티안테나

T-antenna
1935년 뉴저지 주 카트렛에 있는 WOR / 710AM의 시설 사진. 이 경우 중앙에는 두 개의 타워와 중앙 T-안테나 등 세 개의 방사기가 매달려 있다. 그들은 함께 뉴욕과 필라델피아로 향하는 로브와 함께 그림-8 패턴을 만들었다.
1925년 매사추세츠 스프링필드의 초기 AM 방송국 WBZ의 멀티와이어 T 방송 안테나

T-안테나, T-aerial, 플랫탑 안테나, 탑헤트 안테나 또는 (자극적으로)탑재형 안테나는 상단부에 횡방향 정전하중 와이어가 부착된 단극형 무선 안테나다.[1] T-안테나는 통상 VLF, LF, MF, 단파 대역에서 사용되며 아마추어 라디오 방송국과 장파 [5]및 중파 AM 방송국의 송신 안테나로 널리 사용되고 있다.[2][3]: 578–579 [4] 단파청취를 위한 수신 안테나로도 활용될 수 있다.

안테나는 지지되는 두 개의 무선 마스트 또는 건물 사이에 매달려 있고 그 끝에서 절연된 하나 이상의 수평 와이어로 구성된다.[1][4] 수직 와이어는 수평 와이어의 중앙에 연결되고 지면에 가깝게 매달려 송신기나 수신기에 연결되어 있다. 이 두 부분을 합치면 'T'자 형상이 되어 이름이 붙는다. 송신기 전원이 수직선 하단과 접지 연결부 사이에 인가되거나 수신기가 연결되어 있다.

T-안테나는 용량성 상단 로딩이 있는 단극 안테나로서 기능한다. 이 범주의 다른 안테나에는 역-L, 우산 및 삼극 안테나가 포함된다. 그것은 1920년 이전에 라디오의 첫 수십 년 동안 무선 전신 시대에 발명되었다.

작동 방식

1MHz보다 낮은 주파수에서, 안테나의 와이어 부분의 길이 보통 25퍼센트보다 wavelength[를]는 경우에는 .mw-parser-output .sfrac{white-space:nowrap}.mw-parser-output.sfrac.tion,.mw-parser-output.sfrac .tion{디스플레이:inline-block, vertical-align:-0.5em, font-size:85%;text-align:센터}.mw-parser-output.sfrac .num,.mw-parser-output .s 짧다.Frac .den{디스플레이:블록, line-height:1em, 마진:00.1em}.mw-parser-output.sfrac .den{border-top:1px 고체}.mw-parser-output .sr-only{국경:0;클립:rect(0,0,0,0), 높이:1px, 마진:-1px, 오버 플로: 숨어 있었다. 패딩:0;위치:절대, 너비:1px}1/4λ ≈ 125미터(410ft) 뻗는다, 있는 직선의 공명을 달성한다면 가장 짧은 길이.[5] 이러한 상황에서 T-안테나는 용량성 상단 로딩이 있는 수직의 전기적으로 짧은 단극 안테나로서 기능한다.[3]: 578–579

수직 단극 안테나 "a" 및 T-안테나 "b"의 RF 전류 분포(빨간색)는 수평 와이어가 수직 복사 와이어의 효율성을 향상시키는 데 어떤 역할을 하는지를 보여준다.[6] 어느 지점에서든 와이어에 수직인 빨간색 영역의 폭은 전류에 비례한다.[b]

'T' 상단을 가로지르는 수평 와이어의 왼쪽과 오른쪽 부분은 동일하지만 반대 방향의 전류를 전달한다. 따라서 안테나에서 멀리 떨어져서 각 와이어에 의해 방사되는 전파가 다른 와이어와 180° 상이하지 않으며, 지상에서 반사되는 전파가 비슷한 취소와 함께 다른 와이어의 파도와 함께 취소되는 경향이 있다. 따라서 수평 전선은 거의 무선 전력을 방출하지 않는다.[3]: 554

