도닦는공돌이

출처(cite) : http://isites.harvard.edu/icb/icb.do?keyword=k16940&state=popup&topicid=icb.topic571422&view=view.do&viewParam_name=indepth.html&viewParam_popupFromPageContentId=icb.pagecontent502214

Radio Wave Properties

[L | t++ | ★★★★] | keywords: production and detection of electromagnetic waves, dipole antenna radiation pattern, polarization of radio waves, loop antennas, E and B-field standing waves

How it works:  

(1)  A 300 MHz RF signal is fed to a λ/2 dipole antenna (see appendix i for details of the antenna design).  Hold one end of a 12-inch long, 8-Watt, fluorescent lamp with your hand and touch the other end of the lamp to the antenna.  Once lit, the lamp can be slid along the length of the antenna to explore the variation in voltage.  The lamp will be very bright at the two ends of the dipole, where the voltage is maximum, and very dim in the middle where the voltage is minimum — there is a voltage standing wave along the length of the transmitting antenna at resonance.

    

(2)  The radio wave receiver is astonishingly simple —  48-cm-long copper pipe serves as a λ/2 dipole receiving antenna.  Simply hold it in the middle with one hand.  While standing a couple of feet from the transmitting antenna, hold a 6-inch long, 4-Watt, fluorescent lamp in the other hand and touch either end of the copper pipe with it.  It will light up!  (The voltage standing wave set up in the copper pipe is of sufficient voltage to light the lamp.)  Slide the lamp along the length on the receiving antenna to show a voltage node in the center (the lamp goes out) and anti-nodes at the two ends — there is a voltage standing wave along the length of the receiving antenna at resonance.

    

Now try the 48-cm-long copper pipe antenna which has been split into six equal-length segments.  The segments are mechanically supported by a plastic rod and electrically connected to each other via miniature incandescent lamps.  Hold the pipe a couple of feet from the transmitting antenna and notice the intensity variation in the lamps — brightest in the middle of the dipole, tapering off to zero at the ends.  The brightness of the lamp is a qualitative indicator of the current passing through it and thus one can see, at a glance, the current variation in the receiving dipole antenna  — there is a current standing wave along the length of the receiving antenna at resonance, and it is 90˚ out of phase with the voltage standing wave.

  

Having demonstrated that the current is maximum in the middle of the dipole, you can now switch to a copper pipe antenna that is split into two equal-length segments, with one incandescent light bulb connecting the two.  Since all the power is being dissipated in a single bulb, it will be significantly brighter than the seven bulbs in the six-segment antenna.  Use this antenna as your detector for demonstrations (3) through (6).

(5)  The "polarizing filter" consists of five copper rods supported by a 1-meter square wooden frame.  The spacing between the rods is about (0.4)λ.  This "filter" is placed between the transmitting and receiving antennas.  When the rods are parallel to the transmitting antenna (i.e., E-field), the field does work in moving electrons along the length of the rods and reduces the energy in the field.  This is depicted in the figure.  Consequently, if the receiving antenna is also parallel to the rods,  very little energy reaches it and the bulb does not light.  When the rods are perpendicular to the transmitting antenna, the light bulb on the receiving antenna shows no appreciable diminuation in power received.

   

The filter can be rotated so that it is 45˚ w.r.t. the transmitting antenna.  The receiving antenna light bulb will dim, but stay lit.  If the receiving antenna is now also rotated 45˚, so that it is perpendicular to the rods, the intensity of the light increases again, notwithstanding that the receiving antenna is now tilted 45˚ w.r.t. the transmitting antenna.  This is a nice analog of rotating the plane of polarization of light with polarizing filters.

      

(6)  Allow the electromagnetic waves from the transmitting antenna to reflect off the blackboard (which has a steel backing) or some other convenient metal surface — there will be interference between the incident and reflected wave resulting in a standing wave.  By holding the receiving antenna near the reflecting surface (where the intensities of the incident and reflected wave are approximately equal), the maxima and minima of the standing wave pattern are easily shown.  The distance between maxima is λ/2 = 50 cm.

The demonstration of standing waves can be made even more interesting by employing a second receiving antenna which responds to the intensity of the magnetic field.  This antenna is a resonant loop antenna.  First, the polarization of the B-field can be demonstrated — the bulb brightness is maximum when the loop normal is parallel to B; it is zero when the normal is either along E or the propagation direction.  It's most dramatic if the electric and magnetic detectors are used simultaneously.  When this double probe is moved through the standing wave pattern in front of the reflecting surface, the brightness of the electric and magnetic detector bulbs peak at interleaving positions.  This helps to impress on the student that there are really two different fields here.  Peter Heller (Brandeis University) first demonstrated this to us at a NECUSE meeting (April 1994) and some of the insights he shared with us at the time are included in Appendix iii below.

