사람 살기 가장 좋은 나곡해수욕장에서 울진 아마추어무선계의 자랑인 6K5VLI 님의 호출부호를 전국 방방곡곡 그리고 전 세계에 더 높이고자 오늘도 안테나 성능 개선과 변형에 몰두하고 있습니다.
이와 같은 연유로 지금은 VHF 수직형 안테나에 필이 꽂혀 정열을 쏟고 있는데 일말의 효과를 보는 것 같아 잠시 소개를 드려보고자 합니다.
2000년대 초 개국 당시에 모빌용으로 겔로퍼에 VHF를 설치할 때 (아이콤 핸디 한 대 달랑 달았습니다. ㅋㅋ) 안테나로는 그 유명한 휩안테나인 SG-7900 모델을 사용하였습니다. 그 당시는 임피던스의 의미조차 옳게 모를 정도로 무지막지 문외한이던 시절이라 강원도 동해시에 소재한 어느 무선설비 가게의 누구 오엠님께서 하라는 대로 그냥 비싼지 싼지도 모르고 달았습니다.
나중에 안 사실이지만 그 휩안테나가 무지 좋았던 것이였음을 이제서야 알았습니다마......
당시에는 9인승 겔로퍼 차량의 꽁지에 안테나가 있으면 차에는 뭔지 모를 운치가 있다 보니 항상 부착하고 다녔는데 무신날에 나뭇가지인지 전선인지에 닿아 접힌 것을 그대로 치고나가는 바람에 이 안테나가 부러져 더 이상 사용할 수 없게 되고 이러할 즈음에 저도 아마추어무선을 접었습니다.
교신 한 번 옳게 못하고 말이지요. ㅠㅠ
그때가 아마도 2005년 정도 되지 않았난 싶습니다. 그러고는 영영 햄을 안한다고 하고는 안테나가 있는지 없는지 모르고 살다가 모가지가 댕강 부러져 쳐박아둔 안테나 몸체만 나돌아다니는 놈도 기억과 관심에서 잊혀져 가버렸습니다.
VHF 안테나에 대한 강력한 욕망은 태백산맥을 어떡하든 넘어갈 수 있는 최고의 QTH와 최상의 안테나 시스템을 구축하는 일이라 쉽사리 포기할 수 없는 부분입니다.
제가 태백산맥을 넘으려는 시도는 별다른 이유가 있는 것이 아닙니다.
고토수복(?)의 일념으로 아마추어무선연맹 안테나에 임베이젼을 감행하려는 또한 영서지방과 저지대 비옥한 무선환경으로의 영토확장이 그 목적입니다.
안테나에 돈 처바르면 될 일을 뭔 염병한다고 개고생을 하는가 하는 분들도 계시지요...... 저도 그렇게 생각합니다.
이 좋은 시절에 성능 좋은 전화기 놔두고 안테나도 설치 못해 전전긍긍하며 무전기 갖고 노는 사람들이 있다니.......
첨단기술의 발전이 가져다준 문명의 이기를 옳게 누리지도 못하면서 시대에 뒤떨어진 아날로그에 빠져사는 사람들의 구성원 중에 일원이 되는 모습도 아이러니하니 말이지요. ㅎㅎㅎ
사설이 정말 너무 길었습니다.
본론으로 이야기를 들어가보지요.
그래서 SG-7900이 나돌아 다니는 것을 확인하고 이놈이 부착되어 있는 곳의 골절부를 해체하였습니다.
아마도 이곳이 로딩코일 아니면 트랩이 연결되는 곳이아닌가 생각됩니다. 이 안테나는 UV 겸용 휩안테나이니까요.
좌우지간 제가 사용하려는 부분은 오로지 VHF이니 저는 UV겸용일지라도 VHF전용 모노밴드용 안테나를 만들어보려고 합니다.