대신 수평 와이어의 목적은 안테나 상단의 캐패시턴스를 증가시키는 것이다. RF 전류의 주기 동안 이 캐패시턴스를 충전하고 방전하려면 수직 와이어에 더 많은 전류가 필요하다.[6][3]: 554 수직 와이어의 전류 증가(오른쪽 그림 참조)는 안테나의 방사선 저항을 효과적으로 증가시켜 무선 파워가 복사되었다.[6] 수평 상단 부하 와이어는 주어진 기본 전류에 대해 2~4배(3~6dB)의 복사 전력을 증가시킬 수 있다.[6] 결과적으로 T 안테나는 같은 높이의 단순한 수직 단극보다 더 많은 전력을 방출할 수 있다. 마찬가지로, 수신 T 안테나는 수직 안테나가 할 수 있는 것보다 동일한 수신 전파 신호 강도로부터 더 많은 전력을 차단할 수 있다.

그러나 T-안테나는 여전히 일반적으로 전체 높이의 1/4㎝ 수직 단극보다 효율적이지 않으며 [5]Q가 높아 대역폭이 좁아진다. T-antennas는 일반적으로 풀사이즈 쿼터파 하이 수직 안테나를 제작하는 것이 실용적이지 않은 낮은 주파수에서 사용되며 [4][7]수직 복사 와이어는 종종 전기적으로 매우 짧다: 파장의 길이가 1/10㎛ 이하인 극히 일부에 불과하다. 전기적으로 짧은 안테나는 용량성이 있는 베이스 리액턴스를 가지고 있으며, 송신 안테나에서는 안테나를 공명하도록 하기 위해 추가된 로딩 코일에 의해 튜닝되어야만 전력을 효율적으로 공급할 수 있다.

타입-T 안테나: (A) 단순, (B) 멀티와이어, (C) 케이지 T-안테나는 와이어 간에 전류를 더 고르게 분산시켜 저항을 낮춘다. 붉은 부분은 절연체, 갈색은 돛대를 받치고 있다.

상부하 캐패시턴스는 와이어가 더 추가될수록 증가하므로 수직 와이어가 부착되는 중앙에서 여러 개의 병렬 수평 와이어가 함께 연결되는 경우가 많다.[5] 캐패시턴스는 증가하지만, 각 와이어의 전기장이 인접 와이어의 필드에 충돌하기 때문에, 다음 와이어의 수에 비례하여 증가하지는 않는다. 각각의 추가된 와이어는 추가 캐패시턴스를 감소시킨다.[5]

방사선 패턴

수직 와이어는 실제 방사 소자이기 때문에 안테나는 모든 방위 방향에서 동일한 전력으로 전방향 방사선 패턴으로 수직 편광 전파를 방사한다.[8] 가로줄의 축은 거의 차이가 없다. 동력은 수평 방향이나 얕은 고도 각도에서 최대치로, 정점에서 0으로 감소한다. 이를 통해 LF나 MF 주파수에서 좋은 안테나가 되어 수직 양극화와 함께 지상파로 전파되지만, 높은 고도 각도에서 충분한 전력을 방출하여 스카이웨이브("스킵") 통신에 유용하다. 지반전도율이 떨어지는 효과는 일반적으로 패턴을 위로 기울이는 것으로 최대 신호 강도는 높은 고도 각도에서 나타난다.

송신 안테나

일반적으로 T-antennas가 사용되는 긴 파장 범위에서 안테나의 전기적 특성은 일반적으로 현대의 무선 수신기에는 중요하지 않다; 수신 안테나가 수집한 신호 전력보다는 자연적인 노이즈에 의해 수신이 제한된다.[5]

송신 안테나는 다르며 공급 지점 임피던스가[c] 중요하다. 안테나 공급 지점에서의 리액턴스와 저항의 조합은 공급 라인의 임피던스, 그리고 그 너머 송신기의 출력 스테이지와 잘 일치해야 한다. 일치하지 않을 경우 송신기에서 안테나로 전송되는 전류는 연결 지점에서 "백래시 전류"로 거꾸로 반사되어 최악의 경우 송신기를 손상시킬 수 있으며, 적어도 안테나에서 방사되는 신호의 출력을 감소시킬 수 있다.

