문제 1: 안테나 이득의 정의
안테나 이득(Gain)은 무엇을 나타내는가?
풀이:
안테나 이득은 안테나가 특정 방향으로 얼마나 효율적으로 전파 에너지를 집중시킬 수 있는지를 나타내는 척도입니다. Gain은 송신 전력을 특정 방향으로 집중시킬 수 있는 능력을 측정하는 값으로, 주로 데시벨(dB) 단위로 표현됩니다. Gain이 높을수록 안테나는 더 먼 거리로 신호를 보낼 수 있습니다.
문제 2: 이득 계산 공식
안테나 이득을 수학적으로 계산하는 공식은 무엇인가?
풀이:
안테나 이득은 아래 공식으로 계산됩니다:
G = (4π * Aeff) / λ²
여기서,
- G는 안테나 이득,
- Aeff는 안테나의 유효 면적(Effective Area),
- λ는 신호의 파장입니다.
이 공식은 안테나가 전파를 얼마나 효율적으로 수집하고 송신할 수 있는지를 나타냅니다.
문제 3: dBi와 dBd의 차이
안테나 이득을 나타내는 두 가지 표현 방식인 dBi와 dBd의 차이점은 무엇인가?
풀이:
- dBi는 등방성 안테나(모든 방향으로 균일하게 전파를 방출하는 가상의 안테나)를 기준으로 한 이득입니다.
- dBd는 다이폴 안테나(기본적인 실용 안테나)를 기준으로 한 이득입니다.
dBi는 dBd보다 약 2.15dB 더 큽니다. 예를 들어, 0 dBd는 2.15 dBi와 동일합니다.
문제 4: 안테나 이득과 지향성
안테나의 이득이 높아지면 안테나의 지향성에 어떤 영향을 미치는가?
풀이:
안테나 이득이 높아질수록 안테나는 특정 방향으로 더 집중적으로 전파를 송신하게 됩니다. 이는 지향성이 높아진다는 뜻으로, 안테나가 신호를 한 방향으로만 강하게 송출할 수 있고, 다른 방향으로는 상대적으로 신호가 약해집니다. 즉, 이득이 높을수록 신호가 멀리까지 전파되지만, 수신 가능 범위는 좁아집니다.
문제 5: 파라볼릭 안테나의 이득
파라볼릭 안테나가 높은 이득을 가질 수 있는 이유는 무엇인가?
풀이:
파라볼릭 안테나는 포물면 형태의 반사판을 이용하여 전파를 특정 방향으로 매우 집중시킬 수 있습니다. 이 반사판은 신호가 여러 방향으로 퍼지지 않도록 하고, 포물선의 초점으로 신호를 모아 방사하기 때문에 높은 이득을 제공합니다. 이러한 특성으로 인해 위성 통신이나 원거리 통신에 주로 사용됩니다.
문제 6: 이득 계산 문제
한 안테나의 유효 면적(Aeff)이 1.5 제곱미터이고, 전파의 파장(lambda)이 0.3 미터일 때, 이 안테나의 이득은 얼마인가?
풀이:
안테나 이득은 다음 공식을 사용하여 계산할 수 있습니다:
G = (4 * pi * Aeff) / (lambda ^ 2)
여기서,
- Aeff = 1.5 제곱미터
- lambda = 0.3 미터
공식에 값을 대입하면:
G = (4 * 3.1416 * 1.5) / (0.3 ^ 2)
G = (4 * 3.1416 * 1.5) / 0.09
G는 약 209.44입니다.
따라서, 이 안테나의 이득은 약 209.44입니다.
문제 7: dB 이득 변환 문제
어느 안테나의 이득이 50이라고 할 때, 이를 데시벨(dB)로 변환하시오.
풀이:
안테나 이득을 데시벨(dB)로 변환하는 공식은 다음과 같습니다:
GdB = 10 * log10(G)
여기서 G = 50입니다. 이를 공식에 대입하면:
GdB = 10 * log10(50)
GdB = 10 * 1.69897
GdB는 약 16.99 dB입니다.
따라서, 이 안테나의 이득은 약 16.99 dB입니다.
문제 8: 파장 변화에 따른 이득 문제
한 안테나의 유효 면적이 2 제곱미터이고, 파장이 0.5 미터일 때 이득이 100이었다고 가정합니다. 파장이 0.25 미터로 줄어들면, 이 안테나의 이득은 얼마가 될까요?
풀이:
안테나 이득은 다음 공식으로 계산됩니다:
G = (4 * pi * Aeff) / (lambda ^ 2)
처음 주어진 값에서,
- G1 = 100
- lambda1 = 0.5 미터
이득이 변할 때, 파장과 이득 간의 비율은 다음과 같습니다. 이득은 파장의 제곱에 반비례하므로,
G2 / G1 = (lambda1 / lambda2) ^ 2
여기서 lambda1 = 0.5 미터이고, lambda2 = 0.25 미터입니다. 이를 공식에 대입하면:
G2 / 100 = (0.5 / 0.25) ^ 2
G2 / 100 = (2) ^ 2 = 4
따라서, G2 = 100 * 4 = 400입니다.
파장이 절반으로 줄어들면, 안테나 이득은 400이 됩니다.