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1 햄을 위한 전자 공작 전자공작카페

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3 <제목 차례> Ⅰ. 안테나 1 1. 안테나의 정의 1 가. 안테나의 특성은 안테나의 특성 1 나. 안테나의 구조 2 2. 수직 안테나의 래디얼 말하는 나무... "Talking Tree" 4 Ⅱ. BALUN(BALanced-to-UNbalanced) 6 1. BALUN 의 역활 6 2. BALUN의 종류 6 가. BLANCING 하는 방법에 의한 바룬의 종류 6 나. 누설전류가 고주파 계통에 미치는 영향 8 다. 바룬을 사용함에도 불구하고 누설 전류가 발생되는 경우 9 라. 안테나의 급전부에 들어가는 밸런스드 또는 언밸런스드 밸런 10 마. 토로이덜 코어(Toroidal Core)에 대한 자료 25 Ⅲ. 안테나 매칭 28 가. 안테나의 등가회로 36 나. 백과사전에서 말하는 임피던스 매칭, 임피던스 정합. 44 라. HP8924C/안테나 아날라이져 구현(1) 52 Ⅳ. 제프안테나 59 가. 부하 임피던스와 최대 전력 전달의 관계. 59 나. 트랜스를 사용한 전압변환 방법. 61 다. 트랜스를 사용하지 않는 전압 변환 방법입니다. 64 다. 안테나의 급전점 임피던스. 75 라. END FEED 안테나의 임피던스 매칭. 76 마. 제프 안테나 설계하기. 77 바. 제프 안테나 만들어 테스트. 78 Ⅴ. VSWR 아날라이져 79 Ⅵ. 간이 시그널 인제터/ 트레이셔 86 Ⅶ. 스피치 프로세서 94 Ⅷ. 안테나 만들기 97 1.멀티 다이폴 만들기 소출력 통신용 마그네틱루푸안테나(QRP Magnetic Loop Antenna)자작 102 가. 송신용(고압)가변 컨덴서 만들기 103 Ⅸ. ARDF 수신기 GLCD 초기화 106 가. 어드레스 지정방법

4 나. 어드레스 자동증가 방식 107 다. 어드레스 지정 소스코드 108 라. 어드레스 변경 DEMO 프로그램 ARDF 수신기 108 가. DIY 전자공작의 르네상스를 꿈꾸며 108 나. 2M ARDF 수신기의 블록구상도 109 다. ARDF 수신기의 기본 기능 109 라. 수신기 본체 기능 구상도 110 마. 비용은 얼마나 될까? 111 바. UV-5R은 RDA1846이라는 칩 119 사. ARDF수신기의 필요조건 123 아. ARDF수신기의 필수기능 ATTENUATOR 123 Ⅸ. 캐롤라이나 윈덤 안테나 델타 루푸/슈퍼 루푸 안테나 128 Ⅹ. 전자공작 1편 타이머 IC로 만든 AM 라디오 CC426V 모듈의 활용 132 가. CC426V 모듈의상면 부품 배치 132 나. [해설]KCC426V 모듈의 PLL 동작 VCO 제어 데이터 계산법 SDR/PPLL 진도보고:HDSDR과 USB 통신 C 전원공급장치 수리 VNA(Vector Network Analyzer)의 기초 EHB-1 2호 152 가. 우여곡절 나. 우여곡절 다. 우여곡절 라. 에필로그 QRP용 SWR/PWR 메터 QRP 용 더미로드 자작 QRP용(?) 안테나 아날라이져 Tenna-Dipper 162 가. 먼저 사양을 정합니다. 163 나. Tenna-Dipper EHB-2 제작기 (1) 167 가. 수신부의 조정점도 한눈에 보이죠? 179 나. 송신부 국부 발진기 조정 170 다. 수신부 국부 발진기 조정 171 라. 수신부 감도 조정 토로이덜 코어(Toroidal Core)에 대한 자료

5 가. QRP와 안테나 나. 마이크로 프로세서 없이 만드는 Electronic Keyer 다. 낚시대 안테나로 낚은 대어? DSP 190 가. A DSP Tutorials 의 해설 190 나. DSP 입문 195 다. Signals, Samples and Stuff: A DSP Tutorial (Part1-2) -계속- 197 라. Signals, Samples and Stuff: A DSP Tutorial (Part1-3) -계속- 201 마. Signals, Samples and Stuff: A DSP Tutorial (Part1-4) -계속- 203 바. 단측 억압 반송파 발생(SSB Generation) 위성통신 217 가. 무전기 출력 높인다고 교신이 재밋을까? 222 나. TV 수신용 USB 동글을 SDR 로...(2)

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7 Ⅰ. 안테나 1. 안테나의 정의 출처 : 네이버 지식iN 오픈백과 안테나의 원리에서 발췌. 곤충의 촉각"의 뜻을 지닌 라틴어로부터 유래된 안테나(Antenna)는 전기적인 신호를 전파로 바꾸어 주거 나 그 반대의 기능을 수행하는 장치를 의미한다. 송신의 경우에는 송신기에서 보내 고 싶은 전기적인 신호를 전파로 바꾸어 멀리까지 보내고, 멀리서 송신된 전파를 수신하면 그 전파를 전기적인 신호로 바꾸어 수신기에 전달하여 준다. 전파는 공간 을 통해가는 파동이다. 따라서 파장과 주파수를 갖게 된다. 파장을 λ, 주파수를 f, 전파가 공간을 이동하는 속도를 c 라고 하면 다음 관계가 성립한다.λ(m) = c (m/sec) / f (Hz) 가. 안테나의 특성은 안테나의 특성은 주로 임피던스, 이득, 지향성의 3요소 에 의해 나타낸다. 임피던스는 전류가 흐르기 어려움을 나타내는 양이다. RIG와 동축 케 이블, 그리고 안테나 모두각각의 임피던스 값을 가지고 있다. 이 세 임 피던스 값이 일치할 때에 가장 효과적으로 전파가 전해진다. 보통 RIG 와 동축 케이블의 임피던스는 50Ω으로 고정되어서 생산된다. 그러나 임피던스 안테나의 임피던스는 50Ω이 아닌 경우가 많다. 그러므로 안테나의 임 피던스가 50Ω에 가깝도록 조정을 해 주어야 하며 이러한 조정을 MATCHING이라고 한다. SWR은 바로 이 임피던스가 일치한 정도를 나타내는 값이다. SWR은 1 이상의 값을 가지며 SWR이 1에 가까우면 더욱 효과적으로 전파를 보낼 수 있고 RIG의 손상이 적어진다. 이득은 안테나의 성능을 의미한다. 안테나에 일정한 출력이 보내져도 안테나의 성능에 따라 더 높은 출력의 전파를 보낸 것과 같은 효과가 이득 발생하게 된다. 이러한 효과를 나타내는 것을 이득이라고 한다. 단위는 db이다. 이득이 높은 안테나를 사용하면 작은 출력으로도 멀리 있는 무선국과효과적인 교신을 할 수 있다. 안테나가 특정한 방향으로 전파를 더 많이 보내는 성질을 지향성이라 고 한다. 지향성이 있는 안테나를 지향성 안테나라고 하며, 지향성이 없이 모든 방향으로 동일하게 전파를 보내는 안테나를 무지향성 안테 나 라고 한다. 안테나는 전파를 입체적으로 보내지만 입체적인 지향성 은 생각하기 어려우므로 우리는 편의상 수평면에서의 지향성과 수직면 에서의 지향성을 생각한다. 안테나의 용도에 따라 지향성이 있는 안테 지향성 나를 사용하거나 지향성이 없는 안테나를 사용한다. 지향성 안테나를 사용하는 가장 대표적인 예는 전파의 발신지를 탐지하는 일이다. 목적하는 방향으로 전파를 더 많이 보내도록 하기 위해 지향성 안테나 는 방향을 바꾸어줄 필요가 있다. 수평 방향을 바꾸어주는 장치를 로 테이터 (ROTATOR), 수직 방향을 바꾸어주는 장치를 엘리베이터 (ELEVATOR)라고 한다

8 지향성 지 향 성 변화 나. 안테나의 구조 엘리먼트 공진 로딩 코일 (연장코일) 트랩 안테나의 형태에 따른 지향성을 변화 지향성 변화란 예를 들어 원하는 곳으로 좀 더 많은 지향성을 갖 기 위하여 안테나 반사판을 이용하는 것이다. 예를 들어 파라볼라 안테나는 접시판 부분이 반사판이 되고 그 앞부분에 있는 feeder 부분에서 전자파 방사가 발생되는 것이다. feeder로는 반파장 다 이폴안테나가 사용되거나, 도파관이 사용되기도 한다. 안테나의 위상을 조절하여 지향성을 변화(안테나 어레이 기술) 예를 들어 반파장 다이폴안테나 두개를 사용할 경우, 만약 두 안 테나의 급전을 동위상으로 하였을 경우는 지향성이 원래의 안테나 한개 만을 사용하였을 경우 방향은 같고 훨씬 더 지향도가 상승하 게 된다. 약 3dB일 것이다. 또 만약 두 안테나의 급전을 서로 역 위상으로 급전을 하였을 경우는 한개의 안테나만을 사용하였을 경 우보다 지향성이 떨어지게 된다. 안테나의 여러 부분 중에서 실제로 전파를 송신하거나 수신하는 부분을 엘리먼트 라고 한다. 안테나의 실질적인 부분이며 전기가 잘 통하는 도체 로 이루어져 있다. 공진이란 안테나가 어떤 특정한 파장의 전파를 가장 효과적으로 보내고 받는 현상을 의미한다. 안테나의 길이가 파장의 1/2의 정수배일 때 안테 나는 공진하게 된다. 이때 이 전파의 주파수 중에서 가장 낮은 주파수를 안테나의 공진 주파수라고 한다. 안테나에 코일을 삽입하면 안테나의 공진 주파수가 높아지게 된다. 즉 안 테나의 길이가 파장의 1/2보다 짧아도 동일한 주파수의 전파에 공진할 수 있다. 이렇게 안테나의 길이를 단축시켜 주는 코일을 로딩코일 이라고 한 다. 이와는 반대로 안테나에 콘덴서를 삽입하면 안테나의 공진주파수가 낮아지게 된다. 즉 안테나의 길이가 파장의 1/2보 다 길어도 동일한주파 수의 전파에 공진할 수 있게 된다. 이렇게 안테나의 길이를 연장시켜 주 는 콘덴서를 단축콘덴서라고 한다. 로딩 코일은 설치 장소보다 안테나의 길이가 너무 길 때에 이용된다. 그러나 안테나를 단축하면 이득이 감소한 다. 한 안테나로 여러 주파수의 전파를 이용하려고 할 때에 사용되는 코일을 트랩이라고 한다. 코일도 안테나처럼 공진 주파수를 가지고 있으므로, 코 일이 삽입될 경우 그 주파수에 해당하는 전파에도 공진하게 된다. 그러므 로 한 안테나를 여러 주파수에 공진시켜 사용할 수 있다

9 동축 케이 블 안테나에 전기 에너지를 공급해 주는 전선을 급전선이라고 한다. 이 급전 선 중에서 외부 도체와 내부 도체로 이루어져 있는 전선이 동축케이블 이 다.외부 도체와 내부 도체의 축이 일치하기 때문에 동축 케이블이라는 명 칭을 사용하게 되었다. 동축케이블은 고유한 임피던스와 크기, 재료, 성능 에 따라 여러가지 규격을 갖고있다. 보통 RG 8이라는 굵은 동축케이블과, RG 58이라는 가는 동축케이블을 사용한다. 이 두 동축케이블은 모두 임 피던스가 50Ω이다. 2. 수직 안테나의 래디얼... 수직 안테나에 대한 얘기가 나와서 저의 경험을 잠시 말씀드립니다. "수직 안테 나는 래디얼이 생명이다." 순전히 경험상 그렇다는 것이지 무슨 근거는 없습니다. 수직안테나는 하늘로 세우는 것이니 평면적을 덜 차지 할 것이라고 예상되지만 꼭 그런것은 아니다. 방사형(radial)으로 펼쳐놓아야 한다. 무작정 근거 없이 수고할 수 없으니 다른 사람들은 뭐라는지 찾아보기로 합니다. 인터넷 찾아보니 수직 안테나로 유명한 버터넛 안테나(Butternut Antenna)의 기 술 노트 입니다. 수직 안테나 엘리먼트 밎둥에 짧은 래디얼 강선을 둥글게 배열하고 충분하다고 하 다고 더러운 이야기 왜 래디얼이 중요하냐고? 안테나는 반파장이 진리고 수직으로 공중에 반의 반파 장, 지하로 반의 반파장... 수직안테나의 래디얼은 진리. 무조건 까시라! 방사형(radial)으로

10 지면 공간이 안나오면 구부려서라도... 수직 안테나는 밑둥치에 급전점이고 래디얼 선 위 로 동축 케이블이 지나가 는데, 동축 케이블이 래디 얼 선 처럼 동작하면 곤 란하다. 그렇다고 안지나 게 할 수도 없는 노릇이 라... RF 분리하는 간단한 방법은 동축케이블을 둘 둘 감아서 쵸크 감아두 자. 래디얼과 쵸크는 확실하게 효과 있습니다. 래디얼 없으면 수직안테나 하나마나 입 니다. 쵸크 감아놓으면 RF-I 퇴치에 상당한 효과 있습니다. 3. 말하는 나무... "Talking Tree" 저의 수직 안테나를 보시고 김유홍님께서 "생목" 안테나가 연상된다고 하셔서 그 런게 있나? 찾아봤더니 역사가 아주 깊습니다. 특허도 여럿 있군요. 살아있는 나무 를 안테나로 활용 하려는 노력입니다. 나무 안테나도 수직이라고 래디얼 까는 것 잊지 않고 있네요. 주의할 것은 나무에 못박을 때 반드시 알미늄이나 철선을 사용하라고 합니다. 구 리는 나무에 해로워서 죽게 된다는 군요. 나무를 이용한 안테나에 관련된 특허 입 니다. US _Live_Tree_Ant.pdf 자세한 것은 이해할 수 없습니다만, 그림으로 봐서는 일종의 마그네틱-루푸 안테 나로 보입니다. 두개 이상의 나무가 가지와 지면을 통해 폐 루푸를 형성하며, 나무 에 감은 코일은 전력 전달용 결합기(커플러, coupler)라는 군요. 그런거 같기도

11 중단파대 나무 안테나는 이렇게 만든답니다

12 Ⅱ. BALUN(BALanced-to-UNbalanced) 1. BALUN 의 역활 BALUN은 BALanced-to-UNBalanced에서 유래된 합성어로 평형안테나에 불평형 급 전선(동축케이블)으로 급전할 때 사용하는 matching transformer를 의미한다. 안테나의 종류는 급전점을 기준으로 해서 그 구조에 따라 평형안테나와 불평형 안테나로 구분할 수 있는데 아마추어 무선에서 가장 많이 사용되는 다이폴과 야기 안테나 등은 급전부를 기준으로 해서 대칭으로 되어 있는 평형 안테나이다. 반면 송신기의 고주파 전력을 안테나에 공급하는 급전선(FEED LINE)은 심선(hot)을 외 부도체(cold)로 둘러싼 형태의 불평형 FEED LINE인 동축케이블이 주로 사용되는데 이때 성격이 각각 다른 심선(Hot-line)과 차폐선(Cold-line)을 평형안테나의 급전 점에 직접 연결하면 안테나의 양쪽 도선의 전류 분포가 불평형을 이루게 되고 이 로 인해 전류의 일부가 외부도체(차폐선)를 따라 되돌아오게 되는데 이를 누설 전 류라 한다. 이 누설전류는 여러 가지 부정적인 영향을 미치게 되는데 이를 방지 하기 위하여 바룬을 사용한다. 따라서 바룬은 기본적으로 안테나 임피던스를 매칭 시키기 위한 것이 아님을 이해하여야 한다. 그리고 전류분포의 불평형 정도는 안테나 도선의 길이와 동축케이블의 직경의 비에 의해서 결정된다. 따라서 HF대의 LOW BAND 에서는 안테나 도선의 길이가 길 고 그에 비하여 동축케이블의 직경은 작으므로 불평형은 그다지 크지 않으므로 누 설 전류는 크지 않아 그로 인한 부작용도 문제가 되지 않을 수 있지만 대출력을 송출 한다든지 전파의 영향을 받기 쉬운 기기들이 주변에 있다면 문제가 될 수 있 다. VHF와 UHV에서는 HF대와는 달리 불평형의 정도가 커 그 영향이 크다. 2. BALUN의 종류 바룬에는 그 구조와 용도에 따라 여러 가지의 종류가 있는데 Blancing을 하는 방법에 따라 전압(VOLTAGE)바룬과 전류(CURRENT)또는 초크(CHOKE)바룬이 있다. 그 리고 임피던스 比 에 따라서 1:1, 2:1, 4:1, 6:1, 등 여러가지 바룬이 있으며 각각 의 특징과 용도는 다음과 같다. 가. BLANCING 하는 방법에 의한 바룬의 종류 1) 전압바룬: BALUN의 OUPUT 단자(안테나 연결측)에 반대 극성을 가진 같은 크기 의 전압이 나타나도록 하여 결과적으로 전류를 Balncing 을 하도록 설계된 것이 며 이는 안테나의 양측 도선의 길이가 완전하게 대칭임을 전제로 한 것임으로 안 테나 양측 도선이 불평형 일 때(실제 길이뿐만 아니라 그 형태도 포함하여) 그렇 지 않을 경우는 누설 전류가 흐르게 되는 등 안테나 양측 도선의 불평형에 민감 하다. 따라서 안테나의 한쪽 도선을 길거나 짧게 하여 SWR을 조정하게 되면(정재 파비가 잘 안 맞을때 간혹 그렇게 하는 경우도 있다.) 안테나 양측도선의 길이의 편차에 의해 전류 분포가 UNBLANCE가 되어 누설 전류가 흐르게 된다. 아래 그림은 대표적인 전압바룬의 회로도 이다. 아래그림에서 가운데 코일의 임 피던스가 너무 낮게 되면 낮은 주파수 끝 쪽에서 SWR이 높게 되는 경향이 있다. 그리고 아래 회로도에서 알 수 있듯이 양쪽 단자를 회로 시험기로 시험을 했을 때 - 6 -

13 회로가 단락 된 것으로 나타나는 것이 정상이다. 2) 전류바룬: 초크 또는 전류바룬은 전압바룬과는 다르게 안테나 도선상의 전류를 blancing 시키는 것이 아니고 누설전류가 동축케이블의 외부도체로 흐르는 것을 직접 차단 한다. 따라서 안테나가 완전한 평형이 아니라도 영향이 적으며 효과적 누설전류를 차단한다. 위에서 본 바와 같이 전압바룬에 비하여 전류바룬이 장점도 있으나 각각의 회로도 에서 보는것과 같이 전압바룬은 DC 그라운드가 되어있는 반면 전류바룬은 DC 그 라운드가 되어 있지 않다. 따라서 전류바룬의 경우 낙뢰에 의한 써지 전류에 트 랜시버가 손상되기 쉽다. 그럼에도 불구하고 다른 장점 때문에 전류 바룬이 점점 많이 사용되어지고 있는 추세다. 그리고 전류형바룬의 구별 법은 아래 그림에서 알 수 있듯이 회로시험기로 시험하면 양쪽 단자가 열려있다. 주요 전류형바룬의 제조 판매처는 The RADIO WORKS 이며 INTERNET에서 online으 로 쉽게 구입 가능하다. 전류형바룬의 하나인 Air Core Balun(초크발운)은 가장 간단한 형태로서 동축케 이블을 안테나 접속지점에서 적당하게 감아주면 된다. 감는 회수와 직경은 다음 표를 참고 바람. Single Band 주파수(MHz) RG 213, RG 8 RG ft, 8회 20ft, 6-8회 7 22ft, 10회 15ft, 6회 10 12ft, 10회 10ft, 7회 14 10ft, 4회 8ft, 8회 21 8ft, 6-8회 6ft, 8회 28 6ft, 6-8회 4ft, 6-8회 Multiple Band 주파수(MHz) RG-8, 58, 59, 8X, ft, 7회 ft, 9-10회 ft, 6-7회 가) 감는 방법: Mhz용 안테나의 경우 10ft의 동축케이블을 7회 감아주면( 흔히 남는 전선을 사리듯이 하여 감으면 됨) 직경은 저절로 적당히 나오며 감 은 후 테이프 등으로 적당히 감아 형태가 흐트러지지 않도록 한다. Ferrite를 사용하는 바룬은 SWR이 높거나 고출력으로 운용하면 쉽게 포화가 되어 고조파 에너지를 발생 시킬 수 있으므로 주의하여야 하는데 Air Core Balun은 이런 현상이 발생되지 않는다. 그 외의 전류형 바룬 에는 Ferrite-Core Balun 과 W2DU 바룬 등이 있으며 그 다지 만들기가 어렵지는 않으나 제품화된 것을 구입 사용하는 편이 더 편리한 것 같다. 굳이 자작을 해보겠다면 Amidon사나 Fair-Rite Products Corp에서 여 러 가지 TORAIDAL CORE를 직접 구입하여 자기용도에 맞는 바룬을 설계 제작할 수 도있고 KIT화 된 것도 구할 수 있다. <참고>Transmitting Baluns by W8JI <참고>Balun and Transformer Core Selection by W8JI 임피던스 比 에 따른 바룬의 종류 바룬은 이미 설명한 바와 같이 평형 안테나와 불평형 급전선(동축케이블)을 연결 시켜주는 것이 본래의 역할이고 임피던스를 메칭 시키기 위한 것이 아니 다. 그러나 특정 임피던스 比 를 가진 바룬은 임피던스 정합 역할도 동시에 하는 데 임피던스 비에 따른 종류와 용도는 각기 다음과 같다. (1) 1:1 바룬-50ohms balanced to 50 ohms unbalanced 일반적으로 가장 많이 - 7 -

14 쓰이는 바룬으로 반파장 다이폴안테나에 사용되며 임피던스 메칭 기능은 없 다. 다이폴안테나의 급전 임피던스는 지상고가 충분할 경우 약 73오옴 정도 이므로 1:1 바룬을 사용하면 SWR이 1:5정도가 되지만 실용상 전혀 지장이 없 다. 다이폴 안테나는 지상고에 따라 급전 임피던스가 변함<참고: 안테나의 지상고와 임피던스> (2) 1.5:1 바룬-75ohms balanced to 50ohms unbalanced 반파장 다이폴 안테나 의 임피던스가 약 75 ohm 이므로 이때 1.5:1 바룬을 쓰면 정합이 완벽하다. 그러나 1:1 바룬이나 바룬 없이 직결하여도 SWR은 1.5 정도로 그다지 높지 않으므로 실용상 큰 지장은 없다. (3) 2:1 바룬 ohms balanced to 50 ohms unbalanced 지상고가 0.33 파장 인 반파장 다이폴과 사각 Loop 안테나의 안테나는 급전부 임피던스가 100 ohm정도로 2:1 바룬이 필요하다. (4) 4:1 바룬 ohms balanced to 50 ohms unbalanced Log Periodic Beam Antenna, 지상고 0.17 파장의 Folded Dipole, Off Center Fed Antenna( 안테 나의 급전점이 안테나 도선의 중앙에 있지 않고 편심된 안테나를 말하는데 급전점이 중앙을 벗어나면 임피던스가 올라감)등 급전점의 임피던스가 비교 적 높은 안테나에 쓰인다. (5) 4:1 Step Down balun-12.5 ohms balanced to 50 ohms unbalanced 위의 4:1 바룬과는 달리 급전점의 임피던스가 낮은 안테나에 사용되는 Step down형 바 룬이다. 야기안테나는 다이폴안테나의 앞뒤에 소자를 늘려놓은 것인데 소자 수를 늘려감에 따라 급전점의 입피던스가 다이폴 안테나의 기본 임피던스인 75오옴에서 점점 낮아져 정도로 낮아진다. 따라서 Step Down 4:1 바 룬을 사용하면 특별한 매칭 기구 없이 야기안테나를 급전 할 수 있다. 야기 안테나에도 급전점의 임피던스를 높이는 메칭 방식을 사용하면 1:1 바룬을 쓸 수 있다. 그 외에도 여러 가지 임피던스 비를 가진 바룬을 특수한 용도에 따라 제작 할수 있는데 자세한 것은 아래의 책을 참고 하기 바란다. Building and using Balun and Ununs by Jerry Sevick, W2FMI - CQ communications, Inc Transmission Line Transformers by Jerry Sevick, W2FMI - Noble Publishing Atlanta UNUN(Unbalanced to unbalanced transformers) 바룬이 불평형 급전선과 평형안테나를 위한 matching transformer인 반면 언언(UNUN)은 불평형 급전선간 또는 안테나를 위한 matching transformer이 다. 임피던스 비에 따라 50:75, 50:25, 50:100, 50:12.5, 등이 있다. 50:75 UNUN을 사용하면 케이블 TV용 75오옴 동축케이블을 50오옴 동축케이블에 연 결하여 사용 할 수 있다. 나. 누설전류가 고주파 계통에 미치는 영향 1) Interference를 발생 시킨다. 동축케이블의 외부 도체에 흐르는 누설전류는 COMMON MODE 형태의 전류로서 케 이블에서 쉽게 방사가 된다. 따라서 동축케이블이 전화선, 전원선 등에 접촉 또는 - 8 -

15 가까이 접근하면 누설전류가 유도되어 여러 가지 INTERFERENCE를 발생 시킬 수 있 다. 이 경우에는 Low pass filter로는 Interference를 방지할 수 없고 common mode 초크를 설치하거나 접지를 완전하게 시킴으로써 인터페어런스를 어느 정도 방지 할 수 있다. 하지만 원천적으로 누설전류가 발생하지 않도록 하는 것이 최선 책이다. 2) 안테나의 방사 패턴이 일그러 진다. 전류의 불평형과 누설 전류의 영향으로 안테나의 방사 패턴이 일그러져 지향성 이 변한다. 그러나 다이폴 안테나에의 경우에는 수평지향성 패턴은 그리 주요한 요소가 아니므로 이 경우 큰 문제가 되지 않으나 yagi, quad등과 같이 Beam 안테 나의 경우에는 영향이 크다. 3) SWR이 변한다. 위에서 설명 한 바와 같이 누설전류는 동축케이블에서 방사가 되는데, 이는 곧 동축케이블이 안테나의 한 부분으로서 동작함을 의미한다. 따라서 동축케이블의 길이를 변화 시키거나 움직이면(길게 늘여놓거나 감아 놓는 등 변화 시키면) SWR 이 변한다. 나에게 바룬이 필요한가? 이와 같은 질문은 바룬에 관한 가장 보편적인 질문인 것 같다. 바룬이 없다고 해서, 그리고 동축케블의 외부도체로 누설전류가 흐른다고 해서 이것이 반드시 심 각한 문제를 야기 시키는 것은 아니다. 그러나 만약 전파로부터 영향을 받는 전기, 전자기기(TV, TV 안테나 또는 TV안 테나 케이블, 전화 또는 전화선, 컴퓨터, 전기배선 등등 모든 전기전자 관련 설 비)가 급전선(동축케이블)에 가까이 접근하여 있다면, 급전선의 누설전류로부터 수신되는 방사전파가 안테나에서 방사되어 전기전자 기구에 들어오는 전파보다 강할 수 있다. 따라서 이런 경우에 모든 전기전자기기를 급전선으로부터 가능한 한 멀리 이격 시키는 것도 중요하지만 바룬을 사용하여 급전선의 누설 전류를 방지하여 급전선 에서 전파방사를 최소화함으로서 상당부분의 INTERFERENCE를 방지할 수 있다. 다. 바룬을 사용함에도 불구하고 누설 전류가 발생되는 경우 1) FEED LINE(동축케이블)을 안테나 도선에 대해 수직으로 내리지 않고 어느 한쪽 으로 기울어지게 한 경우. 2) 다이폴안테나의 양쪽 도선 중 어느 한쪽이 길거나 짧은 경우. 유명 바룬 제조업체 ANTENNA PRODUCTS CORPORATION (상업용 고출력 바룬) Amidon(High power 바룬 및 자작 Kit) The Radio Works Baluns from ARRAY SOLUTIONS - 9 -

16 라. 안테나의 급전부에 들어가는 밸런스드 또는 언밸런스드 밸런에 대해 알아 봅시다. 다이폴 안테나, 비버리지 안테나, 롬빅 안테나, T2FD 안테나, 윈돔 안테나 등등 밸런이 들어 안테나의 급전부에 들어가는 밸런스드 또는 언밸런스드 밸런에 대해 알아봅시다. 다이폴 안테나, 비버리지 안테나, 롬빅 안테나, T2FD 안테나, 윈돔 안테나 등등 밸런이 들어갑니다. 반파장 다이폴은 밸런이 없어도 크게 영향이 없 지만 급전점 임피던스가 아주 높은 대형 안테나들은 1:4 또는 1:9 밸런이 반드시 필요합니다. 사실 밸런의 원리는 복권 또는 단권 트랜스와 같기 때문에 결코 어렵거나 복잡 하지 않습니다. 설명하는 내용을 천천히 따라오시면 앞으로 평생 밸런을 어떻게

17 만들지? 하며 도면을 찾아 해매는 일은 없을 겁니다. 속는 셈치고 차근차근 알아 가다 보면 아래와 같은 이런 도면은 더 이상 필요 없어집니다. ARRL Handbook에 나오는 각종 밸런을 소개한 그림입니다. 위의 그림을 보니 복잡하기도 하고 이리저리 전선을 꼬아 놓은걸 보면 멀미가 날 지경입니다

18 어쨋거나... '밸런'이란 말은 Balanced to Unbalanced의 앞글자를 따서 BALUN이라고 하는데 발음하는 방법은 바룬, 발룬, 밸런 등이 있는데 발룬~으로 발음 하게 되면 '풍선' 이 되어버립니다. 정확한 발음은 '배~ㄹ언' 정도 되겠는데 그냥 '밸런'으로 표시하겠습니다. 밸런 은 말 그대로 밸런스 <--> 언밸런스를 연결하는 매칭 트랜스입니다. 불평형 즉 언밸런스란 두 가닥의 신호선중 한 가닥이 접지된 것을 뜻합니다. 대표적인 언밸 런스는 바로 동축케이블이 되겠습니다. 동축 케이블의 외피는 항상 영전위(접지) 가 되고, 심선은 신호선으로 사용되어 접지를 기준으로 심선의 전위가 변화하는 구조로 되어있습니다. 그러니까 원래 쌍극의 두 신호선에 플러스 또는 마이너스 전위가 대칭으로 흐르는 것을 한쪽을 접지 시켜 영전위(제로전위)를 만들어 버렸 기 때문에 신호의 흐름이 대칭이 되지 않아 불평형 이라고 합니다. 그러면 밸런스 는 두 가닥의 신호선이 모두 접지와 분리되어 각 신호선은 서로 간 대칭되는 역위 상의 신호를 전송하게 됩니다. 300옴 사다리피더가 대표적인 평형 케이블이 되겠 네요. 평형, 불평형 회로는 여러 가지 경우에 사용 됩니다. 예를 들어 OPAMP를 사용해 부하저항에 전위차를 만들어주는 방법으로 평형, 불평형 방법이 있습니다. 그림으 로 보면 이렇습니다. 부하저항에 신호선 하나와 접지를 연결한 형태를 불평형 이라하고 부하저항이 접지와 분리되어 양단에 신호선이 연결된 형태를 평형이라고 합니다. 평형과 불 평형은 대략 이런 개념 이므로 1:1 트랜스를 예를 들어보면 이렇습니다. 신호원이나 부하저항 기준으로 접지를 연결 하느냐 하지 않느냐가 평형 불평형 을 결정해 버립니다. 어이쿠~ 이런 벌서 1:1 밸런을 모두 공부해 버렸습니다. 다 음 페이지의 그림에서 좌측은 불평형:불평형 1:1 밸런이고, 우측은 불평형:평형 1:1 밸런입니다. 간딴 하죠? 그럼 평형:평형 1:1 밸런은 이렇게 되겠네요

19 트랜스에서 1차측과 2차측의 코일 감는 방향을 반대로 하거나 결선된 극성을 뒤 집으면 입출력 위상도 180도 바뀌게 됩니다. 간단한 그림으로 보면 이렇습니다. 그러면 이제 단권 과 복권을 배워 보겠습니다. 그림으로 먼저 보면... 좌측이 복권트랜스, 우측이 단권 트랜스입니다. 좌우측 모두 입출력 전압비는 1:2로 동일하지만 뚜렷한 장단점이 있습니다. 먼저 복권 트랜스는 불평형 입력에 서 출력은 평형이 되었습니다. 2차측 출력은 평형으로 접지와는 무관해져 버리기 때문에 접지쪽으로 생기는 누전이 없어집니다. 우리가 흔히 사용하는 계측기의 금 속 부분을 만져보면 누전이 느껴집니다. 혹은 책상에 쌓아놓은 장비들 간 금속부 분을 AC 볼트메타로 측정해보면 100V 정도 전위차가 생기는 걸 볼 수 있는데 이때 장비마다 각각 1:1 복권 트랜스를 사용하면 기분 나쁜 누전을 막을 수 있습니다. 복권 트랜스의 단점으 로는 1차측 2차측 코일을 따로 감아야하기 때문에 덩 치가 커지고 가격이 비싸집니다. 단권 트랜스는 사실 1차 코일 2차 코일이란 개념이 좀 애매하네요. 1차코일이 2차코일의 절반을 차지하는 구조로 되어있는데 결선 구조상 출력 측을 평형으로 만 들 수가 없습니다. 장점으로는 복권에 비해서 코일을 1/3만큼 덜 감아도 되므로 경제적입니다. 위에 그려놓은 단권 트랜스의 입출력 방향을 바꾸고 출력부분의 접점을 이동시키면 슬라이닥스가 됩니다

