망원경과 같이 먼 곳에서부터 온 전파를 수신하기 보다는, 이쪽에서 부터 전파를 송신하는 경우가 더 이해하기 쉽다. 수신의 경우에도 안테나로서의 성질은 송 신이 경우와 꼭 같아 진다는 것은, 간단하게 설명하기는 어렵고 『 상반정리 』로서 알려진 아래 그림의 (가)부분은 반사망원경 과 꼭 같은 원리의 파라볼라 안테나이다. 그리고 그림 (나) 부분은 파라볼라 안테나와 같은 크기의 구멍이 있고 아래서 부터 입사하는 상태를 가리 키고 있다.
ⅱ) 혼 안테나

반사경의 초점에는 전파를 복사하는 『 혼(horn) 안테나 』라고 불리는 안테나를 사용하 는 것이 보통이다. 혼 안 테나는 소리를 어느 방향으로만 전달 할 때 사용하는 메가폰과 같 은 성질을 가지며 구조도 비슷하다. 아래 그림과 같은 전파를 복사하는 반파장 다이폴을 헌 안테나 속에 넣으면, 전파는 오른쪽 방향으로만 복사하는 성질을 가진다.

ⅲ) 카세그레인 안테나

파라볼라 안테나에서는 먼저 초점에 있는 혼 안테나로부터 전파가 복사되기 때문에 수신기 와 혼을 접속할 필요가 있고, 수신의 경우에는 혼으로 들어가는 전파를 수신기로까지 가져 올 필요가 있다. 초점에 있는 혼안테나와 수신기는 『 도파관 』이라고 불리는 도체의 파이 프로 접속되어 있다. 다음 그림에서 알수 있듯이 반사경 앞에 있는 도파관 등이 전파 를 가 로막아 안테나로서 여러 가지 특성을 나쁘게 하는 원인이 된다. 이것을 개선하기 위해 고안 된 것이 『 카세 그레인 안테나 』이다. 카세그레인 안테나에서는 오목면이 큰 반사경을 주 반사경, 볼록면이 작은 반사경을 부반사경이라 고 한다. 이 안테나가 널리 이용되고 있는 것 은 부반사경이 작은 이외에 여러 가지 이점을 가졌기 때문이다.
18) 선형안테나 종류에는 ?

헤르츠가 전파의 존재를 확인하는 실험에서는 도체선에 전류를 흘려 보내는 안테나 로 삼았는데, 이것이 반파장 다이폴 안테나와 같은 『 선형 안테나 』이다.
ⅰ) 루프 안테나
반파장 다이폴 안테나 다음으로 기본이 되는 안테나이다
ⅱ) 롬빅 안테나
도체선을 지면과 평행하거나 마름모꼴로 친 안테나로, 단파통신용으로서 대표적인 안테나이다.
ⅲ) 카드(4각)안테나
루프 안테나와 거의 같은 성질을 갖지만, 절연체막대로 도체선을 지탱하는등 만들기 쉬운 구 조이다.
ⅳ) 헤리켈 안테나
나선(helical) 모양의 안테나로 원편파를 복사하는 대표적인 안테나이다.

19) 어레이안테나 종류에는 ?
ⅰ) 야기·우다 안테나
안테나로부터 복사되는 전파의 방행을 제한하면 안테나의 이득이 커지기 때문에, 전파를 제한된 방향으로만 복사하 는 안테나의 형상을 발견하는 것이 중요하였는데, 한가닥의 수직인 반파장 다이폴 안테나는 수평면 안의 모든 방향으로 균 일하게 복사하지만, 두 가닥의 같은 안테나를 반파장 간격으로 배열하면, 좌우로 강하게 복사하고 상하로는 복사하지 않는 다. 그 러나 전파의 복사방향을 제한하는 것은 안테나의 이득을 크게 함으로써 불필요한 방향으로의 복사를 억압하여 통신내용의 누설을 방지할 목적에서 보다 중요하다. 당시 도호쿠대학의 교 수인 야기는 단파통신의 연구보다 한걸음 앞서서 보다 파장이 짧은 초단파의 연구를 하던중 아래 그림의(나) 형식의 실험을 하던중 그림(다)와 같이 도체선을 반파장 다이 폴보다 짧게하 면, 전파가 지금까지와는 반대방향으로 복사되는 것을 우연히 발견하게 되었다. 이짧은 도체 선은 반파 장 다이폴 안테나가 발생시킨 전파를 유도하는 작용이 있기 때문에, 야기교수에 의 해 『 도파기 』라 명명되었다. 이것에 대해 나)의 긴 도체선은 『 반사기 』라고 불린다.

ⅱ) 고급인 어레이 안테나
어레이라는 말은 정렬한다는 의미가 있는데, 이것은 같은 형상의 안테나가 정연하게 배열 되어 있는 것이 어레이 안 테나이다. 배열되어 있는 개개의 안테나를 『 소자 안테나 』또는 간단히『 소자 』라고 하며, 배열하는 간격을 『 소자 간 격 』이라고 부른다. 아래 그림의 두
개의 반파장 다이폴은 가장 간단한 어레이 안테나이다.

위 그림(라)의 야기우다 안테나는 모든 소자가 꼭 같은 형상이 아니기 때문에 본래의 의미로서의 어레이 안테나는 아니다. 아래 그림(나 )는 반파장 다이폴을 소자로 하는 2소자 어레이 안테나이며, 소자간격은 1/4파장이고 각각의 단자를 a, b로 한다. 아래 그 림(나)의 아래쪽은 소자 안테나의 급전회로를 모혀적으로 보이고 있다. 어레이 안테나에서 복사되는 전파의 방향은, 각 소 자안테나에서 급전하는 전류 의 위상에 따라서 변화한다.
어레이 안테나에서는 소자안테나에 흐르는 전류의 위상에 따라서 브로드 사이드에서부터 엔 드파이어까지 빔의 방향 을 바꿀 수 있다. 이것이 어레이 안테나를 최신식 레이다 등에 사용하는 이유이다.


ⅲ) 저사이드 로우브 안테나
그림과 같이 커다란 사이드 로우브가 있으면, 사이드 로우브가 비행기의 방향을 향하였을 때에도 반사파가 있어 브 라운관 위에는 그림과 같은 고스트가 나타난다. 만약 사이드 로우브 가 없으면 브라운관 위에는 한 점이 될 것이다. 날으고 있는 비행기가 한 대일 때는 점의 중 심방향에 비행기가 있다는 것을 상상할 수 있지만, 비행기의 수가 증가하면 비행기의 방향과 화면 위의 점과의 관계를 알 수 없게 되어 번린다. 이 때문에 레이다 안테나에서는 사이드 로우브를 작게 하 는 것이 무엇보다 중요하다. 실제의 레이다에서는 고스트를 없애기 위해서 사이드 로우브의 크기를 0.03 이하로 하는 것이 바람직하다. 그러나 실용되고 있는 것은 0.05∼0.07 정도의 범위에 있고, 『 초저 사이드 로우브 안테나 』라는 것은, 사이드 로우브의 크기를 약 0.01 이하로 한 안테나를 가리킨다.

[둘리]

좋은 게시물이네요. 스크랩 해갈게요~^^