토요일, 12월 31, 2022

[HAM] JAXA 햄 클럽(JHRC)의 초소형 달 탐사선 소식

[HAM] JAXA 햄 클럽(JHRC)의 초소형 달 탐사선 소식

12월 7일자 아마추어 무선 뉴스에 세꼭지 뉴스가 실렸는데 그중 첫번째 꼭지가 JAXA 햄 클럽(JHRC)의 초소형 달 탐사선 소식이다.

Amateur Radio Newsline headlines for Ham Nation. December 7, 2022.

https://youtu.be/Whf58nZ7bFY

From amateur radio newsline report number 2353, this is ham Nation headlines for Wednesday December 7th, 2022. We Begin this week in space where a troubled orbit has detoured a Japanese amateur radio project that was heralded as the world's smallest moon lander.

OMOTENASHI developed by the JAXA ham radio club(JHRC) in Japan carried the promise of putting amateur radio on the moon's surface when it launched on November 16th from Kennedy Space Center in the U.S.

'오모테나시'는 일본 우주개발국의 아마추어무선 클럽에서 개발한 초소형 달 착륙선으로 지난 11월 16일에 미국 케네디 우주센터에서 발사되었다.

Now the chance to transmit a beacon in the amateur radio's 70 centimeter band from a lunar QTH has been put into question.

지금 쯤이면 달에 착지해 아마추어 무선 70 센티미터 밴드에서 비컨 신호를 보내와야 했는데 문제가 생겼다.

[JHRC의 웹페이지 정보에 따르면 궤도선 다운링크 주파수는 437.31Mhz, 착륙선은 437.41Mhz로 각각 1W 출력이라고 함. 큐브 위성들이 아마추어 무선 주파수를 사용하는 경우가 많다. 대개 2차 임무 인데다 교육 연구 목적이라 통신에 대형 지구국을 활용할 형편이 못되는 까닭에 전세계에 널려있는 아마추어 무선국들의 협조를 받을 수 있기 때문이다.]

The cubesat was a secondary payload aboard NASA's Artemis 1 Mission. The ham radio club's website for JAXA reports that orbital errors have resulted in an unstable radio signal for its Communications.

JHRC의 소형 탐사선은 미국의 아르테미스 1호에 2차 임무로 실렸었다. JHRC의 웹 페이지에 따르면 궤도에 문제가 생겨 통신이 원할하지 않았다고 한다.

The website also reports that the solar cells face away from the Sun making it problematic to charge OMOTENASHI's batteries having missed the chance for a moon landing. Organizers are regrouping.

태양 전지판이 태양을 제대로 향하지 못해서 오모테나시의 전지를 충전시키지 못해서 달착륙의 기회를 얻지 못했다고 한다. 연구팀은 계속 기회를 엿보는 중이라고 한다.

This is Jason Daniels VK2LAW

[참조]
Japan Aerospace Exploration Agency - JAXA
일본 우주항공 연구 개발기구 https://global.jaxa.jp

JAXA HAM Radio Club
JAXA 아마추어무선 클럽 (JARC)
https://www.isas.jaxa.jp/home/omotenashi/JHRCweb/jhrc.html
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미국도 과학교육 목적으로 큐브샛(CubeSat)을 띄워주는 NASA의 ELaNa도 꾸준히 이어가고 있구요[ https://www.nasa.gov/mission_pages/smallsats/elana/index.html ]. 우리나라의 항공우주 연구원( https://www.kari.re.kr/kplo/ )에서 띄운 달 탐사선 '다누리'가 달궤도에 성공적으로 진입했다는 소식이 있었습니다. 국산 우주 발사체에 실어서 띄울 '큐브위성 경연대회'도 진행되었군요[ https://www.kari.re.kr/nanosat/contest ]. 아마추어 무선이 우주로 향하는 데 있어서 우리나라도 기술적으로나 경제적으로나 뒤질 것이 없어보입니다. 다만 생각과 여유의 차이가 아닐까 싶습니다.


수요일, 12월 28, 2022

[햄린이의 무선공학] 공진회로

[햄린이의 무선공학] 공진회로

<이전> <처음>

앞서 컨덴서와 코일 이야기를 했었는데 뭔가 기억나는게 있을까? 교류에 대한 전류제한(저항) 특성을 가지고 있다는 점 만 기억해 두자. 이것을 임피던스라고 했어. 그리고 수식 같은거 별로 않좋아 하더라도 무슨 특성이니 뭐니 하면서 줄줄이 외우기 보다 수식을 읽을 줄 알면 훨씬 편해.