20 슬라이닥스는 220V 입력에 손잡이를 돌리면 0V ~ 240V 까지 출력 전압이 가변 됩니다. 보시다시피 원리는 단권 트 랜스에 출력탭을 무수히 만들어 놓고 탭을 전환하면 권선비 에 따라 전압이 출력 되는 구조입니다. 밸런 알아보자고 해 놓고 왜 자꾸 엉뚱한 슬라이닥스니 트랜스니 단권 복권 이 야기를 하고 있냐고 의문이 드실겁니다. 왜냐하면 원리가 똑같은걸 어쩌란 말입니까? 단권 트랜스 형태는 평형출력을 만들 수 없다고 설명했는데 과연 그럴까요? 아래 그림처럼 트랜스를 만들면 출력 전압이 어떻게 될까요? 결과는 전압비 1:1의 불평형:평형 트랜스가 만들어 집니다. 전압비가 1:1이 되어버렸지만 단권 트랜스도 평형 출력이 가능하군요. 그러면 단권 트랜스 형태로 전압비 1:2의 평형 출력도 가능할까요? 이렇게 한번 결선해 봅시다. 코일을 단권형태 비슷하게 감아놓고 결선을 살짝 바꾸면 전 압비 1:2의 평형 출력을 얻을 수 있습니다. 위의 두 그림은 같은 회로를 보기 쉽게 변형 시켜놓은 것입니다. 전압비 1:2로 동작하는 원리는 간단합니다. 부하저항 '양단 '에 걸리는 전압은 서로간 위상이 180도 다르기 때문에 2 배의 전압을 갖게 됩니다. 먼저 신호원 (+)측에서 나온 신 호는 부하저항으로 바로 갑니다. 부하저항의 나머지 단자로 는 1:1 트랜스에서 만들어진 역위상(-)이 인가되어 결국 부 하저항 '양단'에는 정위상과 역위상이 인가 되므로 2배의 전압이 됩니다. 결과는 전압비 1:1의 불평형:평형 트랜스가 만들어 집니다. 전압비가 1:1이 되어버렸지만 단권 트랜스도 평형 출력이 가능하군요. 그러면 단권 트랜스 형태로 전압비 1:2의 평 형 출력도 가능할까요? 이렇게 한번 결선해 봅시다. 코일을 단권형태 비슷하게 감아놓고 결선을 살짝 바꾸면 전압비 1:2의 평형 출력을 얻을 수 있습니다. 위의 두 그 림은 같은 회로를 보기 쉽게 변형 시켜놓은 것입니다. 전압비 1:2로 동작하는 원리는 간단합니다. 부하저항 '양 단'에 걸리는 전압은 서로간 위상이 180도 다르기 때문에 2배의 전압을 갖게 됩니다. 먼저 신호원 (+)측에서 나온 신호는 부하저항으로 바로 갑니다. 부하저항의 나머지 단 자로는 1:1 트랜스에서 만들어진 역위상(-)이 인가되어 결 국 부하저항 '양단'에는 정위상과 역위상이 인가 되므로 2 배의 전압이 됩니다. 그래서 전압비 1:2의 불평형 입력에 평형 출력을 얻을 수 있습니다. 그림을 다 시 그리면 이렇게 됩니다

21 모두 같은 그림인대 햇갈리시죠? 꼼꼼히 살펴보시면 신호원과 부하저항 사이에 위상을 180도 바꿔주는 1:1 트 랜스를 하나 집어넣은 것뿐입니다. 이번에는 2:1 트랜스를 넣어서 만들어 보면... 2:1 트랜스를 넣으면 1/2로 감압된 된 전압이 부하저항에서 역위 상으로 서로 만나 두 배 전압이 되기 때문 에 최종 입출력 전압비는 결국 1:1이 됩니 다. ** 트랜스의 전압비는 코일의 권선비와 동 일합니다. 또한 전압비의 제곱은 임피던스비 가 됩니다. ** 전압비 권선비 임피던스비의 관계가 궁 금하시면 제프안테나편에서 찾아보시면 아 마 거기 있을 겁니다. 전압비 1:2의 불평형-->평형 트랜스를 다른 말로 하면 '1:4 불평형:평형 밸런' 이 됩니다. 지금까지 알아봤던 트랜스 원리가 ARRL Handbook에 소개한 밸런과 같 은지 다른지 확인해 볼까요? 지금까지 알아봤 던 트랜스 원리가 ARRL Handbook 에 소개한 밸런과 같은지 다른지 확 인해 볼까요? 먼저 180도 위상 바꾸기 불평형:평형, 1:1 밸런 불평형:불평형, 1:4 밸런

22 불평형:평형, 1:4 밸런 그림 모양만 다를 뿐 트랜스 설명했던 내용과 ARRL Handbook에 그려진 내용이 똑같습니다. 트랜스 원리와 권선비, 전압비, 임피던스비 정도만 이해하고 있으면 어떤 형태 어떤 종류의 밸런도 쉽게 설계해서 만들 수 있습니다. 다음 편에는 실 제로 만들어서 테스트 해보고 제작 시 주의할 점, 토로이달코어선택, 온도, 내전

23 압 문제 등등을 살펴보도록 하겠습니다. 밸런 제작에 가장 중요한 것은 역시 토로이달코어입니다. 밸런에서 토로이달코 어는 RF트랜스용 코어로 사용되기 때문에 투자율이 낮은 니켈 아연 재질 페라이트 코어를 사용합니다. 테스트에 사용한 코어는 디바이스마트에서 판매하는 입니다. 가격은 5 개 600원. 디바이스마트에서 판매하는 EMC용 니켈아연 페라이트코어는 소출력 트 랜스, 밸런용으로 모두 사용 가능합니다. 하지만 LPF 인덕터용으로는 사용불가입 니다. 아미돈 코아를 사용하고 싶다면 밸런이나 매칭 트랜스 만들 때는 FT로 시 작하는 페라이트 코어를 사용하고 LPF 같은 곳의 인덕터로 사용할 때는 모델명 T 로 시작하는 아이언파우더 코어를 사용합니다. 코어 모양만 보고는 인덕터용인지 RF트랜스용인지 알 수가 없고, 어느 곳에 어떤 스펙의 코어를 사용해야 되는지 친 절한 설명도 찾아보기 힘듭니다. 그러다보니 도면에 나와 있는 그 코어를 구하지 못하면 아무것도 못하게 됩니다. 정체가 분명한 토로이달코어는 구할 수 있을 때 구해 놓는 것이 좋겠습니다. 디바이스마트에서 판매하는 코어는 원래 전자파 차폐 용인데 RF트랜스용 코어로 사용해도 특성이 좋은 것 같아 계속 사용 중입니다. EHB-1, EHB-2에도 코어가 들어가 있습니다. 아미돈의 FT시리즈 코어도 RFI Suppression용으로 사용되니까 재질이나 특성은 비슷하리라 생각합니다. 일 단은 트랜스를 한번 감아 보겠습니다. 회로는 가장 간단한 1:1 트랜스에 50옴 신호원과 50옴 부하저항을 사용합니다. 코일 감는 방법은 1차와 2차를 분리해서 0.3mm 에나멜선을 각각 10회씩 감았습 니다. 50옴 출력의 신호발생기에서 1Vp-p 전압을 출력하여 1:1 트랜스를 통과한 다음 50옴 부하저항에 걸리는 전압을 주파수별로 측정해 봤습니다. 입출력 임피던스는 50옴 이므로 1Vp-p의 전압은 정확히 분압 되어 입출력 모두

24 0.5Vp-p가 측정되어야 됩니다. 먼저 1MHz에서 입력 전압은 518.7mV, 출력 전압은 487.5mV로 거의 0.5V를 만족 합니 다. 10MHz에서는 입력 775mV, 출력 350mV로 손실이 생 기기 시작하네요. 출력 위상도 거의 80 도 정도 뒤쳐진 걸로 보입니다. 30MHz에서는 입력 950mV 출력 162mV 로 곤란할 정도로 손 실이 심하게 나타납니 다. 오실로스코프에 나타 난 전압으로 살펴본 입출력 특성을 스펙트 럼아날라이져로 살펴 봤습니다

25 . 1MHz에서는 트랜스 삽입손실이 거의 없지만 30MHz에서는 10dB정도 손실이 생기 는 걸로 나옵니다. 30MHz에서 10dB 손실이면 HF용 트랜스로는 불합격입니다. 손실이 이렇게 큰 이유는 1차 2차 코일을 분리해서 감았 기 때문에 코일간 밀 결합이 되지 않아 그렇고, 코어의 특 성이 주파수가 높아질수록 나빠진다는 뜻이 되겠습니다. 이번에는 분리해서 감았던 1차 2차 코일을 나란히 같이 감아 보겠습니다. 두가닥을 꼬지는 않았습니다. 트랜스 특성을 보면 30MHz에서 손실은 1.4dB정도 됩니 다

26 나란히 감았던 1차 2차 두가닥을 이번에는 드릴을 사용해 보기 좋게 꼬아 줍니다. 꼬은 선을 감아서 1:1 트랜스를 만듭니다. 트랜스 입출력 손실을 보면 30MHz에서 손실은 0.38dB로 아주 좋습니다. 이정도면 HF용 1:1 트랜스로 합격 입니다. 꼬은 에나멜선으로 만든 1:1 트랜스는 HF용으로 아주 훌륭히 동작하는 을 확인 했습니다

27 지금 만든 이 1:1 트랜스의 1차측 단자를 A, A' 라고 하 고 2차측 단자를 B, B'라고 했을때 A'와 B를 연결시킵니 다. 그러면 단자는 A, A'B, B' 3단자가 되겠죠? 3단자 트랜스는 아래와 같은 모양이 됩니다. 3단자 트랜스를 불평형 : 불평형, 임피던스비 1:4 트랜스 로 결선하면 이렇습니다. 동축콘넥터에 3단자 트랜스를 연결해 불 평형 : 불평형 1:4 트랜스로 동작시키고 트랜스 출력과 접지에는 200옴 저항을 연 결했습니다. 이 상태로 VSWR을 측정해보니 1.5MHz ~ 100MHz 까지 1.2이하입니다. 깜짝 놀 랄 만한 결과가 나왔네요. 30MHz에서 측 정된 임피던스는 정확히 50옴 입 니다. 145MHz에서는 VSWR 1.6으로 나 옵 니 다. 145MHz에서는 사용이 곤란하겠 습니다

28 이번에는 3단자 트랜스를 불평형: 평형, 임피던 스비 1:4 트랜스로 결선하면 이렇습니다. 불평형:평형 형태로 동축콘넥터와 200옴 저항을 연결 합니다. 30MHz에서 측정결과 VSWR 1.1로 아주 환상 적입니다. 임피던스비 1:4 평형출력도 잘 동작 합니다. 전압비 1:2 트랜스는 임피던스비 1:4가 되어 50옴 입력에 출력측은 200옴이 되므로 50옴 입 출력 임피던스를 갖는 계측기로는 200옴측 측정 이 곤란합니다. 그래서 3단자 트랜스를 2개 만들 어 50옴 --> 200옴 --> 200옴 --> 50옴 으 로 결선하면 입력 50옴에 출력 50옴이 되므로 50옴 입력인 스펙트럼아날라이져로 측정이 가능 합니다.그림으로 표시하면 이런 결선 입니다. 실제로 사용할 때 임피던스비 1:4:4:1 이런식으로 사용 하지는 않겠지만, 1:4 (50옴:200옴) 트랜스를 50옴 입력 의 계측기로 측정할 때는 유용합니다. 3단자 트랜스 두개를 연결시켜 50옴 입력에 50옴 출력 을 만들었습니다

29 스펙트럼아날라이져로 1MHz ~ 200MHz 까지 측정했습니다. 위측 그림 100MHz에서 0.6dB, 150MHz 에서 1.5dB 손실을 보입니다. 동작이 아주 훌륭합니다. 좌측그림 출력측에 50옴 저항을 연결하 고 30MHz에서 VSWR을 측정 하니 바늘이 꼼짝 하지 않습니 다. 우측 그림 임피던스도 정확히 50옴으로 나옵니다. 다음은 코어의 온도특성 테스 트 입니다. VSWR 메타에 1:4 트랜스와 200옴 저항을 연결해 놓고 열풍기로 열을 가해줍니 다

30 코어 온도가 130도를 넘는순간 VSWR이 무한정 증가합니다. 130도 이하에서는 VSWR이 꼼짝 않다가 130도 근방을 넘어서는 순간 갑자기 VSWR이 무한대로 올라가 버리네요

31 토로이달코어 의 스펙 중 동작온도 는 -25 ~+125 로 표시되어있는데 거의 맞는 걸로 보입니다. 그래서 밸런 만들 때 코어의 크 기는 충분히 열발산이 되도록 사이즈를 결정할 필요가 있습니다. 밸런의 삽입 손실이 없다면 코아의 크기는 아주 작은 것으로 사용해도 문제가 없겠지만 대전력을 다루는 경우 약간의 삽입손실은 모두 열로 나타 나므로 열이 누적되다보면 어느 순간 코어의 성 질을 잃어버리는 결과가 나옵니다. 밸런의 입력 전력이 100W일때 입력 전압은 50옴 기준으로 정확히 100Vp로 나타 나는데 이 밸런이 전압비 1:3인 경우 출력 측 전위차는 300Vp가 됩니다. 하이임피 던스 밸런을 만드는 경우 100W 정도 까지는 일반 에나멜선을 사용해도 내전압에 크게 문제가 없지만 수백와트 이상 전력이 올라가는 경우 에나멜선은 절연에 문 제가 생기니 반드시 두꺼운 테플론 피복의 전선을 사용해야 됩니다. 5W 미만의 QRP용 밸런의 경우 디바이스마트에서 판매하는 적당한 크기의 EMC용 NiZn 페라이트코어에 0.3 ~ 0.5mm 정도의 에나멜선을 감아서 사용하면 전혀 문제 없습니다. 수신전용으로 밸런을 만든다면 무리해서 크게 만들 필요 없이 오늘 실 험에 사용한 코어를 사용하면 0.5MHz ~ 50MHz까지 충분히 사용가능합니 다. 마. 토로이덜 코어(Toroidal Core)에 대한 자료 먼저 아래 김경원님의 밸런과 토로이덜 코어에 대한 여러 가지 유용하고 실용 적인 글에 대해 감사합니다. 덕분에 어렴풋 하게 알고 있던 것들을 조금이나마 이 해할 수 있었습니다. 더블어 계측기의 사용에 대한 힌트도 얻게 되었구요. 너무나 감사합니다. 그래서... 조금이라도 더 알고 싶어서 인터넷을 검색해 봤습니다. 먼저 "투자율(permeability)" 이라는 용어가 나오는데 이해하기 참 어렵군요. 찾아보니 "자성체의 자속밀도 B와 자화의 세기 H와의 비 μ=b/h를 말한다.( )" 고 합니다. 오히려 더 어렵 습니다. 그래서 제맘 대로 이해해 보기로 했습니다. - 자성체에 코일을 감고 직류를 공급하면 극성이 고정된 전자석이 되죠. 이것을 " 자화" 된다고 합시다. 직류는 고정된 자기장을 형성하고 전류도 지속적으로 흐른 다. - 자성체에 코일을 감고 교류를 공급하면 극성이 왔다 갔다하면서 자기장의 형성이 계속 바뀐다. 자기장이 변화하면 전류의 흐름을 방해한다. 그래서 교류 흐름을 방해하는 정도를 임피던스라는 표현을 한다. - 1차 코일에 교류를 흘려 자기장을 형성시키고 2차 코일을 통해 전압과 위상이 변 형된 전기 에너지를 뽑아낼 수 있다. 트랜스의 원리란다. - 좀더 효과적으로 교류 에너지를 전달하려고 코일에 자성체를 넣는다

32 - 그냥 맨 공간에 코일을 감아도 자기장은 형성된다. 중간에 자성체를 넣으면 더 쎄게 에너지를 뽑아낼 수 있다. 그런데 이 자성체가... - 교류에 의한 자기장의 변화에 따라 좀더 빠르게 극성 변환이 잘되는 정도에 이 자성체의 특성을 결정한다. - 교류 전원의 변화 즉, 주파수에 빠르게 자기장 극성을 바꿔 줄수 있는지 자성체 마다 특성이 있을 것이다. - 툭하면 영구자석이 되버리는 그냥 쇠못은 빠르게 극성을 바꾸는 고주파에는 못쓰 겠다. - 어쨌든 투자율이란 자기장이 형성되고 그 안에 놓인 자성체가 얼마나 잘 자석처 럼 변화하는지 특성치를 나타낸 말이 아닐까? 나무의 투자율은, , 알루 미늄은 , 니켈은 50, 쇠는 300, 트랜스용 페라이트는 1000 이라고 함. 토로이드 코어를 제작할 때 사용되는 물질에 따라 T 혹은 FT 형으로 나눈다고 한 다. - T형의 재료는 파우더 아이언(Powder Iron, 철가루?), FT 형은 니켈-아연 혹은 마그네슘-아연 합금으로 만든 페라이트 - T 형은 발진회로용 코일(1차만 감긴)로 쓰고, FT 형은 자속력이 높아서 1-2차 감 는 트랜스용 참고: 1. TOROID : FT,T &BALUN, toroid_datasheet.pdf FT, T 형 토로이덜 코어의 특성을 설명하고 있음 2. Winding and Using Toroid, Winding and Using Toroids.pdf 토로이덜 코어로 코일 만드는데 떨거없다... 로 시작하여 막대 코어보다 토로이 덜 코어를 쓰는 좋은점, 토로이덜 코어 잘 감는 방법, 코일과 동조 주파수 측정, 코일 설계 등등 Baluns- what they do and how they to it(current &Voltage B.pdf 4. Toroid Core Info 5. Toroid Calculator Software toroidsa.zip 토로이드 코어에 코일을 감으려면 적당한 크기의 전선을 잘라야 하는데... 대 략 얼마면 될까?

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34 Ⅲ. 안테나 매칭 부메랑이 되돌아오는 원리를 수학적으로 표현하여 '부메랑이론'을 만들어 놓는다 면 그걸 보고 부메랑을 제대로 이해할 수 있는 사람이 얼마나 될 것이며 그 이론에 근거해 더 잘 나르는 부메랑을 만들 수 있을까요? 과거 호주의 원주민들은 수학적 이해 없어도 부메랑을 만들어 사용했습니다. 부메 랑이 날기 위한 각종 이론을 오랫동안 공부 하는 것 보다 즉시 나무 깍아서 던져보 고 돌아오지 않으면 다시 깍아 던저 보고 몇 번 하면 부메랑을 어렵지 않게 만들 수 있습니다. 취미 생활로 부메랑을 잘 던지는 것이 목적이라면 부메랑 잡는 법 던지는 각도 바람방향 등 몇 가지 주의사항만 공부 하면 됩니다. 이해하기 어려운 운동역학 유 체역학 같은 심도 있는 공부 때문에 부메랑 던지기에 스트레스 받을 필요 없습니 다. 그리고 각종 공학적 이론이 들어있는 '부메랑이론'을 100% 이해했다고 해도 만 들고 던지고 받기를 잘 할 수 있는 것도 아닙니다. 그렇다고 이론 공부를 배척할 필요는 없습니다. 이론 공부가 재미있다면 그 자체가 취미가 될수도 있으니까요. 마찬가지로 안테나 또한 간단한 최소한의 이론만 알고 있으면 만들고 즐기기에 충 분 합니다. 안테나 공학 책을 보면 온통 알 수 없는 수식으로 가득 차 있습니다. 큰 맘먹고 책을 폈는데 안테나 공부를 시작하기도 전에 포기 하게 만들어 버립니 다. 그렇다고 최소한의 원리와 이론도 모르고 무작정 만들어 보기만 한다면 무척 피곤할 것입니다. 안테나를 재미있게 다루기 위해서 필요한 아주 유용하고 기본적인 이론과 원리에 대해서 다함께 같이 공부하며 이번 제작기의 목표인 와이어 안테나용 오토튜너 제 작을 해보도록 하겠습니다. 우선... 최종 목표인 오토튜너의 크기는 어른주먹 두개 정도 크기, 사용주파수 3.5MHz ~ 30Mhz, QRP용으로 입력전력 10W급, 배터리 내장 독립동작, 래치릴레이 사용 등입니다. 사용 방법은 스타트 버튼을 한번 누르고 적절한 곳에 매달아 놓고 송신키를 누르 면 튜닝이 되고, 끝나면 내부 전원을 스스로 꺼버립니다. 래치 릴레이를 사용 하므 로 전원이 꺼져도 튜닝 상태가 유지 됩니다. 설치되는 형태는 제프안테나처럼 하면 되고, 제프안테나와 다른 점은 반드시 접지를 시켜야 됩니다. 오토튜너를 만들기로 했으니 튜너의 원리를 알아보기에 앞서서 먼저 안테나의 정체부터 파악해야 되겠 죠? 지금부터 설명하는 내용들은 '옴의법칙' 수준을 크게 넘어가지 않으니 가벼운 마 음으로 내용을 읽어 보시기 바랍니다. 먼저 안테나의 등가회로를 살펴볼 필요가 있 습니다. 안테나의 형태가 무수히 많아서 어떻게 이놈을 이해해야 할지 난감 하지만 가만히 따지고 보면 어떤 안테나 던지 결국 이런 구조를 가지고 있습니다

35 위의 그림에 보이듯이 안테나는 저항, 코일, 콘덴서로 구성되어 있습니다. 이미 다 아는 사실이죠? 그래서 안테나 급전점 임피던스를 결정하는 대표적 요소는 안테 나 재질의 저항, 리액턴스, 방사저항 이렇게 3가지입니다. 안테나 도선의 저항은 아주 낮으니 특수한 경우가 아니라면 앞으로 무시 하도록 하겠습니다. 사실은 이 외에도 안테나 특성에 영향을 끼치는 요소는 더 있습니다. 지향성(위상간섭), 파장 단축률, 안테나의 높이, 정수배로 공진된 길이, 자계형, 전계형 등 등이 있는데 앞 으로 연재할 내용에 모두 녹아 있으니 그냥 술술 읽다보면 어느새 모두 알게 됩니 다. 결국 안테나 등가회로에서 급전점 임피던스는 방사저항과 리액턴스가 결정하는데 이것을 간단히 나타내면 Z = R + jx 로 표시 합니다. R은 방사저항으로 안테나로 입력된 고주파 전력을 공간으로 전송 하므로 실제로 전력을 소비(전송)하는 역할을 합니다. jx는 저항이긴 한데 저항도 아니면서 전력을 소비하는 것 같은데 전력도 소비 하지 않는 아주 골치 아픈 놈입니다. 문제의 jx가 무엇인지 한번 살펴보겠습 니다. jx, 리액턴스라고 하는데 이해하기 쉽게 이름을 붙여 보자면 '무효저항' 정 도로 보면 될 것 같습니다. 리액턴스 소자로는 코일과 콘덴서가 있습니다. 전자 회 로에서 코일만 나오면 골치가 아프시죠? 저도 마찬가지 입니다. 특히 RF 회로에 나오는 코일은 도무지 이해하기 힘들어서 무섭기까지 합니다. 그나마 콘덴서는 자 주 보던 소자라 거부감이 좀 덜하긴 합니다. 왜 '무효저항'인지 한번 살펴봅시다. 심심하던 어느날 AC220V 전원으로 파워 LED를 한번 켜보기로 했습니다. LED의 정 격은 4V에 350mA 짜리입니다. 4V LED를 220V에 연결하면 과전압으로 망가지니까 적 절한 저항을 연결해야겠군요. 저항 구하는 방법은 R = V/I 이니까... LED에 4V가 필요하니 = 216V가 저항에 걸리게 되고, 저항과 LED는 직렬이 니까 전류는 동일하게 계산하면 되겠네요. 그러면 /0.35 = 옴으로 적 절한 저항이 구해집니다. AC 220V에 저항 617옴과 LED를 연결하면 정격대로 불을 밝힐 수 있습니다. 그런데 한 가지 문제가 있네요, LED는 잘 켜지는데 저항에서 열 이 너무 많이 납니다. 저항이 소비하는 전력을 한번 따져 보면 * 0.35 =

36 75.6W 무려 75.6W나 됩니다.!!! 고작 1.4W LED 하나 켜기 위해서 75.6W나 소비하 는 저항을 연결해야 한다니 도저히 저항으로는 안되겠고 그러면 트랜스를 써서 전 압을 낮추면 되겠네요. 다른 방법은 없을까요? 필요한 저항값 옴을 만족하는 코일과 콘덴서를 한번 사용해 보도록 하겠습 니다. 코일의 저항은 이고, 콘덴서의 저항은 라는 정도는 알고 있으니까 요. f는 60Hz 입니다. 2π*60*l = , = 를 만족하는 L 과 C를 구하면 됩니다. l =, c = l = 0.61H, c = = uF 코일 0.61H를 만들기는 좀 곤란 하지만 0.4uF 정도의 콘덴서는 쉽게 구할 수 있 으니 콘덴서로 한번 해보기로 했습니다. 결과는 아래와 같습니다. AC220V는 실효치를 나타내는 전압으로 DC220V와 소비 전력면에서 동일합니다. AC 에서는 LED가 전압 파형의 반주기에서만 동작 하지만 무시하도록 하겠습니다. 그림의 윗쪽은 DC220V에서 저항 옴과 파워 LED의 전력 소비를 보여주고 있 습니다. 아랫쪽 그림은 AC220V일때 리액턴스 저항 617옴인 콘덴서 4.296uF 일때의 전력 소비를 보여줍니다. DC의 경우이건 AC의 경우이건 전원 측에서는 분명히 220V에 350mA를 부하쪽으로

37 보냈습니다. 순수 저항인 옴과 파워 LED의 전체 소비전력은 77W로 나타납니 다. 리액턴스 소자인 4.296uF의 60Hz에서 옴의 저항과 파워 LED의 소비전력은 과연 77W가 되는것인가? 리액턴스 소자는 스스로 전력소비를 하지 않습니다. 여기 서 이상한 현상이 생기게 됩니다. 분명히 AC 전원측에서는 220V에 350mA를 흘려줬 으니 분명 77W를 전달했는데 소비하는 측에서는 파워 LED에서만 1.4W를 소비했고, 나머지 75.6W는 어디론가 사라져 버렸습니다. 도대체 리액턴스 소자에서는 무슨 일 이 벌어진 것일까요? 4.296uF의 콘덴서는 60Hz에서 옴의 저항 역할만 하고 그만큼 흡수했던 에너지를 다시 뱉아 냈는데 전원측에서는 뱉아낸 전력을 적절한 형태로 되 받아가지 못하는 현상이 생긴 것입니다. 결국 리액턴스 소자인 콘덴서는 해당 주파수에서 용량에 따른 저항 역할은 했지만 전력 소비를 하지는 않습니다. 그러므로 콘덴서에는 전력 소비를 하지 않으니 열이 발생하지는 않는군요. 파워 LED에 순수저항 옴을 연결했더니 열이 너무 심해서 사용이 곤란 했는 데 콘덴서를 사용해서 옴을 만드니 최소한 열은 발생하지 않습니다. 콘덴서 의 내압만 216V이상으로 해주면 잘 동작 합니다. 뭐... 열은 발생하지 않지만 전원 측에서 보기에 전체 소비전력은 저항 연결 일 때와 똑같습니다. 저항대신 콘덴서를 사용하면 최소한 발열에 대한 문제는 해결 되는군요. (리액턴스 소자의 직병렬 연 결은 그냥 더하는 것이 아니고 루트를 씌워서 각 임피던스에 제곱을 해서 구해야 정확한 값을 얻을 수 있습니다. 위의 예에서는 그냥 더하기를 해도 결과 값이 크게 차이 나지 않기 때문에 빠른 이해를 위해서 그냥 더했습니다.) 지금까지 생각해본 문제를 정리하면 이렇습니다. 리액턴스 소자를 저항으로 삼았 을 때 저항역할은 하지만 실제로 전력소비는 하지 않는다. 그렇다면 전원측에서 보 내준 전력과 실제로 소비한 전력과 리액턴스 때문에 소비하지 못한 사라진 전력의 관계는 어떻게 될까? 전원측에서 보내준 전체 전력을 '피상전력'이라고 표현합니다. 겉보기에 전체 회 로가 소비하는 것처럼 보이는 전력이니까 피상전력입니다. 파워 LED에서 소비한 실 제 전력을 '유효전력'이라고 표현합니다. 실제로 소비한 전력이므로 당연히 유효전 력 또는 실효전력 이라고 합니다. 리액턴스 소자에서 소비한 것처럼 보이는 전력을 '무효전력'이라고 합니다. 소비했지만 소비하지 않았으므로 무효전력 이라고 하지 요. 피상전력, 유효전력, 무효전력 많이 들어보셨죠? 전력전자를 공부하다보면 유효전 력을 구하라... 라는 경우를 볼 수 있습니다. 유효전력은 피상전력에서 무효전력 을 빼면 유효 전력이 되겠죠? 그러면 피상전력을 구하라 하면 무효전력 더하기 유 효전력 하면 됩니다. 무효전력을 구하라 라고 하면 피상전력에서 유효전력을 빼면 됩니다. 그렇다면 역률을 구하라 라고 한다면? 역률은 유효전력 나누기 피상전력 유효전력 입니다. 역률= 피상전력 리액턴스 성분이 없다면 피상전력 = 유효전력 이니까 역율은 '1'이 됩니다. 피상 전력 1 에서 무효전력이 0.5라면 당연히 유효 전력도 0.5가 되니까 역률은 0.5/1 = 0.5 그래서 역율을 백분율로 나타내면 50%가 되는군요 알고 보니 무척 간단한 내

38 용입니다. 리액턴스 성분을 가진 부하는 무효전력이 발생하기 때문에 적절한 방법을 사용해 서 무효전력을 제로로 만들어 역율을 1에 가깝게 만들어야 됩니다. 예를 들면 선풍기의 경우 입력된 전력이 코일로된 전자석을 통해서 회전력으로 변 환 됩니다. 전력이 실제로 회전력으로 변환된 량이 실효전력이 되고, 전자석의 인 덕턴스(리액턴스)때문에 무효전력이 발생되고 이것을 상쇄시키기 위해서 코일의 성 질과 반대가 되는 콘덴서를 연결해서 인덕턴스를 제거합니다. 결국 선풍기 코일에서 나타나는 인덕턴스를 제거하기 위해 연결한 커패시턴스는 코일의 리액턴스를 상쇄시키기 위한목적이며 이를 가리켜 역율 개선 콘댄서라고 부 릅니다. 선풍기에서 나타난 인덕턴스가 +j200 이었다면 해당 주파수에서 -j200의 콘덴서를 붙여주면 리액턴스 제로가 되고 이것이 임피던스 매칭이며 회로의 '공진'이 됩니 다. 안테나 공부 한다고 해놓고 왜 갑자기 전력전자에 나오는 피상전력이니 역율이 니 하는 이야기를 들먹이냐고 하시는 분도 계실 겁니다. 안테나 급전점 매칭은 결 국 역율 개선하는 것과 동일합니다. 지난글의 내용을 요약하면 1) 리액턴스 소자는 스스로 전력소비를 하지 않는다(실제로는 누설전류, 등가저항 같은 것들 때문에 전력 소비를 합니다.) 2) 부하저항에 리액턴스 성분이 있으면 무효전력 때문에 전력 손실이 생긴다. 3) 리액턴스 소자로는 코일과 콘덴서가 있고, 서로 반대의 성질을 갖는다. 4) 코일과 콘덴서는 해당 주파수에서 리액턴스 크기가 같으면 서로 상쇄되어 순수 저항만 남는다. 리액턴스 소자인 콘덴서는 스스로 전력 소비를 하지 않는다고 했는데 그래도 잘 이해가 되지 않습니다. 이해를 위해 간단히 설명 하자면 uF 콘덴서에 10k 저항을 통해 5V 전압을 인가합니다. 이때 콘덴서의 전압은 0V에서 5V까지 RC 시정 수에 따라 증가 합니다. 시간이 충분히 지나고 나면 전원 전압과 콘덴서에 충전된 전압이 같아 져 더 이상 콘덴서의 전압 상승이 없습니다. 이것을 전류입장에서 바라보면, 콘덴서에 충전 중일 때는 회로 내에 전류가 흐르 지만 충전이 완료되어 콘덴서 단자 전압이 전원 전압과 같아지면 회로 내에 전류는 흐르지 않습니다. 당연 하겠죠? 그러면 전류가 가장 많이 흐르는 시점은? 처음 콘 덴서에 전압이 인가되는 순간입니다. 처음 콘덴서에 전압이 인가될 때 최대 전류가 흐르지만 콘덴서의 단자 전압은 거의 제로 상태 입니다. 충전이 끝나면 콘덴서의 전압은 최대인데 전류는 더 이상 흐르지 않아 전류 제로가 됩니다. 이번엔 콘덴서 가 만충전 되었을 때 5V 전원을 0V로 바꿔 줍니다. 그러면 5V로 충전된 콘덴서는 저항을 통해 0V로 전압이 낮아집니다. 충전 때와는 반대로 0V인 전원 쪽으로 저항 을 통해 방전해야 하므로 전류의 방향은 (-)성질을 갖게 되고 단자 전압이 0V에 이 르면 전류는 더 이상 흐르지 않습니다. 방전의 경우 단자 전압이 최대일 때 방전전

39 류는 (-)최대가 됩니다. 연속해서 5V --> 0V --> 5V --> 0V... 전환 시키면 저항 을 통해 콘덴서는 충반전을 반복 하게 되고, 콘덴서 입장에서는 단자 전압이 최대 일 때 흐르는 전류는 제로 또는 (-)최대, 단자전압이 제로 일 때는 전류가 최대로 되는 현상을 보이게 됩니다. 위의 내용을 시뮬레이션 해보면 이런 모양이 나옵니 다. 적색 파형은 콘덴서의 단자전압을 나타내고, 청색 파형은 회로에 흐 르는 전류를 나타냅니 다. 각각 최대 일때 상 대방은 제로가 되어버 리니 서로 곱하면 결과 는 제로가 되버립니다. 반복되는 파형 두 가지 의 성격이 서로간 최대 <-->최소, 최소<--> 최대 관계를 가지는 경 우는 사인과 코사인의 관계로 나타낼 수 있는 데 위의 회로에 정현파 전압을 입력해서 전압과 전류의 위상이 정말 사인곡선과 코사 인곡선 형태를 보여주는지 확인해 볼 필요가 있겠네요. 시뮬결과입니다. 적색 새로줄을 보 면 전압이 제로일 때 전류는 최대가 되고, 청색 새로줄 을 보면 전압이 최 대일때 전류는 제 로가 됩니다. 전압 과 전류의 위상을 서로 비교해 보면 정확히 90도 차이 를 보이고, 전압위 상을 기준으로 하 면 전류의 위상은 마치 90도 빠르거 나 270도 느린 것 으로 보입니다. 예전에 학교에서 '콘덴서는 전압보다 전류가 90도 빠르다, 전류가 빠르니 진상 부

40 하라 라고 한다. 그래서 코사인세타가 이러쿵 저러쿵' 하고 가르쳤고 그냥 그런 줄 알고 외우기만 했습니다. 그러다보니 어라? 전류가 90도 빠르다면 전압을 걸기도 전에 벌서 전류는 흐르고 있다는 말인가?...?? 하는 심각한 고민에 빠진 적이 있었 습니다. 어쨋거나 코일은 콘덴서와 반대의 성질이니 전류의 위상은 전압위상보다 90도 느리게 표시되거나 270도 앞서는 형태가 되겠군요. 지금까지 리액턴스 소자는 전력을 소비하면서도 소비하지 않는 이유에 대해 조금 알아 봤는데, 지금 필요한 것은 어떻게 하면 부하에 들어있는 리액턴스를 제거 할 수 있을까 하는 것입니다. 코일과 콘덴서의 리액턴스 구하는 방법은 잘 아시다시피 Xl =, Xc = 로 표시합니다. Xl = Xc의 경우 리액턴스는 상쇄되어 제로가 된다고 했는데 그렇다면 둘 중 하나 는 (-)값을 가지고 있어야 되겠군요. Xc에 (-)를 붙여서 이렇게 하기로 약속 했습 니다. Xl - Xc = 0 주파수 1MHz일때 Xl = 200 이고, Xc = 200 인 경우를 예로 해서 정말 리액턴스가 제로가 되는지 알아보겠습니다. 먼저 코일과 콘덴서의 값을 한번 구해보면 Xl : = 200 l = = uH Xc : = 200 c = c = = pF Xl = Xc 는 결국 리액턴스 제로가 되는 '공진' 상태이므로 uH 와 pF 의 값을 LC 공진주파수식에 넣으면 공진 주파수 1MHz가 나옵니다. = = Hz 계산할 때 뒷자리를 잘랐더니 오차가 2.784Hz가 생겼네요. 공진 주파수는 1MHz가 맞습니다. 1MHz에서 리액턴스 200인 코일과 콘덴서를 연결해서 리액턴스 제로가 되어 손실이 '0'이 되는지 마이크로캡으로 시뮬레이션 해보겠습니다. 회로결선은 아래와 같습니 다. 결과는 진짜로 1MHz에 공진되어 리액턴스 성분이 없어져 통과 손실이 제로가 되 었습니다