   

(7)  Resonance:   the length of the receiving dipole antenna can be changed to "de-tune" it, and be less effective.  To that end, use the standard VHF "rabbit ears" antenna used on televisions.  When the telescoping sections are pulled out, the length of the antenna is no longer a resonant a λ/2 dipole, and the light bulb will be noticeably dimmer.

(8)  The wavelength change in water can be demonstrated by using the dipole antenna inside a tank of distilled water.  Submerged under water, the light bulb of the receiving antenna no longer lights.  In contrast, the light bulb of a much shorter (9 cm long) dipole antenna readily lights under water, but not in the air.  Since both antennas are adjusted to be λ/2, the ratio of the two antenna dipole lengths (in and out of water) is proportional to the index of refraction and the dielectric constant of water.  It turns out to be equal to about 5 at this frequency.

    

Setting it up:  An HP model 3200B VHF Oscillator (10-500 MHz) and EIN model 5100-L NMR RF Broadband Power Amplifier provide the RF signal.  They live together on a short relay rack which can be wheeled into place in front of the lecture bench and will not obscure the view of the blackboard. The 5-meter long BNC coax cable connects the power amplifier to the dipole transmitting antenna. The long feed allows for quite a bit of flexibility in the antenna placement. The 100-Watt power amplifier has no gain control and thus the output is set by the amplitude of the HP oscillator: the minimum amplitude setting is sufficient for this demonstration.

Comments:  The demonstrations provide a particularly striking accompaniment to the discussion of electromagnetic waves.  A light bulb is pedagogically much more convincing as a detector than a crystal diode.  After all, an electric field is "the thing that pushes electricity."  That it pushes electricity through the bulb filament strongly enough to light that filament is striking to the onlooker.  This is especially true in that no "return circuit" is present.  (If you like, the "return" is via the "displacement current.")

Safety:   The most common criteria for human exposure to electromagnetic fields are those developed by the Institute of Electrical & Electronics Engineers (IEEE) and the National Council of Radiation Protection & Measurements (NCRP).  The limit is expressed in terms of equivalent plane-wave power density and is equal to 30 W/m².  The International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection (ICNIRP) limit is set at 22.5 W/m².  Exposure from the dipole transmitting antenna is well below these limits.

Appendix i:  With a wavelength of 1 meter, 300 MHz is right on the border between VHF and UHF.  The actual length of a λ/2 dipole antenna is not exactly equal to the half-wave in space, but needs to be corrected for the thickness of the conductor in relation to the wavelength.  Since the transmitting antenna is fabricated from 1/2-inch diameter aluminum rod, it is 0.48 m long.  The recipe for the correction in length is given in The Radio Amateur's Handbook, 43rd edition (1966), page 365.  An antenna with opens ends, of which the half-wave type is an example, is inherently a balanced radiator.  However, since the antenna is fed at the center through a coaxial line, this balance is upset because one side of the radiator is connected to the shield while the other is connected to the inner conductor.  On the side connected to the shield, a current can flow down over the outside of the coaxial line, and the fields thus set up cannot be canceled by the fields from the inner conductor because the fields inside the line cannot escape through the shielding afforded by the outer conductor.  Hence these "antenna" currents flowing on the outside of the line will be responsible for unbalanced radiation.  This kind of line radiation can be prevented by a device known as a balun (a contraction for "balanced to unbalanced").  Our antenna employs one type of balun called a bazooka, which uses a sleeve over the transmission line to form, with the outside of the outer line conductor, a shorted quarter-wave line section (see pages 387-388).  The impedance looking into the open end of such a section is very high, so that the end of the outer conductor of the coaxial line is effectively insulated from the part of the line below the sleeve.  The length is an electrical quarter wave, and may be physically shorter if the insulation between the sleeve and the line is other than air (which it is in our case).

Appendix ii:  The miniature incandescent lamps are type 6833, rated at 5.0V and 60mA (0.3W).  They are sometimes referred to as "grain of wheat" bulbs and have "pigtail" leads.  For the single-lamp dipole antenna we use a type 47 lamp, rated at 6.3V and 150mA (1W).  It has a bayonet base.  If you wish to increase the distance between the receiving and transmitting antennas to more than 2 meters, a more sensitive lamp is needed — use a type 1850 lamp, rated at 5.0V and 90mA (0.5W).  If using this lamp, don't come too close to the transmitting antenna as the lamp will burn out!

