제 01편 – WinProp: AMan Introduce

목적

무선 전파 및 무선 네트워크 계획 영역에서 완전한 도구 모음을 사용함으로써 위성에서 지상파까지, 시골에서 도시를 거쳐 실내 Radio Link에 이르기까지 다양한 애플리케이션으로 정확성과 짧은 계산 시간을 제공하는 도구를 통해 파동 전파 모델을 쉽게 접근하기 위함

 

  1. AMan

단일 안테나를 생성, 편집 및 분석하며, 여러 안테나를 중첩하여 방사 지역을 고려하면서 실제 안테나 패턴을 결정하기 위해 유사한 신호 환경을 설정합니다.

무선 네트워크 계획 도구는 임의의 두 지점 사이의 정확한 파동 전파 모델에 의존하여 경로 손실에 영향을 미칩니다.

객체 차폐 및 다중 경로 전파 외에 통신 링크에 사용되는 안테나의 안테나 패턴은 실제 경로 손실에 영향을 미칩니다. 따라서 안테나 패턴은 무선 네트워크 계획 도구 내에서 정확하게 설명되어야 합니다.

도구 AMan은 편리한 Windows GUI로 안테나 패턴을 처리하며, 가장 중요한 기능은 다음과 같습니다.

  • 안테나 패턴의 그래픽 표시(수평 또는 수직 평면)
  • 안테나 패턴의 3D 디스플레이
  • 상용 안테나 파일 형식 변환(예: *,msi, *.pln)
  • 2x2D 패턴((가로x세로)에서 3D 패턴으로 변환
  • 수직 및 수평 안테나 패턴을 수동으로 정의하는 그래픽 편집기(마우스로 그린 스캔한 패턴의 비트맵을 배경 이미지로 사용하는 동안)

그 밖의 MASC(다중 안테나 시나리오 구성)으로 로컬 환경 및 장착의 영향에 중요한 모듈입니다.

서로 다른 단일 안테나가 다중 안테나에 결합된 경우 결과 안테나 패턴을 계산합니다.

안테나(mats, arms, tubes, 레이돔) 장착이 실제에 미치는 영향을 고려해야 합니다.

AMan은 계산된 패턴을 다양한 파일 형식으로 저장이 가능하여 네트워크 계획 제품군인 WinProp Radio에 국한되지 않습니다. 또한 대부분의 도구로 많은 무선 네트워크 계획 도구에 사용할 수 있으며, *.msi 안테나 패턴 파일 형식을 읽을 수 있습니다.

 

  • Antenna Pattern Basics

Isotropic Radiator

등방성 Radiator는 손실없이 작동하고 동일한 성능을 갖는 이상적인 안테나

전력밀도 Si는 구형 표면에 균일하게 분포되며, 안테나 전력 공급 Pi0으로 거리에 대하여 다음과 같은 식을 구할 수 있습니다.

Si0

Directional Characteristic of Antennas

상업용 안테나는 등방성 radiator와는 반대로 모든 방향에서 동일한 전력밀도를 방출하지 않습니다. 전력밀도는 높은 방향과 작은 방향이 있습니다.

전력밀도가 가장 높은 방향이 주 방향(Main direction)으로 안테나 패턴은 방향에 대한 radiation의 의존성을 설명할 수 있습니다.

진폭, 위상 및 편광은 원거리 필드 조건(안테나 자체에서 멀리 떨어져 있는)으로 설명할 수 있습니다.  원거리(Far-field)에서는 거리가 관련이 없고 패턴 자체가 안테나는 각도 및 함수입니다. 실제 안테나의 패턴은 추가로 주파수에 따라 다르기 때문에 다른 주파수에 대해 다른 패턴을 사용해야 합니다.

종종 안테나의 방사는 수평면과 수직면에서만 측정되며, 정확한 파동 전파만 가능하여 광선 광학과 같은 모델은 3D 안테나 패턴의 이점을 누릴 수 있습니다.

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안테나 패턴 시각화[Kathrein K739856, Kathrein K731620x7]

 

전력밀도는 전계 강도에 비례하므로 종종 전계 강도는 안테나 패턴을 설명하는데 사용됩니다.

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일반적으로 원거리장에는 타원편파가 존재하기 때문에 직교 편광 및 안테나 패턴 모두는 방향성 설명에 필요합니다.

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Gain, Directivity and Other Parameters

안테나 패턴은 이득, 지향성, 패턴 로브, Half-width, 등가 방사각 및 유효 면적에 의해 설명됩니다.

Directivity

지향성은 안테나로부터 주어진 방향으로 모든 방향에 대한 평균 방사 강도의 비율입니다. 방사의 주요 방향을 알면 각 안테나 패턴에 대한 지향성을 계산할 수 있습니다.

05Smax: 등방성 라디에이터의 최대 복사 전력밀도

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지향성의 그래픽 표현

지향성 특성으로부터 거리 D를 결정이 가능합니다.

D01

안테나 패턴이 value의 이산 수를 구성한다면, 방정식의 적분은 07과 D04는 아래와 같이 표현할 수 있습니다.

D02

종종 안테나의 지향성은 dB로 표시됩니다. dB의 로그 Ddb값은 아래 지향성의 선형 D값에서 얻을 수 있습니다.

08

Gain

지향성과는 대조적으로 안테나의 이득은 안테나의 효율성을 추가로 고려합니다.

따라서, 안테나의 손실은 이득 값에 포함되지만 지향성 안테나 값에는 포함되지 않습니다.

D03

Radiation Pattern Lobes

방사패턴 로브는 상대적으로 약한 영역으로 둘러싸인 방사패턴의 Radiation 강도 섹션입니다.

