안테나 마구스 계산기

이 계산기는 변수에 대한 Friis 전송 방정식을 풉니다. Friis 전송 방정식은 안테나가 수신하는 전력과 지정된 거리 만큼(여유 공간) 떨어진 다른 안테나가 방사하는 전력을 연관시킵니다. 기본 Friis 방정식의 수정된 형태는 안테나 불일치, 전파 매체의 흡수, 케이블 손실 등을 포함한 많은 시스템 요소를 포함할 수 있습니다. 안테나 마구스 계산기에는 안테나 불일치 효과가 포함되어 있습니다. 편광 및 물리적 오정렬에 대한 보상은 없지만, 각 안테나의 게인에 사용되는 수치를 조정하여 이를 고려할 수 있습니다.

이 계산기는 모든 변수에 대해 널리 알려진 레이더 범위 방정식을 풉니다. 레이더 범위 방정식은 레이더 수신기가 수신하는 전력을 다음과 연관시킵니다.

• 레이더 송신기에 의해 전송되는 전력
• 대상의 레이더 횡단면
• 안테나의 게인
• 주파수
• 안테나와 대상 사이의 거리

이 계산기에 사용된 방정식의 형태는 이중 정적 레이더를 허용하지만, 편광 불일치를 고려하지 않으며 잘못 정렬된 안테나에 대한 보상을 고려하지 않습니다.

신호 대 잡음비(SNR)는 통신 링크의 감지 가능성 기준입니다. 기본적으로 필요한 신호의 수준과 배경 잡음 수준을 비교합니다. 비율이 1:1보다 크면 잡음보다 신호가 많음을 나타냅니다.

이 도구에 사용된 방정식은 다음과 같습니다. 방정식에 사용된 파라미터는 다음과 같습니다.

• 전달된 힘(P_t)
• 송신기 안테나 유효 개구면(A_et)
• 수신기 안테나 유효 개구면(A_er)
• 송신기-수신기 거리(r)
• 파장(λ)
• 대역폭(B)
• Boltzmann 상수(k)
• 시스템 온도

예를 들어, 다음 입력 파라미터는 72.78e-3의 신호 대 잡음비(SNR)를 생성합니다.

• 송신 전력: 1mW
• 작동 주파수: 1GHz
• 유효 송신기 안테나 개구면(AET): 78.53cm2
• 유효 수신기 안테나 개구면(AER): 100cm2
• 안테나 간격: 10km
• 시스템 대역폭: 30MHz
• 시스템 온도: 290K

무선 망원경은 원격 감지 장치입니다. 지구 기반 망원경은 천체를 관측하기 위해 하늘을 향합니다. 항공기나 위성에 설치된 망원경은 지구를 향합니다. 이 방정식은 망원경으로 탐지되거나 감지된 방사선이 수동 원격 감지라고 알려진 관측된 물체에서 비롯된다고 가정합니다.

이 도구는 다양한 원격 감지 응용 분야를 위해 온도(측정된 온도 또는 물체의 온도)를 계산합니다.

1. 성간 구름을 통해 천체 소스를 원격으로 감지하는 지구 기반 전파 망원경
2. 숲을 통해 지구를 원격으로 감지하는 위성의 전파 망원경
3. 전송선을 통해 안테나 출력을 감지하는 수신기

안테나는 일반적으로 안테나, 수신기 및 이를 연결하는 전송선으로 구성된 수신 시스템의 일부입니다. 시스템의 온도는 수신 시스템의 감도 및 신호 대 잡음을 좌우하는 중요한 요소입니다.

이 도구에 사용된 방정식은 다음과 같습니다.

방정식에 사용된 파라미터는 다음과 같습니다.

• 켈빈 단위의 안테나 잡음 온도(T_an)
• 켈빈 단위의 물리적 안테나 온도(T_ap)
• 안테나 효율성(E_A)
• 켈빈 단위의 물리적 전송선 온도(T_lp)
• 전송선 효율성(E_l)
• 켈빈 단위의 수신기 잡음 온도(T_rn)

시스템 온도를 켈빈 단위(T_sys)로 산출합니다.

통신 위성은 우주에서 무선 중계기 역할을 합니다. 통신 링크는 지구상의 스테이션 간 또는 다른 위성의 안테나 간에 연결될 수 있습니다.

시스템 용량을 늘리는 한 방법은 대역폭(bw)을 늘리는 것입니다. 주파수를 재사용하면 대역폭을 늘릴 수 있습니다. 고정된 반송파 대 잡음(CN) 전력비를 사용하는 경우 커버리지 영역(Acov)을 줄이면 대역폭이 증가할 수 있습니다. 멀티빔 안테나는 빔 간에 전력을 분배하기 때문에 커버리지 영역을 줄일 수 있습니다.

방정식의 다른 파라미터에는 위성 송신기 전력(P_t), 지구상의 스테이션 안테나 정의 영역(A_r), 등가 시스템 온도(T_s) 및 부수적 손실(L_I)이 포함됩니다.