Appendix iii:  The B-field antenna consists of a 2.75" diameter single loop formed from 1/8" OD copper tubing.  Its inductance was calculated to be 0.14μH [F. Grover, Inductance Calculations, (D. Van Nostrand, 1946) in Cabot QC 638 G78 and F.E. Terman, Radio Engineer's Handbook, (McGraw-Hill, 1950) Cabot TK 6550.T4 are two excellent references for this].   Two small copper tabs form the capacitor.  They measure 2 cm square and are separated by 3 to 4 mm.  The capacitance is approximately 2 pF.  A thin plastic ruler between the plates serves as the dielectric — its position can be changed to adjust the capacitance.  In this way the resonance frequency can be fine-tuned to match the transmitted signal.  A type 338 (2.7V, 60mA) miniature incandescent lamb gives a visual indication of the field strength. The adjustment of the spacing between the lamp's two lead contact points provides the needed impedance matching.  With the impedance properly matched, the bulb brilliance for this "magnetic antenna" is equal to that of the λ/2 dipole antenna.

Peter Heller's thoughts on this last statement:  That this is true, despite the fact that the magnetic "loop" is only a tiny fraction of a wavelength in linear extent, beautifully demonstrates the truth of the "antenna theorem":  the absorption cross section of a resonant loop depends on its directivity pattern, and is of the order of the square of the wavelength, rather than the square of the linear dimensions, as one might have thought.  At the level of an intermediate course in electromagnetism, the fact that the resonant loop has an effective cross section many times as great (e.g. a hundred) as the square of its size, can be discussed by showing how the energy (Poynting) flux is "funneled" into the loop.  This is due to the way the incident field combines with that of the loop itself; the point here is that the loop, although it is functioning as a "receiving antenna," is also producing its own radiation field.  This field is superimposed on the original incident (plane-wave) field.  The Poynting vector field corresponding to the total field has the property that its "field lines" in a region of area of the order of the squared wavelength ultimately terminate (i.e. "flow to") the receiving loop, even though the latter is physically very much smaller than the wavelength.  He published this in the Am. J. Phys. 65(1), pp 22-25, 1997

출처 : http://timidteacher.blog.me/50179188873

*첨부파일 설명

1. 아래내용 + 영어에서 사용되는 구두점/콜론/콘마규칙/따음표/이텔릭체 등 자주 혼동스러운 모든 문자표 정리한 한글파일 입니다.

구두점과_대문자.hwp

영어공부를 하다보면, 구두점과 콜론, 세미콜론(영어 ,/:/;) 등 어떤 의미인지 의아할 때가 있습니다. 오늘 여기서 확실히 정리해 드립니다.

1. 마침표(.) 경우

-문장의 끝과 축양형 뒤에 찍는 것이 일반적입니다.

ex) The student go there.

2. 물음표(?)

-직접의문문 뒤에 붙입니다. 하지만 간접의문문 뒤에는 붙이지 않습니다.

ex) Do I have to go? (직접의문문)

ex) I do not know which one you like. (간접의문문)

3. 느낌표(!)

-강한 감정표현 뒤, 또는 대화나 비격식적인 서신에서 사용합니다.

ex) It is wonderful that you did so well on the game!

4. 세미콜론(;)

-한 문장 안에 있는 독립절 사이에 사용합니다.(; 의미는, and, but, however, because 등 모든 접속사로 이용될 수 있습니다)

ex) My father gave me the money; now I have spent all the money.

5. 콜론(:)

-이름, 목록, 인용 따위의 설명 중 하나를 도입하는 완결된 진술 뒤에 사용할 수 있습니다.(일반적으로 명사구 뒤에 부연설명의 기능이 많습니다)

ex) I like my classmate: Chirs Heo.

ex) I like the brands: Gucci, McM, Louisvuitton, and Prada.

6. 대시(―)

-삽입한 정보를 따로 제시하거나, 생각의 전환, 또는 이어 나오는 문장의 강조를 위해 사용됩니다.

ex) I have found it―Have you known it? (갑작스런 생각의 전환)

ex) I have met you―I am exciting! (강조)

7. 하이픈(-)

-대시와 다른 하이픈 입니다. 두개의 단어를 연결할 때, 그리고 지면이 부족한 경우, 스펠링이 다음 줄로 넘어갈 때 사용합니다.

ex) He is a well-known painter.

ex) I am a stu-

       ent. (지면이 모잘라 다음 칸으로 스펠링이 넘어가는 경우)

C와 C++에서 포인터의 개념은 매우 중요하다.