41 콘덴서 코일 손실 1MHz에서 멀어질수록 리액턴스 성분이 커져 통과손실 또한 커지는 것을 볼 수 있 습니다. 여기서 한 가지 중요한 것은 1MHz주파수를 기준으로 그래프의 좌측은 콘덴 서의 리액턴스 영향으로 나타나는 손실이고, 우측은 코일의 리액턴스 영향으로 나 타나는 손실입니다. 이번에는 공진회로 연결을 신호선과 접지 사이에 넣어 볼까 요? 멀쩡히 잘 지나가는 전송선로에 직렬 공진회로를 붙여서 접지시키면 공진 주파수 에서 임피던스는 제로가 되어 부하저항으로 전달이 안되겠군요. 시뮬 결과는 아래 와 같습니다

42 1MHz에서는 공진회로가 전송선을 단락 시켜 통과손실이 크게 발생하는 것을 보여 줍니다. 다음, 간단한 문제를 하나 풀어 보도록 하겠습니다 문제) 50옴 시스템에서 주파수 7.1MHz, 부하저항의 성질은 다음과 같다. 방사저항 50옴, 리액턴스 j300 부하저항에 최대전력 전달이 되도록 하시오. 풀이) 방사저항이 50옴이니 리액턴스만 제로로 만들면 최대전력 전달이 되겟군. 리 액턴스 -j300으로 (-)표시가 붙어있으니 분명히 콘덴서일꺼야, 콘덴서의 리액턴 스를 상쇄시키려면 코일을 연결하면 되겠지? 그리고 주파수가 7.1MHz이니 이 주 파수에서 +j300인 코일의 용량을 구해보면 = 2*π* *l l = 부하저항에 6.725uH 코일을 연결하면 되는군. l = = 6.725uH 어렵지 않게 문제를 풀 수가 있습니다. 그냥 똑같은 리액턴스 값으로 코일이나 콘덴서의 용량을 구하기만 하면 됩니다. 이제 1편으로 돌아가서 안테나의 등가회 로를 살펴 보도록 하겠습니다. 가. 안테나의 등가회로 안테나 등가회로에서 jx(ant)의 합성 용량은 코일이나 콘덴서 한가지로만 나타 납니다. 동시에 코일과 콘덴서의 성질이 나타나지는 않습니다. 이유는 당연히 성 질이 다른 코일, 콘덴서가 가지고 있던 리액턴스만큼 싸워서 상쇄된 후 좀 더 쎈 놈이 자신의 리액턴스를 남겨놓기 때문입니다

43 그러고 보면 안테나의 등가 회로는 결국 둘 중에 한 가지가 되는군요. 아래와 같습니다. 안테나의 종류는 코일성분이 들었 있는 유도성 안테나와 콘덴서 성분이 들어있는 용량성 안테 나로 구분 됩니다. 우리는 이미 코일과 콘덴서 의 리액턴스를 상쇄 시키는 방법을 알고 있기 때문에 안테나의 리액턴스 성격과 방사저항의 크기만 알면 어렵지 않게 임피던스 매칭을 시킬 수 있습니다. 저기 위의 문제처럼 친절하게도 누군가가 주파수와 방사저항, 리액 턴스를 알려 준다면 전혀 문제없이 임피던스 매 칭을 시킬 수 있습니다. 지금까지 학교에서도 그렇게 문제를 풀어 왔습니다. 하지만 이제는 조건을 정해서 문제를 내주는 사람이 없네요. 내가 만든 안테나 를 매칭 시키기 위해서 미스 매칭 된 급전점 임피던스를 정확히 알아내야 하는데 즉, 스스로 문제를 만들고 풀이를 해야 됩니다. 만들고 있는 안테나의 급전점 임 피던스가 어떻게 되는지 눈으로 보고는 알 수 가 없습니다. 경험이 많으면 어느 정도 짐작은 가능하겠군요. 정확한 값을 얻기 위해서는 임피던스메타나 벡터네트웍아날라이져를 동원해서 안테나의 성질을 알아내야 됩니다. 값비싼 계측기가 없는 경우는...? 고맙게도 안 테나 연구를 많이 한 사람들이 안테나핸드북 같은 책을 만들어 놨습니다. 안테나 의 형태, 파장별 급전점 임피던스 변화에 대한 내용으로 보기 좋게 도면을 만들어 놨습니다. 이런 그래프 입니다. '아마츄어의 안테나 설계'에 나오는 접지안테나의 파장별

44 급전점 임피던스를 나타낸 그래프입니다. 그래프를 슬쩍 보기만 해도 안테나의 길이가 0.25파장 보다 짧게 되면 용량성 리액 턴스가 증가하는 것을 알 수 있습니다. 안테나를 원래 길이보다 짧 게 만들려면 용량성 리액턴 스를 상쇄시키기 위해 유도성 리액턴스 소자인 코일을 연결 시켜 줘야 된다는 말이 됩니 다. 다음 편에서는 안테나핸드북 에 나오는 그래프들을 참고해 서 본격적으로 안테나의 특성 을 살펴보도록 하겠습니다. 백열전구 효율은 5% 정도 스피커의 효율 1% 정도 전열기의 효율은 99% 이상 정상적인 안테나의 전력변환 효율은 90%이상이 됩니다. 안테나의 VSWR이 1.5라면 복사 효율은 96%가 됩니다. 효율이란 입력 전력이 목적한 에너지 형태로 변환 되는 정 도를 표시하는 것인데 백열전 구의 경우 입력 전력의 5% 정도가 빛으로 변환되고 95%는 열로 소비됩니다. 스피커는 99% 코일의 운동 에너지 또는 열로 바뀌고 정 작 소리가 갖는 에너지는 1% 전열기는 거의 100% 입력 전력이 열로 바뀝니다. 대부 분의 에너지 변환 손실은 열 로 나타나기 때문에 발열을 목적으로 하는 전열기는 최대 효율을 갖게 됩니다. 1W의 전력으로 1초 동안 뭔가 일을 시키는 에너지를 1J(주울)라고 합니다. 물

45 그람의 온도를 1도 올리는데 필요한 열량이 1칼로리입니다. 1W의 전력을 1초간 사 용해서 물 1그람을 데우면 0.24도 만큼 온도가 오릅니다. 그래서 1J은 0.24 ( )칼로리입니다. 그러면 1칼로리는 4.16( )주울이 됩니다. 물 100그람을 10도 올리려면 1000칼로리가 필요 하겠지요?. 그러면 4160와트의 전력 을 1초 동안 사용하거나 416와트의 전력을 10초 동안 사용하거나, 41.6와트의 전 력을 100초 동안 사용 하면 물 100그람의 온도를 10도 올릴 수 있다는 말이 됩니 다. 100그람, 물 반컵의 온도를 10도 올리기 위해서 필요한 전력을 RF로 변환해서 CW 100와트 송신을 한다면 대략 2분 정도 송신 가능한 에너지가 되겠습니다. 밥 한공기의 열량이 300킬로칼로리입니다 칼로리죠. 그러면 밥 한공기 면 100와트 CW를 10시간 동안 전송할 때 소비하는 에너지와 대략 비슷한 양으로 볼 수 있습니다. 라면 한개 끓이려면 물 500그람을 25도에서 100도까지 올린 다음 라면과 스프 넣고 다시 3~4 분간 더 끓여야 되니까 여기에 사용되는 열에너지는 과연 몇 칼로 리 일까? 500*(100-25) = 37500cal, 여기서 더 끓인 시간과 면과 스프가 뺏아간 열, 공 기중으로 손실된 열 등을 추가하면 최소 칼로리 정도는 된다고 봐야겠군요 100킬로 칼로리면 100와트 CW를 3시간동안 연속 송신한 에너지와 비슷하네요. 음식의 칼로리 측정은 재미있게도 그 음식을 태워서 발생되는 열을 가지고 측정 합니다. 그러니까 불에 오래 잘 타는 음식은 칼로리가 높은 음식입니다. 그래서 칼로리를 '열량'이라고 합니다. 소금은 불에 타지 않으니 열량이 없고, 지방(기 름)은 불에 오래 잘 타니 열량이 높습니다. 설탕은 열량이 높아 많이 먹으면 살찐 다고 하는데 불에 잘 타는지 한번 태워 봐야겠습니다. 전력 효율 이야기 하다 잠깐 내용이 딴데로 흘렀네요. 안테나의 경우 도체저 항, 유전체 저항, 접지저항 등과 같은 손실을 적절히 제거해 주면 에너지 변환 효 율이 거의 100%가 됩니다. 그러고 보면 에너지 변환 장치 중에 가장 효율이 높은 것 중 하나가 안테나이군요. 여담으로 맑은 날 지면 1제곱 미터에 내리쬐는 태양광 에너지는 1.3kW 정도 됩 니다. 여기서 최근 태양전지의 효율이 20% 정도되니 1제곱 미터의 태양전지로 260W 발전이 가능하다는 예기가 됩니다. 태양은 스스로 핵융합 함으로 상상 할 수 없는 많은 에너지를 외부로 뿌려대고 있는 상황입니다. 그러다보니 지구상에서 인 공 태양을 만들려는 연구가 계속되고 있습니다. 깨끗하고 값싼 에너지를 무한정 뽑아내는 방법이기 때문입니다. 한국에서는 대전에서 '한국의 태양' KSTAR를 만들 기 위해 시험 연구 중이랍니다. 효율이 이렇게 좋은 안테나인데 왜 야기 안테나가 다이폴 안테나보다 성능이 좋 다고 할까요? 다이폴이나 야기나 에너지 변환 효율은 99%인데? 그 이유는 아시다 시피 지향성 때문입니다. 먼저 안테나의 '이득'에 대해 알아보겠습니다. 전력 변환 효율이 100%라고 가정하고 꼬마전구를 예를 들겠습니다. 어두운 방 한 가운데서 1W짜리 꼬마전구를 켜 놓으면 불빛이 사방으로 퍼져 나가서 방안의

46 밝기가 고르게 됩니다. 효율이 100%라고 가정했으니 사방으로 퍼져나간 빛의 총 량은 1W가 됩니다. 여기서 크기가 무진장하게 큰 평면 거울을 꼬마전구에 바짝 밀착 시키면 방안 의 절반은 거울에 빛이 가려져 깜깜해지고 반대편은 거울에 반사된 빛 때문에 밝 기가 2배가 되겠죠? 밝기가 두 배로 된 방의 반쪽에 꼬마전구의 빛 에너지가 몰려 있으니 마치 2W 전구를 켜놓은 것과 같은 밝기가 됩니다. 1W 꼬마전구로 2W의 밝기를 만들었으니 방의 밝은 쪽에서 보면 분명 2W짜리 전 구가 맞습니다. 이득이 2배가 된 것입니다. 전력 이득이 2배면 3dB, 4배면 6dB, 8 배면 9dB, 10배면 10dB, 100배면 20dB, 1000배면 30dB... 이렇게 됩니다. 그러면 1/2은 -3dB, 1/4은 -6dB, 1/8은 -9dB... 1/1000은 -30dB 전력의 2배는 3dB, 그리고 10배는 10dB, 100배는 20dB, 1000배는 30dB, 10000배 는 40dB... 이것만 외워 놓으시면 됩니다. 전력이 2배의 2배가 되면 4배 이므로 3dB + 3dB = 6dB, 그래서 4배는 6dB, 2x2x2는 8배 3dB+3dB+3dB=9dB 8배는 9dB 참 쉽죠? 전력이 200배면? 100배의 2배가 되니까 20dB + 3dB = 23dB가 됩니다. 17dB는 몇배 인가요? 100배인 20dB에서 -3dB가 되니까 100배의 절반이 되어 50배가 됩니 다. 같은 원리로, 7dB는? 10dB 에서 -3dB가 되니까 10배의 절반이 되어 5배가 됩 니다. 전력의 비율을 데시벨로 나타내면 처음엔 어려워 보이지만 익숙해지면 이만큼 편리한게 또 없습니다. 두 배는 3dB, 절반은 3dB 라는 것만 기억하면 나머지는 조금만 생각해보면 저 절로 해결 됩니다. 방의 절반은 밝기가 두 배가 되어 3dB의 이득을 가졌지만 나머지 반대쪽은 빛이 도달하지 못해 깜깜하겠죠? 꼬마전구의 밝기를 표시하는 방법으로 데시벨을 사용 하기로 했으니 db 단위에 특별한 부호를 붙여 보도록 하겠습니다. 맨 처음 불을 켰던 1W짜리 꼬마전구의 빛은 사방으로 퍼져 나갔습니다. 이것을 어려운 말로 '등방성 방사'라고 합니다. 쉬운말로 하면 방향에 무관하게 일정히 퍼진다는 말이지요. '등방성'을 영어로 'isotropec'라고 하는데 이니셜 i를 따와 서 등방성 방사를 0dBi라고 표시 합니다. 0dBi는 등방성 방사로서 이득이 제로라 는 의미가 됩니다. 무지하게 큰 거울로 한쪽 방향으로 반사 시켰을 때는 등방성일때 보다 이득이 3dB 높아졌으니 이때를 3dBi라고 표시하고, 등방성 일때의 밝기보다 2배 증가해다 는 당연한 의미가 됩니다. 이번에는 꼬마전구에 평면거울 대신 오목거울을 씌워보면 어떨까요? 오목거울 은 평면 거울과 달리 특정한 한쪽방향으로 빛을 모아 집중 시킵니다. 그러면 집중 된 곳은 아주 밝은 상태가 됩니다. 그대신 오목거울 뒷쪽의 대부분은 깜깜한 방이 됩니다. 오목거울로 빛을 한곳으로 모은다고 해서 꼬마전구의 전력이 올라간 것은 아닙 니다. 그냥 1W일 뿐입니다. 하지만 빛이 집중된 곳의 밝기는 마치 100W의 전구를

47 등방성으로 켰을 때와 같게 되었다고 보면 이때의 특정방향 이득은 20dBi가 됩니 다. 빛이 집중되어 얻어진 100배의 이득 20dBi를 조금 다르게 표현 할 수도 있습니 다. 이번에는 평면 거울일 때와 오목거울일때의 비율을 비교해서 이득을 표시하기 로 하면, 평면거울 일때 이득이 3dBi 였고, 오목거울 일때는 20dBi였으니까 평면 거울의 이득을 빼주고 나서 데시벨 단위에 'd'를 붙이기로 했습니다. 그러니까 평 면 거울 상태를 기준으로 하겠다는 말입니다. 결국 꼬마전구의 예에서는 3dBi = 0dBd 이므로 20dBi = 17dBd 가 됩니다. 20dBi 이면 등방성 전구 밝기보다 100배 밝기라는 말이 되고, 17dBd는 평면 거 울일 때보다 50배 밝기라는 말이 됩니다. 등방성 1W 전구 보다 100배 밝기는 평면 거울 2W일때 보다 50배 밝기가 되는 것은 당연합니다. 같은 원리로 안테나의 지향 성과 이득이 똑같이 설명 됩니다. 안테나는 어떤 종류든지 형태를 갖고 있습니 다. 대표적인 다이폴, 롱와이어, 가시뼈 모양 야기, 삼각 사각 원형 루프, 마름 모 롬빅... 등 등등 안테나가 형태를 가지면 도선에 흐르는 전류의 위치별 위상 간섭으로 꼬마전구에 거울을 가까이 하는 것처럼 지향성이 생깁니다. 만약 안테나 를 (.)점으로 표시한다면 형태가 없어지니 등방성 안테나가 됩니다. 안테나를 점 으로 표시해 등방성 안테나라고 가정하고 이때의 이득을 0dBi라고 표시 한다면, 형태를 가지는 쌍극 안테나(다이폴)의 경우 8자 지향성을 가지고, 최대 이득은 2.15dBi가 됩니다. (다이폴 안테나가 8자 지향성을 가지게 되는 원리는 참 간단한 데 글로 써서 설명하기는 너무 어렵네요 나중에 기회가 되면 안테나의 배열과 위 상간섭, 지향성에 대해 한번 이야기 하겠습니다.) 다이폴 안테나를 기준으로 하기로 했으니 dipole의 이니셜 'd'를 갖고 와서 다 이폴의 이득은 0dBd가 됩니다. 그러면 0dBd = 2.15dBi 라는 말이 되겠지요? dbd 와 dbi 사이에는 2.15dB의 차이가 있습니다. 안테나 메이커에서는 이득 표시 할때 i 와 d 를 쏙 빼고 표시하는 경우가 많습 니다. 대부분 dbi라고 보시면 됩니다. 우리 회사 안테나는 이득이 2.15dB나 된단 말이야! 하고 말한다면 그것은 다이폴 안테나와 이득이 같구나 라고 생각하시면 됩니다. 다이폴 안테나에 들어갈 발룬(balun)을 직접 만들기로 하고 자작에 돌입했다. 발룬이라는 게 일종의 변압기(유도기)이다보니 감는 권수와 전류와 전압의 상관 관계를 알면 얼추 이해가 쉬워진다. 처음에 발룬의 성질(기능)을 이해하기가 참 난해했는데 이제야 좀 감을 잡는 것 같다. 내 생각엔 발룬은 이런 것이다. 안테나의 엘리멘트(내 경우는 전선이지만...)와 동축케이블의 임피던스를 매칭 시키는 기능은 없지만 각 도선(여기서는 엘리멘트와 동축케이블)에 흐르는 전류가 일정하지 못하기 때문에 이것을 일정하게 만들어주고자 하는 것이다. 전류가 일정하지 못하는 이유는 송신출력을 안테나로 송출(주로 송신할 때 전류 가 - 사실 전파로 변해서 - 안테나를 타고 퍼져나가는 경우에 주로 작용하고 수신 시는 큰 문제가 없다.)하는데 동축 케이블과 안테나의 재질에 따른 고유한 특징

48 때문이다. 안테나는 엘리멘트(전선)이라는 소재의 특징이 일정한 부품(평형특성을 가짐)으 로 이루어져있지만, 동축케이블은 그 구조상 소재가 두 가닥이 다르다. 케이블의 속(내측)은 단선형 동선이 들어있고 쉴드(shield)는 절연재로 절연되어 있고 외측 은 망사형 철심으로 이루어져있어서 두 가닥의 도선이 서로 재질이 불일치하는 탓 에 고유특성의(고유저항 값에 따른 전류 등등) 불평형을 발생하도록 구조적으로 만들어져 있기 때문이다. (TV유선케이블과 같은 거라보면 된다.) 그럼에도 불구하고 케이블을 사용하는 것은 220V 단상용 전선을 사용하는 것 보 다는 훨씬 더 견고하고 사용하기에 좋기 때문에 이걸 사용한다. (다른 설명서나 자료에 의하면 동축케이블은 고주파 신호의 경우 전계와 자계(줄여서 전자계)의 교번이 클 수록 케이블 내부로 전자계가 예속되는 성질이 강하다고 한다. 다시 말 해 고주파라고 하면 발생된 전자계가 주변의 다른 금속성 성질을 띤 도선이나 신 호선에 노이즈 형태로 영향을 주는데 동축케이블은 주파수가 높아질 수록 케이블 내부로 전자계가 도리어 집중되어 외부의 누설되거나 신호에 영향을 주지 않는데 그 이유는 케이블에 있는 절연체가 차단해주는 기능을 하기 때문이란다. 그래서 고주파 전송용 도선 및 선로로 사용한단다.) 따라서, 동축케이블과 안테나를 연결하게 되면 송신기에서 송신 전류를 보내면 동축케이블을 통해 흘러간 전류가 안테나 엘리멘트(전선)까지 전달되는데 아시다 시피 다이폴 안테나는 생김새가 좌우 대칭을 이루고 전선으로 전류가 흘러 전파가 퍼져나가야 하는데 동축케이블을 거쳐온 전류가 서로 다르게 각각 엘레멘트로 오 다보니 전파의 방사에 불평형이 생긴다. 따라서 안테나 엘레멘트로 전달되어야 할 전류의 일부가 방사되지 못하고 송신 기로 되돌아오게되는데 이를 누설전류(비방사 정체전류)라 하며 결국 무전기에 기 능을 저하시키는 요인으로 작용한다. 발룬이 필요한 이유는 서두에 이야기한 것 처럼 코일의 유도기 기능을 이용하여 전류의 불평형을 잡는데 (누설전류가 생기지 않도록 안테나 엘리멘트 양단으로 보 내는 전류의 비를 동일하게 1:1에 가깝게 만드는데) 사용하는 것이다. 발룬의 트로이달 코어에 권선을 감으면 자속과 전류의 유기기전력으로 인해 반 대측(보통 2차측)의 전류와 전압이 처음의(1차측) 값과 다르게 변화하는데 그 이 유는 권선의 양을 달리(2차측의 권선 수를 올리다면)하면 전압은 강해지고 전류는 작아지기 때문이다. 그래서 발룬의 종류를 나눌 때 전압발룬과 전류발룬으로 나누는 이유도 권선을 어떻게 감는가에 따라 전류의 비를 바꿀 것인가 전압의 비를 바꿀 것인가로 결정 될 수 밖에 없기 때문이다. 발룬에 사용되는 페라이트 트로이달 코어는 재질 자체가 투자율을 좋게하도록 제작된 소자용 소재이다. 페라이트 코어는 혼합물로 되어있다. 산화철,산화니켈 등등 자성체를 만들기 좋은 재료로 만들어진 자심(자석의 속) 으로 이용된다. 이 코어에 에나멜선(전선)을 감으면 전류가 흐르는 방향에 직각방향으로 자계

49 (자장)가 형성되는데 - 이걸, 암페어의 오른나사의 법칙이라고 한다 - 코일에 에 나멜선이 감기다보니 자속이 형성되는 방향이 둥근 도넛 모양의 코어를 따라 원형 으로 만들어지게 되어 결국 전자유도(감긴 에나멜선(1차)에 자계가 코어에서 자속 을 크게 만들어 다른 에나멜선(2차 권선)에 유기기전력을 일으킴) 형태로 되다보 니 변압기와 같은 유도기의 성능을 발휘하게 만들어진다. 결국 자심으로 사용되는 코어에서 필요한 요건은 얼마나 물질(재료)에서 전자장 (자계)을 쉽게 얻을 수 있는가에 관심이 집중되어(쉽게 말해서 자석처럼 빨리 자 장을 만들어 가질 수 있는 능력을 부여해 줄 것인가 하는데 대한 관심) 투자율이 란 용어로서 사용되어 다음과 같은 식이 나오게 된다. 자속밀도 투자율(U) = 자기장의 세기 자기장 자속의 밀도 면적 자속밀도(B) = 자기장 = 자장 = 자력선(Wb ; 웨버 또는 Φ ; 우리말로는 '자속 ','자기력선' 자기력선의 총량(수)을 자속이라함 ) / 면적(S). 단위[Wb/m2] 즉, 단위 면적당 자속의 수, 다른 말로 테슬라 [T]라고도 함. 자속( Φ ) = 자속밀도(B) * 면적(S) 결론적으로 말해, 트로이달 코어는 이러한 혼합물로서 투자율이 높도록 만들어진 소자의 재료인 샘이다. 다. 목적을 이루기에 적합한 물질들의 따라서 발룬이 변압기나 유도기(트랜스) 기능이라고 표현한 이유가 여기에 있 변압기나 유도기에서 나타나는 권수비, 전압비,전류비 등에 대한 성질을 이해한 다면 안테나로 전달되지 못하는 누설전류가 발생되지 않을 방법으로 무슨 방식을 선택하면 되는지에 대해 곰곰이 생각해보면 앞에 이야기한 두 가지(전압비, 전류 비)로서 결정할 수 밖에 없음을 알게된다. 어떤 방법으로 사용하든 간에 결국은 전류값을 변화시키는 효과를 내는 것으로 평형(안테나 엘리멘트)상태인 부분과 불평형(동축케이블)상태인 부분을 평형상태 (전류불평형 해소 즉 누설전류 발생을 없애는 상태)로 만들어주면 되기 때문이다. 고로, 전압발룬과 전류발룬은 각각의 장단점을 가지고 있는데 그 세세한 사항까 지 고려할 필요없이 난 전압발룬에 동축케이블을 PVC 파이프에 감아서 인덕턴스값 을 올려서 사용하는 초크발룬을 직렬로 만들어 사용하고자 한다. 현재, 내가 만드는 발룬은 1:1전압 발룬이다. 권선을 두 가닥으로 감느냐 세 가닥으로 감느냐로 나누는 이유도 전압발룬으로 할 것인가 전류 발룬으로 할 것인가를 본인이 원하는 대로 따져서 권선량을 결정 할 수 있기 때문이다. 발룬이 잘 동작하기 위해서는 여러 가지를 따져야 한다. 일단, 송신출력을 얼마로 할 것인가. 그럼 발룬에 필요한 용량(페라이트 트로이 달 코어)은 얼마로 할 것인가 그럼 에나멜선은 얼마로 할 것인가. 등등을 본인이 고려해서 생각하면 된다. 정답이 뭐 따로 있는 것도 아니다. 현재 진행하는 발룬은 페라이트 트로이달 코어(FT240-43)에 에나멜선 2mm직경 및 3가닥으로 8회 감은 것으로 만들었다. 처음 최대출력을 kw급으로 만들고자 맘 먹고 1:1전류 발룬으로 2.5mm에나멜선에 2가닥으로 12회 감을라 했으나 전혀 감을

50 수없는 탓에 결국 3가닥 8회로 전압발룬을 만들기로 했다. 만들어 놓은 사진을 올린다. 동작이나 잘 되는지 측정을 해보면 좋겠는데 정작 측정장비가 없어서 어쩔 수 없이 그냥 잘 되길 바라며 계속 작업을 진행하고 있 다. 나. 백과사전에서 말하는 임피던스 매칭, 임피던스 정합. 전원과 부하 또는 2개의 회로를 접속할 경우, 반사 손실이 없도록 양자의 임피 던스를 같게 하는 것. 예를 들면, 그림 (a)에서와 같은 회로의 내부 임피던스가 Z1(=R1+jX1)이고 기전력이 E인 전원을 부하 임피던스 Z2(=R2+jX2)에 연결하 였을 때 R1=R2, X1=-X2의 공액관계에 있는 경우를 말한다.(순저항만 남게 되는 경우임) 이때 부하에 최대 전력을 공급할 수 있다. 또 그림 (b)와 같은 결합 회로의 경우는 변압기의 권선비 n= N2/N1= 일 때 양자의 임피던스가 정합된다. (주로 안테 나의 경우 바룬이 권선비를 이용 해 전압비를 달리하여 임피던스 매칭에 해당된다.) 1) [정의] 임피던스 매칭 - 공급측(전원, 신호원, 무전기, 고주파발진기 등)이 가지고 있 는 고유한 내부 저항치(정확히는 자체 임피던스)와 소모 측(부하, 안테나, 부하 임피던스 등의 소비대상)의 부하 저항치(정확히는 부하 임피던스)를 서로 같도록 인위적으로 매칭(조치)하는 행위로서 공급측이 소모 측으로 최대의 전력(W)이 전 달되도록 임피던스를 강제로 동일하게 인식하도록 착각시키는 행위이다. 이때 동일하게 착각하도록 인식시키는데 필요한 방법으로는 바룬(Balun, 발룬, 밸런... 같은 말임)이 필요하며 그 두 대상 사이에 넣어서 상호간의 완충지대를 둠으로써 원활하게 그리고 최대로 전력이 전달시키는 용도로 이용된다. 좀 쉽게 이해하자면 교류성분에서 순저항 레지스턴스와 방향성을 갖는 저항치 리액턴스의 합이 임피던스인데 이 중에 레지스턴스만 남기고 리액턴스를 상쇄시켜 버려서 회로에는 순수 저항(R)만 가진 상태로 만드는 방법이다. 라고 생각하면 거 의 맞다. 리액턴스를 상쇄시키는 방법은 결국 R-L-C 회로를 생각해보면 L과 C가 값은 값 을 갖게 하면 되는 것이다. 이 두 성분이 같은 값을 갖게된다. 라는 것은 방향성

51 이 갖는 성분이 서로 각각의 방향(180도 반대 방향)으로 힘을 작용하려다 결국은 0이 되는 이치이다. 주파수를 가지고 있는 교류성분 즉, 교류전원이나 고주파(전파) 전류, 주파수 발생기 등은 모두 이러한 방법으로 임피던스 매칭을 시킬 수 있는 소스들 이다. 왜냐하면 L과 C를 같게 하는 행위가 그 유명한 공진(resonance)이기 때문이다. 그 래서 공진주파수를 찾아내면 그 지점이 바로 L과 C가 같은 값이 되는 지점이며 임 피던스 매칭이 되는 주파수 값이기 때문이다. 임피던스 매칭이 된다면 반사전력이 없이 모두 소모하므로 전파의 경우는 정재 파비(SWR)가 1:1된다. 안테나에서 SWR를 최소화하는 이유가 여기에 있다. 쫌 유식하게 적자면 (루트 송신출력 + 루트 반사출력) / (루트 송신출력 - 루트 반사출력)의 식이 성립되는 데 여기서 반사출력이 0이기 때문에 정재파비는 1/1 즉, 1:1이 되어 이상적인 전 력전달이 되는 것이다. SWR = 송신출력 반사출력 송신출력 반사출력 예를 들어보자면... 무전기는 내부 임피던스가 50옴으로 생산된다. 동축케이블 역시 제조 당시부터 50옴용으로 생산된다. 하지만... 안테나는 50옴인지 얼마인지 전혀 알 수 없는 값으로 만들어진다. 물론, 공장에서 기성품으로 만들어 파는 안테나는 당연히 50 옴에 근사하도록 생산되어진다. 하지만, 현실은 안테나에 있는 것이 아니라 안테 나를 설치하는 과정이나 전파환경이 절대 50옴이 되도록 두지 않는다. 과연 안테나라는 것이 뭔가라는 의문부터 가지고 접근하면 이해가 빨라지지 않 을까 싶다만... 안테나는 일종의 확장된 도선이다. 그냥 선이다. 재질도 역시 금 속성이며 전파를 보내야 하니 전기적 특성이 우수해야함은 당연하다. 임피던스라 는 것이 교류에서 나타나는 전류의 흐름을 방해시키는 저항성분이니 안테나 역시 이 임피던스라는 놈에게 자유롭지 못하다. 왜 자유롭지 못하느냐... 임피던스라 는 정의부터 알고 나면 고개가 끄덕겨 진다. 임피던스는 도선이나 부하에서 순저 항 성분과 리엑턴스 성분이 합하여 만들어진 어떤 회로나 전기설비 등에 정량적으 로 표기되는 저항체의 단위이다. 당연히 안테나가 도선과 같은 류에 해당된다고 이미 말했으니 특히 교류성분의 전원이나 주파수 발생기의 소스로부터 임피던스에서 자유롭지 못한 태생적 한계가 있는 것이다. 게다가 도선은 코일의 특성- 전압보다 전류의 위상차가 90도 앞서는 것 - 이 더 많이 간직하고 있긴 해도 유도성 성분과 용량성 성분이 리엑턴스의 주 성분이니 최대전력전달을 하려면 이 리엑턴스 성분을 없애야 하는 과제를 안고 있 는 것이다. 그래서 최대전력 전달을 위해 안테나에서 공진점을 찾는 것이다. 갑자 기 안테나에서 공진점을 왜 찾느냐... 리엑턴스의 성분이 인턱터 즉 코일과 캐 패시터 즉 콘덴서의 양이기 때문에 이 두 성분이 같은 값을 가지는 순간 임피던스 는 순저항 성분만 가지게 된다. 왜냐 코일과 캐패시터는 방향성이 있는 벡터 성분 이라서 서로는 정확히 180도의 반대방향의 성질을 가지고 있기 때문에 두 성분의 값이 같으면 서로 상쇄되어 결국 0이 되기 때문이다. 이렇게 리엑턴스가 0이 되고

52 안테나의 순저항 성분만 남아있는 상태를 공진(레조넌스 ; 공명이라 하기도 하지 만...)이라 한다. 공진상태가 되면 말 그대로 저항만 남기 때문에 공급측 전력이 소모측으로 최대 로 전달되어 전력전달이 가장 좋은 상태가 되는 것이다. 안테나에서 공진점 즉 공 진주파수를 찾는 이유는 결국은 무전기에서 출력이 안테나를 통해 전파로 변해서 잘 나가게 하기 위한 목적이고 공진하는 주파수 영역이 알맞게 된다면 그 주파수 영역에서의 안테나를 최상으로 사용할 수 있는 것이다. 물론 안테나의 임피던스(여기선 공진을 하니 순저항값이)가 얼마인지 알아내진 않았지만 항상 그 값이 일정하지도 않다. 날씨의 영향도 받고 기후적 특성도 작용 한다. 다시 말해 50옴용 안테나라는 것이 존재하지 못한다라고 생각하면 가장 정 확할 것이다. 최대전력전달이란 전원측에서 부하측으로 외부 손실 없이 오로지 부하의 소모 용으로만 모든 전력이 쓰이게 하는 것이 최대전력전달이다. 안테나의 임피던스 매칭이 안테나 본연의 기능을 수행하도록 좌우시키는 중요인 자인 이유이다. 그래서 안테나를 자작하는 많은 아마추어무선사들이 공진점을 찾을려고 안테나 를 제단하고 야외나 장소를 옮겨 설치할라치면 안테나 아널라이저로 SRW값을 측정 하고 그 값이 1 :1.5 이내의 범위에 들어오도록 안테나의 높이, 길이나 방향을 잡 느랴 정신이 없는 걸 볼 수 있다. 이 또한 최적의 상태로 무선설비를 운용하려고 하는 눈물겨운 현장인 것이다. 여기서 최대 전력전달이 뭔가에 대해 곰곰히 생각해봐야 할 일이다. 가령, 무전기 의 임피던스가 50옴이면 안테나의 임피던스도 50옴이 되면 옴의 법칙에 따라 안테 나로 전달되는 전력은 최고값을 갖게된다. 50옴이 안되어도 소비되는 전력(여기선 무전기로부터 전달 받은 신호전력)이 낮게 되고 50옴이 초과되어도 역시 마찬가지 로 전력이 50옴 일때 보다 못하다. 이러한 사실관계 입증 부분의 계산적 검정은 여기서는 생략한다. 어차피 계산해 봐야 50옴일 때 부하에서 소비되는 전력이 최대가 나온다. 입증 예시를 따로 표기해야 믿겠지만 간단히 글로써 적자면 이렇다. 공급측의 전원이 100V이고 내부 임피던스가 50옴 일때 부하측의 임피던스가 50옴이 되면 소 비되는 전력은 50W가 된다. (거짓말 같으면 계산해보시길) 이때 흐르는 전류는 1A이므로 공급측 내부 임피던스 걸리는 전압이 50V가 되고 부하측 전압도 역시 50V가 인가된다. 따라서 보내는 공급측의 전력이 50W가 나오 고 받는 부하측도 역시 50W로 되어 최대전력전달이 이루어지는 샘이다. 하지만, 부하측 임피던스가 60옴이 되면 48.6W가 된다. 반대로 40옴이 되면 48.4W이 된다. 다시 말해서 양쪽의 임피던스가 각각 50옴으로 같으면 50W가 나오지만 같지 않 으면 그 보다 낮은 전력이 전달된다는 소리다. 임피던스 매칭이 최대 전력전달에 있는데 양쪽의 임피던스가 같지 않음으로 인 해서 최대전력전달 실패 뿐 아니라 무전설비의 경우에는 안테나로 송신출력이 나 가지 못하고 되돌아 오게되 어 양질의 전파송신 불량 뿐 아니라 무전기에 damage

