카운터포이즈의 이해 및 설치
이젠 카운터포이즈(counterpoise)라는 단어가 지겨우시죠?
오늘부로 끝을 내겠습니다.
부적절한 카운터포이즈 설치의 결과
간단히 말하자면 부적절한 카운터포이즈는 안테나가 써야 할 "정해진 RF의 귀환 경로"를 망가뜨려, 동축 케이블, 무전기, 전원선, 건물, 엉뚱한 전선, 사람이 안테나의 일부가 되게 만듭니다.
주요 영향
- 공통 모드 전류가 동축 쉴드로 흐른다.
카운터포이즈가 없거나, 너무 짧거나, 연결에 문제가 있으면 RF는 부족한 귀환 경로를 다른 곳에서 찾습니다. 이때 가장 흔한 부위가 동축 케이블 쉴드의 바깥면, 마스트, 무전기 섀시, 전원 케이블 등이 됩니다. - 마이크가 "따끔"하다.
- PTT / 키 / 노브(knob)을 만질때 RF가 느껴진다.
- USB 오디오가 끊긴다.
- PC, 스피커, TV, 공유기, 전원공급기에 간섭이 생긴다.
- 동축 길이나 배치만 바꿔도 SWR이 달라진다.
- RF 출력이 땅 / 케이블 / 주변 물체로 흐르며 부적절하게 손실된다.
카운터포이즈가 약하면 송신 전력이 효율적으로 공중에 방사되지 않고 엉뚱한 곳에서 열과 잡음 등으로 낭비됩니다. - SWR은 괜찮은데 신호가 약하다는 말을 자주 듣는다.
- SWR과 튜닝이 불안정해진다.
카운터포이즈가 충분하지 않으면 안테나 시스템의 "나머지 절반"이 고정되지 않아 가벼운 변화에도 매칭이 흔들립니다. - 사용자가 손으로 동축 케이블을 만지거나 급전선 길이를 바꾸면 수치가 변한다.
- 동축 케이블이 지나는 위치를 바꾸면 수치가 변한다.
- 날씨에 따라 수치에 큰 차이가 있다.
- 사람이 다가가기만 해도 SWR이 흔들린다.
- 방사 패턴이 의도와 달라진다.
사실 이건... 실제적 문제이긴 하지만 우리 같은 아마추어가 확인하기는 어렵습니다.
장비와 인력이 필요하니까요. - 수신 잡음이 늘어난다.
동축 쉴드나 실내 배선이 RF의 귀환 경로가 되면 잡음이 시스템에 더 쉽게 침투할 수 있습니다.
마치 집 전체의 배선과 모든 것들이 마구 뒤섞인 거대한 안테나가 만들어진 것과 같이 됩니다. - 장비 오동작과 주변기기 간섭이 발생한다.
이는 QRP에서는 잘 모르다가 출력을 올리면 나타나는 경우가 많습니다. - 오디오 왜곡
- CAT 제어 끊김
- 키잉 오류
- 터치패드 오동작
- 스피커 잡음
- 공유기 재부팅
- RF 화상 / 감전 / 피뢰 위험이 증가한다.
카운터포이즈 설치 방법
카운터포이즈 또는 공중에 띄운 래디얼은, 땅에 묻거나 지면에 깔아둔 래디얼과 달리 공진성 요소로 동작하므로 보통 1/4ƛ 부근에서 조정을 합니다.
기본적으로 카운터포이즈의 위치는 안테나의 반대방향이라고 생각하시면 되지만 주위의 요소들(건물, 철근, 금속 상자등)을 주의깊게 살펴보며 설치하는 것이 좋습니다. 설치 방법은 가능한한 안테나의 반대 방향으로, 안테나를 점으로 생각했을 때 방사상으로 펼쳐지는 것이 조정에 유리(편리)하다고 합니다.
카운터포이즈의 재질은 어떤 것이라도 상관은 없지만 가능한한 전도성이 높은 금속이 좋습니다. 동축 케이블보다 전도성이 낮은 물질(예: 카본 파이버)을 사용할 경우, RF의 입장에서 카운터포이즈는 접근하기 어려운 도체이므로 카운터포이즈를 무시하고 동축 케이블로 도망가게 됩니다.
다음은 일반적으로 권장되는 카운터포이즈의 길이입니다.
- 1/4ƛ 수직 안테나의 elevated radials (공중에 띄운 래디얼) : 약 0.25ƛ
- Ground-Plane 안테나의 래디얼 : 약 0.25ƛ, 지면에 16~32개의 도선을 배치
- EFHW의 경우 : 약 0.05ƛ
- 비공진 RF 리턴 경로 / 실험용 카운터포이즈 : 0.05ƛ부터 실측 조정
설치한 카운터포이즈의 평가
메모할 종이와 펜이 필요합니다. 그리고 안테나 분석기나 nanoVNA가 필요합니다.