따라서, 코딩을 하는 사람이라면 한번쯤 개념을 정리해놓고 두고두고 보는것도 매우 좋은 방법이다.

하지만, 포인터만 안다고 포인터와 관련된 모든 코드를 해석할 수있는 것은 아니다.

그러므로 먼저, 배열과 포인터의 관련성과 나아가 구조체와의 포인터와의 관련성 그리고 포인터함수에 대해서 고민해보고 이해하여야 한다.

아래의 글은 아주 간단한 예제와 기본적인 개념에 대해서만 언급하고 다룬다. 

따라서 빠른 이해와 사용을 목적으로 참조하기만 바란다. 

먼저 배열에 대해서 이해하자.

배열이란 무엇일까?

: 배열은 많은 데이터를 저장하고 처리하기에 매우 유용하다.

  배열선언의 형태 : 배열이름, 자료형, 길이정보

   ex)   int Num[10];   //길이가 10인 int자료형 1차원 배열 Num 을 의미한다.

            int Num[10]={1,2,3,4}; //이런경우는 선언과 동시에 초기화를 하는 방법이다.

                                           //공간은(길이) 10을 주었지만 4개만 초기화되었기에 나머지는 0으로 채워진다.

                                           //즉 1,2,3,4,0,0,0,0,0,0 의 값들이 저장된다.

1차원은 행1인 행렬을 의미한다. 그냥 수의 나열이라고 생각해도 된다.

하지만 2차원, 고차원으로 갈수록 개념을 잘 잡아야 한다. 후에 다차원 배열때 다시언급.

★배열의 위치정보(인덱스)는 0부터 시작한다.

배열을 이용해서 문자열 변수도 표현가능하다.

char str[10]="Hi hello";

//내부적인 저장은 : H i  h e l l o \0  으로 된다.

널문자는 문자의 끝이라는 의미로 들어간다. 그래서 문자열의 시작과 끝을 알수가 있다.

이제 포인터에 대해서 이야기 해보자.

포인터도 하나의 변수이다. 포인터변수는 메모리의 주소값을 저장하기 위한 변수이다.

이전에 써오던 다른 변수들은 상수값을 저장하기 위한 공간이었다면 포인터는 주소값(메모리)을 저장하기 위한 공간이다.

포인터는 2가지  Type이 존재한다.

1. 변수형태의 포인터 : 초기화 후 수정이 가능

2. 상수형태의 포인터 : 초기화 후 수정이 불가능

:: 변수포인터 ::

간단한 예)

int main(void)

{

int num=1;

int *ponum;

ponum = # // num변수의 주소 값을 포인터 변수에 저장함.

}

포인터변수의 선언형태.

자료형타입 * 변수이름;

ex) int * number;

     char * moonja;

선언시, * 연산자를 사용하는데, 해석시 이는 int형 *number 포인터를 선언한다고 보면 된다.

포인터변수의 선언형태는 보면 자료형 타입을 꼭 붙여준다. 이는 포인터변수에 저장되는 주소값은 저장되는 변수의 주소값의 처음 시작값을 의미하기 때문이다. 따라서 자료형의 크기에 따라서 포인터변수가 할당받는 공간크기가 다르며, 이는 포인터주소값의 증가폭이 자료형의 메모리크기와 동일하다는 뜻이다.

위의 int *number 포인터의 경우 참조하는 변수의 주소시작값으로 부터 4byte(int형크기)의 크기를 할당한단 의미이다.

그리고 포인터변수의 사용은 연산자*의 유무로 나눠진다. 예시는 아래와 같다.

int main(void)

{

int num=3;  //int 형 변수 num의 선언

int *ponum=# // int형 포인터변수 *ponum에 변수num의 주소시작값을 넣는다. 

                          // 혹은 *ponum변수는 변수num의 시작주소값을 가리킨다.

                         // 이는 int *ponum=nulll;

                         // ponum = # 과 동일한 의미이다. 

(*ponum)+=10;    // *pomum이 가리키는 주소값의 데이터에 +10을 한다는 의미이다.

                       // *을 붙이면 가리키는 주소값에 대한 접근, *을 안붙이면 포인터변수자체의 공간에 접근.

printf("%d", *ponum); //*ponum 이 가리키는 주소값의 데이터를 출력하라. 

}

포인터 변수는 선언시 초기화 하지 않으면, 쓰레기값으로 초기화 된다. 따라서 0; null; 로 초기화 해주면 된다.