53 를 야기하여 무전기 성능을 저하시키게 만든다. 이러한 문제를 개선하고자 나타난 것이 바룬이라는 것이다. 무전기에서 만든 출 력을 안테나로 최대출력으로 전달하기 위해 안테나가 가지고 있는 임피던스를 무 전기나 동축케이블이 가지고 있는 임피던스 50옴으로 강제로 맞춰주어야 하는데 그때 바룬이 강제로 매칭시는 기능을 한다는 것이다. (사실, 바룬 입장에서의 기능은 안테나 임피던스 매칭의 목적보다는 안테나를 통해 송출되어야 할 전력이 모두 나가지 못하고 반사되어 되돌아오는 즉, 반사전 력이 무전기로 되돌아 들어와 무전기에 영향을 주지 않도록 불평형인 동축케이블 에서의 누설전류를 억제시키는 기능이지만 전체적인 안테나, 동축케이블, 무전기 등의 설비를 묶어서 볼 때 바룬은 임피던스 매칭에 활용되는 중간자적 역할을 한 다.) 쉽게 말해서 무전기 임피던스가 50옴이고 안테나가 200옴 정도의 차이값을 가지고 있다고 한다면 무전기 입장에서는 송신할 때 송출될 전력이 잘 나가도록 안테나 임피던스가 50옴이 되어있길 바라고 안테나 입장에서는 전파를 받아들이 경우에 무전기의 저항이 200옴이 되어 있길 바라지만 실상은 상호간에 임피던스 격차가 존재하는 것은 현실이다. 이러한 괴리의 값을 특정 소자를 사용해 강제로 같은 것처럼 착각을 일으키게 조치해놓으면 무전기와 안테나의 양자간에 동작은 아주 최적화되어 동작된다는 소 리다. 이것이 임피던스 매칭이라 생각하면 거의 맞다. 그리고 이때 사용하는 대상 체가 바로 전압 바룬이라는 것이다. 상기의 무전기와 안테나를 예를 가지고 비교하여 설명하자면 무전기와 안테나는 임피던스의 비가 50옴 : 200옴 으로 약 1:4 비를 보인다. 이 비율은 임피던스비가 그렇다는 것이다. 이 임피던스비는 전압비로 나타내면 딱 제곱근의 값을 가진다. 1:4 는 : 과 같은 꼴인데 이때 1:2 비로 나타낸 것이 전압비인 것이다. 전압바룬이 등장한 이유는 이 전압비가 임피던스비를 결정짓는 방법으로 활용할 수 있다는 이유 때문이다. 다시 말해 전압비를 조절하면 절대 변할 수 없는 고정된 값으로 여겼던 임피던 스비를 실제 50옴 대 200옴인 상황에서 50옴(200옴) 대 50옴(200옴) 임피던스비를 갖는 것처럼 느끼게 만들어줄 수 있다는 것이다. 임피던스비를 알면 전압비로 환산하여 무전기와 안테나의 임피던스가 미스 매 칭되는 현재의 상황을 임피던스가 매칭이 된 것으로 착각을 일으키도록 조작할 수 있는 방법이 존재한다는 것과 같은 말이다. 1:4 바룬이라는 말은 임피던스비가 50옴 대 200옴인 것을 50옴 대 50옴 또는 200옴 대 200옴처럼 서로 동일시하게 인식시켜 버리는다는 조작질을 해놓은 바룬 이라 하겠다. 그럼, 어떻게 1:4 바룬이 만들어지느냐... 앞서 말한 전압비가 그 해결책이 다. 바룬에 사용되는 토로이달 코어는 일종의 전압트랜스 즉 변압기이다. 변압기 는 1차권선과 2차권선의 권선비 달리하면 전압비와 전류비가 달라져 버린다. 즉 전압비가 1:2 비를 갖도록 만들려면 1차 권선을 5바퀴 감고 2차 권선을 10바퀴 감 으면 바로 1:2 비율이 된다. 또는 1차를 10바퀴, 2차를 20바퀴 감아도 비율은 역 시 1:2 인 것이다. 이런 비율로 감은걸 1:2전압비 즉 1:4 바룬이 탄생하는 것이

54 다. 무전기와 안테나 사이에 1:4 바룬을 집어넣으면 임피던스 매칭은 성공한 것이라 고 이 선에서 생각을 접을 수도 있겠지만 가장 중요한 무전기로 반사되는 누설전 류를 차단할 수 있도록 조치가 완료되었다라고 생각하면 정답이다. 여기서 문제가 되는 것은 그럼... 안테나 임피던스는 어떻게 알아내느냐... 안테나 임피던스를 알아야 1:4 바룬을 만들든지 1:9 바룬을 만들든지 아니면 1:1 전압 바룬을 만들든지 할게 아닌가... 가장 중요한 안테나의 임피던스가 얼마냐 하는 걸 나도 모르겠다. 어떻게 찾 지?? 이건 휘트스톤 브릿지의 원리를 이용하면 알게 된다. 브릿지 회로에서 4개의 저 항을 연결하고 3개의 저항값을 알고 있을 때 나머지 하나인 저항 즉 미지저항을 찾는 방법은 간단하다. 휘트스톤 브릿지(Wheatstone Bridge) 회로를 찾아보시 길... 출처 : 2) SWR Meter 대충 도면을 훑어보니 원리는 동축케이블의 두 단자가 토로이달 코 어를 지나갈 때 유기되 는 기전력을 측정하고 유도기의 원리를 이용 해 변류기와 변성기를 조합해놓은 방법으로 여겨진다. 한 번 해볼 만도 한 내용이라 시간 나면 도전해보고 싶다. SWR Meter

55 [의문점] 현재, 내 안테나의 임피던스 값은 얼마인가? 그 값을 알고 싶 다...! 누가 가르쳐 줄 사람이 없나요...? 답 : 그건 아무도 알 수 없어요. 다만... 찾아 갈 순 있겠지요. 설명 : 임피던스 매칭을 한다고 말하는데 안테나의 임피던스가 얼마인지 알아야 매칭을 하지요. 듣고 보니 그도 그렇네요. 값도 모르는데 무슨 매칭을 한단 말 인지... 임피던스(Z)라는게 레지스턴스와 리엑턴스(인덕턴스 또는 케패시턴스)의 합이라 고 알고 있지요. 즉 Z = R + jx 입니다. 좀 유식하게 풀어서 적자면... Z = R + jx, Z = R +j(wl-1/wc)입니다. 중요한 것은 하나의 임피던스 값에 두 개의 성분(코일과 콘덴서)이 절대 공존하지 못한다라는 것입니다. 임피던스 값을 분해해서 보면 저항 + 리엑턴스인데 리엑턴스는 인덕턴스(코일)와 캐패시턴스(콘

56 덴서)로 분리되어 있습니다. 이 코일과 콘덴서는 성질이 서로 반대라서 두 성분이 같으면 0이 되지만 그렇지 못한 경우에는 코일성분만 있든지(이걸 유도성 리엑턴 스라 하지요) 아니면 콘덴서 성분(이건 용량성 리엑턴스라 하지요) 둘 중에 하나 만 존재할 밖에 없도록 되어 있습니다. 왜냐... 성질이 반대이기 때문에 같이 있 으면 그 둘이 합하여져 0이 되기 때문입니다. 이 0이 되는 상태를 공진이라고 하 지요. 여기서 또 중요한 건... w라고 하는 w는 각속도라고 해서 2πf 즉 원운동을 하 는 360도를 회전하여 제자리로 돌아오는 운동을 하는 2π 거리에 주파수라는 시간 당 횟수가 곱해진 것입니다. 그러고 보니 주파수 f는 코일(wL)이 되었든 콘덴서 (1/wC)가 되었든 둘 다 해당되는 군요. 여기서 중요한 사항이 나타나네요. 각속도에 포함된 주파수 f가 코일(인덕턴스)에서는 L값에 비례합니다. 그런데 콘덴서(케패시턴스)에서는 C값에 반비례합니다. 중요한 원리가 여기서 나오는 군요. 주파수가 증가하면 리엑턴스의 인수인 (L과 C가) 서로 상반되게 동작하여 코일 성분의 성질이 커가는 반면에 콘덴서 성질은 자꾸만 줄어져버리겠네요. 따라서 상 대적으로 높은 주파수에서 공진(wL = 1/wC)을 만들어내려면 어쩔 수 없이 사라져 가는 콘덴서의 값을 임의로 만들어줘야 하는군요. 즉 유도성 리액턴스로 변해간다 는 소리겠습니다. 그럼 어디서 전자소자인 콘덴서를 구해와서 하나 붙여주면 높은 주파수에서도 공진점 찾는데 수고를 덜 할 수 있겠군요. 반대로 주파수가 자꾸 낮아져가면 코일성분이 작아져 상대적으로 콘덴서의 값이 늘어나며 용량성 리액턴스가 되어 가겠군요. 이 또한 코일을 어디 구해서 부착하 면 공진을 만들어 줄 수 있겠네요. 이러한 원리로 나타난 것이 튜너(Tuner)입니다. 수동튜너이지요. 요새는 자동튜 너도 있으니 훨 편합니다만... 리그에 부착된 것도 있더라고요. 용량성 리엑턴스든 유도성 리엑턴스든 간에 얼마간의 값을 가지면 Z = R + jx 이니, 결국 임피던스(Z)의 값이 변하군요. 지금 내 안테나를 어느 주파수 밴드에 사용할지 결정을 안낸 상태에서 막연히 내 안테나의 임피던스값이 얼마지한다면 주파수를 모르니 임피던스를 알리 없겠군 요. 안테나 임피던스는 사용하고자 하는 영역의 주파수가 확정이 되고 그 용도에 맞게 안테나를 제작한 뒤에 - 보통 설치하고자 하는 안테나 유형을 결정하고 주파 수 대역과 송출전력을 생각하고 파장에 따라 안테나의 길이나 굵기나 결정이 되므 로 그 설계에 맞게 제작한 뒤에 - 공진점을 찾는 작업을 하면 되는 것이지요. 아 래에 보이는 회로가 휘트스톤 브릿지 회로인데 대충 결정된 주파수 대역용 안테나 를 가져다가 주파수를 위로 아래로 조금씩 변화시켜나가면 어느 특정 주파수에서 안테나의 임피던스가 50Ω에 이르는 상태가 나타날 겁니다. 즉 임피던스 매칭이 완벽하게 이루어지는 안테나의 임피던스가 50Ω을 갖는 그 곳이 공진점이 되겠지 요. 발룬도 필요없이 그냥 사용해도 되는 지점이라 하겠습니다. 1:1 전압바룬도 상관없지 않을까 싶네요. 휘트스톤 브릿지 회로가 아니라면 말이 달라지겠지만... 예를 들어 MFJ-259B

57 같은 장비를 사용해 리엑턴스가 0이 되는 지점을 찾으면 저항(R)값만 남고 그 값 이 공진주파수가 해당되는 곳의 임피던스라고 생각하면 된다. 3) [참고] 에 SWR Kit이 있다. 가) 안테나 아날라이져는 아래 첨부한 파일을 이용하여 SWR Kit을 제작한다. 나) Friquency Display kit을 제작하거나 구매하여 1.의 Tx 측에 연결한다. 다) Friquency Oscillator를 제작하여 2.에 연결한다. 4) [동작원리] 국일호 오엠께서 자작하신 analyzer 임다. 가) SWR Kit에 측정할 안테나를 연결한다. 나) 주파수 발생기를 동작시켜 주파수를 만들어내면 주파수 표시기에서 변화되 는 주파수값을 확인할 수 있다. 다) 휘트스톤 브리지는 브리지회로의 원리를 이용하여 미지저항을 찾아내는 방식 이다. 전파에 이용되는 주파수는 교류이며 리엑턴스 성분이 포함되지만 SWR 즉 임피던스 매칭을 시키는 경우는 교류든 직류든 미지저항이 50옴에 도달해야 공 진점을 찾을 수 있고 안테나로서 동작할 수 있다. 라) 송수신기와 동축케이블은 50옴이므로 안테나의 저항(임피던스)도 50옴에 이 르면 SWR Kit에 있는 LED 램프가 소등된다. 즉 공진점에 이르면 소등된다. 이 때는 순저항 성분만 존재한다. 5) 동조점 주파수표시기에서 이때의 주파수를 읽을 수 있다. [국외 자작 판매용 주파수 분석기] * 완성품에 대한 자세한 국외 판매 제품은 다음 주소를 참고하시길... 공진점에서 LED가 소등되는 SWR Kit LED SWR v3.pdf 4) 주파수표시기가 부착된 주파수 analyzer Deluxe_Tenna_Dipper_ pdf

58 라. HP8924C/안테나 아날라이져 구현(1) HP8924C에 내장된 IBASIC을 이용하면 기본적인 계측기 설정 이외 또 어떤일을 할 수 있을까? 곰곰히 생각해보다가 안테나 아날라이져를 HP8924C에 심어보고 십 은 생각이 떠올랐습니다. 우리 모두 가지고 싶던 그것. 중고 HP8924C 보다 엄청 비싼 바로 그것. 까짖거 한번 만들어 보는 겁니다. 먼저 도데체 안테나 아날라이 져라는 것이 뭔지 알아보죠. "안테나 아날라이져" "안테나 아날라이져"가 하는 일이 도데체 뭔지 보죠. 1) 안테나라고 하는 공진 회로의 공진 주파수 알아내기 2) 안테나라고 하는 공진 회로가 갖는 임피던스 알아내기 3) 안테나라고 하는 공진 회로와 50옴 임피던스를 갖는 고주파 신호원 사이의 매칭 정도 알아내기 안테나는 라디오 주파수대의 교류 신호를 전가기파 공간으로 방출해 내는 틀이 라고 하면 되겠죠. 라디오 전파 신호원에서 생성된 에너지를 전자기파 공간으로 보내려면 양쪽의 임피던스가 일치해야 합니다. 최대 전력 전달을 위한 기본 조건 이지요. 이에 대해서는 전자공작 카페의 안테나 자작 게시판, 김경원님의 글을 참 조하세요. 교류 신호를 다를 때 항상 나타나는 말이 "임피던스"라는 것이 있습니다. 임피 던스가 뭡니까? 한마디로 교류 신호원에 대한 저항 입니다. 그런데 일반적인 직류 에 대한 저항이라 하면 선로의 물질이 갖는 고유값 입니다만, 교류 신호의 저항은 콘덴서와 코일에 의해서 그 정도가 달라지고 교류의 주파수에 따라 달라집니다. 그래서 교류 신호원에 대한 전압과 전류의 비율이라는 뜻으로 임피던스 (impedance)라고 붙인 겁니다. 임피던스는 선로의 고유 저항, 레지스턴스 와 교류 신호에 의해 생겨난 리액턴스의 합 입니다. 리액턴스는 원래 존재하는 것이 아니 고 전압이 진동하는 형태의 신호가 전송 선로에 주어지면 갑자기 저항이 발생하는 겁니다. 그래서 보통 상수값 저항 대신 유도된 저항이라 해서 레지스턴스 (Resistance)에 대비된 용어로 리액턴스(Reactance)라고 부릅니다. 좀더 알고 싶 으면 아래 링크를 참조하세요. 저항. 인덕터 케피시티 전송 선로에 저항이 생기면 좋을 것이 없죠. 임피던스 중 고유 저항이야 어쩔 수 없다지만 리액턴스는 가능하면 존재하지 않길 바랄 겁니다. 코일과 콘덴서를 잘 조절해서 특정 주파수를 갖는 교류 신호의 전력이 전부 전자기 공간으로 퍼져 나가길 원한다면 안테나라는 공진회로에 리액턴스가 없어야 합니다. 리액턴스가 0 일때 공진되었다고 합니다. 안테나 아날라이져는 안테나가 갖는 임피던스를 레지 스턴스와 리액턴스로 분석해 줍니다. 참~~ 쉽죠? 이렇게 쉬운걸 알아낼려고 수 백 년동안 그렇게 많은 과학자들이 머리를 쥐어 뜯고 있었던 겁니다. 알고 나면 뭐든 쉽죠. 어쨌든 안테나 아날라이져라는 것을 들여다 봤더니 교류 신호원이 될 RF 제네레 이터와 안테나에 1:1로 물릴 50옴 저항이 그리고 교류 전압 측정기가 전부입니다

59 간략하게 구성을 보면 이렇습니다. 안테나가 교류 신호의 주파 수에 반응할 때 임피던스는 레지스턴스(R)과 리액턴스 (X)가 있습니다. 우리의 무 전기들이 보통 50옴 이니 그 정도 저항을 직렬로 달 아 줬습니다. 이제 세 곳의 전압을 재봅니다. 옴의 법 칙에 V=IR이라 했으니 전 압을 재고 전류를 알면 저 항값을 계산 할 수 있는 겁 니다. 그리고 안테나에 걸리는 교류전압을 잽니다. 만일 안테나 임피던스가 50옴 이라 면 V50 = Vout 이 될테죠. 50옴 저항을 빠져나온 전력이 모두 안테나로 전달 될 수 있는 조건이죠. 아주 이상적인 경우 입니다. 하지만 안테나의 임피던스가 50옴 이 아니라면 V50과 Vout이 차이가 날테고 그 차이는 안테나의 임피던스 값에 따라 분압되는 결과를 낳게 될 겁니다. 라디오 파처럼 높은 주파수의 교류 전압을 측정하려면 RF Probe 라는 아주 약간 의 도구가 필요합니다. 이것도 별거 아닙니다. 다이오드와 콘덴서로 된 정류 회로 입니다. 라디오의 경우 검파기라고 하지요. 아주 미약한 교류전압에도 잘 정류해 주는 저마늄 다이오드를 사용해야 합니다. 전압 측정 점에 정류회로를 각각 달아 보면 아래 처럼 됩니다. 이렇게 해놓고 보니 안테나 아날라이져 정말 별거 아니군요. 사실 계측기라는 것의 원리는 대부분 별거 아닙니다. 계측기로서 안정적인 동작과 정밀도를 유지하 는 일이 가장 큰 과제지요. 안테나 아날라이져의 최대 과제는 넓은 주파수 대역에 걸쳐 아주 안정적이면서 고른 출력을 내는 RF Generator를 만드는 것과 정밀하게 전압을 잴 수 있는 회로를 꾸미는 것입니다. 정말 말로는 쉽지만 실제로 하기 어 렵지요. 이 부분은 따로 전문가들이 있으니 그분들께 맞겨 두지요. HP8942C는 2~1000Mhz까지 아주 우수한 RF 신호 발생기를 내장 하고 있습니다. 베리굿 입니

60 다! 이제 전압을 측정 했으니 이 값을 가지고 안테나의 임피던스를 분석할 차례입 니다. 측정을 통해 Vin, V50, Vout 전압을 알고 있습니다. 그리고 교류 신호의 임 피던스 값은 Z = R + jx 라고 표현 합니다. 리액턴스 X 에 붙은 j는 많이 알면 골 치 아풉니다. 그냥 교류 때문에 발생한 것이고 매칭이 틀어지면 생겼다가 매칭이 맞게 되면 없어지기도 하는 요상한 것이라는 표시로 알아 둡시다. 정 알고 싶으면 한번 찾아보시든가... ^^ 그리고 안테나 내에서도 R과 X에 걸리는 전압 VR과 VX의 관계는 서로 직교 관계 에 있습니다. 이것도 더 알려고 하면 다칩니다. 그래도 혹시 누가 물어보면 교류 는 파형인데 그 파형은 원 주위를 회전하는 거시기에서 유래한 거고, 그 원의 궤적을 x, y 축으로 투영하면 sin 과 cos 이 나오고, ^^ 이 두개의 삼각함수는 서로 직 교관계에 있고... 불라불라~~ Vout을 반지름으 로 하는 원을 그리고 x 축을 좌표와 y 축 좌표에 대응하는 거야...라고 얼버무리십시요. 어쨌든 VR 과 는 직교 합니다. 그리고 그 대각선이 Vout 입니다. Vout이 빙글 빙글 돌아가는 것에 따라 Vr과 Vx 가 달라지죠? Vour의 값은 변화가 없는데 돌아가는 방향에 따라 Vr과 Vx 가 변합 니다. 이런 식으로 방향과 값의 변화를 화살표로 표시한 것을 벡터로 표현했다고 합니다. 얼버무릴 것은 대충 얼버무리고 넘어가죠. 찝찝하면 다른 쪽에서 감동을 받아보 죠. 처음 그림인 안테나와 아날라이져의 관계를 다시 살펴보겠습니다. 만일 X = 0 이면 안테나에는 R 만 존재합니다. 그 런 경우 순 저항성분의 안테나(Pure Resistive) 라고 합니다. 전압 관계는 Vin = V50 + VR 이고 교류 영향 성분이 없으니 그림으로 표현하면 이렇습니다. 이번에는 R = 0 이라고 하죠. 순전히 리액턴스만 존 재하는데 그중에는 코일 성분의 영향인지 컨덴서 성 분의 영향인지는 아직 모르겠네요. 안테나가 도선 늘어뜨린 것이니 코일 성분이 당연히 많겠죠. 벡터 그림으로 표 현하면 이렇습니다. 안테나의 임피던스를 맞추기 위해 코일도 넣고 콘덴서도 넣습 니다. 어떻게 얼마나 넣을 지는 스미스 차트를 보고 결정 하시죠. 스미스 차트 보 기는 역시 전자공작 카페의 안테나 자작 게시판에 김경원님의 아주 좋은 설명글이 있습니다. -

61 자 이제 전체 그림을 봅시다. RF 제네레이터에서 나온 전압과 선로에 직렬로 연결한 50옴의 전압, 그리고 안테 나의 전압의 관계를 벡터로 표현하면 이렇군요. 측정을 통해,, 를 알고 있습니다. 이로부터 와 을 알고 싶은 것이 우리의 목적이죠. 이쯤해서 2천년 쯤 전에 피타고라스님이 발견한 공식을 되살려봅시다. 직각 삼각형의 밑변과 수직변의 각각 제곱은 빗변의 제 곱과 같다. 위의 두 식에서 부분을 공통으로 취합니다., = 풀어보면 = 정리하면 = 결국 을 구했습니다. = 을 구했으니 는 쉽죠. 에서, = 안테나와 안테나 아날라이저 회로에 흐르는 전류는 I = 입니다. 자 이제, 과 I로 부터 레지스턴스와 리액턴스를 구하 는 방법은 회로해석의 종결자 옴의 법칙입니다. 측정과 게산은 이제 마이크로 프로세서에서 실시하면 되겠습 니다. 실제 VK5JST의 프로그램 소스를 보면 위와 똑같이 계산 합니다. 소스가 600줄 쯤 되는데 많은 부분이 에러처리와 글자 표시를 위한 부분이고 실 제 임피던스 계산은 몇 줄 안됩니다. 설명의 편이를 위해 프로그램 소스 파일을 줄번호를 붙여 pdf 만들었습니다. 위에서 설명한 임피던스 계산을 어떻게 했는지 핵심적인 계산 부분만 살펴보겠습니다. 5digbat.bas.pdf 이 프로그램은 마이크로 칩스(Microchips)의 PIC에 구현된 BASIC언어 환경에서 작성된 것 입니다. 실행은 첫줄 부터 시작합니다

62 #1: start #12: gosub init '초기화 (별 내용 없음) #15~57; battery: ' 배터리 체크하고 전압 측정 한 것 LCD에 표시 #61: main:' 프로그램이 본격적으로 시작되는 곳 자체기능 검사의 일환으로 내장된 RF 발생기의 주파수를 측정하고 보여줌 #134: imped: '임피던스 측정 부분 시작 - 마이크로프로세서에 내장된 ADC로 세 곳의 전압을 측정함 - 몇가지 에러 처리 부분이 있음 #160: square: ' 측정한 전압을 제곱 #161: let w2=b1*b1 'calculate b1 squared, #162: let w3=b2*b2 'calculate b2 squared, #163: let w4=b3*b3 'calculate b3 squared, #174: volts: ' 과 를 계산함 = - - #175: let w2=w2-w3-w4 #176: let w2= #177: let w2=w2/b2 'w2=v across unknown load resistance #178: let w5=w2*w2 = ( - #179: let w5=w4-w5 'w5= v squared across unknown load reactance #182: srqt: 의 제곱을 계산했으므로 이를 제곱근 구하는 계산 #183: let b0=b2... 제곱근 계산 부분 생략 값은 변수 w4 에 저장됨... 이어서 임피던스 X와 R을 계산하는 부분으로 이어짐 임피던스 계산 시 각 변수의 내용 b0 : 50옴 저항에 걸린 전압 의 측정값 w4 : Vx의 계산 값 w2 : Vr의 계산 값 #278: calcz: ' 리액턴스(X)와 레지스턴스(R) 계산 #279: let w4=w4*50 리액턴스(X) 계산: Rx = #280: let w4=w4/b0 'w4=unknown reactance in ohms 레지스턴스(R) 계산: Rr = (Vr * 50)/V50 #281: let w2=w2*50 #282: let w2=w2/b0 'w2=unknown resistance in ohms... - 계산값 확인, LCD에 표시, main 으로 반복

63 ... goto main 별거 아니라고 글쓰기 시작했더니 길어 졌습니다. 이글의 위치가 좀 맞지 않습 니다만, HP8924C를 손에 넣게 된 것이 계기가 되었으므로 그냥 올립니다. 참고 1. VK5JST의 아날라이져 페이 지 ) 참고 8924는 90년 중반 아날로그인 AMPS에서 CDMA로 넘어 갈때 국내에 등장했는데 당 시 가격이 6천만원 정도 했었습니다. 과도기적 장비라 아날로그 디지털 겸용으로 만들어졌고, 8924 직전까지 사용하던 것이 8920이었습니다. 8920은 아날로그 전용 이고, 8920에 들어있는 모든 기능은 8924에 고스란히 들어있고 동작 메뉴도 똑같 습니다. 하지만 지금은 8920은 150 ~ 200만원 정도하고 8924는 30~40만원선선으로 쉽게 구할 수 있습니다. 국내에서 볼 수 있는 HP에서나온 핸드폰 계측기의 족보는 HP8920, 8924, 순입니다. 불과 수 년전까지만 해도 8960의 경우 신품가가 1억원을 넘었었는데... 취미 제작용으로 사용 가능한 것은 당연히 HP8920 이나 8924를 사용합니다 와 8960은 디지털 전용 장비라 활용도가 많이 떨어집니다. 이천년도 중후반에 IS95 프로토콜의 단말기 생산이 중단되면서 생산 공장에 있 던 8924가 시중으로 흘러나오게 됐습니다. 생산라인에 있던 8924는 거의 몇 년 동 안 24시간 풀 가동 되었기 때문에 CRT는 거의 수명이 다한 상태이고 RF 입출력 기 능도 거의 골병이 들었을 가능성이 큽니다. 버튼은 글씨하나 지워진 곳 없이 깨끗한데 CRT가 흐리고 심하게 로그인자국이 있으면 생산라인에 있던 것이고, CRT는 멀쩡한데 특정 버튼(콜 버튼)이 닳아 있으 면 개발실이나 생산 기술쪽에서 사용하던 가능성이 큽니다. 생산라인에서는 GPIB 를 사용해 CAL과 Auto Test를 하고 개발실에서는 수동으로 버튼 눌러가며 측정을 하기 때문입니다. 국내에서 이만큼 핸드폰 생산을 하지 않았다면 지금 이렇게 고급 계측기를 값싸 게 구입할 수 없습니다. 취미용으로 하나 구입해 두면 아주 좋기는 한데 구입해놓 고 애물단지가 되는 경우가 많이 있지요. 제대로 사용하면 상상 이상으로 다양하 게 활용할 수 있으나 고급 기능을 다루려면 장비 다루는 법 이외에 측정법에 대한 배경 지식이 있어야 됩니다. 왜냐하면 대부분의 RF 장비가 그렇듯이 사용자에 따 라 다른 측정 결과가 나오는 경우가 많이 있습니다. MIC/ACC 단자에 전용 핸드셋(아마도 자작가능)을 달아서 8924를 FM 송수신기로

64 사용가능 하지만 수신감도가 그리 좋지는 않습니다. 100W급의 -20dB ATT를 하나 구해서 RF IN/OUT 단자에 달아두고 CONFIG 메뉴에 있는 입출력 옵셋을 맞춰놓으면 무전기 교정하고 수리하는 데는 8924 하나면 충분합니다. 특히 트레킹제네레이터와 스펙트럼아날라이져 기능을 사용해서 스칼라네트웍아 날라이져 처렴 사용할 수 있는데 다른 기능 다빼고 이것만 활용해도 8924는 최소 200만원의 가치는 있습니다. 국일호님이 제작해서 측정했던 것처럼 성능 좋은 V,UHF 방향성 결합기를 구해서 연결하고 입출력 옵셋을 정확히 맞춰두면 리턴로스 를 바로 읽을 수 있기 때문에 V,UHF용 필터나 안테나 제작하는 데는 아주 편리합 니다

65 Ⅳ. 제프안테나 오늘은 만들기 쉽고, 설치하기 쉽고, 성능도 괜찮은 제프안테나에 대한 동작 원리 를 살짝 살펴보도록 하겠습니다. 제프안테나는 한가닥 엘리멘트만 사용합니다. 통상적으로 롱 와이어 안테나 또는 외장형 오토 튜너를 사용한 와이어 안테나의 경우 급전점인 동축 케이블 종단의 외 피 부분이나 와이어 안테나가 연결된 외장형 오토튜너를 반드시 접지 시켜줘야 됩 니다. 접지와 동일한 효과로 방사형으로 전선을 바닥에 깔아서 카운터포이즈 방식 을 사용하기도 하지요. 이렇듯 와이어 안테나에는 접지가 필수조건입니다. 아니면 다이폴 안테나처럼 접 지부분 대신 1/4파장 엘리멘트로 대신하거나, 그런대 왜 제프 안테나는 접지를 시 키지도 않고 접지를 대신하는 엘리멘트도 없이 그냥 사용해도 동작 잘하고 VSWR도 잘 떨어지는 것인가? 번쯤 의문을 가져보지 않으셨는지요? 오늘 주절거리는 이 글을 모두 읽고 적당히 이해하는 정도가 된다면 어떤 주파수 어떤 매칭 형태의 제프 안테나라도 쉽게 만들 수 있는 실력이 생깁니다. 믿어 보십 시요. 그러면 제프 안테나를 이해하는데 필요한 기초부터 시작 하겠습니다. 기초의 내용은 1) 부하 임피던스와 최대 전력 전달의 관계. 2) 트랜스를 사용한 전압변환 방법. 3) 트랜스를 사용하지 않는 전압 변환 방법. 4) 안테나의 급전점 임피던스. 5) END FEED 안테나의 임피던스 매칭. 6) 제프 안테나 설계하기. 7) 제프 안테나 만들어 테스트. 가벼운 마음으로 차근차근 살펴 보겠습니다. 가. 부하 임피던스와 최대 전력 전달의 관계. 제목만 봐서는 상당히 어려운 내용이 아닐까 하고 걱정 되지만 전혀 문제없습니 다. 우리가 알고 있는 옴의 법칙만 알고 있으면 충분히 이해할 수 있는 정도의 난 이도라고 보시면 됩니다. 어떤 건전지의 단자 전압이 1.5V 이고, 건전지 내부 저항이 5옴 이라고 합니다. 여기서 전압이 1.5V인건 알겠는데 내부저항이 5옴이라는 것은 이해할 수 없다! 라 고 할 수 도 있습니다. 어떤 신호원 그러니까 건전지, 발전기, 태양전지, 시그널 제네레이터, 오디오 앰프 등등 전압 출력하는 신호원은 고유의 내부저항을 가지고 있습니다. 내부 저 항이 제로인 전원이 있다면 무한 에너지를 꺼낼 수 있다는 말이 됩니다. 가장 쉽게 이해하는 방법은... 전원 아답터 9V/300mA 짜리의 전압을 측정하니 15V로 측정 되었다. 이거 고장 아닐까? 그런데 30옴의 저항을 연결하니 전압은

66 9V로 떨어지고 전류는 300mA가 흐르더라... 이런 경우가 있을 것입니다. 이런 현상이 나타나는 이유가 바로 아답터의 내부저항 때문입니다. 그럼, 위의 아답타 내부저항을 구해봅시다. 아답타에 부하저항을 연결하지 않으면 전압은 15V, 부하저항 30옴을 연결하면 단자전압 9V, 이때 전류는 0.3A 30옴의 부하 저 항에 9V가 걸려 있으니 맨 처음 15V에서 9V를 뺀 6V의 전압은 어디로 갔을까요? 바로 아답타 내부에 들어있는 내부저항이 가져 갔습니다. 직렬 연결된 부하저항 30옴과 아답타 내부저항에 전체전압 15V가 분압 되어있으니 간단히 옴의 법칙을 동원해 내부저항 값을 구 할 수 있습니다. 내부저항에 6V전압이 걸리고 0.3A의 전 류가 흐르니 R = = 20Ω 살펴본바와 같이 9V 아답타의 정확한 정격은 내부저항 20Ω을 갖는 단자전압 15V의 전원 장치가 됩니다. (9V/300mA의 아답타는 다른 여러 가지 이유로 전압 변동량이 다를 수 있습니다. 그냥 예를 든 것일 뿐입니다.) 그림으로 보면 아래와 같습니다. 그림을 보니 쉽게 이해되시죠? 아답타의 내부 저항을 구했으니 내부 저항과 부 하저항의 관계에 대해 고민해 볼 필요가 있습니다. 부하저항 입장에서 볼 때 어떻 하면 전원부를 잘 구슬려서 전력을 최대로 빼낼 수 있을까 하는 문제입니다. 정답 은 내부저항과 부하저항의 값이 동일 할때 입니다. 그림으로 보면 금방 이해됩니 다

