새로운 다이폴 안테나
다이폴 안테나를 새로 만들었습니다
NanoVNA 의 사용법은 여기를 참고하세요.
월요일에 당직을 해서 오늘 시간이 좀 났습니다. 다른 일도 있고 해서 오늘도 남양주 체육관의 공원에 갔는데요. 크게는 다음 목적이 있었습니다.
- 어제 만든 안테나의 튜닝
- 지난번 떨어뜨린 밸런(Balun)의 최종 확인
지난주에 다이폴 안테나를 만들 생각으로, 작정하고 전선 한 뭉치를 샀습니다.
직경 2.5mm2(2.5 sq)짜리 단심(단선) 케이블인데요, 한 묶음에 300미터였습니다.
아마추어 무선 생활을 시작해보니 항상 전선으로 이것저것 만들고 자르고 하게 되어서 아예 작정하고 한 묶음으로 샀습니다. 이게 제일 싸니까요. 그래서 어제 저녁에 두 시간에 걸쳐 전선을 자르고 끝을 인두로 납땜했습니다.
다이폴 안테나선 만들기
사실 아무것도 필요없습니다. 300/중심주파수(㎒)로 나눈 후 그 값을 4로 나누면 필요한 안테나의 총 길이가 나오니까요.
중심주파수야 7㎒ 대역이라면 7.0㎒에서 7.2㎒이니까 이걸 더해서 2로 나누면 7.1㎒의 중심주파수가 나온답니다. 심지어 KARL 밴드플랜에 아예 CoA라고 중심주파수가 적혀 있기도 하고요. 아무튼 이런 식으로 계산을 해보면 다음과 같은 결과가 나옵니다.
Center loading 다이폴 안테나의 한쪽 전선 길이
- 1.8125㎒ : 41.38m
- 3.525㎒ : 21.3m
- 3.795㎒ : 19.77m
- 7.1㎒ : 10.56m
- 10.125㎒ : 7.41m
- 14.175㎒ : 5.29m
- 18.118㎒ : 4.14m
- 21.225㎒ : 3.53m
- 24.94㎒ : 3.01m
- 28.85㎒ : 2.6m
- 52㎒ : 1.44m
위의 계산에서 이런저런 이유로 필요한 여분을 추가해 두개씩 만들었답니다. 어차피 안테나의 공진 길이는 안테나의 지상고(대지에서 안테나 급전점의 높이)나 여러가지 상황에 따라 달라지기 때문에 여유가 필요하니까요.
아무튼 이렇게 전선을 두개씩 주욱 자른 후, 한쪽을 밸런에 끼울 수 있도록 고리를 만들고 노출된 구리선을 모두 납땜으로 덮었습니다.
크긴 하지만, 편하고 효과적인 다이폴 안테나
저는 베이직컴에서 판매하는 HQ 1:1 밸런을 사용하고 있습니다. 지난번 게시글에서 언급한 녀석보다는 저출력이지만 그래도 제가 쓰기에는 충분한 정도입니다.
요걸 삼각대의 구멍에 끈으로 달아준 후 전선을 연결해 넓게 펼치는 것이지요.
7㎒ 대역도 실제 전선을 펼치면 저렇게 됩니다. 20m의 공간이 필요하니까요.
사진은 아직 삼각대를 위로 높이지 않은 상태인데, 일단 전선의 끝을 애자에 끼워 파라코드로 잡았습니다. 저렇게 한 후 NanoVNA로 임피던스와 공진주파수를 확인하며 전선의 끝 부분을 90도 꺾거나 감고, 또는 잘라서 길이를 맞추는 것이지요.
생각보다 오래 걸렸습니다.
사진이 엉망이긴 한데... 여러차례 안테나를 줄여 나갔다 늘렸다를 반복한 후 키 높이에서 저 정도 결과가 나왔습니다. 우리의 목적지(공진점)이 7.1㎒니까 안테나가 조금 길다는 뜻이지만, 지상고를 높이면 0.03 정도는 순식간에 줄어들기 때문에 적당히 맞춘 후 밸런을 2.6m까지 올렸습니다.
밸런이 위치한 중심부는 2.6m까지 올릴 수 있지만 안테나의 양 끝은 나무에 묶는 것이라 애매한 Inverted-V 다이폴 안테나가 완성되었습니다.
상태요? 좋습니다~
오히려 지상 1.5m 높이에서 어느정도 튜닝하고 키를 높인 것이라 중심주파수가 7.1㎒에서 약간 아래로 내려간 느낌이었습니다. SWR은 당연히 1.3 미만으로 나타났고요.