배열의 이름은 포인터를 의미한다. 즉, 배열변수가 메모리에 할당받은 주소의 시작값을 의미한다.

따라서 배열이름을 가지고서 포인터처럼 사용이 가능하다.

단지, 포인터와 다른점이 있다면. 주소값의 변경이 불가능하다는 것이다. 배열은 데이터를 담고 포인터는 주소값을 담기때문이다.

int main(void)

{

int arr[2]={1,2};

int * ponum=arr;  // int *ponum=&arr[0]; 과 동일한 문장이다.

      ....

      printf("%d" ...)  //생략.

}

변수형태의 포인터변수는 증가 및 감소가 가능하다.

int *ptr=#

ptr++;  

와 같은 형태가 사용가능하다. 의미는 *ptr 포인터변수가 int형 자료형 데이터크기만큼 주소값이 후증가된다는 의미이다.

아래의 예제를 생각해보자

*(++ptr) =1; //ptr포인터에 저장된 값(즉, 주소값) 자체를 선증감시키고 가리키는 주소값의 공간에 1을 대입하라

*(ptr+1)=1;  //ptr포인터가 가리키는 주소값의 공간의 주소를 자료형 공간단위만큼 하나증가 하고 그 공간에 1을 대입하라.

위 두문장의 차이점은, 아래의 문장의 ptr이 처음 가리키는 주소값은 변하지 않는다는 것이다.

즉, 첫번째 문장의 ptr은 ptr이 가지고 있는 메모리주소값이 선증감한것이다.

(포인터변수란 주소값을 저장하고있는 변수이다)

그럼 이제 배열과 포인터를 연관지어서 중요한 공식을 얻어낼수가 있다.

array[i] == *(array+i); 

i번째 배열의 주소값은 포인터의 주소값이 i만큼 증가한 뒤의 주소값과 동일하므로 이 문장이 가리키는 데이터는 같다.

:: 문자열의 표현법과 상수포인터 ::

char num[] = "hello"; //배열의 길이를 자동으로 계산한다.

char *num = "hello2"; // hello2 문자열이 선언된 어느 메모리공간의 시작주소값을 *num포인터가 가리킨다. 

따라서 위의 경우는 상수 포인터가 되서, 포인터변수가 가리키는 주소값의 변경이 불가능하다.

:: 포인터 배열 ::

포인터 배열이란? 포인터 변수로 이루어진, 주소 값의 저장이 가능한 포인터들로 이루어진 배열을 의미한다. 

즉, int * num[10]=null; // 길이가 10인 int형 포인터 배열 num

char * stream[2]={"hi","bye"}; //길이가 2인 char형 포인터 배열을 의미하며, 

                                           //내부적인 동작은  hi와 bye가 어느 메모리공간에 선언되고 그 주소값이

char * stream[2]={0x1001, 0x1005}; //와 같은 형태로 포인터 배열에 저장되는 것이다.

여기서 포인터변수는 분명 char을 참조하기에 1바이트만 소비할텐데, 왜 4바이씩 저장되었을까? 

이는, 컴퓨터의 메모리구조에 관련이 있다. 32비트 시스템의 OS라면 (32비트=4바이트) 4바이트로 포인터변수가 메모리값을 사용할 것이, 요즘 사용중인 64비트 컴퓨터라면 8바이트의 공간을 소비할 것이다.

이제 함수와 포인터를 서로 엮어보자.

포인터를 배우기 전까지는 우리는 함수 인자의 전달은 값을 중심으로 한다고 체득했다.

히자만 이제 주소값을 보낼수 있음을 알게 될것이다.

간단한 예)

int simple_example(int *prr)

{

...

}                       

int main(void)

{

int arr[2]={0};

int *prr=arr;

.

.

simple_example(prr); // simple_example(arr); 동일한 의미이다.

}

:: const 선언의 활용 ::

const는 const가 가리키는 변수의 저장된 값에 대해서 변경을 허락하지 않겠다는 의미이다.

int num=0;

const int* ptr = # // 포인터 ptr이 가리키는 변수 num값의 변경을 허용하지 않겠다. 

"or"

int * const ptr = # // 포인터 ptr자체의 값변경을 허용하지 않겠다. 

이렇게 생각해보자, const와 가까운쪽을 고정시키겠다는 의미로 보자.

즉, const int* ptr = # 의 경우는  int* ptr 전체를 고정하기에 이가 가리키는 num값이 고정되는 것이고

int * const ptr = #의 경우는 ptr 포인터 변수를 고정시키기에 변수가 저장하는 메모리값을 고정하는 것이다.