67 위의 그림을 보면 전원부의 내부저 항은 20옴이고 부하저항을 10옴, 20옴, 30옴으로 보면 부하저항에 걸리는 최대전력 은 20옴의 경우 입니다. 물론 부하저항에 전류가 가장 많이 흐르는 경우는 10옴일때이고, 전 압이 가장 높게 걸리는 경우는 30옴 일때 입니 다. 나. 트랜스를 사용한 전압변환 방법. 이제 최대 전력 전달의 임피던스 관계에 대해 이해 하셨으리라 생각 합니다. 직 류 전원을 예를 들어 설명 했는데, 교류도 마찬가지 입니다. 교류에서는 신호원의 내부저항과 부하저항의 임피던스가 다르더라도 서로 간 같은 것처럼 보이도록 서 로 간 속여 주기가 아주 쉽습니다. 무슨 말인고 하니 신호원과 부하저항의 임피던 스가 동일하지 않아도 적당한 방법을 사용해서 동일한 것으로 만들어주어 최대 전 력 전달 상태를 만들 수 있다는 말입니다. 쉬운 예를 들어 보겠습니다. 내부저항이 50옴인 AC100V 전원이 있습니다. 여기 에 200옴의 부하저항이 연결된다면 부하저항의 소비전력은 어떻게 될까요? AC100Vrms는 저항에 작용 할때 DC100V와 특성이 똑같습니다. 그래서 DC 전원으로 시뮬레이션 해도 결과는 같습니다. 계산하면 복잡하니 회로 시뮬레이션으로 쉽게 알아봅시다

68 부하저항의 소비전력이 32W로 나타나는군요. 그렇다면 내부저항 50옴을 가지는 100V 전원에서 최대한의 전력을 뽑아 오는 조건은... 당연히 부하저항이 50옴일 경우 입니다. 부하저항 50옴 일때 부하저항에 걸리는 전력을 시뮬레이션으로 쉽 게 알아봅시다. 결과는 50W 입니다. 그림을 보시면 100V 전원에 50옴 저항 두개 직렬 연결된 합 성저항 100옴으로 회로가 만들어져 1A의 전류가 흐르고 전압은 정확히 1:1로 분 압되어 50V로 각 저항에 걸립니다. 그렇게 되니 당연히 부하저항에는 50W의 전력 이 걸리게 되지요. 이 내용으로 눈치 챌 수 있는 것이 있는데, 바로 시그널 제네레이터의 출력 전 압입니다. 통상 RF 시그널 제네레이터의 출력임피던스(내부저항)은 50옴 입니다. 부하저항을 연결하지 않고 대충 1MHz 주파수에 출력레벨을 적당히 조절해 1V상태 로 만든 다음 부하저항 50옴을 연결하면 단자 전압은 정확히 0.5V로 떨어집니다. 만약 전압이 0.6V 또는 0.4V가 된다면 부하저항이 50옴이 아니라는 말이 되므로 이 전압 변화를 근거로 부하저항의 임피던스와 VSWR을 계산해 낼 수 있습니다. VSWR 구하는 방법은 다음 기회에 살펴보도록 하지요. 시그널제네레이터에 부하저 항을 연결하지 않고 측정하는 전압을 EMF 전압이라고 합니다. EMF는 electromotive force의 이니셜로 한국말로는 '단자전압'으로 표현할 수 있습니다. 정상 부하 상태의 전압과 EMF 전압은 2배의 차이가 나므로 EMF = 부하 전압 + 20Log2 가 되어 EMF 전압은 정상 부하때 보다 항상 6dB 높은 값을 가집니 다. 이야기가 딴데로 새고 있는데... 다시 돌아와서, 100V, 50옴 내부저항을 가지 는 신호원에 200옴의 부하저항을 연결하니 최대 전력 전달이 안됩니다. 그렇다고

69 신호원의 저항을 50옴에서 200옴으로 올릴 수도 없고, 그렇다면 신호원과 부하저 항의 임피던스는 그냥 두고 그 사이에 트랜스를 넣어서 서로 간 전압을 변화 시켜 주면 200옴에 50W를 전달 할 수 있게 됩니다. 200옴에 50W의 전력이 소비되려면 필요한 전압은? 50W = 이므로 V = 100이 되어 100V가 됩니다. 이미 전원 전 압이 100V 아님? 하고 의심할만 하지만 200옴 부하 상태의 전압이 80V 였으므로 이 80V가 100V가 되도록 만들어야 됩니다. 쉽게 생각하면, 신호원 측에서 보면 단 자 전압이 50V여야 최대 전력 전달 상태가 되고, 200옴 부하저항 입장에서는 단자 전압이 100V가 되어야 최대 전력 전달 조건을 만족 합니다. 그래서 신호원 50옴: 부하 200옴 일때 전압비 50V:100V라는 결론 나오므로 전압비 1:2의 승압 트랜스를 중간에 넣어주면 최대전력 전달을 만족합니다. 서로 간 임피던스가 다른 신호원과 부하저항 사이에 최대 전력 전달을 시키기 위해 트랜스를 넣어 전압비를 조정하는 것을 임피던스 '매칭'이라고 합니다. 위의 예에서 임피던스비 50옴:200옴 = 1:4 일때 전압비는 50V:100V = 1:2로 되 므로 전압비의 제곱은 임피던스비와 같다. 라는 결론에 도달합니다. 안테나용으로 밸런(바룬)을 만들때 보면 1:4 또는 1:9 밸런을 많이 사용합니 다. 이것을 임피던스로 보면 50:200, 50:450 이렇게 되지요. 만약 75옴 동축케 이블을 사용한다면 75:300 또는 75:675 가 되겠습니다. TV에 사용하는 75:300 옴 변환 아답타를 보면 내부에 안경코어로 만들어진 임피던스비 1:4 의 불평형 : 평 형 밸런이 들어있습니다. 그러면 임피던스비의 제곱근을 구하면 바로 전압비가 됩 니다. 임피던스비 1:4 --> 전압비 1:2 임피던스비 1:9 --> 전압비 1:3 간단합니 다. 트랜스의 전압비는 1차측과 2차측의 권선비와 동일합니다. 토로이달 코어를 사 용해 임피던스비 1:4의 매칭 트랜스를 만든다면, 먼저 전압비(권선비)를 구해야 하므로 임피던스비 1:4의 제곱근은 1:2가 되니까 권선비 또한 1:2가 되어 1차측에 5번 감았다면 2차측은 10번을 감으면 임피던스비 50:200의 트랜스를 만들 수 있습 니다. 트랜스는 교류에서만 사용하기 때문에 시뮬레이션으로 교류 해석하면 되는데 출력되는 그래프 설명하기가 너무 어려워서 그냥 DC 상태로 원리설명용으로 그려 봤습니다

70 권선비 1:2의 트랜스를 삽입해 200옴의 부하저항에 50W 전력이 소비 되도록 전 압을 2배로 올린, 즉 임피던스비를 1:4로 변환 시킨 내용입니다. 다. 트랜스를 사용하지 않는 전압 변환 방법입니다. 전편에서 신호원과 부하저항의 임피던스 매칭을 위해서 트랜스를 사용하는 방법 을 알아 봤습니다. 진공관 오디오 앰프의 구조를 보면 반드시 큼지막한 출력 트랜 스가 샤시에 자리잡고 있습니다. 오디오용 출력 트랜스에 보면 5k:8 또는 7k:8 이 런 식으로 스펙이 적혀있는 것을 볼 수 있습니다. 전편의 내용을 어느 정도 이해 했다면 이제는 오디오 출력 트랜스의 스펙이 눈에 쏙 들어올 겁니다. 신호원인 진 공관의 플레이트 임피던스와 부하저항인 스피커의 8옴을 서로 맞추기 위해 트랜스 를 사용해 임피던스 매칭을 시켜놓은 것입니다. 심심한데 전압비 계산을 한번 해볼까요? 5k: 8의 임피던스 비에서 제곱근을 구 하면 대략 = 25로 25 : 1이 나옵니다. 이 전압비는 진공관 플 레이트에서 스윙하는 전압폭과 스피커에 입력되는 전압폭의 비율입니다. 그러므로 8옴 스피커에서 1W 전력을 소비하고 있다고 보면 8옴 스피커에 걸리는 전압을 계 산해 봅시다. 1W = 이므로 V=2.828Vrms로 나타납니다. 8옴에 나타난 전압은 트랜스의 2차측 전압이므로 트랜스 1차측 전압은 2차 측의 25배 이 므로 * 25 = 70.71Vrms가 되는군요. 이때 '싱글 진공관 앰프'의 전원 전압 은 최소 얼마가 되어야 할까요? 또 계산 해보면, 트랜스 1차측의 전압이 70.71Vrms라고 했으니 실제로 트랜스 1차측에 걸리는 전압은 실효치를 Vp-p로 환 산해야 됩니다 * 2 * = 200V 1차측의 전압 스윙폭은 200Vp-p가 되므 로 동작에 대한 마진과 케소드에 필요한 전압 등을 감안해서 넉넉하게 50V 정도를 더 추가시키면 고작 1W 출력되는 진공관 앰프의 전원 전압은 최소 250V가 필요하 db 다는 결과가 나옵니다. 그리고 부하저항인 스피커에 적힌 정격을 보면 8옴 db 또는 8옴 W 이런 식으로 적혀있는데 같은 말입니다. 이 스펙은 스피커에 1W 전 력을 입력 했을 때 1미터 떨어진 곳에서 측정한 음압이 91dBspl 이라는 말입니 다. 바로 귀 옆에서 사람이 말하는 소리가 85dB정도이므로 계속해서 91dB의 소리 를 듣고 있으면 귀에 문제가 생길수도 있을 정도의 상당히 큰 소리입니다. 1W의 전력과 고음압의 스피커는 충분히 큰소리를 만들어 줍니다. 그래서 가정용 오디오 앰프는 10W 또는 크게는 30W 정도면 충분한 출력이라 볼 수 있습니다. 우리가 지금 공부하고 있는 임피던스 매칭과 오디오 앰프의 관계 중 아주 재미 있는 사실이 있습니다. 바로 오디오 앰프에서 중요한 성능의 지표로 삼고 있는 ' 댐핑팩터'인데, 메이커에서 말하기를 우리 앰프는 댐핑팩터가 200 이기 때문에 아 주 우수한 소리를 낸다! 하고 광고를 합니다. 과연 댐핑팩터가 200이나 되니 앰 프가 스피커를 가지고 노는 구만~ 하고 말하기도 합니다. 신호원인 오디오 앰프와 부하저항인 스피커의 관계에서 댐핑팩터란 바로 임피던스 비를 말합니다. 스피커

71 임피던스 임피던스를 앰프의 내부저항으로 나눈 값이 댐핑팩터 입니다. 내부저항 그러 면 댐핑팩터 200이란 의미를 살펴보면, 스피커 임피던스가 8옴이라고 가정하면 200 = X 이므로 X = 0.04옴 으로 계산 되는군요. 여기서 X는 오디오 앰프의 내 부 저항을 나타냅니다. 위의 계산 결과로 보면 댐핑팩터 200의 오디오 앰프에는 부하저항 0.04옴을 연결하면 최대 출력 상태가 됩니다만 하지만 무작정 앰프와 스 피커를 최대출력 상태로 해놓고 사용할 수는 없는 노릇이기 때문에 볼륨을 조절해 게인을 변화시키고, 앰프의 출력 임피던스가 입력되는 음악에 맞춰 가변되면 거기 에 따라 부하저항 8옴과 전압이 적절히 분압되어 리듬에 맞는 전력 소비를 가져서 리드미컬한 '소리'를 들을 수 있게 됩니다. 한 가지 명심해야 할 것은 모든 경우 가 최대전력전달 상태일수는 없다는 것입니다. 알고 보니 댐핑팩터란 것이 대단한 것도 아니란 것을 눈치챌 수 있습니다. 한번 따져 볼까요? 메이커에서 자랑하던 댐핑팩터 200의 고성능 앰프는 과연 이름값을 할 것인가? 위에서 댐핑팩터의 정 의는 부하저항을 신호원저항으로 나눈 값이라고 했습니다. 그렇다면 스피커 케이 블의 고유저항은 어디로 포함될까요? 또는 스피커 내부에 들어있는 무진장 긴 에 나멜선으로 만들어진 네트웍 코일의 저항은 신호원과 부하저항 둘 중에 어디에 포 함 될까요? 거기다 스피커의 음압 레벨을 맞추기 위해 수 옴의 와트급 저항을 직 렬로 넣는데 그러면 이 저항은 어디에 포함 될까요? 결론은 스피커 내부의 스피커알맹이에 붙은 입력 단자에서 신호원 측과 부하측 이 구분 됩니다. 실제로 부하저항은 소리를 만들어내는 '스피커 유닛'입니다. 거 기에 연결된 네트웍이나 기타 케이블, ATT 등은 신호원의 내부저항으로 보는 것이 당연 합니다. 스피커 케이블의 저항, 네트웍을 구성하는 에나멜선의 저항, 스피커 단자의 접 촉저항 모두 합해서 0.1옴이라고 가정하면 스피커 입장에서의 댐핑팩터는 다시 계산되어야 합니다. 댐핑팩터 200인 앰프의 내부저항이 0.04옴 이었고 기타 부가된 저항이 0.1옴 이니까 신호원측의 내부저항은 = 0.14옴이 됩니다. 그러면 댐핑팩터는 8 / 0.14 = 이렇게 됩니다. 결국 어마어마한 댐핑팩터 200의 앰프라도 필요악인 스피커 케이블과 기타 미 미한 저항의 추가로 어지간히 노력해도 댐핑팩터는 60이 안됩니다. 사실 스피커 케이블과 네트웍 저항을 모두 합하면 실제로 0.5옴 정도 됩니다. 그러면 8 / 0.5 = 16로 나타나므로 댐핑팩터가 그렇게 큰 의미가 없다는 말이 됩니다. 그리하여 오디오 앰프의 댐핑팩터는 대략 50정도만 되면 충분합니다. 만약 집에 초전도체로 만든 스피커 케이블을 갖고 있다면 댐핑팩터 200짜리 앰프를 추천 합니다. 한 가 지 힌트를 드리자면 앰프의 댐핑팩터를 상대적으로 높이려면 스피커 임피던스를 올리면 됩니다. 헤드폰의 임피던스가 32옴으로 높은 이유는 오디오 앰프에서 해드 폰 유닛까지 가늘고 긴 꼬불꼬불한 전선으로 연결되어 여기서 저항이 너무 커져서 댐핑팩터가 낮아지게 되어 상대적으로 해드폰 유닛의 임피던스를 올려 댐핑팩터를 확보한 것으로 이해하시면 됩니다. 오디오 앰프의 댐핑팩터에 대한 사실을 잠깐

72 알아 봤습니다. 그러면 최대 전력 전달 상태의 댐핑팩터는 얼마일까요? 최대 전력 전달 상태는 신호원과 부하저항의 임피던스가 같을 때 이므로 댐핑팩터 = 1 입니 다. 오디오앰프와 관련된 이야기는 다음 기회에 하기로 하겠습니다. 나도 모르게 또 주제를 벗어나 딴소리를 하고 있네요. 상용 전원 같은 60Hz나 수십kHz 미만의 오디오 주파수 대역의 임피던스 매칭을 위해 트랜스를 제작 한다면 비교적 낮은 주파수에 대해 충분한 인덕턴스를 얻기 위해서 규소강 같은 철심을 코어로 사용해 코일을 무지하게 많이 감아야 됩니다. 그래야 무부하시 큰 인덕턴스 덕분에 손실 이 적어집니다. 고주파에서는 높은 주파수 덕분에 코일을 조금만 감아도 해당 주 파수에 대해 충분 큰 임피던스를 가지기 때문에 소형으로 트랜스를 만들 수 있습 니다. 고주파 트랜스용 코어의 재료는 페라이트를 사용한다는 것은 모두 잘 아실 겁니다. 스위칭 파워에도 페라이트코어가 들어있고, EMI 방지용 필터에도 들어있 고, 리니어 앰프의 출력 트랜스도 페라이트, HF용 로패스 필터 만들 때도 토로이 달 코어로 사용되고, 하여간 고주파용으로 두루두루 사용 되는데 그중에 더 높은 주파수의 RF 트랜스를 만들기 위해서는 투자율이 낮은 니켈아연 성분의 페라이트 를 사용 합니다. 스위칭 파워 서플라이에 들어있는 페라이트는 거의 망간아연 성 분이라고 보면 됩니다. 투자율이 높아서 비교적 낮은 수백kHz 대역에서 인덕턴스 를 크게 만들 수 있습니다. 그래서 스위칭 파워용 토로이달 코어는 RF용 트랜스 재료로 사용할 수 없습니다. 주변에서 흔히 볼 수 있는 페라이트코어를 한번 활용 해 보려니 눈으로 봐서는 이것이 니켈아연 성분인지, 망간아연 성분인지 알 수가 없습니다. 그래서 정체 불명의 코어는 코일을 감아 주파수별로 테스트 해보기 전 에는 사용할 수가 없습니다. (사실은 표면에 광택이나고 오래두면 붉은 녹이 나는 것이 니켈아연입니다.) 고주파 트랜스 만들어 보고 싶은 데, 안테나용 밸런 만들 어보고 싶은데, 리니어용 콤바이너 만들어야 되는데 도대체 어디가면 적절한 코어 를 구할 수 있을까? 코어 종류가 너무 많아서 고민을 하게 됩니다. 그렇다면 고민 을 해결해 드리겠습니다. 아래링크에서 적당한 크기의 코어를 구입하시면 됩니다. EMI용 NiZn 코어는 대량생산을 통해 가격이 아주 저렴합니다. 또한 고주파 특성 도 좋아서 RF 트랜스나 밸런 만들 때는 아주 좋은 재료가 됩니다. 디바이스마트에 서 판매하는 EMI 코어를 몇 종류 구입해서 테스트 해보니 0.5MHz ~ 60MHz 까지 동 작 시키는데 전혀 문제가 없습니다. 제프 안테나에 페라이트코어를 사용할 것은 아니기 때문에 이쯤하기로 하고, 트 랜스를 사용하지 않는 전압 변환 방법에 대해 알아보겠습니다. 원리적으로 보면 코일과 콘덴서는 리액턴스 소자로서 자체적으로 전력소비를 하 지 않습니다. 하지만 전원 트랜스에 부하저항을 연결하지 않았는데 뜨끈뜨끈 열이 나기도 하고 콘덴서에 열이나서 압력이 발생해 터지기도 합니다. 그러고 보면 코 일이나 콘덴서도 자체적으로 전력 소비를 하기 때문에 이런 부작용이 생긴다고 봐 야겠지요. 그러면 코일이 얼마나 코일다운지, 콘덴서가 얼마나 콘덴서다운지를 따 져보는 것이 바로 Q입니다. Q는 Quality의 이니셜로 말 그데로 품질을 나타냅니 다. 이 부품의 큐가 얼마냐? 이 필터의 큐가 어떻게 되냐? 안테나의 큐가 어떻습

73 니다. 라고 말하기도 합니다. 로 표시 할 수 있는데 임피던스를 직류저 항으로 나눈 값입니다. 코일이 이상적인 상태가 되려면 인덕턴스만 존재하고 코일 의 내부저항은 제로가 되면 좋겠지요. 그래서 코일의 품질은, Q = 로 표시합니다. 어려운 내용 같지만 별것 아닙니다. 코일의 리액턴스를 코 일의 내부 저항으로 나눈 것이 코일의 Q입니다. 코일은 고유저항을 갖는 도체 이 므로 가늘고 길어지면 직류저항이 커지고 굵고 짧아지면 직류저항이 낮아지겠지 요. 그렇다고 코일을 굵고 짧게만 감으면 리액턴스가 낮아져서 결국 Q는 좋지 않 습니다. Q를 높이려면 굵고 저항이 낮은 전선을 많이 감는수 밖에 없는데 조금만 감아도 리액턴스가 커지게 한다면 일석이조가 되겠습니다. 이때 사용하는 것이 바 로 코어 입니다. 코어는 종류에 따라서 코일에 삽입했을 때 리액턴스가 커지는 경 우도 있고 작아지는 경우도 있습니다. 콘덴서도 마찬가지 품질을 따져 볼 수 있습니다. 콘덴서는 교류만 통과 시키고 직류는 통과 시키지 않기 때문에 어떻게 리액턴스를 내부 저항으로 나눌 수가 없 군요. 하지만 콘덴서도 직류를 아주 조금 흘리기도 합니다. 바로 누설전류에 해당 하는데 이 누설 전류를 결코 좋게 볼 수 없습니다. 코일과 달리 콘덴서는 직류저 항이 무한대에 가깝게 클수록 좋겠지요. 그렇다면 콘덴서는 코일과 반대의 성질을 가지므로 해주면 같은 원리로 콘덴서도 품질을 표시할 수 있습니다. 콘덴서의 품질은 = D 라고 표시 하는데 D는 Q의 역수이므로 얼마나 직류저항이 큰 것인 가 따져보는 것입니다. 앞서 살펴봤던 트랜스를 사용한 전압 변환 방법은 리액턴 스 소자인 코일의 유도현상을 이용해 권선비에 따라 전압이 변하는 것이었는데, 굳이 트랜스를 사용하지 않고도 리액턴스 소자를 적절히 배치해서 전압을 바꿀 수 있습니다. 전압을 바꾼다는 의미는 임피던스를 변환시키는 것과 같다고 지금까지 배웠습니다. 우리가 이미 알고 있는 안테나 튜너가 바로 임피던스 변환기 겸 리액 턴스 조정기입니다. 안테나의 길이가 해당 주파수의 공진 점에 맞지 않아 용량성 이나 유도성의 리액턴스 성분이 존재하고, 급전점 임피던스가 50옴이 아닐 때 안 테나 튜너를 이용해 리액턴스 성분을 줄여 무효전력을 최소화 시키고 임피던스를 맞춰 최대 전력전달 상태가 되도록 하는 것입니다. 안테나 튜너의 구조는 흔히 π형, T 형, LPF 형, HPF형 등등 여러 가지가 있습 니다. 우리는 최대전력전달 조건과 임피던스비와 전압비의 관계를 알고 있기 때문에 지금부터는 편리한 도구를 사용해서 필요한 값을 얻어내면 됩니다. 쉬운 문제를 하나 내보겠습니다. 주파수 7.000MHz 에서 신호원(동축케이블)의 임피던스가 50옴이고, 부하저항(안테나)이 200옴일 때 임피던스 매칭을 해야 됩니 다. 어떻게 해야 될까요? 정답은 임피던스비 1:4 또는 전압비 1:2의 고주파 트랜 스를 동축 케이블과 안테나 사이에 삽입하면 됩니다. 다른 방법은 없을까요? 코 일과 콘덴서를 사용하는 방법이 있습니다

74 코일과 콘덴서를 사용하게 되면 결선 구조가 LPF 또는 HPF 또는 BPF 형태가 되 기 때문에 해당 주파수에 공진이 되어 해당 주파수 부분만 전달이 용이하고 이외 의 대역은 저절로 필터링 되는 장점이 있습니다. 이런 장점과 반대로 광대역 매칭 이 안되는 문제가 있군요, 광대역 매칭이 필요할 때는 RF 트랜스를 사용합니다. 코일과 콘덴서로 임피던스를 변환 시킬 수 있다고 자신 있게 말은 했는데... 어 떻게 변환시키나요? 뭐, 간단합니다. 복소수 계산 좀 하고, 필요하면 미분도 좀 하고 그러면 쉽게 계산 할 수 있습니다. 사실은 저도 계산하는 걸 무지하게 싫어 하고, 어려운 이론을 잘 모르기 때문에 편리한 도구를 이용합니다. 그래서 임피던 스 변환에 유용한 '스미스챠트' 다루는 법을 배워 보겠습니다. 스미스 챠트를 처 음 접하는 분도 있을 것이고 학교 다닐 때 한번쯤 배워본 분들도 있을 것입니다. 스미스 트 배울 때 열심히 그림 그리고 계산하고 시험치고 했는데 이놈의 스미스 챠트가 어렵기는 한도 끝도 없고 배우고 나서도 뭘 배웠는지? 왜 이런 걸 배워야 하는지? 모르고 긴 세월이 지나가 버렸습니다. 시간이 한참 지난 후에 다시 스미 스챠트를 보면 어이쿠야~ 하고 머리에 쥐가 나실 겁니다. 스미스 챠트는 편리한 도구일 뿐입니다. 사용법을 5분만 배우면 평생 유용하게 써먹을 수 있습니다. 내 가 무엇을 하고자 하는지만 분명하다면 스미스 챠트는 아주 쉽고 편리한 도구로 변신합니다. 우리는 해당 주파수에서 임피던스를 변환 시키는 것이 목적이므로 이 내용을 스미스 챠트에 한번 집어넣어 보겠습니다. 1) ** 다시 한번 강조 하지만 임피던스 변환은 곧 전압 비 변환입니다. ** 송신기의 50옴 임피던스를 안테나 200옴에 매칭시키는 방법을 먼저 해봅시다. 결과는 263pF의 콘덴서와 2.6uH의 코일로 HPF 형태로 만들어 졌습니다. LPF형태 로 만들 수도 있습니다

75 LPF 형태로 만드니 2uH의 코일과 197.8pF의 콘덴서가 필요하네요. 이렇게 임피던스 매칭 회로 구하는데 1분도 안걸립니다. 그러면 어떻게 스미스 챠트를 다루는지 차근 차근 배워 봅시다. 먼 저 스미스챠트 프로그 램입니다. 2편에 이어 스미스챠 트 사용하는 방법을 알 아보겠습니다. 김유홍님께서 스미스챠트에 대해 자세히 설명해 놓은 자료를 소개해 주셔서 한 결 가벼운 마음으로... 먼저 스미스챠트 프로그램을 다운로드 받아서 압축을 풀고 smith.exe를 실행시킵니다. 그러면 요런 화면이 나옵니다. 화면에서 붉은 동그 라미가 쳐진 '1'을 누릅니다. 그러면 Input Device 라는 팝업창 이 나오는데 거기서 Keyboard를 누르면 Data Piont 팝업창 이 나타나는데 거기 에 매칭 시킬 값을 넣습니다

76 Data Piont 창의 1번은 매칭 시키려는 저항값 200옴을 넣습 니다. 2번은 0을 넣습니다. 리액턴스값인데 3번은 동작 주파수 7.000MHz를 넣습니다. 임피던스 입력시 리액 턴스 값을 알고 있다면 im 항목에 값을 넣으면 됩니다. 지금은 7.000MHz에 '공진'된 안테나의 급전점 임피던스가 200옴이라고 가정했 기 때문에 리액턴스는 제로가 됩니다. '공진'이란 의미는 해당 주파수에서 리액턴 스 제로와 같은 의미 입니다. 그리고 ok를 누르면 스미스 챠트에 200옴을 표시하 는 점이 찍힙니다. 1번 동그라미 속에 '1'이라는 점이 찍 혀있고, 2번 동그라미 속에 그 점의 임피던스 가 나타납니다. Z = j0 으 로 표시되어 리액 턴스 성분이 없는 200옴 저항값을 나타냅니다. 데이터 입력으로 스미스 챠트에 찍 힌 점을 챠트내 적 색선이나 녹색선과 평행한 방향으로 이동시켜 최종적으로 챠트의 정 가운데로 가져다 놓는 것이 우리가 할일입니다. 어려워 보이지만 몇 번 해보면 금방 익숙해집니다. 점의 이동 궤적을 보기위해서

77 는 코일이나 콘덴서를 선택하면 되는데 코일과 콘덴서를 회로 내에 연결하는 방법 은 두 가지가 있습니다. 병렬연결과 직렬연결인데 병렬연결은 SHUNT 라고 하고 직 렬연결은 SERIES라고 합니다. 일단 SERIES 와 SHUNT에 있는 C, L, R을 맘대로 한번 눌러 봅니다. 그러면 챠트 에 궤적이 그려지면서 마우스 커서로 이동시킬 수 있습니다. 선택을 취소하려면 마우스 오른쪽 버튼을 누릅니다. 여러 차례 눌러보다보면 간단한 규칙이 있다는 것을 알 수 있습니다. SERIES에 있는 C 나 L을 누르면 이동궤적이 챠트의 적색 동그라미를 따라다니 고, SHUNT에 있는 C 나 L을 누르면 이동 궤적이 챠트의 녹색 동그라미와 평행하게 움직입니다. 그리고 SERIES나 SHUNT 구분 없이 L을 선택할 때는 해당 점에서 화면 윗쪽으로 움직이고, C를 선택하면 해당 점에서 화면 아래쪽으로 움직입니다. R을 선택하면 X축에 달라붙어 움직이는데 마찬가지로 SHUNT R의 경우 녹색 그래프인 어드미턴스 챠트쪽으로 움직이고 SERIES R을 선택하면 적색 그래프인 스미스챠트 쪽으로 움직 입니다. 참.. 적색으로 동그라미가 많이 그려진 그래프가 스미스챠트이고, 스미스 챠트를 좌우 뒤집어서 녹색으로 붙여놓은 것이 어드미턴스챠트입니다. 요정도 규 칙만 알면 임피던스 포인트가 어디에 찍혀 있더라도 척 보면 어떻게 움직여서 그 래프 정 가운데로 이동시키는지 알 수 있습니다. 그러면, SHUNT L 을 선택해서 적 당히 움직여 봅니다. 위의 그림을 보면 1번의 SHUNT L을 선택하니 점의 이동궤적이 어 드미턴스챠트와 평행하게 윗쪽 으로 움직이는 데 적색의 스미 스챠트와 만나 는 지점 (2)에서 멈춰 봤습니다. 이때 회로 내 에 병렬코일(4) 2.6uH가 보입 니다. 이 점의 임피던스(3)는 Z = j86.7이 되어 실수 부분은 거의 50옴에 맞

78 춰 졌는데 허수 부분의 리액턴스가 생겨 버렸으니 코일의 반대 작용을 하는 콘덴 서를 달아서 리액턴스 성분을 제거해 줘야 되겠습니다. 다음으로 SERIES C(1)를 눌러 마우스커서를 정중앙(2)으로 옮깁니다. 정중앙으로 옮기고 보니 Schematic에는 262.3pF 의 직렬 콘 덴서(3)가 추가 되고 Data Points의 임피 던스는 j0.0 으로 리액턴스 성분 이 사라지고 최종 임 피던스는 50옴이 되 었습니다. 이 방법 이외에도 수 만 가지 방법이 있습니다. 이렇게 한 번 해볼까요? 이런 식으로 구질 구질하게 해도 결 국 50옴:200옴 임 피던스 매칭이 됩 니다. 스미스 챠트 다 루는 것이 결코 어렵지 않으니 몇 번 해보다 보면 별것 아니 군 하 실 겁니다. 이제 스미스챠트 를 이용해서 50옴 --> 200옴 임피 던스 변환 시키는 것을 해보니 결과 값으로 직렬콘덴 서 263.3pF와 병렬 콘덴서 2.6uH가 구해졌습니다. 그러면 과연 임피던스 매칭이 되어 전압이 변동 될까요? 임피던스를 50옴 에서 200옴으로 변환 시켰으니 전압비는 1:2가 되 어야 하니 마이크로캡 시뮬레이터를 사용해서 진짜로 전압이 두 배로 올라가는지

79 확인해 보겠습니다. 50옴 출력 임피던스를 가지는 신 호원과 200옴 부하저항 사이에 위에서 구한 매칭 네트웍을 넣었 습니다. 그럼 결과를 한번 볼까요? 시뮬레이션결과 7.026MHz에서 전압 이득이 5.967dB로 나타나고, 매칭 네트웍은 HPF 구조를 가지기 때문에 나타난 그래프 또한 HPF 형상을 보여줍니다. 전압이득을 db 단위로 표시하는 방법은 이렇게 됩니다. 20Log( ), Vo과 Vi 의 전압비를 나타내는 것인데 시뮬레이션에서 매칭 네트웍을 들어가는 입력 전압 Vi = 50Vp-p였고, 출력 전압 Vo = 100Vp-p이므로 20Log(100/50) = 6dB로 계산되어 2배의 전압은 6dB입니다. 그러면 4배의 전압은? 2배의 2배 이므로 6dB + 6dB 가

80 되어 12dB가 됩니다. 여기서 다루는 것은 전압비 일때이고, 전력비는 10Log( ) 뭐 이런식으로 됩니다. 왜 전압비는 20Log이고 전력비는 10Log로 계산하느냐? 너 무 불공평한 것 아니냐 하고 물으실지 몰라도 전력과 전압은 제곱의 관계가 있어 서 그렇게 된 것입니다. 전력을 구하는 옴의법칙 W = 식을 보면 전력은 전압 의 제곱에 비례하기 때문에 전압비 에서는 20Log를 사용하고 전력비는 10Log를 사 용하게 됩니다. 그래서 2배의 전력은 10LOg(2) = 3dB가 되고, 4배의 전력은 6dB가 됩니다. 전압 이 두 배 올라가서 전압이득이 6dB가 되었다면 마찬가지 전력 이득도 동일하게 6dB이므로 전압이 두 배가 되면 전력은 4배가 됩니다. W = 다. 공식이 성립됩니 무전기의 S메타는 1 ~ 9까지 있습니다. 9를 넘으면 + 10dB 이런 식으로 나가는 데 S메타의 눈금 한 칸은 6dB를 나타냅니다. 그리하여 내가 100W 출력을 쏘고 있 는데 상대방의 S메타가 7이었다면 이 눈금을 8로 올리기 위해서는 송신 출력을 100W에서 6dB인 전력비 4배, 400W를 쏴줘야 됩니다. 무전기의 S메타 한 칸 올리기 가 쉽지가 않군요. 그래서 현제의 아마추어무선 급수에 따른 출력 50W, 200W, 1000W는 대략 S메타 한 칸의 전력 차이입니다. 만약 3급을 100W로 올린다면 형평 성을 위해서 2급은 400W, 1급은 1600W로 올려야 고작 S메타 한칸 올릴 수 있는 공 평한 전력 분배가 됩니다. 3급을 100W로 올리고 2급은 그냥 200W로 둔다면 두 급 수의 출력 차이는 S메타 '반칸' 차이가 되어 아주 미미한 차이라고 볼 수 있습니 다. 이런 이유로 리니어 앰프를 사용하려면 기본출력의 4배(6dB, S메타 한칸)는 올려줘야 DX에 효과가 있습니다. 100W 교신에서 400W 정도는 올려야 아~ 조금 효 과 있구나 하는 정도로 보시면 됩니다. 그래서 대부분 리니어 앰프들은 500W급 이 상을 사용합니다. 급수별로 출력제한을 한다고 철저히 지키는 정직한 사람들을 아쉽게도 별로 보지 못했습니다. 차라리 급수에 따른 출력 제한은 없애고 대부분 의 기성품 무전기들의 최대 출력이 100W이니 준공검사가 필요없는 기성품은 최대 출력 까지 허가를 내주고 필요에 따라 500W, 1000W의 고출력은 준공검사를 통해서 운용능력과 안전성을 확인하고 허가를 해준다면 좋겠다는 생각입니다. 각설하고 이번에는 시뮬레이터를 사용해 입출력 전압을 7.000MHz에서 오실로스코프처럼 살 펴보겠습니다. 시뮬레이션의 신호원은 단자전압 100Vp-p에 출력 임피던스 50옴 이 므로 매칭 네트웍 입력(IN)에서는 50Vp-p가 되고, 매칭 네트웍 출력(OUT)에서는 100Vp-p가 되면 최대 전력 전달을 만족합니다. 결과에서 보면 신호원측에서 보면 Vp-p, 부하측에서 보면 p-p가 되 어 대략 1:2의 전압비로 나타서 LC를 사용한 매칭이 성공적이었다고 볼 수 있습니 다. 여기까지 잘 이해 하셨다면 다음부터 나오는 내용은 그냥 술술 이해가 됩니 다. 그러다보면 이거 뭐야~ 제프 안테나가 이런거였여~ 하! 하! 하! 하실 겁니다