그래서 사진에서 보는 바와 같이 구형 슈퍼게인 안테나에 전선을 부착했습니다. ㅎㅎ
눈치가 빠른 분들은 벌써 깠을 듯 싶습니다.
콜리니어 안테나를 부착했습니다. ㅎㅎ
collinear antenna 는 제가 지난 번 제작했던 안테나인 것을 잘 아실 겁니다. 그러나 매칭이 문제가 되어 잘 사용을 못했습니다.
뭐 지식이 일천하다보니 주파수가 상승할 수록 임피던스가 증가한다는 사실을 알았다면 왜 발룬을 사용하지 않고 다른 매칭방법을 선택하여야 하는지를 간파하고 안테나와 동축케이블에서의 전력손실을 최소화하는 방법을 찾아봤을 텐데, 그 이유를 명쾌하게 설명해주는 사람이 주변에 없다보니 그 이유를 깨우치는데도 많은 시간이 걸렸습니다.
옆으로 삐딱선을 타는 이야기이긴 하지만 주파수가 상승하면 임피던스가 증가하는 것은 동축케이블이든 안테나든 간에 해당되는 소재의 고유한 내부저항치 때문입니다. 순수한 저항성분만 있으면 아마도 교류성분의 전력인 방사전력에 영향을 안받겠지만 안테나든 전선이든 동축케이블이든 간에 인덕턴스 성분이 있는 소재들은 바로 이 공식 XL = wL =2ㅠfL 때문입니다.
인덕턴스가 같은 유도성 절대값을 갖더라도 결국은 주파수가 변화하면 유도성임피던스는 증가한다는 것입니다.
표면적으로 들어가서 생각하면 이렇다. 주파수가 증가하면 표피효과로 인한 전류의 도선저항 증가와 자기인덕턴스의 증가가 주요 원인이다. 쉽게 말해서 전자석이 많이 만들어지는 확률이 매우 많아진다는 것이다.
또한 용량성 임피던스는 XC = 1/(wC) = 1/(2ㅠfC)로 되어서 주파수가 증가할 수록 용량성 임피던스는 감소하게 됩니다만, 동축케이블이나 안테나는 일종의 확장된 도선에 상당되므로 결국 코일과 같다는 성질에서 관점을 갖고 볼 때 유도성 임피던스의 증가폭과 용량성 임피던스의 감소폭을 비교해보면 결국은 주파수 증가에 따른 총임피던스의 변화는 증가하는 방향으로 가게 됩니다.
물론, 자기 공진주파수라는 것이 있어서 마냥 캐패시턴스가 감소하는 역할만 하는 것이 아니라 특정 주파수를 초과하는 시점에서는 도리어 임피던스가 증가하는 시점이 나타나므로 결국은 고주파에서는 임피던스가 모두 증가하는 현상이 나타난다.
또한 임피던스라고 하는 것은 동축케이블이나 안테나에 국한되는 것이 아니라 손실의 관점에서 보면 전력을 방사와 수신전력을 평가해보면 연결부가 많은 커넥터에서의 접속부 손실이 나타나며 고유저항에 따라 길이에 의한 내부소실도 상존하며 SWR이 맞지 않아 케이블에서의 방사로 인해 열적 소비까지 발생되는 열손실부분 등 많은 영향요소들이 송수신에 방해를 줍니다.
더욱이 수신의 경우에는 고주파의 수신이 매우 미약한 신호로 만들어버리기 때문에 송신은 할 수 있을 지언정 수신은 못하는 귀머거리 안테나와 무전기가 되고 말아버립니다.
이러한 사실을 일찍 깨닫고 안테나 제작에 열을 올렸다면 아마도 상당한 지식속에서 문제점을 보완하고 개선과 개량이 이어졌을 터인데 아는 만큼 보이고 들은 만큼 생각하고 보는 만큼 깨달았을 일을 한 마디로 삽질했던 것이지요.