리액턴스

1/4㎛ 이하의 단극 안테나는 용량성 리액턴스를 가지고 있다. 단극 안테나는 짧을수록 리액턴스가 더 높고 송신기를 향해 반사될 피드 전류 비율이 더 크다. 전류를 짧은 송신 안테나로 효율적으로 구동하려면 상단 섹션이 아직 그렇지 않은 경우 공명(반전 없음)으로 만들어야 한다. 캐패시턴스는 일반적으로 추가된 부하 코일 또는 그에 상응하는 코일에 의해 취소된다. 부하 코일은 일반적으로 접근성을 위해 안테나 베이스에 배치되며, 안테나와 안테나 공급선 사이에 연결된다.

20세기 초 T-aerials가 처음 사용한 것 중 하나는 배 위에 있었는데, 그것들이 돛대 사이에 걸려 있을 수 있기 때문이다. 1912년 침몰 당시 구조전화를 중계한 RMS 타이타닉호의 안테나다. 50m 수직선과 120m 수평선 4개를 갖춘 멀티와이어 T였다.

T-안테나의 수평 상단 부분은 또한 공급점에서 용량성 리액턴스를 감소시켜 높이가 약 2/3인 수직 섹션을 대체할 수 있다.[9] 충분히 길면 리액턴스를 완전히 제거하고 공급 지점의 코일에 대한 필요성을 없앤다.

중·저주파에서는 짧은 안테나의 방사선 저항성이 낮은 것에 비해 높은 안테나 캐패시턴스와 로드 코일의 높은 인덕턴스는 로드된 안테나를 높은 Q 튜닝 회로처럼 동작하게 하며, 1/4m2 단극과 비교했을 때 송신선과 잘 일치하는 대역폭을 유지하게 된다.

큰 주파수 범위에서 작동하려면 부하 코일을 조정하고 주파수가 변경될 때 송신기를 향해 반사되는 전력을 제한하도록 조정해야 한다. 또한 Q가 높으면 안테나에 고전압이 발생하는데, 이는 수평선 끝단에 있는 현재 노드에서 최대값이며 대략 Q배의 주행 지점 전압이다. 단부의 절연체는 반드시 이러한 전압에 견딜 수 있도록 설계되어야 한다. 고출력 송신기에서 출력 전력은 종종 전선으로부터의 코로나 방전 시작에 의해 제한된다.[10]

저항

방사선 저항은 전파를 방사하기 때문에 안테나의 등가 저항이다. 전체 길이의 사분파 단극의 경우 방사선 저항은 약 25옴이다. 작동 파장에 비해 짧은 안테나는 긴 안테나보다 방사선 저항이 낮으며, 때로는 T-안테나에서 제공하는 최대 성능 향상을 훨씬 능가하는 심각한 경우도 있다. 따라서 저주파에서는 T-안테나라도 방사선 저항이 매우 낮을 수 있으며, 종종 1Ω 미만일 수 있으므로,[5][11] 효율은 안테나 및 접지 시스템의 다른 저항성에 의해 제한된다. 입력 전력은 주로 코일과 접지를 중심으로 안테나+접지 회로의 방사선 저항과 '오미크' 저항으로 나뉜다. 코일 및 특히 접지 시스템의 저항은 코일에 분산된 전력을 최소화하기 위해 매우 낮게 유지되어야 한다.

낮은 주파수에서 하중 코일의 설계가 어려울 수 있음을 알 수 있다. 즉, 인덕턴스는 높지만 송신 주파수(높은 Q)에서 손실이 매우 낮아야 하며, 높은 전류를 운반해야 하며, 접지되지 않은 끝에서 높은 전압을 견디고, 조정 가능해야 한다.[5][7] 그것은 종종 리츠 와이어로 만들어진다.[7]

낮은 주파수에서 안테나는 효율적이기 위해 양호한 저저항 접지가 필요하다. RF 접지는 일반적으로 지구상에 약 1피트 정도 묻혀 있는 방사형 구리 케이블의 항성으로 구성되며, 수직선 밑부분에서 뻗어 나와 중앙에서 함께 연결된다. 방사형은 안테나 근처의 변위 전류 영역 이상으로 확장될 수 있을 정도로 충분히 길어야 한다. VLF 주파수에서 토양의 저항이 문제가 되고, 방사형 지상 시스템은 보통 그로부터 절연되어 대항성을 형성하기 위해 지상 몇 피트 상공에 올라가 탑재된다.