Major lobe / main beam

방향을 포함하는 방사패턴의 로브

Side lobe

일반적으로 원하지 않는 방향의 방사패턴으로 방향을 포함하는 방사패턴 로브의 방향과 상이

Back lobe

반대 방향의 방사 패턴의 로브

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특성 치

10             side lobe 감쇄

11             back lobe

D05                    main lobe의 3dB 각도

12         side lobe의 3dB 각도

Half Power Beamwidth (HPBW)

Half Power Beamwidth는 major lobe 의 측면 반대쪽에 있는 half-power(-3dB) 지점 사이의 각도 간격입니다. Side lobe 감쇠, Back lobe 감쇠, main lobe의 3dB 각도 및 side lobe의 3dB 각도 lobe는 수직 및 수평 패턴에 적용됩니다. 수직 패턴의 경우 변수 각도를 설명하는데 사용되며, 수평 패턴의 경우 변수는 다음을 설명하는데 사용됩니다. 3dB 각도는 반폭이라고도 합니다. 지향성은 dB로 표시되며 love 너비 3dB 값은 degree 단위로 더 쉽게 읽을 수 있습니다. 그 결과 다음과 같이 조정된 dimentional 방정식이 생성됩니다.

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그 밖의

Equivalent Radiation Angle

Effective Area

Parameters of Typical Antennas

Mathematical Description of Antenna Patterns

Conversion of 2x2D Patterns (Horizontal & Vertical) to 3D Patterns

등이 있습니다.

 

  • Multiple Antenna Scenario Configuration (MASC)

안테나 제조업체의 안테나 패턴은 항상 무반사실에서 측정됩니다. 따라서 안테나를 기둥이나 벽 앞에 장착하는 것은 패턴에서 고려되지 않습니다. 하지만 분명히 기둥과 벽은 실제 안테나 패턴에 상한 영향을 미칩니다.

MASC는 돛대/벽, 암, 튜브, 레이돔 혀용하고 실제 안테나의 radiation 패턴에 미치는 영향을 고려할 수 있습니다.

때때로 동일한 신호가 여러 안테나로 전력 분배기 및 위상 전이기를 사용하여 방사됩니다. 그리고 MASC는 특수 안테나 패턴을 얻기 위해 계산할 수 있습니다. 다중 단일 안테나의 중첩을 기반으로 하는 안테나 패턴 및 단계를 통해 서로 다른 전력을 공급받기도 합니다.

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MASC로 계산된 실제 안테나 패턴은 표준에 저장됩니다. AMan 의 파일 형식과 다른 많은 파일 형식(ex. *.msi, *.pln)으로 내보낼 수 있기 때문에 계산된 패턴은 다른 예측 모델 및 무선 네트워크 계획과 함께 사용할 수도 있습니다. 마스트, 암, 튜브, 레이돔 등의 사나리오를 3D로 모델링하며 자도 생성이 가능하며 사용자가 정의한 일부 매개변수(거리, 길이, 재료)에 대해 MASC는 모든 시나리오의 개체를 자동으로 생성하지만 좌표계도 생성합니다.

2x2D 모드에서는 수평 패턴과 수직 패턴이 가장 높은 이득 방향을 포함합니다. 특히 기울기가 있는 안테나를 사용하는 경우 수평패턴이 수평으로 이동하기 때문에 복잡합니다.

수직 평면은 두 개의 벡터와 하나의 점으로 정의됩니다.

  • 가장 높은 이득을 가진 점에서 계산의 회전 타원체 중심을 향한 벡터
  • Z축의 벡터
  • 계산 회전 타원체의 중심

수평 평면은 두 개의 벡터와 하나의 점으로 정의

  • 수평 벡터(Z 구성요소 없음)
  • 수직 안테나 패턴의 법선 벡터
  • Gain이 가장 높은 포인트

매우 빠른 첫 번째 결과를 얻고 달성 가능한 가장 높은 결과를 얻기 위해 계산을 확장할 수 있습니다.

 

  • Using AMan

1.3.1 Overview

프로그램 데이터를 자신의 데이터와 분리하는 document/view의 아키텍처를 기반으로 합니다. 서로 다른 안테나 패턴을 나타내기 위해서 서로 다른 view가 사용됩니다.

Document는 사용자가 메뉴 파일에서 open 명령으로 여는 엔티티를 나타냅니다.

같은 메뉴에서 저장 명령으로 저장하지만 view는 document에 할당됩니다. Document와 사용자 사이에서 인터페이스로 작동하며, view는 이미지를 나타냅니다. Document를 표시하고 사용자의 입력을 문서에 대한 프로세스로 해석하고 view도 인쇄 및 미리보기용 그림을 생성합니다.

이 프로그램은 MDI 응용 프로그램(다중 문서 인터페이스)으로 간주됩니다. 문서를 열 수 있으며, 각 문서는 하위 창에 나타납니다. 문서의 새 항목 및 새 문서를 열 때마다 클래스가 생성됩니다.

기본 창은 창 프레임워크, 제목과 메뉴 및 기호가 있는 헤더를 표시합니다.

작업 영역의 프레임만 지정하는 것이 아니라 보기 창이 포함되어 있지 않으며, 각 문서의 view window는 child window 프레임 워크에 표시됩니다.

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  • Main Frame
  • Symbol bar
  • Status bar
  • View window
  • Child view

 

1.3.2  Antenna Pattern Convert

파일 메뉴에서 Open Antenna Pattern을 클릭하여 Feko에서 해석된 3D 방사패턴(POSTFEKO 에서 export 가능)을 불러와서 변환이 가능합니다. 이 때, 변환된 파일은 *.apb, *.apa 로 확장자를 갖습니다.

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2019

D06

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다른 이름으로 저장하면 *.apb의 확장자로 저장이 가능합니다.