좌우지간 이러한 현실을 생각해서 안테나를 만들면서 가장 이득이 좋은 버티컬 안테나를 만들려는 노력으로 돌아와서 처음에 콜리니어 안테나에 사용했던 엘리멘트를 다시 사용하게 되었습니다.
콜리니어 안테나는 수직안테나에서는 최고의 이득을 자랑합니다. 무려 12dB를 초과합니다.
3단 GP안테나가 6.5 dB ~ 9 dB 수준임을 생각할 때 거의 2배 이상의 이득을 보인다는 겁니다.
물론, 이 안테나를 만들었지만 실패하였습니다.
일단, 사용한 안테나의 동축케이블이 너무 삭아서 내부 손실이 심한데 매칭방법도 동축케이블을 이용한 Q매칭을 사용하다보니 수신신호가 전혀 입감되지 못했던 것입니다.
지금도 케이블이 부실하여 그 영향을 받아 결과적으로는 아주 불량한 신호를 얻었지만 아날라이져로 분석한 결과는 예상보다 훨씬 좋은 성능을 보인다는 것을 입증하였습니다.
일단, SG-7900에 콜리니어 안테나의 엘리멘트 편부를 부착하였습니다. 콜리니어 안테나는 다이폴 안테나를 수직으로 설치한 것과 같은 모양입니다. 급점부가 안테나 중앙에 위치하고 있지요.
이부분의 한 쪽만을 취해서 SG-7900에 부착했다는 말입니다.
콜리니어 안테나의 중앙에 2번 똬리를 틀어놓은 듯 감긴 부분은 일종의 격리부분입니다. 안테나에서의 전류분포를 변하게 하는 즉 위상을 바꾸는 역할과 동시에 반파장의 격리 역할을 합니다. 이로 인해 전류분포가 동위상을 가져서 지향성이 증가하게 됩니다.
물론, 형식은 수직안테나를 취하기 때문에 급전부의 커넥터부분은 접지가 되어야하며 그 위치를 기준으로 해서 동축케이블 부분아래로 수직으로 이미지 전류분포가 만들어진다고 하는 가정 하에서 동작합니다.
좌우지간 이렇게 만들어서 계산을 해보면 결과는 일종의 5단 GP에 가까운 안테나가 탄생합니다.
접지부분을 레디얼을 굳이 달지 않아도 정재파가 만들어지지 않는 것으로 파악이 됩니다.
사진을 보면 145메가에서 거의 SWR이 2 이하임을 알 수 있습니다.
즉 전파의 방사가 잘 일어나고 있다는 이야기입니다.
실제적으로 안테나를 만들어 성능을 체크해보니 들리지 않았던 수많은 미약신호가 노이즈로 묻혀 수신됩니다.
버티컬 안테나의 변형에 따른 대단한 쾌거가 아닐 수 없습니다.
실제 방사전력과 반사전력을 측정한 바에 의해서도 휩 안테나를 사용하였을 때 출력이 Low로 설정하였을 때 4W가 나오지 않았습니다. 이 모빌용 무전기는 ic-2800으로 LO 출력은 5W용입니다만, 5W가 초과하는 표시를 확인할 수 있습니다.
또한 Middle low(Mid-Lo)출력이 10W인데 이 역시 10W 전체가 방사되는 것을 알 수 있습니다.
무전기에서의 방사출력이 5W 이지 실제 안테나에서의 방사출력을 확인하여 안테나에서의 방사전력을 확인해서 동축케이블이 소비하는 역할이 발생되는 부분도 보증해야 하는데 이부분은 확인할 방법이 없는 것이 아쉽습니다.
다만, 동축케이블을 연결한 뒤의 VNA로 측정한 SWR 값이 1.5 대로 나타나는 것에서 그 답을 찾아야 한다고 생각합니다.
여하튼 본 사진과 같이 그 결과는 성공적입니다.
이 안테나가 얼마나 나은 성능을 보일지는 교신의 결과로 그 답을 찾아야겠습니다. VHF의 활성화를 기대하면서...... AR