안테나의 모든 측정은 반드시 "실제 사용할 위치"에서 측정하는 것이 원칙이므로, 추락이나 낙상에 주의하세요. 높은 곳에 안테나가 위치해 있다면 절대 혼자 작업하지 마세요. 도움을 요청할 사람이 반드시 있어야 합니다.
이어질 설명은 아래와 같은 구조로 설치되어 있는 안테나에서 작업하는 것을 전제로 합니다.
공간의 제약으로 인해 요즘 가장 인기있는 EFHW를 기준으로 그렸습니다.
(카운터포이즈 모양에 신경쓰지 마세요)
- 기본값 기록
쵸크를 제거합니다. A 포인트에서 안테나분석기를 연결합니다.
만약 어느정도 길이가 있는 동축 케이블을 사용해야 한다면 동축 케이블까지 포함해서 장비의 Open / Short / Load 캘리브레이션을 미리 마쳐야 합니다.
기록할 값은 다음과 같습니다 :
- 주파수
- 해당 주파수에서의 SWR
- R
- X
- 최저 SWR 주파수
- 최저 SWR 지점에서의 R / X
- 카운터포이즈의 길이와 형상
- 측정 위치
그리고 위의 값은 아래 과정을 거치며 계속 기록해야 합니다. - 카운터포이즈 길이를 스윕하며 측정
약 0.5m ~ 1m 단위로 늘려가며 측정을 진행합니다.
평가할 것은 다음과 같습니다 :
- X 값이 너무 크지 않은 길이가 몇 미터인지
- R 이 50Ω에서 심하게 벗어나지 않는 길이가 몇 미터인지
- 길이를 조금 바꿔도 값이 덜 흔들리는 길이가 몇 미터 구간인지
- 원하는 밴드 전체에 무난한 값을 보이는 구간이 몇 미터인지 - 쵸크 설치후 평가
쵸크를 설치한 후 B 포인트에서 다시 측정을 진행합니다.
평가할 것은 다음과 같습니다 :
- 이때 A 포인트와 B 포인트간의 차이가 적을 수록 좋습니다.
- 차이가 크면 카운터포이즈의 조건이나 쵸크의 위치에 대해 다시 고민해야 합니다. - 무전기 직후에서 다시 평가
최종적으로 C 포인트에서 다시 측정합니다. 다만 주의할 것은 C 포인트에서 보는 R / X 값은 안테나의 급전점에서 보이는 R / X 값과 같지 않을 수 있습니다. 이건 정상입니다.
평가할 것은 다음과 같습니다:
- A 포인트, B 포인트, C 포인트간의 차이가 적은지 확인합니다.
- 차이가 크면 다시 3번으로 돌아가며 동축 케이블의 문제를 확인해야 합니다.
정리하면, 다음과 같이 판단하면 됩니다 :
좋은 결과 :
- 쵸크 삽입 전/후 SWR 최저점 이동이 작음
- R / X 변화가 작음
- 카운터포이즈 길이를 조금 바꿔도 값이 완만하게 변함
- 동축 케이블을 움직이거나 손을 가까이 대도 변화가 적음
- 최종 운용 위치에서 SWR이 허용범위에 있음
나쁜 결과 또는 재검토가 필요한 상황 :
- 쵸크를 넣으면 갑자기 매칭이 무너짐
- 동축 케이블의 위치에 따라 SWR이 크게 변함
- 안테나 분석기를 손으로 잡거나 위치를 바꾸면 값이 크게 변함
- 특정 카운터포이즈의 길이에서만 날카롭게 맞음
- 테스트시 RFI, 마이크 RF, PC 오동작, 수신 노이즈 증가가 있음
"좋은 결과" 항목을 보시면 이해하시겠지만, 위 결과들은 카운터포이즈가 안테나와 일체화되어 더 이상 주위 환경을 이용하지 않는다는 뜻으로 이해하시면 되겠습니다.
고생하셨습니다.
현실적 한계
주거 환경이 아파트로 바뀐 한국에서는 이상적인 안테나 설치 환경을 얻는 것은 매우 어려운 일입니다.
이런 환경에서 힘겹게 아마추어 무선을 하시는 분들이니까... 모든 결과값이 이상적인 수준에 도달하지 못할 가능성이 높습니다.
그래도 카운터포이즈의 설치와 쵸크의 사용은 약간의 노력으로 보다 좋은 품질의 교신을 가능하게 해 주는 기술이므로, 아무리 귀찮고 지겨워도 꼼꼼히 살펴보는 것이 좋습니다.
그리고... 정말 노력해도 안되는 상황에 좌절하지 마시길. 포기하지 않고 노력하면 방법은 반드시 있습니다.
주의사항
카운터포이즈는 절대 안접접지 / 낙뢰접지가 아닙니다!
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