81 다. 안테나의 급전점 임피던스. 안테나 급전점의 임피던스는 여러분 모두 너무 잘 알고계십니다. 반파장 다이 폴의 급전점 임피던스는? 73옴 입니다. 교신 끝나고 맨 마지막에 외치는 소리가 73. 입니다. 내 목소리가 무전기에서 고주파 전류로 바뀐 다음 동축 케이블을 타 고 안테나 까지 도달한 후 안테나에서 고주파 전류는 전파로 변환 됩니다. 전파로 변환된 내 목소리는 멀리멀리 떠나 버리지요. 그래서 마지막 인사를 동축케이블과 반파장 다이폴안테나가 연결된 끝지점의 임피던스인 73을 끝인사로 정하게 된 스 토리 입니다. 사실 50옴 동축 케이블에 73옴의 반파장 다이폴은 엄연히 임피던스가 다르므로 미스매칭 상태로 봐야됩니다. 하지만 이정도 미스매칭은 별다른 문제가 생기지 않 기 때문에 대부분 그냥 사용합니다. 그렇다면 73옴의 반파장 다이폴을 정확히 50 옴으로 만들려면 어떻해야 하느냐? 앞서 배운 스미스 챠트를 이용해 LC 네트웍으

82 로 매칭 시키거나 고주파 트랜스를 넣어주면 됩니다. 그럼 뭔가 삽입하는 방법 외 에 또 어떤 방법이 있을까요? 바로 안테나를 살짝 접어주면 됩니다. 반파장 다이폴 안테나는 급전접이 안테나 의 정 중앙에 있고 일자 모양으로 쭉 뻗어 있는데, 이것을 약 120도 정도로 접으 면 급전점의 임피던스가 50옴이 됩니다. 그러면 반파장 다이폴 안테나를 90도로 접으면? 임피던스가 더 내려가서 40옴 미만이 됩니다. 반파장 다이폴 안테나를 90도로 접은 다음 한쪽 엘리맨트를 접지 시키면 바로 1/4파장 수직 접지 안테나가 되는데 이때도 마찬가지 90도 접은 다이폴과 특성이 같기 때문에 급전점 임피던스 는 약 30 ~ 40옴 정도 됩니다. 이번에는 일자로 펼쳐진 반파장 다이폴의 급전점을 옮겨 봅시다. 누구나 알고 있듯이 반파장 다이폴 안테나의 급전점은 정중앙에 위 치하고, 급전점 임피던스는 73옴으로 알고 있습니다. 정중앙에 위치한 급전점의 위치를 살살 한쪽 끝으로 옮겨가면 어떻게 될까요? 반파장 다이폴 안테나는 해당 주파수 파장의 반 길이로 이미 '공진'상태에 있기 때문에 리액턴스는 제로인 상태 입니다. 이때 급전점을 옮기더라도 안테나의 길이가 변한 것은 아니기 때문에 리 액턴스의 변화는 없다고 봐도 됩니다. 단지 급전점 임피던스가 변하게 되는데 중 심에서 끝부분으로 가면 점점 임피던스가 높아집니다. 극단적으로 반파장 다이폴 안테나의 끝부분에 급전점을 가져다 놓으면 급전점 임피던스가 무려 2000 ~ 5000 옴 정도 됩니다. 하지만 임피던스 매칭을 배운 우리는 전혀 걱정 할 것이 없습니 다. 라. END FEED 안테나의 임피던스 매칭. 위에서 설펴본 반파장 다이폴 안테나의 극단적인 급전점 이동이 바로 END FEED 안테나입니다. 영어로 END FEED라고 하니까 아주 그럴듯한데 알고 보니 시시한 것 입니다. 어쨋거나 END FEED 안테나의 급전점 임피던스가 무지하게 높으니 임피던 스 매칭을 시켜줘야 겠습니다. 임피던스 매칭은 50:5000으로 정해놓고 하겠습니다. 제일 간편하게 매칭 시키는 방법은? 바로 매칭 트랜스를 사용하는 방법 입니다. 이야기가 이쯤 되면 이미 제 프 안테나에 대해 거의 모든 것을 눈치 채셨을 겁니다. 그래도 계속한번 해보겠습 니다. 매칭트랜스를 사용한 임피던스비 50:5000의 경우 먼저 전압비를 구해야 겠 지요. 임피던스비의 제곱근은 전압비 이므로 결국 전압비는 1:10 입니다. 그러면 트랜스의 권선비도 1:10입니다. 니켈아연으로 된 토로이달 코어에 코일을 1차 측 3번, 2차측 30번 감으면 매칭 트랜스 제작완료!!! 다 만들었으니 결선해 봅시다

83 만들어 놓고 보니 그럴싸 하긴 한데 뭔가 좀 이상합니다. END FEET 안테나의 매칭 트랜스는 반드시 접지 시켜줘야 하는 문제가 생기게 됩니다. 이러면 접지안 테나와 다를게 없어지네요. 그래서 편법이긴 하지만 매칭 트랜스의 접지를 동축케 이블 외피쪽으로 연결시켜 줍니다. 이런 식이 됩니다. 이런 편법은 사실 바람직하지 않지만 END FEED 안테나의 급전점 임피던스가 무 지하게 높기 때문에 동작에 문제는 없습니다. 그리고 동축 케이블을 접지로 삼았 기 때문에 동축케이블 길이를 최소한 1/20파장 이상의 길이로 해야 됩니다. 7MHz 에서 1/20 파장은 40/20 = 2m 이므로 동축케이블의 길이 문제는 별 걱정이 없겠습 니다. 넉넉히 10미터 정도 하면 됩니다. 마. 제프 안테나 설계하기. 이번에는 매칭트랜 스를 사용하지 않고 LC를 사용한 END FEED 안테나를 생 각해 보겠습니다. 먼 저 임피던스 매칭의 조건부터 설정해야 겠지요? 주 파 수 는 7.050MHz로 하겠습 니다. 임 피 던 스 비 는 50:5000 입니다. 스미스챠트를 이용 해 매칭 네트웍을 구해보면. 직렬콘덴서 45.9pF 와 병렬 코일 11.2uH를 구했습니다. 이 코일과 콘덴서를 사 용해서 임피던스 매칭하면 최종 결과물은 이렇게 됩니다

84 최종 결과를 보니 어디서 많이 보던 구조가 되었습니다. END FEED 안테나의 급 전점 임피던스 5000옴을 알고 있고, 사용주파수만 결정되면 어떤 주파수의 제프 안테나도 설계 가능합니다. 각 주파수별로 코일과 콘덴서 값을 구해놓고 로타리 스위치를 사용해 인덕터를 가변 시키고, 바리콘과 콘덴서를 적절히 조합해 LC 매 칭회로를 만들어 놓으면 이동운용 할때 와이어 안테나 길이 조정과 셀렉터를 가변 시키면 여러 주파수를 쉽게 운용할 수 있습니다. 제프 안테나를 만들 때 주의할 점이 있습니다. 동축케이블의 50옴 임피던스를 5000옴으로 올렸기 때문에 전압비 는 1:10 입니다. 그래서 100W급 제프 안테나를 만들기 위해서는 코일과 콘덴서의 정격을 주의해 서 선정해야 됩니다. 100W급일 때 사용하는 콘덴서의 내압을 한번 구해봅시다. 무전기출력 100W는 50옴 부하저항에 걸리는 전력 이므로 옴의 법칙을 이용해 부 하저항에 걸리는 전압을 구할 수 있습니다. 100 = 이므로 V = V 입니 다. 이 전압은 실효치 이므로 실제로 콘덴서에 걸리는 내압은 피크치로 환산해야 됩니다. Vp = * = 100V가 되는군요. 그러면 매칭 네트웍의 콘덴서 내압은 100V 이상으로 사용하면 될까요? 100V짜 리 사용하면 바로 터져 버립니다. 100V의 전압은 50옴 부하상태 일 때 전압이고, 제프 안테나는 50옴 : 5000옴으로 변환했으니 전압비가 1:10 입니다. 그래서 실제 로 제프 안테나에 걸리는 전압은 100W 전력 입력 일때 1000Vp의 전압이 걸리게 되 어 매칭 네트웍에 사용하는 콘덴서의 내압은 충분한 마진을 생각해 2000V 이상을 사용해야 됩니다. 5W급의 QRP용 제프 안테나라면 쉽게 구할 수 있는 1000V 짜리 세라믹 콘덴서를 사용하면 됩니다. 시중에 나와 있는 7MHz 용 제프 안테나의 LC 네트웍을 살펴보면 13.2uH 코일과 39pF의 콘덴서를 사용한 것을 볼 수 있습니다. 이 매칭네트웍의 값을 거꾸로 계산하면 안테나 급전점의 임피던스를 7000옴으로 설정했다는 것을 알 수 있습니다. 숙제를 하나 내겠습니다. 지금까지 배운 스미스챠트 사용법을 숙지해서 주파수 7.05MHz, 신호원 50옴, 안테나 7000옴으로 해서 한번 매칭 내트웍을 구해 보시기 바랍니다. 바. 제프 안테나 만들어 테스트. 제작은 시간 날 때 천천히 해보겠습니다만, 이미 사무실에서 사용하고 있는 안

85 테나가 7MHz 제프안테나 입니다. 벌서 4년전에 만들어서 밖에 달아놨는데 와이어 는 0.6mm 에나멜선을 사용하고 지선은 낚시줄을 사용해서 왠만해서는 잘 안보이 게 만들었습니다. 낚시줄과 에나멜선이 4년이 지나도록 아직까지 잘 버텨주고 있 습니다. 거의 수신 전용으로 사용하고 있기는 하지만 가끔식 100W 정도 쏴도 망가 지지는 않았습니다. 긴글 읽어주셔서 감사합니다. Ⅴ. VSWR 아날라이져 발진부는 황동판으로 쉴드 시켰고, SWR 브릿지와 OPAMP부, 주파수 카운터까지 모두 만들어 넣었는데 지금 보니 귀신이 나올 것 같아 보이네요. 이때 VSWR용으로 만들었던 주파수 카운터를 가지고 PCB를 만든 것이 공제했던 FC-200입니다. VSWR 아날라이져를 만들기 위해서는 여러 가지 골치 아픈 문제가 많이 있습니다. 대표적인 난점이 발진기 출 력 신호의 품질 문제이고, 두 번째는 광대역 발진입니 다. VSWR 측정의 신호원으로 사용되는 발진기 출력에 고조파가 많이 들어있으면 VSWR이 1:1 까지 떨어지지 않게 됩니다. 예를 들어 7MHz를 발진 시켰는데 14MHz의 제2고조파가 10dBc의 값을 가지고 나타 나게 되면 아무리 매칭이 잘된 안테나를 연결해도 14MHz의 고조파 때문에 VSWR 측 정값은 1.5이하로 떨어지지 않게 됩니다. 이 문제는 안테나의 문제가 아니고 VSWR 측정기의 문제인데, 물론 안테나 대신 더미로드를 연결하면 VSWR이 1까지 떨어지게 되는데 더미로드는 고조파까지 흡수해 버리기 때문입니다. 그래서 발진기의 고조파 출력은 최소 20dBc 이상이 되어야 하고 30dBc 이상이 되 면 이상적이라 볼 수 있습니다. 보통 무전기들은 주파수 별로 LPF를 두어 고조파를 제거하게 되는데 VSWR 측정기에 사용하는 광대역 발진기는 LPF를 넣기가 곤란합니

86 다. 1.5MHz ~ 200MHz + UHF 커버 하려면 수십개의 LPF를 주파수별로 전환시켜야 하는 데 그렇게 되면 회로도 복잡해지고 부피도 커지는 문제점이 있습니다. 밴드전환 없 이 HF 전대역을 만들어내는 방법 중 믹서를 사용하는 방법이 있습니다. 특정 주파 수의 로칼 신호와 VHF 대역의 VFO를 믹싱해 HF 대역의 주파수를 만들어 내는 방법 입니다. 믹서는 더블밸런스 믹서인 SBL-1을 사용하기로 하고, 로칼 주파수는 80MHz, VFO 주파수는 80MHz ~ 110MHz를 사용해 0Hz ~ 30MHz의 신호를 만듭니다. 80MHz 로칼 주파수와 VFO 주파수는 충분히 높은 주파수이기 때문에 고조파는 160MHz 이상에서 나타납니다. HF 동작 시킬때는 30MHz LPF를 사용해서 로칼 주파수 와 VFO 신호는 잘라 버리기 때문에 어느 정도 고조파에 대해 자유로울 수 있습니 다. 거기다 밴드 전환 없이 한번에 HF를 커버할 수 있습니다. 한 가지 단점이라면 VFO의 주파수가 높아서 주파수 안정도가 쫌 떨어질 수 있습니 다. 믹서 방식이라고 고조파에 대해 장점만 있는 것은 아닙니다. 치명적인 문제점 이 있는데 믹싱과정에서 로칼과 VFO의 레벨이 필요이상 커지거나 VFO 발진주파수에 마찬가지로 고조파가 포함되어 있으면 혼변조의 영향으로 출력 주파수가 아주 지저 분하게 되어버립니다. 그래서 VFO의 신호출력은 고조파가 적은 정현파에 가까운 고 품질이 필요합니다. 지난번 만들었던 회로중 SWR 브릿지 부분과 OPAMP 부분은 테스 트가 완료되어 앞으로 적용하기만 하면 되기 때문에 그동안 문제점으로 안고 있던 밴드전환과 발진 불안정, 낮은 주파수에서 고조파 대책 등을 해결하기 위해 발진회 로를 대폭 수정하기로 했습니다. 위에 소개한 놈의 회로도 입니다. 주파수 카운터 부분은 빠져 있습니다

87 회로는 그리 복잡하지 않고 동작 주파수는 1.5MHz ~ 200MHz 까지 6단 로타리 스위 치로 주파수를 변경 시키는 구조로 되어있습니다. 개인적으로 사용하기에는 아마추 어 밴드에서는 잘 동작 하지만 중간 중간 대역에서 오실레이터 발진이 안되는 곳이 있고 특히 낮은 주파수에서는 고조파가 많이 나와서 측정 오차가 커지는 문제를 가 지고 있습니다. 내부 구조입니다. 오늘 만들어 테스트 한것은 80MHz ~ 110MHz 까지 출력 되는 정현파 발진기 입니 다. 회로도입니다. 2SK192로 하틀레이 발진기를 만 들어 장시간의 시정수 조정 끝에 고조파 함유량이 30dBc 이상인 발 진기를 만들었습니다. 이런 회로의 문제점이 똑같이 따라 만들어도 배 선 구조에 따라 엉뚱한 동작을 하 기 때문에 접근하기가 무척 어렵습 니다. 만들어진 모양입니다. 스펙트럼 아날라이져로 살펴본 고조파 출력 입니 다. 중심 주파수 95MHz에서 출력 전력은 약 -10dBm 으로 0.1mW 정도 됩니 다. 제2 고조파는 35dBc 이 상이고 3고조파는 30dBc 가 조금 넘습니다

88 오실로 스코프로본 발진 파형입 니다. 거의 정현파에 가깝게 보입니다. 만들어진 정현파 VFO는 80MHz 로칼 신호와 SBL-1에서 믹싱해 HF 주파수를 출력하고 HF용 LPF를 사용해 로칼과 VFO는 제 거하는 구조로 되어있습니다. VFO와 로칼 발진기, SBL-1으 로 회로를 구성하고 테스트 결과 HF 대역 0.1MHz~35MHz 까지 스퓨리어스 30dBc 이상으로 잘 나오는 것을 확인하고 있던 중 한 개밖에 없는 80MHz 오실레이터가 사망해 버 려 테스트는 멈췄습니다. 내일 오실레이터 주문하면 다음 주 초가 되어야 HF 발진기 테스트가 끝날 것 같 습니다. HF 발진기 테스트가 끝나면 VHF 대역 발진기를 2단이나 3단 전환 방식으로 만들고 마지막으로 UHF 발진기를 만든 후 밴드전환 4단 또는 5단으로 HF ~ UHF 까 지 동작시키는 전환 회로 만들고, 일정한 RF 출력을 내기위해 AGC 회로 넣고, 그 다음 500MHz 주파수 카운터 만들고, 3.6V 리튬충전지 사용 예정이므로 승압 전원부 도 만들어야 되겠네요. UHF 까지 동작 시키려면 SWR 브릿지와 출력 콘넥터 연결부 분도 신경을 많이 써야 되고... 해결해야 할 문제가 아주 많이 남아있습니다. 1 편에서 만들었던 HF용 믹서를 포함해서 VHF 와 UHF 까지 넣어서 전체 회로를 구 성해봤습니다. 회로도 입니다. 회로도의 좌측 위쪽에 있는 것이 K192 와 K241을 사용한 광대역 하틀레이 발진기 인데 이 발진기와 우측편에 있는 80MHz 오실레이터와 믹싱해 HF 와 VHF 대역의 주 파수를 만들어 냅니다

89 자세하게는 K192 발진기에서 80MHz ~ 110MHz를 발진시켜 80MHz 오실레이터와 SBL-1에서 믹싱해서 0Hz 30MHz를 출력합니다. 믹서를 사용하는 장점으로 VSWR 아날 라이져는 말 그데로 0Hz 부터 측정이 가능한데 실제로 정상 동작 하는 주파수는 100kHz 정도부터 될 것으로 예상합니다. VHF 동작은 조금 복잡합니다. 먼저 80MHz 오실레이터의 제3고조파인 240MHz를 LC 필터로 선별해서 MSA-0885를 사용해 증폭하여 240MHz 로칼 주파수를 만들어 SBL-1 으로 넣어줍니다. 그다음 UHF 발진기인 K241에서 270MHz ~ 440MHz를 발진시켜 240MHz 와 믹싱해 30MHz ~ 200MHz의 VHF 출력을 얻어 냅니다. UHF 동작은 K241에서 발진시킨 270MHz ~ 450MHz 를 믹서를 거치지 않고 바로 고주파 증폭기로 보내서 사 용합니다. 그리하여 HF 100kHz ~ 30MHz, VHF 30MHz ~ 200MHz, UHF 270MHz ~ 450MHz를 만들 기 때문에 밴드 전환은 3단 스위치로 가능합니다. 여기에서 주파수 카운터 기능을 넣으면 4단 으로 모든 기능을 전환 시킬 수 있습 니다. 각 밴드 내에서는 따로 세부적으로 밴드전환이 없기 때문에 주파수 가변은 10턴 가변저항을 사용해야 세밀한 조정이 가능합니다. 1편에 제작했던 발진기와 믹서를 사용해 100kHz ~ 35MHz 까지는 발진 출력이 정상 동작 하는 것을 확인했기 때문에 당장이라도 HF용 VSWR 아날라이져는 제작해도 무 리가 없습니다만. 문제는 VHF 믹서와 UHF 발진기의 동작 테스트와 전력 증폭기 동 작을 테스트 하는 것인데 그리 쉽지는 않을 듯 합니다. 각각 회로들이 잘 동작 하 더라도 이것들을 한 번에 묶어서 다이오드 스위치를 사용해 밴드 전환 시켰을 때 제대로 동작할지가 아직 미지수입니다. 주파수가 UHF로 올라가면 그냥 만능기판에 만들어서는 제대로 동작시키기가 무척 어렵습니다. 어떻게 동작 시키더라도 측정 오차가 무지하게 커져 버리는 문제점이 있기 때문에 PCB를 만들고, SWR 브릿지와 콘넥터 연결부위를 어떻게 잘 처리하느냐

90 에 성능이 좌우되기 때문에 시행착오를 겪을 앞일을 생각하니 막막 하기만 합니다. UHF전용 VSWR 메타는 한번 만들어 본적이 있습니다. 전에 만들었던 UHF전용 VSWR 아날라이져 회로도 입니다. UHF용 SWR 브릿지는 PCB 의 분포용량 영향을 최소로 줄이기 위해서 출력 콘넥터에 브릿지 회로를 모두 붙여 서 만들었습니다. UHF용이므로 당연 히 N-Type 콘넥터 를 사용했습니다. 콘넥터 바로 뒷편에 SWR 브릿지 회로 를 일명 하드 와이 어링 해놨습니다. 내부 구조입니다

91 전원부와 주파수 카운 터부, OPAMP 부분만 만능 기판으로 만들고 발진기와 증폭기 부분 은 PCB 없이 황동판 위에 최단거리로 하드 와이어링 했습니다. 동작 시키고 있는 장면 입니다. 메타 부분은 나중에 VSWR 스케일을 프린 트 해서 붙였습니다. 동작 주파수는 300 ~ 450MHz 정도 된 걸로 기억하는데 지금은 내 손에 없어서 기억이 아 리송 합니다. UHF VSWR 아날라이 져 만들던 작업책상입 니다. 주로 케이스 구멍 뚫고 깍고, 갈고 하느라 시간을 다 보냅니다. VSWR 메타에 사용하는 광 대역 발진기를 FET로 만들어 서 사용하려니 여간 손이 많 이 가는 일이 아닙니다. 좀 편하게 만드는 방법이 없 을까 하고 찾아보니 입맛에 딱맞는 VCO 칩들이 있는데 테스트용으로 소량 구매하기 가 어렵습니다. 기본 2500개 단위로 판매하 는데

92 VCO칩을 쉽게 구하면 VSWR 아날라이져 제작이 좀 더 쉬워 질 듯 합니다. MAXIM에 서 나온 VCO 칩입니다. max MHz ~ 70MHz max MHz ~ 150MHz max MHz ~ 300MHz max MHz ~ 500MHZ 위의 네가지 칩만 구하면 발진회로 부분은 아주 쉽게 해결이 됩니다. VCO칩이 구 해지면 VHF 대역을 믹싱해서 만들 필요가 없어지기 때문에 회로를 변경할 예정입니 다. 그리고 출력 증폭용 MMIC로 MSA-0885 또는 MSA-0886을 사용하려고 하는데 ICBANK 에서 테스트용으로 구하려니 가격이 많이 비싸네요. UHF용 검파 다이오드도 구해야 되는데, 1N60을 사용하면 동작이 되기는 하지만 200MHz가 넘어가니 손실이 좀 커지 는 느낌이 있습니다. Ⅵ. 간이 시그널 인제터/ 트레이셔 간이형 시그널 인젝터/트레이서 입니다. 회로 구조는 간단하지만 성능은 아주 좋 을 것으로 기대합니다. 전체 회로도입니다. 동작 원리는 이렇습니다. 4060에서 kHz를 발진시키고 바이너리 카운터를 사

93 용해서 2Hz ~ 2048Hz까지 분주시킵니다. 보통 시그널 인젝터의 주파수는 1kHz 정도 를 사용하니까 Q4 출력의 1024Hz를 사용하면 됩니다. 주파수 안정도는 사실 별로 의미가 없지만 시계용 크리스탈을 사용하니 아주 정확합니다. 4060에서 출력된 2Hz ~ 2048Hz의 주파수는 J1 점퍼 스위치(딥스위치 사용가능)를 사용해 주파수를 선정 합니다. J1 의 Q3 ~ Q13에 해당하는 점퍼가 출력 주파수 2Hz ~ 2048Hz에 해당됩니 다. CON1의 TTL_OUT은 콘덴서나 ATT를 거치지 않고 바로 출력 되는데 여러 가지 응용 해서 사용 할 수 있습니다. 간단한 예로 J1의 점퍼 스위치를 Q13에 맞추고 TTL_OUT 에 LED를 연결하면 아주 정확히 1초에 2번 깜빡이는 불빛을 볼 수 있습니다. 응용 방법은 상상에 맞기겠습니다. J1 점퍼 스위치의 맨아래는 MOD 1kHz로 만들어 놨는데 이 기능이 아주 매력적입니 다. MOD 1kHz에 놓으면 기본 발진주파수 kHz에 1024Hz를 변조시켜 ASK 출력 을 만들어 냅니다 kHz의 고조파는 수백kHz이상 발생하기 때문에 1kHz로 AM(ASK)변조된 광대역 RF 신호가 됩니다. 중파 라디오 IFT 테스트할 때 사용가능 합니다. 이것 또한 응용법은 상상에 맞기겠습니다. 다음은 트레이서 부분입니다. 트레이서는 LM386을 사용해 인젝터에서 주입된 가청 주파수를 증폭해 이어폰으로 듣는 것으로 오디오 앰프의 신호라인을 따라 다니며 고장 부위를 확인하는 것이 기본 기능입니다. 트레이서 프로브 입력에 또한 점퍼 스위치로 전환 가능한 포락선 검파기를 넣었습 니다. AM 검파기입니다. AM 검파기로 전환하고 프로브에 적당한 동조 회로를 붙이 면 AM 라디오 수신도 가능합니다만, 인젝터의 ASK 신호와 짝을 지어 사용하는 것입 니다. 그러니까 인젝터로 AM 신호를 집어넣고 트레이서로 AM검파해서 1kHz의 톤을 듣습니다. 트레이서의 입력 임피던스는 47k, 인젝터의 출력 임피던스는 대략 1k 정도 되고, 출력 전압은 0V ~ 5Vp-p의 고조파가 많이 포함된 구형파입니다. 만들어서 테스트 해보기 전에는 동작을 보장 할 수 없으니 다음 편에 제작해서 테스트해보고 회로수 정하고 어떤 형태로( 볼펜형, 케이스형 등등) 만들 것인지 고민해 보겠습니다. 사용 전원을 3.6V 리튬충전지로 변경했습니다. 오디오 앰프 부분도 변경 하려다가 그냥 두기로 했습니다. 이어폰이나 작은 스피 커 정도 울리는 출력이면 충분하기 때문에 전원 전압이 낮아 져서 LM386이 동작 않 는 것은 아니기 때문에 궂이 저전압용 앰프로 바꾸지 않아도 문제없을 것으로 봅니 다. 표준 24pin 충전잭을 달아서 핸드폰 충전기로 충전시키고, 배터리는 초소형의 리 튬폴리머 충전지를 사용합니다. 소비전류는 최대 10mA를 넘지 않을 것이므로 100mA 용량이면 충분합니다. 그리고 2Hz 출력에 LED를 넣어 전원 켰을 때 깜빡이는 전원 표시등을 넣었습니다. 변경된 회로입니다

94 간단하게 만능기판에 발진/디바이더부를 만들고, ASK 변조기, 복조기를 만들어 테스트 해봤습니다. 다행히 처음 회로설계대로 잘 동작해 줍니다 kHz 반송파에 1024Hz 오디오 톤을 변조시켜 보내고 트레이서의 AM 복조기를 통해 검파한 모양입니다. 채널 1번인 윗쪽이 ASK 변조된 파형이고, 채널 2번 아랫쪽이 검파된 1024Hz 오디 오 톤입니다. 변복조된 소리를 스피커로 들어보면 아래와 같습니다

95 조신호는 1024Hz로 고 정이지만 필요하면 점퍼 위치를 바꿔 다른 주파 수로 변조 시켜도 됩니 다. 동영상에 나오는 변 조 주파수 순서는 > > > 512Hz 입니다 kHz 출력 주파 수를 측정해 봤습니다. 화면 우측 상단의 Cntr kHz로 표시된 곳이 정확한 카운팅 주파수입니다. 정확히 kHz로 측정되고, 출력 전력은 3dBm으로 2mW 정도 됩니다 kHz 는 구형파 출력이라서 고조파가 무수히 나타납니다

96 32.768kHz의 정수배 고조파가 스팩트럼 상에 빽빽하게 나타나는 것이 보입니다. 이 고조파들은 거의 10MHz 까지 나타나므로 중파나 단파 라디오용 간이형 시그널 제네레이터로 활용이 가능합니다. 0 ~ 5MHz 대역에 넓게 나타난 고조파 모양입니 다. 다음 편에는 전체 회로를 만능기판에 만들어서 동작 테스트 진행 하겠습니다. 편의 결과를 가지고 인젝터와 트레이서를 만능기판에 모두 만들었습니다

97 지난 주말 토요일 저녁때 만들어놓고 오늘 화요일이 돼서야 글을 올립니다. 인젝 터와 트레이서를 따로 만들어 전원스위치와 배터리를 중간에 집어넣고 샌드위치처 럼 결합 시켰습니다. 먼저 인젝터쪽 모양입니다. 핀해더로 만든 점퍼 스위치로 출력 주파수를 결정합니다. 우측에 수축튜브를 씌 워놓은 뾰족한 피아노선이 인젝터 '침'입니다. 윗쪽에 볼트로 채워진 3색선은 접지 선으로 끝부분에 악어클립이 붙어있습니다. 아래쪽 굵고 붉은 전선은 트레이서의 탐침봉입니다. 다음은 트레이서쪽 모양입니다. 좌측에 이어폰잭이 달려있고 구조는 회로도와 동일합니다. 측면입니다. 청색으로 보이는 볼륨은 일명 '카볼륨' 이라고 하는데 작은 사각형 모양에 적층 해서 여러가지 기능을 넣을 수 있는 주문형 볼륨입니다. 이어폰잭 바로 아래에 3.6V/100mA 리튬폴리머 전지가 숨어있습니다. 반대쪽 측면입니다. 인젝터 볼륨과 전원 스위치가 보입니다. 전체 모양입니다

98 모양을 보면 아시겠지만 악어클립이 달린 공통접지와 인젝터 봉, 트레이서 탐침, 이어폰잭 등이 일체형으로 들어있습니다. 라디오 테스트 장면 입니다. 이렇게 동작 합니다. 라디오 볼륨에 직접 인젝터 봉을 찍으니 큰 소리가 나네요. 전원 스위치를 켜면 인젝터와 트레이서가 동시에 동작하고 적색 LED가 1초에 2번 깜빡이는데 전체 소비전류는 약 5mA 정도 됩니다. LED를 끄고 트레이서도 끄면 인 젝터의 소비전류는 약 1mA 내외로 아주 작습니다. 소비전류가 아주 작아서 100mA 충전지를 사용해도 한번 충전으로 하루 종일 켜놓 아도 문제 없습니다. 인젝터와 트레이서를 동시에 동작 시키다 보니 접지 클립, 탐 침, 인젝터 탐침 등 주렁주렁 달려 있는 모습인데 그냥 이런 형태로 갈것인가? 아 니면 인젝터와 트레이서를 분리형으로 할것인가, 또는 일체형에 탐침봉을 한 개만 사용하고 스위치로 전환해서 쓸 것인가 이런저런 고민을 좀 해봐야 됩니다. 남들은 어떻게 만들었는지 자료를 찾아보니 이런 게 있네요

99 출처는 여기 입니 다. 12V 전원을 사용하고 탐침 한 개에 전환 스위치를 사용해서 인젝터와 트레이서를 각각 동작 시키는 방법입니다. 이렇게 되면 인젝터로 신호 넣고 트레이서로 추적 하려면 똑같은 놈이 하나 더 있어야 되겠지요? PCB를 만들게 되면 1/8W 저항에 SMD IC를 사용해 작은 크기의 펜타입으로 만들어 볼까 하는데 인젝터와 트레이서 분리 또는 전환 또는 지금 만들어 놓은 대로 이중에 어떤 형태로 해야 좋을까요?