등가 회로

1922년 아마추어 방송국의 역사적인 케이지 T안테나, 60피트 높이에서 90피트 길이. 도체는 나무 스프레더에 의해 분리된 6개의 와이어로 된 케이지로 만들어졌는데, 이 구조는 캐패시턴스를 증가시키고 저항성을 감소시켰다. 440 W의 전력으로 1.5 MHz의 대서양 횡단 접점을 달성했다.

T-안테나처럼 전기적으로 짧은 수직 안테나에 의해 복사(또는 수신)되는 전력은 안테나의 유효 높이의 제곱에 비례하므로 안테나를 가능한 한 높게 만들어야 한다.[5] 수평 와이어가 없으면 수직 와이어의 RF 전류 분포가 상단에서 0으로 선형적으로 감소하며(위의 그림 "a" 참조) 안테나의 물리적 높이의 절반의 유효 높이를 제공한다. 이상적인 "무한 캐패시턴스" 상단 부하 와이어를 사용하면 수직의 전류가 그 길이를 따라 일정하게 유지되어 물리적 높이와 동일한 유효 높이를 제공하므로 복사된 전력량이 4배 증가한다. 그래서 T-안테나에 의해 복사(또는 수신)되는 전력은 같은 높이의 수직 단극의 최대 4배이다.

상부하 캐패시턴스가 매우 큰 이상적인 T-안테나의 방사선 저항은[6]

그래서 복사력은

어디에

h는 안테나의 높이,
λ은 파장이다, 그리고
나는0 암페어 단위의 RMS 입력 전류다.

이 공식은 복사 동력이 기준 전류의 산물과 유효 높이에 따라 좌우된다는 것을 보여주며, 주어진 복사 동력의 양을 달성하기 위해 몇 개의 '미터암페어'가 필요한지 결정하는 데 사용된다.

안테나 등가 회로(부하 코일 포함)는 안테나의 용량성 리액턴스, 부하 코일의 유도 리액턴스, 그리고 안테나 접지 회로의 방사선 저항과 기타 저항의 직렬 조합이다. 따라서 입력 임피던스는

공명 시 안테나의 용량 리액턴스는 로드 코일에 의해 취소되므로 공명 Z에서의0 입력 임피던스는 안테나[12] 회로 내 저항의 합에 불과하다.

그래서 안테나의 효율 η, 피드라인에서 나오는 입력 전력에 대한 복사 전력의 비율.

어디에

R은C 안테나 도체의 옴 저항(코퍼 손실)이다.
R은D 동등한 직렬 유전 손실이다.
R은L 부하 코일의 등가 직렬 저항이다.
R은G 접지 시스템의 저항이다.
R은R 방사선 저항이다.
C는 입력 단자에서 안테나의 정전용량이다.
L은 하중 코일의 인덕턴스다.
스웨덴, 17 kHz 그리몬 VLF 송신기의 1.9 km(1.2 mile) 다중 튜닝 플랫탑 안테나

일반적으로 방사선 저항이 매우 낮기 때문에 안테나 접지 시스템의 다른 저항을 낮게 유지하여 최고의 효율성을 확보하는 것이 주요 설계 문제임을 알 수 있다.[12]

다중 튜닝 안테나

다중 튜닝 플랫탑 안테나는 지상 전력 손실을 줄이기 위해 고출력 저주파 송신기에 사용되는 T안테나의 변형이다.[7] 그것은 전송 타워의 라인에 의해 지원되는 여러 개의 병렬 와이어로 구성된 긴 용량성 탑 로드로 구성되며, 때로는 수 마일의 길이로 구성된다. 여러 개의 수직 라디에이터 전선이 상단 부하에서 내려오고, 각각 부하 코일을 통해 자신의 지면에 부착된다. 안테나는 상단 부하의 와이어를 대각선으로 송신기로 대각선으로 내려와서 라디에이터 와이어 중 하나에서 또는 상단 부하의 한쪽 끝에서 더 자주 구동된다.[7]

