안테나에 대한 실용적인 기초 지식 정리
Practical Basic Knowldege about Antenna
아마추어무선을 즐기기 위해선 작든 크든 안테나의 원리에 대해 관심을 갖게 됩니다.
그래서 첫 번째 글로, 그 한 형태인 엔드 페드 안테나에 대한 좋은 영상을 소개했는데요.
엔드 페드 안테나 및 발룬에 대한 좋은 영상 - https://brunch.co.kr/@shingiru/1
이번 글에서는 안테나에 대한 보다 기초적이고 실용적인 지식들을 정리해보려 합니다.
본격적으로 지금까지 배운 것들을 나열하기에 앞서 한 가지 이야기할 것이 있는데요. 안테나 공부를 하다보니, 이상하게 우리나라에서만 반파장 안테나를 그냥 제프 안테나라고 한다는 것을 알았습니다. 그런데, 구글에서 'end-fed half-wave antenna' 라고 검색할 때와 'zepp antenna'라고 검색할 때 나오는 그림들만 비교해봐도 그 둘은 완전히 다른데 말이죠.
두 안테나는 모양이 비슷하긴 하지만, 파장을 다루는 구조가 완전히 다르고, 그래서 사용하는 발룬도 다릅니다. 둘 다, 안테나의 한쪽 끝(End)으로 전기를 공급하기(Feed) 때문에 엔드페드(End-Fed) 안테나라고 하는 것입니다만, 엔드페드 안테나라고 해서 모두 제프 안테나인 것은 아닌 것이죠. (또는, 반파장 엔드 페드 안테나라고 해서 모두 제프 안테나인 것은 아니고요.)
관련 내용은 이 글 말미에 그림과 함께 설명해두었습니다. 앞으로 용어 정립이 바르게 되면 좋겠습니다.
안테나에 대한 지식을, 가장 대표적인 다이폴 안테나의 구조에서부터 시작해서 적어보면 다음과 같습니다.
1. 안테나는 1/2 파장 길이의 배수로 만들 때 공진한다.
2. 휩 안테나에선 1/4 파장 길이만 갖추고, 나머지 1/4은 접지점을 통해 참작케 하는데, 이런 안테나를 접지형 안테나라고 한다.
3. 안테나 중간에 코일이 있으면 파장의 길이보다 안테나 몸체의 길이(기계적 길이)를 줄일 수 있고, 반대로 커패시터(Capacitor)가 있으면 파장의 길이보다 안테나 몸체의 길이를 늘릴 수 있다.
4. 좌우에 1/4 파장 길이 씩 총 1/2 길이로 구성하는 다이폴 안테나는 전류급전 안테나이다. 1/4 파장 길이만 갖추는 접지형 안테나도 전류급전 안테나이다. (안테나에서 전류가 최대가 되는 전류점에 연결해 무전기의 전기를 공급)
5. 다이폴 안테나의 양 끝엔 고전압이 흐르므로 부도체인 애자를 이용해 나무나 기둥에 연결한다.
6. 다이폴 안테나의 중간에 발룬을 두지 않으면 동축케이블에도 전하가 흘러서 중간점 좌우의 고주파 전류 간 발란스가 흐트러지며 감전사고도 발생할 수 있다.
7. 다이폴 안테나의 중간에 두는 발룬은 임피던스 변환 기능이 없는 발룬(1:1 발룬)을 그대로 쓸 수 있다.
8. 다이폴 안테나와 달리, 아예 1/2 파장 길이만큼 안테나를 만들어 한쪽 끝에 동축케이블을 연결하는 안테나도 있는데, 이런 안테나를 전압급전 안테나라 한다. (안테나의 한쪽 끝은 전압이 최대가 되는 전압점)
9. 전압 급전 안테나에는 제프 안테나, 반파장 안테나, 랜덤 와이어 안테나가 있다.
10. 반파장 안테나는 안테나의 길이가 1/2 파장 길이로써, 공진 상태가 되었을 때 한쪽 끝이 고전압,고임피던스를 갖게 되므로, 그 끝 지점에 무전기를 연결하기 위해서는 무전기 측의 임피던스와 맞춰주기 위한 발룬을 두어야 하며, 보통 49:1 혹은 64:1 비율을 이용한다.
11. 랜덤 와이어 안테나는 그 길이가 랜덤인 것이 아니라, 1/2 파장 길이 같은 공진이 되는 길이를 일부러 피하도록 길이를 선택한 안테나로써, 공진을 피한 만큼 안테나의 끝 지점에 형성되는 임피던스가 너무 높게 치솟지는 않아서 보통 9:1 비율의 발룬을 이용한다.
12. 랜덤 와이어 안테나가 여러 밴드를 대응하게 할 때는, 각 밴드의 1/2 파장 길이나 1/4 파장 길이 또는 5/8 파장 길이 등과 같이 널리 알려진 공진 길이나 그 배수를 모두 피하도록 안테나 몸체의 길이를 선택해야 한다. (복잡하게 계산할 필요 없이 인터넷에서 검색할 수 있으며, 앞 글 영상에도 링크 있음)
13. 제프 안테나는 반파장 안테나의 끝에 곧바로 발룬이나 동축케이블을 연결한 것이 아니라, 추가로 1/4 파장 길이의 2열선(사다리형 전선 등)을 덧붙임으로써, 안테나 엘러먼트의 전체 길이가 1/2 + 1/4 * 2 = 1 이 되게 만든, 전파장 길이의 안테나이다. (제프 안테나의 구조를 이용한 것이 J-Pole 안테나)
14. 전압급전 안테나는 대응하는 주파수에 따라, 코일과 커패시터로 구성하는 간단한 매칭 회로를 동축케이블과 안테나 사이에 갖춘다. ( 단일 밴드 대응, 소출력에 용이. 참고 - https://reflector.sota.org.uk/t/a-mini-tuner-for-efhw-antennas-true-half-wave/24673 )
여기까지 읽고 나면, 다시 임피던스 매칭이나 발룬에 대해 궁금증이 들 텐데요. 앞으로도 글을 올리겠지만, 아직 첫 번째 글을 안 읽으셨다면 한 번 보시길 추천합니다.
아래는 반파장 안테나 및 제프 안테나와 관련한 그림들입니다.
그림 1. 제프 안테나의 길이 이해 1
그림 2. 제프 안테나의 길이 이해 2 - 사다리형 전선(ladder-line) 이용 방식
그림 3. 다이폴 안테나와 반파장 기반 제프 안테나 비교
그림 4. 반파장 엔드페드 안테나의 일반적 구조
안테나 공부는 계속됩니다.
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