이 계산기는 마이크로스트립 선의 주어진 물리적 속성에 대한 전기적 특성을 결정하며, 그 반대의 경우도 마찬가지입니다. 계산 시 금속 두께의 효과를 고려합니다.

이 계산기는 지정된 물리적 동축에 대한 임피던스를 결정하거나 주어진 파라미터에 대한 내부 또는 외부 직경을 계산합니다. 또한, 정전용량 및 단위 길이당 유도용량과 같은 다른 전송선 파라미터를 계산합니다.

이 계산기는 공면 도파관 구조의 주어진 물리적 속성에 대한 전기적 특성을 결정하며, 그 반대의 경우도 마찬가지입니다. 계산 시 금속 두께의 효과를 고려합니다.

이 계산기는 접지된 공면 도파관 구조의 주어진 물리적 속성에 대한 임피던스를 결정합니다.

이 계산기는 정의된 원형 도파관에 대한 처음 다섯 가지 주요 모드의 차단 주파수, 파장 임피던스 및 유도 파장을 결정합니다.

원형 도파관의 기본 작동 모드는 TE₁₁ 모드입니다. 여기서는 상대 차단 주파수를 나타내어 주파수를 기본 TE₁₁ 모드의 차단 주파수로 정규화합니다.

이 계산기는 정의된 직사각형 도파관에 대한 처음 다섯 가지 주요 모드의 차단 주파수, 파장 임피던스 및 유도 파장을 결정합니다.

직사각형 도파관의 기본 모드는 TE₁₀ 모드입니다. 이 모드에서 도파관의 임피던스는 전적으로 도파관의 폭에 따라 달라집니다. 여기에서는 상대 차단 주파수를 나타내어 주파수를 기본 TE₁₀ 모드의 차단 주파수로 정규화합니다.

이 계산기는 주어진 빔 폭에 대한 근사치 게인을 계산하며, 그 반대의 경우도 마찬가지입니다. 정확한 게인은 다양한 요인에 달려 있지만, 이 편리한 계산기는 경험상 유용한 법칙 가이드라인을 제공합니다. 이 계산기를 사용하면 수직 및 수평 빔 폭을 별도로 지정할 수 있습니다.

이 계산기는 주어진 면적과 효율에 대해 개구면의 예상 게인을 계산합니다. 또한, 다른 파라미터에 대해 방정식을 반전시켜 풀 수도 있습니다. 예를 들어, 혼 안테나의 개구면 효율을 계산합니다.

총 안테나 효율은 입력 단자에서의 손실과 안테나 구조 내에서의 손실을 고려합니다. 일반적인 손실은 다음과 같습니다.

• 전송선과 안테나 간 불일치로 인한 반사
• I2R 손실(전도 및 유전체)

이 도구는 다음 방정식을 사용하여 총 안테나 효율을 계산합니다.

e₀ = e_r e_cd

다음을 의미:

e₀ = 총 안테나 효율

e_r = 반사(불일치) 효율 = (1 - |Τ|2)

e_cd = 안테나 방사 효율

Τ = 안테나의 입력 단자에서의 전압 반사 계수[Τ=(Zi_n- Z₀)/( Z_in- Z₀). 여기서 Zi_n는 안테나 입력 임피던스를, Z₀는 전송선의 특성 임피던스를 의미.]

총 안테나 효율은 안테나의 반사, 전도 및 유전체 손실을 고려합니다. 유전체 및 전도 손실은 계산하기가 어렵기 때문에 측정되는 경우가 많습니다. 측정하더라도 구분하기가 어렵습니다. 결합된 손실은 방사선 효율(e_cd)을 구성합니다. 방사선 효율의 정의는 방사선 저항(R_r)에 전달되는 전력과 방사선 저항 및 전도-유전체 저항(R_L)에 전달되는 전력의 비율입니다.

• e_cd = 안테나 방사 효율
• R_r = 방사 저항
• R_L = 전도-유전체 손실의 조합을 나타내는 저항

물리적 온도가 절대 0도보다 높은 모든 물체는 에너지를 방출합니다. 등가 온도는 방출되는 에너지의 양을 나타냅니다.

특정 물리적 온도(T_p)로 유지되는 안테나가 전송선 길이(L)로 수신기에 연결되어 있고, 전체적으로 일정한 온도(T_o)를 띄며, 균일한 감쇠(α)를 갖는 경우, 물리적 온도 TAP를 고려한 수신기 단자 T_ant에서의 유효 안테나 온도를 계산할 수 있습니다.
 

방정식에 사용된 파라미터는 다음과 같습니다.