100 Ⅶ. 스피치 프로세서 스피치 프로세서는 크게 3가지 종류가 있는데, 마이크컴프레서 칩을 사용한 오디 오 프로세서가 있고, 두 번째는 오디오프로세서의 한 종류로 오디오-->RF-->오디오 형식으로 변환하는 방식, 끝으로 RF 프로세서가 있습니다. 오디오 프로세서는 오피앰프를 사용해 출력을 입력으로 피드백 시켜 AGC를 걸어주 는 방식과 SSM2166 같은 전용의 프로세서 칩을 사용해서 음성대역의 다이나믹 레인 지를 압축하는 방식이 있습니다. AF-RF-AF 방식은 아주 독특한 방식으로 음성대역을 압축 합니다. 마이크로 들어온 음성을 SSB 변조 하여 RF로 만든 다음 RF 신호를 다이오드를 사용해 진폭 제한을 시켜 일정 레벨이 되도록 클리핑 시킨 후 다시 SSB 복조해서 오디오 신호를 만들어 무전기의 마이크 입력으로 넣어주는 방식입니다. 그럼 오디오 신호를 충분히 증폭한 다음 클리핑 시켜서 사용하면 되지 않느냐...? 하는 의문이 생깁니다. 오디오 신호를 클리핑 시켜 일정레벨을 만들면 음질이 심하 게 찌그러져 아주 듣기 거북한 소리로 바뀝니다. 그래서 오디오를 RF로 만들어 RF 레벨을 클리핑 시켜 일정 레벨을 만든 다음 다시 복조하면 찌그러짐이 훨신 덜한 압축된 음성을 만들 수 있습니다. SSB로 통신할 때 마이크를 입에 가까이 하면 출력은 잘 나가지만 과변조가 걸려 음이 심하게 찌그러지게 되고 그렇다고 마이크를 입에서 멀리하면 음성이 약해서 송신 출력이 약하게 나가는 경우가 많이 있는데 AF-RF-AF 방식을 사용하면 마이크 를 입에 물고 말을 하거나 1m 정도 띄워서 말을 해도 거의 같은 레벨을 만들어 줍 니다. 세번째로 RF 방식 프로세서는 사용하는 무전기의 TX IF 주파수를 클리핑 시킨 다

101 음 다시 동일한 IF 필터를 통과시켜 고조파를 제거한 다음 TX 믹서를 통해서 송신 을 하는데 무전기 마다 IF 주파수가 다르고 동일한 IF 필터 구하기가 어렵고 가격 이 비싸기 때문에 만들기가 쉽지 않습니다. 거기다 IF 라인을 개조해야하는 문제가 있기 때문에 IF 라인을 중간에 잘라서 RF 방식 프로세서를 연결시켜야 하므로 개인 이 쉽게 개조하기가 거의 불가능 합니다. 최근에 나오는 거의 모든 무전기들은 오디오 프로세서칩을 사용한 오디오 프로세 서 방식이므로 송신 음색이 고만 고만 합니다. 독특한 음색을 만들어내는 AF-RF-AF 스피치 프로세서를 한 번 만들어 보도록 하겠습니다. AF-RF-AF 방식을 만들기 위해서는 SSB 변조기, SSB 필터, 클리핑회로, 고조파 제 거 필터, SSB 복조기가 필요합니다. 변조기와 복조기는 KIA7310을 사용하기로 했습 니다. NE602나 SA612를 사용해도 되는데 따로 구입하려면 가격이 비싸므로 많이 가 지고 있는 KIA7310을 활용하기로 했습니다. 전체 회로도 입니다. 마이크는 콘덴서 마이크를 사용하는데 600옴의 다이나믹 마이크를 사용해도 됩니 다. 하이임피던스 마이크를 사용하려면 매칭 트랜스를 넣거나 마이크 입력 회로를 변경해야 됩니다. 마이크로 입력된 음성 신호는 2N2222를 사용해 충분히 증폭한 다 음 7310에 내장된 발진기로 MHz 크리스탈을 MHz로 발진 시킨 로칼과 믹싱해 DSB를 만들어 냅니다. 만들어진 DSB는 BW 3kHz인 4pole 필터로 LSB를 선별한 다음 7310 내부에 들어있 는 앰프를 통해 증폭해서 출력한 후 1N4148을 사용해 클리핑 시켜 진폭을 일정하게 만듭니다. LSB의 진폭을 클리핑 시켜 일정하게 만들었지만 LSB에 포함된 음성 주파 수는 고스란히 들어있으므로 걱정할 필요는 없습니다. 다이오드를 사용해 LSB를 클리핑 시킨 후 두번째 7310의 내장 앰프를 사용해 한번 더 증폭한 다음 클리핑으로 인해 발생된 고조파를 두 번째 필터를 사용해 제거한 후(두번째 필터는 고조파 제거용이므로 특 성이 샤프하지 않아도 됩니다.) SSB 복조를 합니다. SSB 복조에 사용한 로칼 신호 는 첫 번째 7310에서 발진시킨 로칼을 그대로 가져와서 사용합니다. 회로를 만들어 테스트 중인 모습입니다

102 AF-RF-AF의 구조는 설명한 바와 같이 그리 복잡하지는 않습니다. AF-RF-AF를 거 친 음성신호는 큰소리와 작은 소리가 압축되어 일정한 레벨로 출력 되므로 다이나 믹레인지가 좁아 격앙된 음성으로 들리게 되지만 SSB의 평균 출력을 높이기는 아주 좋은 상태가 됩니다. 라디오에서 나오는 소리를 콘덴서 마이크로 입력해서 AF-RF-AF를 거친 다음의 오 디오 출력을 컴퓨터 사운드 카드로 입력해서 녹음한 소리 입니다. 강하고 경직된 소리는 마이크의 위치를 멀리 이동해도 거의 변하지 않습니다. 그래서 스피치 프로세서는 공개 운용 같은 시끌벅적한 환경에서 사용하면 주변 소 음이 모두 들어가 듣는 사람이 불편 할 수 있으니 조용한 저녁에 방안에 혼자 있을 때 마이크에 대고 큰 소리 지를 필요 없이 작은 목소리로 DX를 즐길때 사용하면 좋 겠습니다. 스피치 프로세서를 사용하면 마이크에 대고 작은 소리로 속삭여도 출력 메타는 끝까지 올라 갑니다. 그러기 위해서 만든 것이 스피치 프로세서 이니까요

103 1.멀티 다이폴 만들기 Ⅷ. 안테나 만들기 안테나 엘리멘트로 현재 사용 중인 것은 220V용 단상 전선이다. 집 창고에 나돌아 다니는 전선이 많아 어디 딱히 쓸 곳도 없는데 자원 재활용 측면에서 소진하고자 그냥 아무 생각없이 엘리멘트로 사용했다. 처음에는 옥내 배선용 단선용 구리선으로 자작을 했다. 동선 한 개로 되어 있지만 아무래도 굵기가 굵어서 지금 사용 중인 전선(가는 동선을 여러겹으로 만들어 넣은 연선이다. 왠지 좀 약해보인다.)보다 대전류에 강할 것이라 생각되어 만들었다. 그 러나, PVC 파이프를 절단해 만든 스페이서(spacer)의 청공작업이 부실해서 포기해 버렸다. 스페이서는 멀티 밴드로 사용하기 위해 엘리멘트용 전선의 간격 즉 밴드별 전선 을 이격시켜주는 용도이다. 이 간격이 너무 가까우면 신호간섭이나 절연 또는 바람 의 영향 등에서 건전성이 유지되기가 쉽지 않아서 그렇는지 통상 이 스페이서의 간 격을 최소 3인치 이상은 나와야 하는데 만들고 보니 너무 따닥따닥 붙어 있어 실패 하고 말았다. 사용된 전선이 무용지물이 되어 아깝긴 했지만 그닥 있어도 쓸모없는 전선이라 미 련이 없다. PVC 파이프도 사실 옥내배선에 conduit로 사용했던 오래된 자재인데 창 고에 박혀서 공간만 차지해 버리려다 남겨 두었던 걸 재활용했다. 이런 잡자재들은 없으면 아쉽고 있으면 평소에 그닥 쓸모가 없이 보관 공간만 차 지하는 계륵 같은 것들이다. 전선에 대한 제원을 파악하지 못해서 정확히 얼마의 특성을 갖는지 알지 못하지 만 가장 일반적인 전선의 경우를 생각해서 추정해보기로 했다. 보통 전선은 단상 용과 3상용, 그리고 케이블 등으로 분류된다. 일반적으로 구하기 쉬운 전선은 당연 히 단상용 전선이다. 다이폴 안테나의 엘리멘트로 사용하기에는 무엇이 적합한지 잘 모른다. 하지만 대충 엘리멘트로 사용가능 여부만 생각해보면 이런 것 정도가 아닐까 싶다. 안테나로 방사되는 전파의 전기적 출력은 P는 전압 V와 전류 I의 곱 이니 현재 사용하고 있는 전선의 저항치가 얼마인지 몰라도 낮은 저항인 500옴이라 면 내가 희망하는 출력이 1kW라 했을 때 안테나 엘리멘트로 전달되는 필요한 전류 량은 대충 이렇게 된다. P=V*I 이니 이 식을 달리 적으면 전류의 제곱( 에 저항(R) 을 곱한 식이된다. 즉 P= 이다. 이를 풀이식으로 적으면 1000W = (A)* 500 오옴(Ω) 이 된다. = 1000(W)/500(Ω) = 2 이고 즉, X = (A) 가 된다. 다시 말해서 내가 1kW의 송신 출력을 내고자한다면 안테나 엘레멘트에 흐르는 전 류는 최소한 1.5A가 흐른다는 소리다. 여기서 문제가 되는 것은 전선의 허용전류 계산이다. 전선에는 정격전류와 정격 전압이 전선표면에 표시되어 있다.(어떤 일이 있어도 이 정격전류/전압의 값을 초 과하면 안된다. 그렇게 되면 주울열이 발생하여 단락(쇼트)인한 소손 또는 화재가 발생할 수 있고 피복이 녹아서 지락이나 누설로 인해 감전의 위험이 있기 때문에 절대 정격치를 초과하면 안된다.) 물론 없는 것도 있다. 지금 나의 경우처럼

104 알 수가 없다... 그래서 보수적으로 적용하고자 "전선 허용 전류표"를 인터넷에서 검색해 봤더니 이렇다. 단상 220(V)의 전선 중에서 가장 낮은 전선의 굵기가 약 2.5 SQ이고 전력 소비량이 대충 2kW용이다. 부하 최대전류가 12(A)이며 정격전류가 15(A)로 표시되 어 있다. 이쯤이면 상기 식에서 계산한 1.414A의 값보다 훨씬 높은 값(12A)이다. 하지만... 실제 전선의 저항치(교류이니까 이론적으로는 임피던스라 생각해야 함)를 모르니 문제다. 만약 저항치(여기선 저항이라고 표현한 것 모두가 임피던스를 뜻한다.)이 100(Ω) 이라면 말이 달라진다. 전류가 3(A)에 이른다. 통상적인 HF 다이폴 안테나의 임피 던스가 대략 73 오옴(Ω) 정도 된단다. 내가 자작한 안테나의 임피던스도 이렇는지 확인할 방법이 없다. 연장(?)도 없을 뿐더러 어떻게 측정하는지도 모르겠다. 어디 뒤지다보면 알게 되겠지만 오옴(Ω)이라해도 4 (A)채 안된다. 임피던스 매 칭되는 값이 50 오옴(Ω) 주변이라해도 5(A)를 넘지 않는다. 모두 이 최대전류 (12A)에 이르지는 못하니 일단은 안심이다. 어찌되었든 간에 전선의 저항치(임피던스)가 0 이 아닌 이상 무한대의 전류가 흐 를 일은 없을 것 같다. 따라서 최대허용전류인 12 (A)에는 이르지 않을 것이니 거 뜬하게 견딜 것으로 보여 엘리멘트는 건전성을 유지할 수 있을 것 같다. 엘리멘트(도선)에 걸리는 전압을 한 번 알아보자. 상기 전력공식에 따라 P=V*I 이니 V = 이다. 따라서 전압는 1000(W)/1.414(A) = 707 (V)가 인가된다. 220V 단상용 전선에 전압이 3배가 넘는 707(V)가 걸리니 문제 가 된다. 통상 일반 전선의 절연 내력(내압)은 사용전압의 2배 ~ 3배이다. 대충 최 대로 봐도 700(V) 가 안된다.( 220V의 2배[440V] 또는 3배[660V] 임) 절연내력을 초과하면 전선의 피복이 갖는 절연기능 파괴되어 (절연파괴라 한다.) 주변에 기전 력이 유도될 수 있다. 이렇게 되면 그 전선 주변에 가까이만 가도 기전력이 일어나 충격 전압을 받거나 감전의 원인이 된다. 쉽게 말해 전선에 피복제가 되어 있어도 밖으로 전기가 흐를 수 있는 조건이 된다는 것이다. 꼭 전선 피복을 벗겨 놓은 것 같은... 벗겨진 전선 즉 나선과 다를 바 없이 된다. 또한 고전압이 유기된 상태 에서 금속 재질(전도성) 구조물의 표면과 접촉하거나 접근시키면 스파크(불꽃) 유 발로 화재의 원인이 될 수 있다. 본 안테나 엘리멘트가 허공에 올라 앉아서 걸쳐지 므로(일명 빨래줄이 되므로) 사람이나 기타 구조물이 접촉하지는 않겠지만 절연이 약하면 안전사고의 문제가 생길 수도 있다. 이 점은 주의해야 할 대상이다. 게다가, 임피던스 매칭이 되지 않거나 사용자의 문제로 공진주파수에서 송신을 하 지않는 등 임피던스가 증가하여 버리면 보통 2~3배의 임피던스가 걸리게 된다. 이 럴 경우 안테나 엘리멘트에 걸리는 전압은 (저항은 -임피던스 포함해서- 전압에 비 례하므로...) 1(kV) 가 훌쩍 넘어버린다. 이제 막바지 정리 작업이 다가오고 있 다. 안테나 지지봉에 엘리멘트를 올리기 위해 염두 해야 할 것을 생각하니 이것저 것 경우의 수가 한두 가지가 아니다. 가장 중요한 접지문제가 대두되어 지지대에 용접을 하여 접지선을 이었다. 접지선 의 끝을 접지봉에 연결해서 땅에 묻는 과정이 남았지만 생각보다 쉽지 않아서 그렇

105 다. 접지봉이 최소한 2 m 정도는 지중으로 박혀야 하는데 주변 여건상 그렇게 깊이 넣을 만한 맨땅이 없다. 거의가 시멘트포장의 바닥이니 겨우 찾아낸 창고 바닥이 있으나 실제 낙뢰시 효과적인 성능을 발휘할지 의구심이 많이 생긴다. 또한 이런 부분도 염려가 된다. 안테나 지지봉의 재질이 금속 성분이다보니 절연 에 대한 걱정이 앞선다. 낙뢰에 의한 접지 조치는 내 생각이지만 최소한 1종 접지 는 해야 할 것 같다. 고전압과 대전류는 절연을 파괴시키며 다이폴 안테나용 지지 봉에 얼마든지 타고 들어 올 수 있다. 아마도 내가 안테나의 높이를 배전선로에 있 는 전주보다 높게 올라가니 낙뢰란 놈이 그냥 수수방관하리는 없다고 생각하기 때 문이다. 그래서 더욱 걱정이 되는 것은 금속 성분의 지지봉을 따라 내려오는 동축 케이블에 노이즈를 유발하면서 침투할 공산이 무지 크다. 접지의 중요성을 두 번 세 번 말해 무엇하리요... 1종 접지란 것이 10옴 이하의 접지저항을 가져야 한다. 라고 법규에 나와 있다. 말이 10옴이지 저항이 거의 없는 거나 진배없어 보인다. 낙뢰가 안테나를 타고 지 중으로 사라져 버리면 정말 좋겠지만 분명히 낙뢰의 이상전류는 동축케이블에 유도 되어 전달되기 쉽고 동축케이블로 유도된 유기기전력 발생은 무선기기의 고장을 초 래하고도 남을 일이다. 접지와 관련된 일은 안테나를 직립시키고 난 후에 해도 늦 지 않아서 더 이상의 진행은 없는 상태이다. 돈 들이지 않고 자작하려다보니 흔한 자재를 택한 것이 비계틀 제작에 사용하는 비계파이프와 강관(steel pipe)을 사용하기로 했다. 그러다보니 엘리멘트와 동축케 이블은 제작상 절연에 대한 절연내력이 아주 많이 떨어질 수밖에 없다. 이것을 만 회하기 위한 대안을 찾다가 결국은 집에 나돌아 다니는 플라스틱 컨듀트와 1 인치 이하의 PVC 파이프를 절연태이프로 연결해 금속봉에 직 간접적으로 유도되는 낙뢰 로 인한 이상전류 유입을 차단하고자 보완사항을 생각하기로 했다. 여가가 되는대로 지지봉에 결속시켜 바로 직립작업과 엘리멘트 고정작업에 착수 하고자 맘 먹고 있다. 별 탈 없이 다이폴 안테나 지지봉이 바로 서게 되기를 소망 하며 오늘의 일과를 마무리했다

106 오늘은 유난히 날씨가 매섭다. 바람이 불어서 코끝을 자극하니 더욱 냉기가 온몸 에 퍼진다. 한 시간 남짓 작업을 하니 콧물이 맺힌다. 전날에 이어서 계속적으로 안테나 지지봉에 엘리멘트 연결 보완작업과 동축케이블 고정 작업을 착수했다. 플라스틱 플랙스블 컨듀트(conduit)와 PVC 파이프에 절연 테잎을 감아 그 내부에 동축케이블을 집어넣었다. 지지봉에는 플라스틱 케이블 타이를 부착하여 만들었다. 가능하면 동축케이블이 안테나 엘리멘트와 수직으로 직하되도록 만들기 위해 컨듀 트에 집어넣었고 타이로 고정한 것이다. 동축케이블의 절연성을 올리기 위해서도 플랙스블 컨듀트를 사용하면 용이할 것 같아 그 속에 케이블을 집어넣은 것이다. 처음에는 1:1 전압발룬과 초크바룬이 허공에 매달리도록 할 작정이였으나 오늘 불어대는 바람을 보고선 동축케이블에 많은 인장력이 가해질 것 같아 도저히 그냥 달랑달랑 매달려 있게 할 순 없어서 케이블 타이를 사용해 바짝 고정을 했다. 날씨 가 추워서 인지 케이블타이가 딱딱해져 너무 잘 부러져 애를 먹었다. 게다가 초크발룬은 금속 지지봉에 바짝 붙을 수 밖에 없는 구조인 탓에 이격을 시 킬 묘안이 떠오르지 않아 궁리하다가 마침 고정클립이 나돌아 다니는 것이 보여 상 부에는 이걸 달고 하부에는 글루건으로 접착시켰다. 내 생각엔 이 상태로는 절대 오래가기 힘들 것 같지만 처녀 자작품에 대한 기대보다는 경험의 자산 가치로 삼는 게 더 좋을 것 같아 그냥 밀어 붙였다. 강풍으로 인해 부착한 에어 초크발룬이 이 탈되어도 큰 욕심 없이 수긍하기로 했다. 케이블 타이 결속 작업이 다 끝나니 안테 나 같은 구색이 좀 보이는 것 같다

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108 2. 소출력 통신용 마그네틱루푸안테나(QRP Magnetic Loop Antenna)자작 야외에서 아마추어 무선국을 운용할 때 겪는 가장 큰 난관은 안테나 설치 입니다. 특히 단파대 용 안테나는 넓은 면적을 차지합니다. 길고 높은 안테나를 설치하려고 보면 마땅한 위치를 잡기 곤란하죠. 휴대하기 편하고 설치가 간편한 안테나를 찾아 본 끝에 마그네틱 루푸 안테나(QRP Magnetic Loop Antenna)를 만들어 보기로 했습 니다

109 아마추어무선 단파 통신용 포터블 안테나의 고심 관련 자료를 찾아 봅니다. 인터넷을 통해 Magnetic Loop Antenna를 검색해보면 많 은 정보가 있습니다. 그중 믿음이 가는 자료의 링크 입니다. 마그네틱 루푸 안테나 를 잘 설명하고 있습니다. DIY Magnetic Loop Antenna by Owen KF5CZO 마그네틱 루푸 안테나 설계용 계산기. 안테나 루푸의 크기와 대응되는 가용 주파 수를 계산해 줍니다. Magnetic Loop Antenna Calculator 마그네틱 루푸 안테나는 두개의 원형 도체(루푸, Loop)로 구성됩니다. 작은 루푸 에 급전한 고주파 전력은 주 루푸에 유도되어 복사가 일어납니다. 주 루푸의 양단 에 가변 콘덴서를 달아 놓음으로써 공진 회로를 구성하는 것으로 별도의 안테나 튜 너가 필요 없습니다. 아래의 그림은 마그네틱 루푸 안테나의 회로인데 L-C 공진회 로 입니다. L 에 해당 하는 부분이 주 루푸 입니다. 운용 주파수에 따라 주 루푸의 원주길이 (=3.14*지름)를 적절하게 정해야 합니다. L 값이 공진 주파수에 모자라거나 크면 C 로 조절할 수 있습니다. 자료에 따르면 원주 길이는 효율을 위해 사용 주파수 파장의 1/8 이상 되어야 하 며, 자기 공진 을 피하기 위해 1/4파장 이하가 되는 것이 좋답니다. 루푸 안테나를 다밴드 용으로 사용하려면 L 값을 적당히 고정하고 C 값을 가변 조 절 하게 되는데 굉장히 민감합니다. 높은 Q 안테나라서 공진 대역폭이 아주 좁기 때문입니다. MFJ 사의 마그네틱 루푸 안테나의 경우 주 루푸는 90cm 가량입니다. 계산해보면 7Mhz용으로는 짧아서 효율(6%)이 떨어지지만 C를 조절하여 매칭 시킬 수는 있습니 다. 이 루푸로 28Mhz 까지 사용할 수 있습니다. 주 루푸의 도체 표면적도 효율의 높이는데 중요한 요인이 됩니다. 파이프가 굵을 수록 효율이 높지만 설치하기 매우 까다롭죠. 적어도 직경 1cm 이상은 되는 것이 좋답니다. 주 루푸의 양단에 높은 고압이 걸립니다. 계산식에 따르면 7Mhz 에서 5와트 출력 인 경우 500볼트가 넘고, 100와트 출력에서는 거의 3천 볼트에 육박합니다. 이정도 고주파 전압에서 방전하는 것을 막으려면 극판 간격이 1.5mm 이상 벌어져야 합니 다. 결국 정밀 조절이 가능한 고압용 가변 콘덴서를 사용해야 하는데 이를 구하기 어려우니 자작해서 사용하는 경우가 많더군요. 가변콘덴서를 만들려면 정말 많은 공이 듭니다. 가. 송신용(고압)가변 컨덴서 만들기 Build Your Own Transmitting Air Variable Capacitor

110 마그네틱 루푸 안테나가 간편할 줄 알았더니 조건이 까다롭군요. 다른 상용 루 푸 안테나를 참고하여 적당한 수준에서 타협을 보기로 합니다. 주 루푸는 RG-8 동축 선을 사용하기로 합니다. 지름이 1cm 이상 되어야 한다는 데 RG-8 동축선의 외피가 이에 못미칩니다. 그렇다고 주 루푸의 도체로 금속 관을 사용하면 휴대가 불가능 하죠. 일단 RG-8/U로 외피에 알루미늄 호일로 감싸진 것 을 사용하기로 했습니다. 주루푸의 지름 1.2m로 원주 길이는 3.76m 가 되는군요. 7Mhz 밴드에서 효율이 11%로 개선 되지만 21Mhz에서 C 값이 26pF에 불과하고, 28Mhz 에서는 14pF 입니 다. 이정도 용량이면 가변 콘덴서를 상당히 정밀한 조절이 필요합니다. 가변 콘덴서 축에 버니어 기어 를 달거나 트리머를 병렬로 달아 줘야 합니다. 가변 콘덴서 자작은 공이 너무 많이 들어가므로 나중으로 미룹 니다. 전자공작 카페의 방장님이 선물 로 준 것을 사용하기로 했습니 다. 로터와 스테이터 간격이 너 무 좁아 고출력은 불가능 하겠습 니다. 2련인데 용량도 너무 높아서 직렬 연결 했습니다. 이에 덧붙여 25pF 트리머를 달 았습니다. 정크 시장에서 아주 특이한 트리머를 구해놨었습니 다. 깡통 형인데 나사산이 나있어 돌려가 며 용량을 조절합니다. 정밀조절이 가 능하죠

111 이제 루푸를 세워야 합니다. PVC 파이 프와 연결구를 이용해 조립이 가능한 구조물을 만들었습니다. 아주 적절한 재료가 있더군요. View.aspx?ItemNo=A &frm 3=V2 마그네틱 루푸 안테나의 특징으로 지상 고에 영향을 받지 않는 다는 점입니다. 그 대신 루푸의 모양을 제대로 유지해 줘야 합니다. 지름 1.2미터나 되는 동축선을 세워 놓으면 원형을 유지해 줄리가 없죠. 이 런 그림 흔히 보셨을 겁니다. 연결구와 파이프를 동원하여 루푸 모양 을 만들어 줍니다. 두귀퉁이에 홈을 내서 루푸 동축선을 걸고 케이블 타 이를 감아 걸쳐놓은 것이 흘러 내리지 않게 합니다. 해체하면 이렇습니다. 쇼핑몰에서 얻은 헝겁 장바구니 가방에 다 들어갑니다. 휴대하기 그만이죠. 아파트 실내에서 수신용으로 사용한 바로는 당연하게도 외부에 설치된 롱 와이어 보다 한참 못합니다. 하지만 매칭 박스는 출력 5W 에서도 매칭 잘 됩니다. SWR 1:

112 로 맞춘다는 것이 안테나의 성능을 의미하진 않지만 어쨌 든 예상대로 작동 하는 군요. 현재 가변 컨덴서의 내압용량 때문인지 5W 이상 출력을 낼 수 없군요. 주의: 주 루푸가 연결된 금속 외피를 만지지 마시오. 저출 력에도 감전될 수 있음. 한 5W 가량 출력일 때 살짝 만 져봤는데 찌릿~ 따끔~ 합니 다. Ⅸ. ARDF 수신기 1. GLCD 초기화 Nokia 5110 Mono GLCD를 자유자재로 구동하려면, 메모리 어드레스 방식을 완전히 이해해야 합니다. 이 LCD의 어드레스 지정방법을 익히기 위해서 데모프로그램을 만들어 봤습니다. 의도한 대로 잘 작동하네요. 이젠, 이 LCD를 실제 회로에 응용 하는 것도 얼마든지 가능할 것 같습니다. 가. 어드레스 지정방법 노키아 5110 LCD의 화면은 가로 84dot x 세로 48dot으로 구성되므로 화면의 위 치를 지정할 때, 가로( X좌표)는 0 ~ 83을 지정하면 됩니다. 그런데, 세로(Y좌 표)는 0~47을 지정하면 될 것 같은데, 실제 지정 가능한 Y좌표값은 0~5 범위값을 입력해야 합니다. 즉, 세로 좌표는 실제 위치가 아닌 DDR 램의 Bank번호를 지정해 야 합니다. 예를 들면, 아래 그림에서 점 A ~ H의 어드레스 지정은 아래 표처럼 해야 합니다. 아래 그림에서처럼 임의 점의 어드레스를 지정할 때는, X좌표는 그 대로 지정하면 되지만, Y좌표는 실제 값이 아닌 Memory BANK (즉, Font가 표시 될 행번호)를 표시해야 합니다. << 점의 위치별 어드레스 지정법 >> 구 분 실제좌표 (X,Y) 어드레스( X,Y) 비 고 점 A 0, 0 0, 0 첫째 줄, 좌측 최상단 점 B 52, 0 52, 0 첫째 줄 점 C 16, 8 16, 1 둘째 줄 점 D 0, 14 0, 1 둘째 줄 점 E , 4 다섯째 줄 점 F 52, 16 52, 2 셋째 줄 점 F2 52, 24 52, 3 넷째 줄 점 G 18, 44 18, 5 여섯째 줄 점 H 83, 47 83, 5 여섯째 줄, 우측 최하단

113 나. 어드레스 자동증가 방식 어드레스를 지정하면 1 바이트를 표시할 때마다 어드레스 값이 1씩 자동 증가하 는데, 증가 방법은 수평모드와 수직모드가 있습니다. 어드레스값이 자동증가하는 순서는 아래 그림과 같습니다. GLCD를 초기화시키면 어드레스가 X=0,Y=0(화면 좌측최상단)으로 자동 지정되 고, 매 바이트마다 어드레스 값이 1씩 자동증가(수평모드)하므로 화면 좌측 최상 단부터 데이타를 표시할 경우는 따로 어드레스를 지정하지 않아도 됩니다. 화면 위치가 우측 최하단일 경우 다음 바이트는 좌측 최상단으로 어드레스 값이 자동으 로 변환됩니다. 수직는 명령코드 &H22, 수평모드는 명령코드 &H20 으로 지정합니 다

114 다. 어드레스 지정 소스코드 어드레스 지정을 위해서 서브루틴 Position을 만들었습니다. 따라서 어드레스를 지정할 경우 X,Y의 어드레스 값을 지정하고 서브루틴을 호출하면 됩니다. 즉, 어드레스를 X=40, Y=3으로 지정하려면 단지 Position 40,3 로 코딩하면 됩 니다. 써브루딘 Position은 아래와 같습니다. Sub Position(byval X_data As Byte, Y_data As Byte) Dc = 0 Ce = 0 Y_data = Y_data Xor &H40 X_data = X_data Xor &H80 Spiout Y_data, 1 Spiout X_data, 1 Ce = 1 Dc = 1 End Sub 라. 어드레스 변경 DEMO 프로그램 써브루틴을 활용해서 어드레스를 지정하는 다양한 방법의 데모프로그램을 작성 해 봤습니다. 프로그래밍 순서는 아래와 같습니다. Nokia5110_address_test_HL3LZV_ bas Nokia5110_address_test_HL3LZV_ hex 데모 프로그래밍 순서 가) 문자 "H"를 좌측 최상단부터 우측 최하단까지 가득 채우고 지우기 나) 문자 "H"를 좌측 최상단부터 우측 최하단까지 이동시키기 ( 수평모드 ) 다) 문자 "H"의 데이타를 자측최상단부터 우측회하단까지 이동시키며 화면에 표 시하기 (수직모드 ) 라) 문자 "H"를 좌측 최상단부터 우측 최상단까지 이동시키며 표시하기 마) 문자 "H"를 우측 최하단부터 좌측 최상단까지 이동시키며 표시하기 바) 화면 임의 위치에 "HL3LZV" 표시하기 2. ARDF 수신기 가) 기본 컨셉 나) 전원 회로 다) RF 회로 다) 디지탈 회로 라) Audio Amp회로 마) Casing 바) PCB Artwork 사) 소프트웨어 흐름도 아) Antenna 자) 조립 순서 및 동작확인 가. DIY 전자공작의 르네상스를 꿈꾸며 요즘 DIY 전자공작에 대한 열기가 예전만 못한것 같지만, 사실, 바로 지금이

115 DIY 전자공작의 황금시대라고 할 수 있습니다. 잘 찾아보면 우리 주변에 값싸고 성능 좋은 전자부품이 차고 넘칩니다. 이 부품들을 잘 활용하면, 한 차원 높은 DIY 전자공작을 만끽 할 수 있습니다. 예를들면, RDA1846이라는 5mm x 5mm 크기의 IC가 있습니다. 이 조그만 칩속에는 VHF/UHF 트랜시버의 모든 핵심기능이 내장되어 있습니다. 외부 부품 몇 개를 추가 하고 MCU로 제어하면 바로 고성능의 듀얼밴드 수신기를 만들 수도 있습니다. 며칠전, 6K5VLI 박정환 OM님께서 ARDF수신기가 필요하다고 올리신 글을 보고, 이 RDA1846을 이용한 2M ARDF수신기 제작 프로젝트를 시작해 보려고 작정했습니 다. 정보공유 차원에서 앞으로 10회에 걸쳐 글을 쓰면서 아는 범위 내에서 가급적 자세히 설명하면서 프로젝트를 진행해 보도록 하겠습니다. "시작이 반이다" 라는 속담이 있지요. 회원 여러분의 관심이 크면, 시작이 반보다 훨씬 더 클 수도 있다 고 생각합니다. 나. 2M ARDF 수신기의 블록구상도 사실, 정철휘님께서 무상으로 양도해주신 MC 개를 활용할까도 생각해 봤 었지만, 부피가 더 작은 ARDF수신기를 만들기 위해서 RDA1846 을 사용한 회로를 구상하게 되었습니다. 블록 구상도는 아래와 같습니다. 다. ARDF 수신기의 기본 기능 (1) 수신주파수 범위 : ~ Mhz ( 20 Khz Step 주파수전환) (2) 수신방식 : Narrow FM ( 12.5Khz / 25Khz 전환가능 )

116 (3) S미터 수신강도표시 : 0 ~ 1023 단계 ( 0.3dB Step ) SEGMENT LCD에 숫자 로 표시 (4) 음량조절 : 0 ~ 255단계 디지털 볼륨 ( Tack SW로 조절 ) (5) 최저수신감도 : SINAD 12dB (6) ATT : 2Mhz Split Active 감쇄기 감쇄비 최저 -60dB, 200K 볼륨으로 조절, 5M 거리에서 발신기 방향 탐지 가능 (7) 수신기 케이스 : 불용자재 튜너팩 소형 케이스 활용 (8) 전원 : 3.7V 리튬이온 전지 1셀 (9) 음성출력 2.5 mm 헤드폰 / 이어폰 (10) 주파수 표시 : 3.5 digit Segment LCD (11) ANT : 3 Element Yagi ( 수신기 분리 또는 일체형 ) (12) 예상 소비전류 : 100 ~ 150 ma 라. 수신기 본체 기능 구상도 수신기 본체를 야기안테나에 부착하고 사용하거나, ARM BAND로 팔에 고정하고 사용할 수 있도록 설계합니다. 수신기의 기본 기능은 아래 구상도와 같은 기본 컨셉을 갖고 프로젝트를 시작할 생각입니다

117 마. 비용은 얼마나 될까? 본 프로젝트를 진행하는데 소요되는 예상비용을 적어봤습니다. 물론 실제과정에 서는 약간의 증감이 있겠죠... 따라서, 총 비용은 상상에 맡깁니다. - 케이스와 SEGMENT LCD ( 불용자재 활용 ) - RDA 1846 : 4000원 - ATMEGA16 : 2000원 - PCB : 2500원 - 3 ELE 야기 안테나 ( 스틸철자, 알루미늄 붐대사용 ) :??? - 기타 부품 : 5000원 첨부된 파일 4개 DIY 공작에 있어서 가장 기본적이고 쉬운 회로가 전원회로라고 할 수 있습니다. 하지만, 쉽다고 절대로 소홀하게 취급해서는 안됩니다. 전압과 전류관계를 꼼꼼 히 체크하고 노이즈 대책도 충분히 세워야 합니다. ARDF 수신기의 전원회로 구성 에서 고려할 점을 살펴보겠습니다. 1) 전원은 리튬이온전지를 사용합니다. 요즘은 거의 모든 휴대용 기기에는 리튬이온 전지를 사용하고 있습니다. 리튬 이온 전지를 사용할 경우, 제품의 크기와 무게를 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 건전 지 구입비용이 절약되며, 케이스 선택폭이 훨씬 넓어지는 장점이 있습니다. 본 ARDF 수신기에는 사용하지 않는 구형 핸드폰용 리튬이온 전지를 재활용하려 고 합니다. 전지의 크기는 약 54mm x 34mm x 5mm 인데 사용 할 케이스와 크기가 꼭 맞 습니다. 오랫동안 사용안하 고 보관하던 것이지만 전압 은 3.96V가 측정되네요. 정 격용량은 1,100mA 로 넉 넉한 편이고, 배부름 현상 도 보이지 않습니다. 수량 도 넉넉하게 있는 편이구 요. 이 전지를 한 동안 걱 정 없이 잘 사용할 수 있 을 것 같습니다. 2) 전압은 3.3V 정전압을 사용합니다. 리튬이온 전지의 전압을 정전압 IC를 사용하여 3.3V로 낮춰 사용합니다. AMS1117과 같은 LDO를 사용해도 되지만, AMS1117은 콘트롤 핀이 없기 때문에 Tack SW로 전원을 ON/OFF하도록 회로를 구성하기가 약간 번거롭습니다. 따라서, 콘트 롤 단자가 있는 LDO를 사용하는 것이 편리합니다. 마침, 정크 박스를 찾아보니 핸 드폰등 휴대용 제품에 많이 사용하는 NJM2870F33 이란 LDO가 있네요. NJM2870_datasheet.pdf

118 이 LDO는 최대 150mA를 출력할 수 있는데, 일반적으로 이 정도 전류로도 ARDF수 신기를 사용할 수 있기는 합니다. 하지만, ARDF 수신기의 소비전류를 예측해 보니 까, 순간적으로는 최대 250mA정도 필요할 경우도 있을 것으로 예측되어 전류 부족 현상이 생길 가능성이 있습니다. 따라서, NJM2870F33 2개를 사용하는데, 하나는 MCU와 LCD용 전원으로 사용하 고, 다른 하나는 RF회로와 Audio AMP 전원용으로 사용하여 전체적으로 공급전류가 충분한 여유를 갖도록 구성했습니다. ARDF수신기의 부피를 최소화하기 위해서, 스위치는 택스위치만 사용합니다. 전원을 ON/OFF도 Tack SW를 사용 합니다. 두 개의 LDO는 하나의 택스위치로 연 동되어 on/off 됩니다.택스위치로 전원을 ON/OFF하는 회로구성은 아래 싸이트의 글을 참조했습니다. 3) 정전류 충전회로를 함께 구성했습니다. ARDF 수신기에 내장된 리튬이온 전지를 충전하기 위한 충전회로를 내장하면, 전 용충전기가 없어도 USB단자의 5V 전원을 이용하여 간편하게 충전할 수 있습니 다. 따라서, ARDF 수신기 내부에 TP4056를 사용한 충전회로를 포함시킵니다