제가 교신하는 동영상은... 못 찍었습니다. 일단 아무 생각이 없었는데다 누군가 제 교신을 촬영한다면 창피할 것 같네요.
반파장(ƛ/2) 다이폴 안테나 제작시 주의점
일단, 전선이 필요하고 NanoVNA와 같은 안테나 분석기(Antenna Analyzer)가 있으면 좋습니다.
만약 안테나 분석기가 없다면 계산상의 길이에서 20~30㎝정도 길게 전선을 자른 후 길이를 줄여 나가면 됩니다. 저는 처음에 아무 생각없이 니퍼로 똑똑 잘라나갔는데, 그냥 필요없는 부분을 90° 이상 꺾어서 말아버리면 되더라고요. 이건 DS2EVN 무선국에서 배웠습니다.
까만 책에도 나와 있는 말이었지만, 안테나로 사용하는 전선의 도체 직경이 커지면 커질수록 (전선이 굵어질수록) 목적하는 공진 주파수에 필요한 전선의 길이가 짧아집니다. 제는 대략 AWG #14 정도인 2.5mm2(2.5 sq) 전선을 썼는데 만약 여러분이 이것보다 더 굵은 전선을 사용하거나, 아니면 연선(가는 꼬인 선)을 사용하면 표피효과가 더 커져 필요한 전선의 길이가 더 짧아질 것입니다.
그리고... 원래 안테나의 공진 주파수에 맞추는 튜닝 작업은 안테나의 작동높이에서 해야 한다고 배웠습니다. (이것도 까만 책에 나와있는 말입니다) 그래야 지면과의 상호작용 등을 최소화하고 주변 지형지물의 영향이 제대로 반영되기 때문입니다.
원칙대로 하자면 안테나의 실효 고도(실효 높이)는 ƛ/2𝜋 (m)니까, 7.1㎒ 안테나는 6.73m 이상에 위치시켜야 합니다. 하지만 제가 그 위에 올라가서 작업을 할 수 있을리는 없고, 결국 땅에서 작업한 후 안테나를 위로 올리다보니 실제 공진주파수가 조금 달라지는 결과가 나타났습니다.
이 부분에서는 결국 지면효과(전파와 대지간의 상호작용)에 따라 SWR이 달라질 수밖에 없는데, 저 같은 경우는 제 키 높이에서 한차례 측정을 한 후, VNA의 결과값을 제 눈으로 볼 수 있는 높이까지 올려 그 수치가 어떻게 변하는지를 살펴봤습니다.
제 경우에는 높일 때마다 공진 주파수가 작아지더군요. 다시말해 지면에서 작업한 것보다 안테나를 높여서 작동시키면, 실제 필요한 전선의 길이는 더 짧아야 한다는 뜻이었습니다.
다이폴 안테나 좋아요!
아마추어 무선기사 자격을 취득한 후 벌써 10년이 되어가는데, 직접 다이폴 안테나를 만든 것은 최근 일이네요. 그 사이에는 어떻게든 그냥 기성품을 사서 쓰려고 했는데, 결국 안테나는 길이가 가장 중요하다는 진리를 배웠습니다.
요즘은 까만 책을 보며 배운 점이 있다면, 결국 ƛ/2 보다 단축된 안테나는 어떤 형태로든 복사저항이 줄어들어 대역폭의 손실이 발생할 수 밖에 없다는 것이었습니다. 이 문제를 해결하기 위해 많은 아마추어 무선기사들이 여러가지 안테나를 만들어냈지만 이 진리는 피할 수 없나보더군요.
전.... 앞으로 7㎒ 미만의 대역은 어쩔 수 없더라도 나머지 HF 대역에 대해서는 다이폴 안테나를 사용할 것 같습니다. 사람이 잘 다니지 않는 곳에 설치하면 들어가는 노력과 비용에 비해 월등한 결과를 얻을 수 있더라고요. 일단 들어가는 비용이 적고, 뭔가 직접 만들었다는 느낌을 주는데다 노력에 비해 성능이 우수합니다.
만약 여러분이 아마추어 무선을 처음 시작하시는 분이라면 꼭 한번은 만들어보시길 추천드립니다.
들어가는 비용에 비해 훨씬 유용한 안테나가 다이폴 안테나였습니다.
p。s。
원래는 7㎒ 부터 50㎒ 까지 제작한 안테나를 모두 튜닝할 생각이었는데요, 도착해서 보니 주문한 애자(Insultaor)가 도착하지 않아서 없었습니다. 그래서.... 그냥 교신이나 하다 돌아왔답니다. ㅎ
다음에 나가서 죽어라 튜닝해야 할 것 같습니다.
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