• T_ant = 수신기 단자의 안테나 온도(K)
• T_a = 안테나 단자의 안테나 잡음 온도(K)
• T_AP = 물리적 온도로 인한 안테나 단자의 안테나 온도(K)
• T_p = 안테나의 물리적 온도(K)
• α = 전송선의 감쇠 계수(Np/m)
• ε_A = 안테나의 열 효율
• L = 전송선의 길이(m)
• T_o = 전송선의 물리적 온도(K)

 

안테나의 실현 게인은 안테나의 총 효율과 지향성을 고려하여 계산됩니다.

안테나의 총 효율은 입력 단자의 반사로 인한 손실과 안테나 구조 내의 손실을 고려합니다.

총 효율 e0은 다음과 같이 쓸 수 있습니다.

여기서 er은 반사(불일치) 효율이고, ed는 유전체 효율이며, ec는 전도 효율입니다. 유전체 및 전도 효율은 하나의 실체로 측정되고 ecd로 알려져 있기 때문에 일반적으로 그룹화됩니다. 총 효율은 다음과 같이 쓸 수 있습니다.

여기서는 다음과 같이 총 효율과 지향성을 바탕으로 실현 게인을 계산합니다.

실현 게인 및 지향성은 dBi, 전압 반사 계수는 dB, 효율성은 0과 1 사이의 값으로 지정됩니다.

이 계산기는 일반적인 축대칭 포물선 리플렉터 토폴로지의 대략적인 개구면 및 피드 분포를 플롯합니다. 피드/개구면 분포는 다음을 기준으로 결정됩니다.

• 주어진 초점 거리에 대해 도출된 형상 수정자(P)
• 직경 비율(F/D)
• 가장자리 테이퍼(E_T)
• 개구면/피드 분포 효율(a_de / f_de)[Rahmat-Samii]

이 이미지는 피드/개구면 분포에 대한 형상 수정자 P의 효과를 보여줍니다.

주요 리플렉터의 속성으로 인해 피드의 분포는 개구면의 분포와 달라집니다. 그래프는 접시의 F/D 비율에 따라 달라집니다. 개구면 또는 피드 효율은 '이상적인' 평평한 분포를 기준으로 계산됩니다.

특정 포물선 리플렉터 접시 및 피드 안테나의 경우 편리한 패턴 근사치 도구를 사용하여 게인 패턴을 계산할 수 있습니다. 이 도구를 사용하면 더 큰 리플렉터의 이론적 게인 및 패턴 성능을 고려할 수 있어 시뮬레이션 시간이 길어질 수 있습니다. 또한, 차단 비율 또는 피드 분포 효율과 같은 파라미터의 영향을 예측할 수도 있습니다.

예를 들어, 이 도구를 사용하여 그래프에 표시된 것처럼 시뮬레이션을 수행하지 않고도 차단 비율이 패턴에 미치는 영향을 연구할 수 있습니다.

여기서는 다음과 같은 파라미터를 일정하게 유지합니다.

• 작동 주파수: 10GHz
• D(리플렉터 직경): 200mm
• F/D 비율: 0.34
• E_T(가장자리 테이퍼 분포): -35dB
• F_de(피드 분포 효율): 70%

주요 리플렉터의 속성으로 인해 피드의 분포는 개구면의 분포와 달라집니다. 그래프는 접시의 F/D 비율에 따라 달라집니다. 개구면 또는 피드 효율은 '이상적인' 평평한 분포를 기준으로 계산됩니다.

물체의 레이더 횡단면(RCS)은 입사 전력 밀도를 가로막는 유효 영역으로, 등방성으로 산란될 경우 후방 산란 수신 전력이 발생합니다. 추정치는 편광이 일치한다고 가정합니다.

이 계산기는 다양한 입력 목표가 주어진 경우 물체의 레이더 횡단면(RCS)을 반환합니다.

이 계산기의 간단한 방정식은 주파수, 수신 전력, 전송 전력, 총 경로 거리, 안테나 개구면 영역을 고려하여 물체의 RCS를 결정합니다.

안테나는 수신 전력의 일부가 안테나 단자로 전달되기 때문에 고유한 RCS 특성을 가진 물체라고 할 수 있습니다. 신호에 대한 임피던스 일치가 양호하면 재방사가 줄어들어 RCS가 감소합니다.

표피 깊이는 도체 내부의 전기 전도를 측정하는 척도입니다. DC(0Hz)에서 전류는 도체의 횡단면에 균등하게 분포됩니다. 주파수가 증가하면 전류 분포는 도체 표면 근처에서 가장 높은 전류 밀도로 변화합니다.

표피 깊이(δ)는 주파수, 도체의 상대 투과성(μ_r), 저항률(ρ ) 또는 전도율(ο, 여기서 ο = 1/ ρ)의 함수입니다. 이는 전류 밀도가 표면에서 전류 밀도의 1/e(≈ 0.37)로 떨어지는 도체 표면 아래의 깊이로 정의됩니다.
다음을 의미:

δ: 표피 깊이[m]

μ₀: 진공 투과성[H.m-1]

ρ: 저항률[Ω.m]

ο: 전도율[S.m-1]