수직 와이어는 분리되어 있지만 LF 파장의 길이에 비해 그 사이의 거리가 작기 때문에 그 안의 전류는 위상이며 하나의 라디에이터로 간주할 수 있다. 안테나 전류가 1이 아닌 N 병렬 부하 코일과 접지를 통해 지상으로 흐르기 때문에, 등가 부하 코일과 접지 저항, 따라서 부하 코일과 접지에서 소멸된 전력은 다음과 같이 감소한다. 단순한 T-안테나의 ½N.[7] 이 안테나는 무선 전신기 시대의 강력한 라디오 방송국에서 사용되었지만 다중 적재 코일의 비용 때문에 인기가 떨어졌다.

참고 항목

각주

  1. ^ 그리스 문자 람다 lamb은 파장의 전통적인 상징이다.
  2. ^ 공진에서 전류는 사인파의 꼬리 부분이다. 단극 "a"에서는 안테나 상단에 전류가 0이어야 하는 노드가 있다. T "b"에서는 전류가 중간에서 양방향으로 수평선으로 흘러들어 수직선 상단부의 전류가 증가한다. 방사선 저항과 따라서 각각의 복사력은 전류 분포의 수직 부분 영역의 제곱에 비례한다.
  3. ^ 임피던스는 리액턴스와 저항의 복잡한 합이다. 이 모든 합계는 단독으로 또는 조합으로 방해되는 전기 부품을 통한 전류 전달을 제한하고 연결 지점에서 전압 변화를 일으킨다.

참조

  1. ^ a b Graf, Rudolf F. (1999). Modern dictionary of electronics, 7th Ed. USA: Newnes. p. 761. ISBN 0-7506-9866-7.
  2. ^ Chatterjee, Rajeswari (2006). Antenna theory and practice, 2nd Ed. New Delhi: New Age International. pp. 243–244. ISBN 81-224-0881-8.
  3. ^ a b c d Rudge, Alan W. (1983). The Handbook of Antenna Design. 2. IET. pp. 554, 578–579. ISBN 0-906048-87-7.
  4. ^ a b c Edwards, R.J. G4FGQ (1 August 2005). "The Simple Tee Antenna". smeter.net. Antenna design library. Retrieved 23 February 2012.
  5. ^ a b c d e f g h i Straw, R. Dean, ed. (2000). The ARRL Antenna Book (19th ed.). USA: American Radio Relay League. p. 6-36. ISBN 0-87259-817-9.
  6. ^ a b c d e Huang, Yi; Boyle, Kevin (2008). Antennas: from theory to practice. John Wiley & Sons. pp. 299–301. ISBN 978-0-470-51028-5.
  7. ^ a b c d e f Griffith, B. Whitfield (2000). Radio-Electronic Transmission Fundamentals, 2nd Ed. USA: SciTech Publishing. pp. 389–391. ISBN 1-884932-13-4.
  8. ^ Barclay, Leslie W. (2000). Propagation of radiowaves. Institution of Electrical Engineers. pp. 379–380. ISBN 0-85296-102-2.
  9. ^ Moxon, Les (1994). "Chapter 12 HF Antennas". In Biddulph, Dick (ed.). Radio Communication Handbook (6th ed.). Radio Society of Great Britain.
  10. ^ LaPorte, Edmund A. (2010). "Antenna Reactance". vias.org (Virtual Institute of Applied Science). Radio Antenna Engineering. Retrieved 24 February 2012.
  11. ^ Balanis, Constantine A. (2011). Modern Antenna Handbook. John Wiley & Sons. pp. 2.8–2.9 (Sec. 2.2.2). ISBN 978-1-118-20975-2.
  12. ^ a b LaPorte, Edmund A. (2010). "Radiation Efficiency". vias.org (Virtual Institute of Applied Science). Radio Antenna Engineering. Retrieved 2012-02-24.