전자기 잡음을 해결하기 위한 페러데이 새장(Faraday's cage)

직장에서 무선 노이즈로 고생을 했습니다

지난번 글에서 말씀드렸지만, 노이즈 해결을 위해 BPF도 구입을 하고, 최종적으로 공기청정기가 원인인 것을 발견했습니다. 

이후 교신을 할 때마다 공기청정기를 끄고 시도했는데요, 하다보니 은근슬쩍 귀찮음을 느끼고 있었습니다. 

공기청정기에 의한 잡음이 제 아마추어 무선 생활을 불편하게 한 가장 큰 부분은 "노이즈로 인해 수신이 잘 되지 않는다" 였는데, 이 문제를 해결하려면 24시간 공기청정기를 끄고 있어야 하니까요. 

결국 제가 "교신해야겠다"고 결심할 때만 공기청정기를 끄다보니 원인을 알아도 아마추어 무선 생활에 나아진 점은 하나도 없었습니다. 

우연히 시작된 시도

그러다... 이번에 제 집에서 래디얼을 추가하기 위해 알루미늄 망을 추가한 것이 기억 나시나요?
그걸 하고나서 약 2.5미터의 알루미늄 망이 남았지요. 원래는 그걸 베란다에 추가해 더 넓은 래디얼을 만들기로 했었는데요... 문득 이 알루미늄 망을 이용해 전자기 차폐를 하면 어떨까 싶어 알아봤습니다. 

네, 페러데이 새장(Faraday's cage)이지요. 
페러데이 새장은 일반적으로 외부에서 유입되는 전자파를 차단할 때 사용하는데요, 이걸 반대로 해석해서 전자파 발생원을 이 새장으로 싸버리면 무전기에 유입되는 잡음이 줄어들지 않을까 생각했습니다. 어차피 페러데이 새장의 원리는 안이든 밖이든 아무튼 차단한다는 것이니까요. 

직접 만들기

천만다행으로 알루미늄 망은 사람 손으로도 가볍게 접을 수 있고 또 일반 가위로도 절단이 가능하답니다. 
원래는 예쁘게 만들려고 공기청정기의 사이즈도 측정해서 나름 설계도를 그렸는데, 막상 작업을 할 때에는 다 귀찮아서 그냥 손으로 꾹꾹 접어 케이블 타이로 묶어 버렸습니다. 

결과 

다음은 케이지가 없는 상태에서 무전기에 들어오는 잡음의 수준입니다. 9까지 도달하지요? 이러면 SNR이 1:1이 되어 신호를 들을 수 없는 상태가 됩니다. 

다음은 공기청정기를 껐을 때의 상태입니다. 노이즈 수준이 확연히 낮아지는 것이 보입니다. 

우스꽝스럽지만 그래도 페러데이 새장을 만들어 씌웠습니다. 

그리고 다시 노이즈 레벨을 확인했습니다.

노이즈가 확연히 떨어진 것이 보입니다!  오예~~ 

재미있는 것은, 이 공기청정기가 와이파이로 조작이 가능한데, 와이파이는 잘 작동한다는 것이었습니다. 

결론

페러데이 새장이 특정 주파수의 전자기파를 차단하기 위해 중요한 변수는 다음과 같다고 합니다. 

• 메쉬 크기 vs 파장 (가장 중요)
• 틈/연결 상태 (실무에서 가장 많이 문제됨)
• 재질의 전도도
• 금속 두께 (스킨 깊이)
• 접지

여기서 메쉬의 크기는 차단하려는 주파수의 1/10ƛ가 적절하다고 하는데요, VHF의 경우 파장의 길이가 2m이기 때문에 직경 1Cm의 제 알루미늄 망은 거의 막힌 것이나 다름 없게 됩니다. 반대로 2.4GHz의 와이파이 신호의 입장에서는 파장의 길이가 12.5Cm이므로 원래는 차단이 되어야 하겠지만 제 페러데이 새장은 아래쪽이 뚫려 있기 때문에 어찌 어찌 통과는 하는 것 같습니다. 

만약 제가 이 새장에 접지도 달고 바닥에도 완전히 붙여 버렸다면 와이파이도 차단이 되겠지만, 어쨌든 지금 정도가 딱 좋은 것 같습니다. 

음... 반대로 무전기를 새장으로 감싸는 방법도 있을 것 같기는 한데, 그건 아무래도 터치 스크린을 사용할 수 없으니 불편하겠지요? 아무튼 재미있는 경험이었습니다.