119 TP4056_datasheet.pdf TP4056은 1A까지 충전할 수 있는데, 저항을 바꾸면 최대 충전전류를 조절할 수 있습니다. 1100mA짜리 전지를 사용하므로, 전체 용량의 1/2정도인 580mA가 최대 충전전류가 되도록 TP4056의 2번핀과 GND사이에 2K 저항을 연결해 줍니다. 온도감지 회로는 사용하지 않습니다. 따라서 TP4056의 1번 핀을 GND에 연결합니 다. ARDF수신기에 사용할 정전압 전원회로는 아래와 같습니다. 데이타시트를 참조해 작성한 충전 회로는 아래와 같습니다. 가) 핵심부품은 원칩 TRX IC인 RDA1846 본 ARDF수신기의 핵 심기능은 원칩 VHF/UHF TRX IC 인 RDA1846으로 구현합니다. 크기가 5mm x 5mm 정도의 초 소형인데 기능은 매우 막강합니 다. RDA1846_datasheet.pdf 이 IC는 내장된 DSP( Digital Signal Processor) 를 사용하여 FM신호를 변복조 하는데, 잡다한 부품 없이도, Tone Squelch

120 ,VOX, AFC, AGC, RSSI 등등 막강한 기능을 완벽하게 구현할 수 있습니다. 이 IC에 안테나와 오디오 앰프만 추가하고 MCU로 제어하면 즉시 고성능 듀얼밴드 수신기가 됩니다. 물론 크기도 초소형으로 만들 수 있습니다. 기존 FM 수신방식은 중간주파수가 10.7Mhz, 455Khz인 더블 수퍼해테로다인 방 식을 사용하지만, RDA1846은 내장된 PLL회로를 사용하여 중간주파수를 125Khz (?)로 낮춰 DSP로 처리하는 싱글 컨버전 방식을 사용합니다. 국일호님이 올리신 RDA1846에 관한 이전 게시글을 읽으면 이 칩의 기능을 이 해하는데 도움이 됩니다. Baofeng UV-5R, 육만원 짜리 휴대 무전기 최근에 그 가격 만으로도 굉장한 주목을 받고 있는 듀얼 밴드(2m/70cm 밴드) 휴 대형 무전기 UV-5R.중국제 입니다. 내부에 휴대용 무전기용 변복조를 처리하는 DSP 가 내장되었는데 이 반도체도 RDA 제품이군요. 중국 상해(푸동)에 위치한 중 국 반도체 회사인데 본사는 케이먼 군도에 있답니다. 좀 이상 하지요? UV-5R의 FM 송신 변조도가 약해서 이를 강화하기 위한 개조글 입니다. UV-5R 회로도도 있군요 baofenguv-5r-sch.pdf RDA1846이라는 칩 내에서 송수신과 관련된 모든 것을 처리합니다. 주파수 조절 용 VCO 제어와 버튼 및 표시장치 제어용으로 별도의 MCU 를 사용하고 있습니다. 단지 외부에는 RF앰프, 오디오 앰프,송신 출력 앰프만 있습니다. 무선 송수신을 담당하는 RDA1846의 내부 구조를 보면 SDR 송수신기가 온전하게 들어있습니다. 휴대전화의 기본 구조도 이와 같겠지요. 작은 휴대장치에 고주파 무선 통신이 가능 하려면 SDR을 단일 칩 내에 넣어놓는 수 밖에 없습니다. (내부 정황이 어떤지 모르지만 핵심 반도체부터 완제품까지 전부 중국 내에서 생산한다 는 사실!) - RF를 직접 받아서 I/Q 로 분리하는 QSD 내장 - VCO 내장 - Q/I 두채널 디지털 변환기 내장(ADC) - FM 변복조용 DSP 처리장치 내장 - 오디오 출력 아날로그 변환기(DAC) RDA1846의 내부 구성도를 보면 매우 익숙하죠? IQ 위상 분리와 다운 컨버젼을 겸한 QSD 가내장된 전형적인 SDR 입니다

121 RDA1846.pdf RDA1846_Programming_manual.pdf 그리고 FM 라디오 수신용 전용 칩이 들어있습니다 pdf 나름대로 살펴본 UV-5R의 내부 구성입니다

122 (수정) 위의 회로 구성 분석 그림에서 AGC라고 되어 있는 부분은 잘못되었습니 다. UHF/VHF 수신 필터와 프리 앰프 입니다. 회로 구성으로 봐선 제대로 만든 듀얼 밴드 핸디 트랜시버 입니다. 다만 MCU 프 로그램이 사용하는데는 크게 지장은 없지만 좀 어리버리 합니다. 예를 들면 듀얼 워치와 스플리트 송수신 가능 VFO A/B 가 됩니다. 그런데 듀얼 워치하다가 두 주 파수에서 모두 신호가 들어오면 오락가락 하더군요. 가끔 무전기 현재 설정이 원 치않게 돌변하기도 합니다. 무전기 메뉴가 무려 40개인데 그중 리셋이 가장 자주 사용해야할 기능이 될 듯 합니다. ㅎㅎㅎ 전반적으로 MCU와 송수신기 칩 사이의 제어가 좀 느리다는 느낌이 듭니다. 주파수 변경, PTT 반응 후 송수신 전환 등등. 어쨌든 경이로운 가격에 아주 잘 만든 무전기 입니다. 요즘은 디지털 튜너가 아주 흔하게 사용되고 있습니다. RF 신호를 직접 변환방 식으로 대역을 낮추고 I/Q 로 분리한 후 ADC로 변환하여 DSP(Digital Signal Processing) 프로세서로 복조 합니다. 변복조 방식을 디지털 마이크로 프로세서의 소프트웨어로 처리한다고 해서 SDR(Software Defined Radio)입니다. (DSP 참고: ) 다른 디지털 튜너의 내부구조를 보면 대동 소이합니다

123 현재 U/V 대역(50Mhz~1Ghz)의 디지털 튜너기술은 아주 대중화 되어 있군요. HF 대도 대중화 되어 원칩 SDR 이 나오면 좋을 텐데 쉽지 않습니다. 기술적인 어려움 도 있고 상업성도 없어요. ㅠㅠ U/V 대역은 워낙 주파수 범위가 넓고 채널당 차지하는 대역폭도 넓어서 그리 정 밀한 계산을 요구하지도 않구요. 그렇다고 대충 계산한다는 것은 아닙니다. 전파 의 파장도 짧아서 동조회로도 작게 만들 수 있습니다. 상업적 필요에 따라 중계기 도 많이 달아 놓으니 적은 출력의 휴대 단말기로 운용해도 실용성 있게 됐지요. HF대용 SDR이라 해서 튜너 칩이 없으란 법은 없습니다. 우리 카페에서 만든 SDR

124 용 QSD와 PC의 DSP 처리 소프트웨어 구성은 위에서 본 U/V 용 SDR과 똑 같은 구성 입니다. ( ) HF는 파장이 길어 외 부에 붙여 넣어야할 동조회로가 거대합니다. 방송국 하나가 차지할 채널당 대역폭 이 좁으니 필터가 매우 정밀해야 하고 혼변조 등 아주 치밀하게 만들어야 하겠지 요. 파장이 길어 안테나도 거창해져 중계기를 설치하기도 어렵습니다. 결국 단말 기(무전기) 끼리 원거리 통신을 해야하니 송신 출력도 높아야하고 수신 감도도 높 아야 합니다. 그래서 HF대용 무전기가 거창한 이유는 여러 가지 입니다. 인용 끝 데이타시트에 표시된 이 칩의 기능을 그대로 옮겨보면 다음과 같습니다. (1) CMOS 단일칩에 듀얼밴드 송수신기 기능을 완벽하게 구현함. 송수신 가능 주파수 범위 134Mhz ~ 174Mhz, 400Mhz ~ 500Mhz (2) PLL회로와 VCO회로를 모두 내장함. (주파수가 안정되어 있고, 디지털방식으로 채널전환하기가 쉽습니다. ) (3) Wide FM(25Khz) / Narrow FM(12.5Khz) 방식 전환가능 (4) 다양한 외부 X-Tal 사용가능 ( 12.8Mhz/25.6Mhz, 13Mhz/26Mhz ) (5) 디지탈 AFC ( Auto Frequency Control ), AGC( Auto Gain Control) 기능 Pre empahsis /De emphasis의 시간간격 선택 가능 (6) 1023단계 수신신호 강도 표시가능 (RSSI) 이 기능은 ARDF수신기에 꼭 필요한 기능입니다. 일반적인 휴대용 송수신 기는 S미터가 실제 수신신호의 세기를 표시하는 것이 아니라 AGC회로로 처리 한 신호를 표시하는 경우가 많아서 S미터만으로 정확한 방향탐지가 어려운 경우가 많습니다. 그러나, 이 RDA1846은 RSSI가 실제수신신호의 세기를 0.3dB STEP으로 표시할 수 있어서 전파의 방향 탐지가 훨씬 쉽다고 할 수 있 습니다. (7) 아날로그 및 디지털 방식 볼륨조절 디지탈 볼륨을 사용하게 되면, 수신기 의 크기가 훨씬 더 작아집니다. (8) 32ohm 이어폰 직접 구동가능 데이타시트에는, 이어폰을 직접 구동할 수 있다고 표기되어 있습니다. 경우에 따라서는 Audio Amp부를 생략한 초소형 수신기의 구현도 가능하겠죠. (9) 입력전압 범위 3.3V ~ 4.8V, 자체 LDO 내장 별도의 정전압 회로 없이 도 3.7V 리튬이온전지 직접 연결하여 사용할 수 있습니다. 하지만, 전원 ON/OFF를 Tack SW로 제어하기 위해서 LDO를 사용합니다. (10) 5mm x 5mm, 32pin QFN 패키지 (11) 시리얼 인터페스 방식 (2선, 3선,4선 방식의 시리얼 인터페스가능) (12) 기타 트랜시버의 부가기능 들 - VOX, SQ, Tone SQ, DTMF 기능 가능 - Auto RX/TX/SLEEP 상태 전환기능 - 8개의 외부 기능 선택핀 - 8dBm PA 내장

125 바. UV-5R은 RDA1846이라는 칩 하나에서 주파수 다운 컨버젼과 I/Q변환, DSP방식을 내장하여 검파까지 다 처 리하게 되어 있습니다. DSP 채용을 마치 대단한 특징인양 자랑하고 있는데 정작 RF 부분은 LNA를 내장하고 있다지만 한계가 있어보입니다. PLL도 내장되어 있습니 다. 이 칩의 용도는 무선 전화기의 송수신 단말기용 이라고 합니다. 거의 다이렉 트 컨버션 방식입니다. 자료는, KG-UV6 서비스메뉴얼을 찾아봤습니다. 나름 2중 주파수 변환 수퍼 헤테로다인 무전기 랍니다. service_manual_wouxun_kg_uv6d.pdf 서비스 메뉴얼을 보면 회로도와 각 부품의 설명이 모두 나와 있네요. 한번 읽어 보셔도 좋을 듣합니다. 이 메뉴얼은 중국 사람이 만들었는지 영어가 동양적(?)이 라 읽기도 편해요. ^^ 별도의 PLL 이 사용되었습니다. 지금은 TI에 흡수된 내쇼널 반도체의 LMX2336 입니다. LMX2336.pdf CPU는 대만의 Elan 사 것인데 EM78P568 입니다. 가정용 무전기 FRS 용으로 만들 어진 CPU로 AD/DA를 내장하고 CTCSS 같은 무전기용도의 주변 장치를 갖추고 있습 니다. 마이크 앰프 신호를 직접 받아서 FM 변조기에 연결 할 수 있고 FM 복조기를 연결하여 곧바고 오디오 신호를 출력할 수 있는 특이한 구성입니다. CPU 코어는 일반적인 것은 아니고 자사 모델인가 봅니다. EM78P568.pdf

126 KG-UV6는 UV-5R 에 비해 제대로 만든 무전기 군요. TV 수신용 USB 동글을 SDR 로...(2) * 방장님께서 QST를 마음대로 볼 수 있게 해주셔서 감사의 표시로 기사 하나 올립니다. ^^ 지상파 디지털 방송(DVB-T/Digital Video Broadcasting Terrestrial/ ) 수신용 USB 동글이 단돈 20 불이면 구할 수 있습니다. 이것으로 국내 TV를 시청할 수는 없습니다. 하지만 기 본적으로 50Mhz~2Ghz 에 이르는 광대역 수신기입니다. 이것을 잘 이용하면 SDR 수 신기로 사용 할 수 있습니다. 이미 아주 널리 이용되고 있습니다. 이 동글은 E4000이라는 실리콘 튜너 (참조: 와 )를 사용하고 USB를 통해 디지털 변환된 I/Q 신호를 PC로전송하는 RTL2832 로 구성되었습니다. 아쉬운점은 RTL2832 의 ADC가 겨우 8비트 짜리라 품질이 좀 떨어집니다. 하지만 변환 속도가 무려 1MSPS에 이릅니다. I와 Q 두채널을 합치면 SDR 소프트웨어에서 1.8Mhz 대역폭을 볼 수 있게 되지요. 일반 사운드 카드에서 겨우 48Khz, 96Khz였던것을 비하면 그 야말로 넓어도 너무~ 넓죠. ^^ (사실 너무 넓어도 탈 입니다만... ㅠㅠ) RTL-SDR (RTL 칩을 사용했다고 해서 붙은 이름)관련 정보 사이트입니다

127 DVB-T USB 동글의 수신 주파수 대역이 아주 넓습니다. 이것을 가지고 무었을 수 신할 수 있을까요? UHF/VHF 아마추어 무선통신은 모드에 상관없이 모두 들을 수 있습니다. FM 방송 수신할 수 있습니다. 기상위성을 비롯해 아마추어 위성, 각종 실험 위성신호 들을 수 있습니다. 항공관제 신호도 수신할 수 있습니다. 믿기지 않지만 화성 탐사선이 나 보이져 신호를 들었다는 보고도 있습니다. 한마디로 50~1900Mhz내의 모든 신호 를 수신할 수 있습니다. 물론 좋은 안테나를 갖췄을 때 말이죠. 1) 50Mhz 이하의 단파신호 수신하려면? 이 USB 동글에 사용된 튜너칩의 하한 주파수가 50Mhz 정도 됩니다. 이것을 이용 해 HF대 수신기로 사용하려면 주파수 변환기가 필요한데요, 마침 QST 1월호에 관 련 기사가 실렸더군요. "Cheap and Easy SDR", Robert Nickels,W9RAN, QST Jan.,pp30-36, ARRL QST_2013_Jan_Cheap_Easy_SDR.pdf 부품 통을 뒤져 가용한 부품으로 오랜만에 땜질좀 해봤습니다. 만들어서 수신도 해봤죠. 일단 해보니... 들어줄 만 합니다. SDR/QSD 가 그렇듣 안테나가 좋아야 합니다. NE602A를 사용한 업 컨버젼용 믹서의 로컬 발진기로 그냥 디지털 구형파 오실레이 터를 사용하고 컨덴서로 모양을 만들어서 그런지 비가 엄청 내립니다. 안테나 입 력쪽에 아무것도 없이 직접변환해 놓은 것이라 저녁에 혼변조 엄청납니다. 안테나 커플러(안테나 매칭 튜너)라도 필수 입니다. 게인을 낮춰서 사용하면 그렇저럭 쓸 만 합니다. 장점은 무엇보다도 HF All-Band 입니다. BCL용으로는 좋습니다. 아주~ 경제적입니다. 그리고 재미 있습니다

128 - 실리콘 튜너의 게인 조정하면 신호의 차이가 심하게 나타나는 점에 유의하십 시요. - 특히 게인을 높이면 혼변조가 무지막지합니다. ㅠㅠ - 주파수 변경이 이뤄지는데 잘 안보이지만 Lo=80Mhz를 더한 값입니다. - 끝 부분에 안테나 튜너를 켰을 때와 껏을 때 혼변조가 심합니다. - DVB-T 동글을 구매하시려면 ebay.com 에서 "dvb-t rtlsdr e4000"로 검색하시 면 됩니다. 가격은 19~28불 사이 입니다. B-T 동글을 ipad 에서도 사용할 수 있는 지 문의하셔서 제가 드린 답변은 아래와 같습니다. ipad의 카메라 키트에 연결 할수 있는 USB 장치에 제한이 있습니다. 제가 해본 것으로는 키보드(무선키보드드 동글 포함, 마우스는 않됨), USB 드라이브, 사운드 장치 등 표준 장치만 가능 합니다. 별도의 드라이버 소프트웨어가 필요한 장치는 불가합니다. 그리고 100mA 이상 전원을 요구하는 장치도 불가합니다. 그래서 앰프 가 내장된 사운드 장치도 않되죠. DVB-T는 사운드 장치가 아닙니다. 임의 벌크 장치로 분류되서 ipad에 연결이 불 가할 겁니다. 임의 벌크 장치로 연결된다 해도 isdr 소프트웨어에서 지원하지 않 으면 역시 불가하겠죠. 안드로이드(Android)에서는? 혹시 Android 기반의 타블렛 컴퓨터는 어떨까 싶어 찾아봤습니다. 안드로이드는 애플보다 더 개방적이라 그런지 USB 장치를 붙이는데 제한이 적은가 보네요. 물론 합당한 소프트웨어가 있어야 겠지요. 마침 "SDR Touch"라는 앱이 Google Play에 올라와 있다고 합니다. 자세한 사항은 아래 링크를 참조하세요. "SDR Touch"라는 앱이 SDR# (Sharp 언어로 작성된 SDR 소프트웨어)의 개발자가 소프트웨어 저작 침해라고 제소해서 약간 분쟁이 있는 모양입니다. SDR Touch는 C 로 작성되었고 전혀다른 언어로 작성된 SDR#의 알고리즘을 침해 했을리 없다고 주장하고 있습니다. 이런 문제가 발생하면 Google Play Store에 등 제가 14일간 제한된다는 군요. 만일 SDR Touch를 구글 플레이 스토어에서 받을 수 없다면 직접 받을 수 있는 링크도 따로 있습니다. 타블렛 컴퓨터에는 USB 코넥터가 없으니 TVB-T 동글을 꼽으려면 OTG 케이블이 필요합니다. 안드로이드 기반의 갤럭시 노트용 OTG 케이블이 있다고 하네요 &creative=390957&creativeASIN=B00825R6ZM&linkCode=as2&tag= 안드로이드 기반의 태블릿 컴퓨터에서는 DVB-T 동글을 사용할 수 있습니다. 필 요한 것은, - 안드로이드 기반의 태블릿 피씨 - 위 태블릿 피씨용 OTG 케이블 - RTL2832U를 사용하는 DVB-T 동글 - SDR Touch 라는 앱 HF 대를 수신할 수 있도록 주파수 변환해 주는 업 컨버터도 있습니다

129 아마존에서 54불에 팝니다 &creative=9325&creativeASIN=B009LQT3G6&linkCode=as2&tag=hamradsci09-20 * 마침 갤럭시 노트가 있는데 OTG 케이블을 구해다 실험해보고 결과 알려 드리 겠습니다. 사. ARDF수신기의 필요조건 성능좋은 ARDF수신기의 일반적인 조건은 다음과 같습니다. - 가볍고 조작하기 쉬울 것 - 수신신호의 강약을 정확하게 알 수 있을 것 - 강한 수신신호를 60dB이상 감쇄하는 ATT기능이 있을 것 - 수신감도가 양호할 것 - 가능하면 AM, FM, CW모드 수신이 가능할 것 - 안테나는 예민한 지향성을 가질 것 - 사용중 수신주파수가 변하지 않을 것 - 적어도 2개 채널을 메모리 할 수 있어야 하며, 쉽게 채널전환이 가능할 것 - 간단한 생활방수 또는 방우 기능을 가질 것 RDA1846은 AM,CW모드 수신은 불가능하다는 조건만 빼곤, 성능좋은 ATT (감쇄기)와 3소자 야기안테나를 부가하면 ARDF수신기가 갖춰야할 모든 조건 을 만족할 수 있다고 판단됩니다. 특히, 수신기의 부품 갯수를 크게 줄 일 수 있고, 크기도 작아서 RF실드도 쉬운 편입니다. ARDF 수신기의 전체 무게 를 줄 일수 있어서 경기성적 향상에도 도움이 될 수 있습니다. 아. ARDF수신기의 필수기능 ATTENUATOR ARDF경기는 지향성 있는 수신장치를 사용하여 발신기의 위치를 빨리 찾는 경기 입니다. 발신기에서 멀리 떨어진 곳에서는 발신기의 방향을 가늠하기 쉽지만, 발 신기 근처일 경우는 수신신호의 세기가 너무강해서 S-meter가 포화상태로 변합니 다. 즉, 안테나를 어느 방향으로 돌려도 S-meter가 최고 상태를 표시하므로 발 신기 위치를 가늠하기 어렵습니다. 따라서, ATT를 사용하여 수신신호를 크게 감쇄 시키지 않으면 발신기의 방향을 전혀 탐지할 수 없게됩니다. 때문에, 일반 휴대용 트랜시버를 사용하여 ARDF대회에 참가하면 좋은 성적을 거두기가 쉽지 않습니다. 본 ARDF수신기에는 2M신호에 세기를 조절할 수 있는 2Mhz 오실레이터 발진신호 를 혼합하여 세기가 조절되는 제3의 신호를 만들어 이를 수신하는 Active ATT를 사용합니다. Active ATT에 관해서는 카페에 올린 이전 글에서 자세히 소개 했습니 다. 1) IARU에서 정한 S-meter의 기준

130 앞서 올린 게시글에서, ARDF수신기에서 S-meter와 Attenuator의 중요성을 여러 차례 강조한 바 있습니다. KCC426V를 이용한 2m ARDF수신기에 사용할 Attenuator 를 제작하여 실험해 봤습니다. 앞서 소개한 LM3914를 이용한 S-meter는 KCC426V의 입력신호가 95dBm ~ -65dBm 사이일 경우 대략 3dB스 텝의 신호를 LED로 표시할 수 있습니다. 대부분의 HAM교 신은 이 범위에 포함되므로 S-meter로 손색이 없지만, 엄 밀히 따지면 HAM용 S-meter의 표준규격에는 약간 부족하 다고 할 수 있습니다. 하지만 ATT가 부족한 성능을 보완해 준다면 ARDF수신기용으로 사용해도 부족함 이 없을 것 같습니다. 참고로 IARU에서 정한 S-meter관련 기준을 살펴 보면 다음과 같습니다. (1) 스텝간격은 6dB (2) S9의 기준을 HF밴드의 경우 73dBm로 하고 (3) VHF밴드의 경우는 93dBm으로 하고 (4) 신호의 변화감지 시간을 8~12mS로 하고, 신호유지 시간은 500mS이상 2) ARDF수신기 ATT의 감쇄폭은 얼마가 좋을까? ARDF수신기로 전파방향을 탐지할 경우 약한 신호일 경우는 S-meter를 의존하지 않아도 신호의 강약을 판단하는데 어려움이 없는 경우가 많습니다. 따라서, ARDF 경기에서 전파 방향탐지의 어려움이 생기는 경우는 대부분 강한 신호를 수신할 때 입니다. ARDF경기에 사용하는 발신기는 출력이 5W이내입니다. 따라서, 발신기의 신호를 3소자 야기안테나로 아주 가까운 거리에서 수신할 경우 신호 세기는 최대 0 dbm 정도로 예상됩니다. 따라서, 수신신호를 S-meter가 작동할 수 있는 범위인 95 ~ -65dBm사이가 되도록 신호를 줄이려면 최대 감쇄폭이 적어도 65dB는 되어야합니 다. 3) ARDF수신기용 Active Attenuator 회로 및 동작원리 앞서, ATT에 대해 검토해 본 바 있습니다. 저항으로 간단하게 구성할 수 있는 ATT는 회로가 간단함에도 불구하고 구현하기 가 쉽지 않으며, SMD 전용 IC를 이용한 ATT는 부품구입과 가격 때문에 구현이 쉽 지 않았습니다. 웹페이지를 검색해보면 2m ARDF용 ATT회로를 쉽게 찾을 수 있는데 직접 만들어서 실험해 보았더니, 회로가 간단하면서도 ATT의 감쇄비가 충분해 ARDF수신기용 ATT로 부족함이 없었습니다. 이번 실험은 NZØI의 Charles Scharlau OM이 쓴 ARDF용 Active ATT 제작기사를 참조했습니다. ATT의 회로 구성과 작동원리는 간단합니다. 먼저, 안테나에서 입력된 신호는 파이형 ATT회로에서 일단 10dB정도 감쇄됩니다. 10dB ATT 뒤에 다이오드 4개로 구성된 회로는 세기가 1.4V를 넘는 강한신호를 제한하는 회로로 초강력신호에 의

131 해 수신기의 초단 반도체가 파손되는 것을 방지하는 역할을 합니다. 2Mhz 오실레 이터는 3.3~5V 전원을 공급하면 2Mhz의 안정된 RF신호가 출력됩니다. 이 신호를 ARDF 수신기의 안테나에 입력된 신호와 혼합하면 새로운 제3의 신호가 만들어 집 니다. 그런데, 이 제3의 신호의 세기는 2Mhz 오실레이터 출력신호의 세기에 따라 변화하게 됩니다. 결과적으로 입력된 신호의 세기를 큰폭으로 조절할 수 있게 됩 니다. 물론, 제3 신호는 수신주파와 +/-2Mhz의 주파수 차를 같습니다. 즉, 2Mhz 오실레이터 신호의 세기를 매우 약하게 조절하면 주파수 혼합으로 생 긴 제3의 신호의 세기를 80dB 이상 감쇄할 수 있습니다. 단, ARDF발신기의 신호 보다 2Mhz 높거나 낮은 주파수로 신호를 수신해야 합니다. ATT를 사용할 때 ARDF 수신기의 수신주파수를 원래의 주파수보다 2Mhz 차이가 나도록 바꾸는 것은 MCU의 프로그램을 약간 변경 하면 가능하므로 이 ATT회로를 ARDF수신 기에 적용하는 데는 어 려움이 없습니다. 실제 로 위 회로를 조립하여 실험해 본 결과 수신신 호의 세기를 최대 0dBm의 강력한 신호 를 -75dB까지 조절할 수 있는 것을 확인할 수 있었습니다. 4) Active ATT의 사용법 Active ATT는 사용 시 일정한 주파수만큼 수신주파수를 변경해 주어야 하기 때 문에 Offset ATT라고 부르기도 합니다. ARDF수신기는 케이스의 실드가 완전하지 않을 경우, 강한 신호가 안테나와 ATT를 건너뛰고 수신단의 RF입력단 또는 MIX단 으로 건너뛰는 경우도 많기 때문에 지향성안테나와 ATT로 정확한 신호의 세기를 감지하지 못하는 경우도 많습니다. 그러나, Offset ATT를 사용할 경우는 수신기에 서 실제로 수신하는 주파수는 ARDF발신기의 주파수와 전혀 다른 주파수이기 때문 에 케이스의 실드가 다소 불완전해도 문제없이 사용할 수 있는 장점이 있습니다. 한편, ATT를 작동하고 수신주파수를 변경하지 않아도 볼륨조절만으로 0~ -30 db정도 수신신호 감쇄가 가능합니다. 따라서, 큰 폭의 감쇄가 필요하지 않은 수신 신호일 경우는 수신주파수를 변경하지 않고, ATT스위치만 켠 상태에서 사용하면 됩니다. 가) 수신 신호가 매우 강한경우만 주파수를 +/- 2Mhz변경해서 사용하면 20dB ~ -80dB이상의 큰 폭의 신호감쇄가 가능하

132 므로 발신기와 아주 가까운 거리에서도 전파방향 탐지가 가능하게 됩니다. 위의 회로도대로 조립한 ATT의 감쇄폭을 HP8924C의 스펙트럼 아날라이저로 측 정했는데. 측정기의 제한 때문에 80dB의 감쇄폭까지만 확인할 수 있었습니다. 볼륨의 회전각도로 보아 아마도 최대 감 쇄비는 -100dBm 또는 그 이상 일 것으 로 판단됩니다. 만일, -80dB 보다 더 큰 감쇄비가 필요 한 경우는 수신주파수를 +/- 4mhz로 변 경하면 +/- 2Mhz로 변경하여 수신할 경 우보다 대략 -15dB정도 더 감쇄할 수 있 습니다. 따라서, S-meter의 작동 폭, ATT의 성능을 종합적으로 고려하면 ATT를 아래와 같이 구분하여 사용하면 됩니다. (1) 65dBm보다 약한 신호를 수신할 경 우 - ATT를 사용하지 않고 수신 (2) -65~35dBm의 신호를 사용할 경우 - ATT를 사용하되 주파수는 변경 않고 사 용 (3) -35dBm보다 강한 신호를 수신할 경 우 - ATT를 사용하되, 주파수를 +/-2Mhz 변경하여 수신. 4) 신호가 매우 강 력해서 더 큰 감쇄 폭이 필요한 경우 -ATT 스위치를 켜고, 수신 주파수 를 +/- 4Mhz로 변경하여 수신하면 됩니다. 본 ARDF수신기의 Active ATT회로 는 이전에 실험한 회로를 약간 수정 하 여 사 용 합 니 다

133 단, 기계적인 스위치대신 RF전자 스위치를 사용하여 부피를 최소화하고 MCU로 ATT를 간단하게 제어할 수 있도록 구성하는 점만 달라집니다. RF 전자스위치는 SKY WORKS사의 AS179-92/LF 2개를 사용합니다. ( AS179_datasheet.pdf 본 ARDF수신기에 사용할 Active Attenuator의 회로도는 아래와 같습니다. 4) RDA1846 2M 수신기회로 Ⅸ. 캐롤라이나 윈덤 안테나 Carolina Windom Antenna G5RV 안테나가 와이어 계열 안테나인데 수평 및 수직 복사가 가능한 구조라고 하 지요. 그래서 수직 안테나 특성이 있어 복사각이 낮아 DX에 유리하다고 합니다. 이 와 유사한 안테나로 윈덤(Windom)안테나가 있는데요. G5RV보다 더 효율이 좋다고 하는군요. t슈퍼 루푸 안테나로 잘 알려진 래디오 웍스(Radio Works)사의 광고입니 다

134 캐롤라이나 윈덤 안테나는 수평 길이가 거의 다이폴 안테나의 반파장 길이에 육박합니다. 그리고 수직 엘리먼트로 급전 동축 케 이블 일부를 활용하고 있 습니다. G5RV 안테나보다 수평 길이가 더 깁니다. 대 신 수직 부분은 좀 짧습니 다. com/k4iwlnewwindom.ht ml 캐롤라이나 윈덤 안테나는 출력 전력당 효율이 좋아서 QRP용으로 아주 적합 하다 고 합니다. QRP Expressions_version_1.pdf 첨부한 문서에는 윈덤 안테나에 필요한 4:1 발룬, 라인 아이솔레이터(isolator) 만드는 법도 설명하고 있습니다. 덤으로 대부분 QRP 리그에 적용되는 직접 변환 수 신기의 고질적 문제인 AM 방송 유입을 차단하기 위한 체비체프 하이패스 필터 제작 법도 설명하고 있습니다. 1. 델타 루푸/슈퍼 루푸 안테나 수직 수평 안테나의 복합적인 특성을 보이는 델타 루푸 안테나 입니다. 루푸의 외 곽선 길이가 일단 한 파장 길이로 맞추고 있습니다. 급전 위치에 따라 복사각 특성 이 다소 변화합니다. 모양을 삼각형 혹은 사각형으로 만들면 좋지만 형편이 맞지 않다면 좀 틀어져도 괜찮다고 하네요. 외곽 길이가 한 파장에 맞추는 것이 중요하 다는 군요. 40m-10m DELTA LOOP ANTENNA - GU3WHN iss 1.3.pdf 델타 루푸 안테나가 좀 크다 싶으면 조금이나마 작게 만든 것이 슈퍼루푸 입니다. 래디오 웍스(Radio Works) 사의 제품입니다. 40m 밴드의 루푸의 수평 크기는 56피 트(약 17미터), 높이는 16피트(4.8미터) 가량 됩니다. 루푸 중간에 사다리 피더 선 을 수직으로 늘어뜨려 놓고 있습니다. 첨부된 파일 1개

135 Ⅹ. 전자공작 1편 타이머 IC로 만든 AM 라디오 AM 라디오 만들기는 아주 무궁무진 한가봅니다. LC 공진회로와 다이오드하나로 만드는 광석 라디오는 이미 다 아실 테구요. 위키 백과사전에서 Crystal Radio 편을 보겠습니다. 원래 원초적인 광석 라디오의 모습니다. 정말 광석(다이오드) 하나에 고감도 이어폰 입니다. AM 변조는 워낙 간단하죠. 음성(저주파)에 공간에 널리 퍼트리기위해 고주파(반 송파)를 섞어놓은 것입니다. 수신기는 이것을 다시 음성으로 추출해 내는 것이구 요. AM 전파의 모습은 아래 그림에서 A 처럼 생겼습니다. 음양이 대칭인 자연 공간 에 신호를 내보내기 위해 인공적으로 만든 신호도 그림 A 처럼 대칭이 되도록 변조 한 것이 AM 입니다. 0을 중심으로 상하가 거울을 마주보고 있듯이 대칭입니다. 이 렇게 대칭인 것을 부르는 말은 여러 가지 입니다. 두 신호 성분의 위상이 딱 90도 틀어졌다고 하기도 하구요, 한쪽을 cosine 다른 한쪽을 sine(사인과 코사인은 90도 차이가나니까), 한쪽을 I(in-phase), 다른 하나 를 Q(quadrature-phase, I 를 1/4바퀴 어긋난), 한쪽을 실수(Real) 다른 하나를 허 수(Imagenary)-복소수로 표현하면 삼각함수를 지수함수로 바꿀 수 있어서 수학 계 산하기 편리하거든요-라고 합니다. 다이오드를 거쳐 B 처럼 싹뚝 자릅니다. 대칭인 두 신호를 다 사용할 필요가 없고, 위상 다른 두개를 모두 쓰자고 덤비다가 두 신 호가 상쇄되서 도루묵 되는 수가 있고, 전자회로는 기본적으로 직류체계임을 감안 해서 싹뚝 자릅니다. AM에서 신호(음성)은 결국 반송파가 그려내는 외곽선(포락선) 입니다. 이어폰은 사실 기계적인 진동으로 소리를 냅니다. 빠른 진동에 대해서 반 응하지 못하고 어리버리하게 진동하다보니 마치 검파가 이뤄진듯 소리를 냅니다. 검파라는게 그런거죠. 고주파 빼내고 신호파 걸러내는 것. 이어폰의 진동 기구가 고주파에 반응 못하고 신호파에 반응 했으니 기계적 검파기라고 하면 무리겠죠? 이 렇게 진동 같은 물리적 현상과 전압변화 같은 전기적 현상 사이의 변환을 수행하는