야외에서 아마추어 무선국을 운용할 때 겪는 가장 큰 난관은 안테나 설치 입니다. 특히 단파대 용 안테나는 넓은 면적을 차지 합니다. 길고 높은 안테나를 설치하려고 보면 마땅한 위치를 잡기 곤란하죠.
휴대하기 편하고 설치가 간편한 안테나를 찾아본 끝에 마그네틱 루푸 안테나(QRP Magnetic Loop Antenna)를 만들어 보기로 했습니다.
아마추어무선 단파 통신용 포터블 안테나의 고심
http://goodkook.blogspot.kr/2014/06/blog-post_6741.html
관련 자료를 찾아 봅니다. 인터넷을 통해 Magnetic Loop Antenna를 검색해보면 많은 정보가 있습니다. 그중 믿음이 가는 자료의 링크 입니다.
마그네틱 루푸 안테나를 잘 설명하고 있습니다.
DIY Magnetic Loop Antenna by Owen KF5CZO
마그네틱 루푸 안테나 설계용 계산기. 안테나 루푸의 크기와 대응되는 가용 주파수를 계산해 줍니다.
마그네틱 루푸 안테나는 두개의 원형 도체(루푸, Loop)로 구성됩니다. 작은 루푸에 급전한 고주파 전력은 주 루푸에 유도되어 복사가 일어납니다. 주 루푸의 양단에 가변 콘덴서를 달아 놓음으로써 공진 회로를 구성하는 것으로 별도의 안테나 튜너가 필요 없습니다.
위의 그림은 마그네틱 루푸 안테나의 회로인데 L-C 공진회로 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 이상되어야 하며, 자기 공진 을 피하기 위해 1/4파장 이하가 되는 것이 좋답니다.
루푸 안테나를 다밴드 용으로 사용하려면 L 값을 적당히 고정하고 C 값을 가변 조절 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 있습니다. 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 출력인 경우 500볼트가 넘고, 100와트 출력에서는 거의 3천 볼트에 육박합니다. 이정도 고주파 전압에서 방전하는 것을 막으려면 극판 간격이 1.5mm 이상 벌어져야 합니다.
결국 정밀 조절이 가능한 고압용 가변 콘덴서를 사용해야 하는데 이를 구하기 어려우니 자작해서 사용하는 경우가 많더군요.
가변콘덴서를 만들려면 정말 많은 공이 듭니다.
송신용(고압)가변 컨덴서 만들기
Build Your Own Transmitting Air Variable Capacitor
마그네틱 루푸 안테나가 간편할 줄 알았더니 조건이 까다롭군요. 다른 상용 루푸 안테나를 참고하여 적당한 수준에서 타협을 보기로 합니다.
주 루푸는 RG-8 동축 선을 사용하기로 합니다. 지름이 1cm 이상 되어야 한다는데 RG-8 동축선의 외피가 이에 못미칩니다. 그렇다고 주 루푸의 도체로 금속 관을 사용하면 휴대가 불가능 하죠. 일단 RG-8/U로 외피에 알루미늄 호일로 감싸진 것을 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 입니다. 이정도 용량이면 가변 콘덴서를 상당히 정밀한 조절이 필요합니다. 가변 콘덴서 축에 버니어 기어를 달거나 트리머를 병렬로 달아 줘야 합니다.
가변 콘덴서 자작은 공이 너무 많이 들어가므로 나중으로 미룹니다. 전자공작 카페의 방장님이 선물로 준 것을 사용하기로 했습니다. 로터와 스테이터 간격이 너무 좁아 고출력은 불가능 하겠습니다. 2련인데 용량도 너무 높아서 직렬 연결 했습니다.
이에 덧붙여 25pF 트리머를 달았습니다. 정크 시장에서 아주 특이한 트리머를 구해놨었습니다. 깡통 형인데 나사산이 나있어 돌려가며 용량을 조절합니다. 정밀조절이 가능하죠.
이제 루푸를 세워야 합니다. PVC 파이프와 연결구를 이용해 조립이 가능한 구조물을 만들었습니다. 아주 적절한 재료가 있더군요.
마그네틱 루푸 안테나의 특징으로 지상고에 영향을 받지 않는 다는 점입니다. 그 대신 루푸의 모양을 제대로 유지해 줘야 합니다. 지름 1.2미터나 되는 동축선을 세워 놓으면 원형을 유지해 줄리가 없죠. 이런 그림 흔히 보셨을 겁니다.
연결구와 파이프를 동원하여 루푸 모양을 만들어 줍니다.
귀퉁이에 홈을 내서 루푸 동축선을 걸고 케이블 타이를 감아 걸쳐놓은 것이 흘러 내리지 않게 합니다.
두개의 루푸가 평행을 유지해야 합니다.
매칭 박스의 모습. 주 루푸로 사용한 RG-8에 커넥터를 달아 해체와 조립 쉽습니다.
고정 다리 입니다. 사선으로 보강되어서 튼튼합니다.
해체하면 이렇습니다.
쇼핑몰에서 얻은 헝겁 장바구니 가방에 다 들어갑니다. 휴대하기 그만이죠.
요즘 연일 비가와서 외부로 나가지 못해 성능 시험은 아직 못했군요. 아파트 실내에서 수신용으로 사용한 바로는 당연하게도 외부에 설치된 롱 와이어보다 한참 못합니다. 하지만 매칭 박스는 출력 5W 에서도 매칭 잘 됩니다. SWR 1:1로 맞춘다는 것이 안테나의 성능을 의미하진 않지만 어쨌든 예상대로 작동 하는 군요. 현재 가변 컨덴서의 내압용량 때문인지 5W 이상 출력을 낼 수 없군요.
주의: 주 루푸가 연결된 금속 외피를 만지지 마시오. 저출력에도 감전될 수 있음. 한 5W 가량 출력일 때 살짝 만져봤는데 찌릿~ 따끔~ 합니다.
날이 개면 야외로 나가 운용해 봐야 겠습니다. 결과가 괜찮다면 고압 가변 콘덴서를 자작도 고려해 봐야 겠군요.
추가: RG-213으로 만든 마그네틱 루푸 안테나
http://rsars.files.wordpress.com/2013/01/simple-rg213-hf-loop-30m-15m-g8ode-iss-1-31.pdf
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