컨덴서의 교류에 대한 저항(임피던스)은,

코일의 교류에 대한 저항(임피던스)은,

두 공식 모두 주파수 f 를 포함하고 있지. 그런데 위치가 다르다는거야. 컨덴서의 주파수는 분모에 있잖아. 주파수가 높으면 교류저항(이제부터 임피던스라고 할께)이 낮아지지. 코일은 주파수가 높으면 임피던스도 커진다는 거지. 그런데 직류는 주파수가 0이라는 거야. 따라서 컨덴서는 임피던스가 무한대가 되고 코일은 직류에 대해서는 임피던스는 0이 되겠지. 그래서 말로 표현하길 "컨덴서는 교류를 통과 시키고 코일은 직류를 통과시킨다."

공진회로

어쨌거나 컨덴서와 코일은 주파수와 깊은 관계를 맺고 있어. 물론 저항도 줏대없이 교류의 흐름을 제한 할 수 있긴 하지만 구지 주파수 특성을 가지고 있지는 않지. 공진회로는 말그대로 진동에 대해 공명(resonate)하는 회로라는 말이지. 공명이란 내재된 진동 특성과 외부의 진동부추김이 맞을 경우 진동이 쎄지는 것을 말해. '진동이 강해 진다'는 현상은 진동을 모형화한 미분 방정식을 풀면 금방 알 수 있다고 하지만 그런건 집어치우자. 그래도 궁금 하다면 [여기1] 그리고 [여기2]를 참고해[경고: 심한 좌절감을 경험 할 수 있음]. 현수교가 외부의 주기적인 힘을 받아 크게 진동하는 동영상은 많이 봤을거야.

https://youtu.be/uWoiMMLIvco

사실 우리도 다 경험한 것인데, 그네 타봤지? 그네는 네 몸의 질량이 끈에 메달린 진동자와 같지. 그네에 올라타서 굴러주면 흔들리기 시작하는데 구르는 주기를 그네의 진동특성에 맞추면 아주 스릴이 넘친다고. 그게 공명현상이야. 공명현상을 극적으로 이용한 라디오가 있지. 바로 재생식 라디오(regenerative radio)야. 이 라디오의 회로 설명은 나중에 미룰께. 궁금하면 [여기3], [여기4] 그리고 [여기5]를 찾아봐. 동영상 설명도 있지.

https://youtu.be/JEuUK_DsNVk

재생식 회로는 1914년에 에드윈 암스트롱(Edwin Armstrong)이 발명하고 특허를 냈던 회로지. 이분은 나중에 헤테로다인 수신기의 발명자이기도 하지. 간단하게 원리를 살펴보자면 이래.


[출처: https://en.wikipedia.org/wiki/Regenerative_circuit ]

C1과 L1은 안테나에서 원하는 주파수를 잡아내는 직렬 공진회로지. 이것을 다시 L2와 C2로 원하는 주파수를 잡아두는 병렬 공진회로. 이렇게 잡아놓은 특정 주파수의 신호를 다시 L3를 통해 공진회로로 보내서 해당 주파수 성분을 부추기(tickler)는 거야. 되돌림(feed-back)으로 원하는 주파수 만을 선택적으로 강화 할 수 있게 되는거야. 아래 그림을 보면 파란 곡선에서 적색 곡선으로 공진회로의 통과 대역을 좁히고 증폭도를 높이게 되지. 


[출처: http://large.stanford.edu/courses/2012/ph250/adams1/images/f2big.png ]

RFDH(RF Design House)에서는 공진을 이렇게 말하고 있지. [출처]

"광범위하게 공진의 의미를 정의하면 주파수 선택적 특성을 가지는 현상을 의미합니다."

그리고, 공진은 "밀고 당기는 힘이 평형을 이룰때"라는 거야.

직렬 공진회로(Serial Resonance Circuit) [참고]

직렬공진 회로는 컨덴서와 코일을 직렬로 연결한 회로지. 주파수의 관점으로 만 봤을때 교류저항을 증가시키는 코일과 감소시키는 컨덴서가 서로 밀고 당기는데, X_L과 X_C 가 일치할 때 우리는 "공진"했다고 말하는거야. X_L과 X_C가 같을 때 직렬 공진회로에 흐르는 전류가 최대가 되는거야. 이때 주파수를 공진 주파수 f_r 이라고 하는것이고.

회로에서 전류의 흐름을 가장 많도록 하려니 밀고 당기는 임피던스를 같게 놓고 공통 인수인 주파수를 구한것이지. 수학적으로 보자면 X_L - X_C = 0 으로 놓고 시작한거야. 콘덴서가 땡기면 코일이 밀고 코일이 땡기면 콘덴서가 밀지.

직류저항 이든 교류저항 이든 모두 전류의 흐름을 방해하는 저항 아니겠어. 그러니까 직렬 공진회로를 흐르는 전류는 옴의 법칙을 적용하여 전류량과 주파수의 관계를 보면 아래와 같은 모습이 되지. 공진 주파수 지점에서 공진회로에 흐르는 전류량이 최대가 되는 거야.

공진 주파수 f_r을 기준으로 왼편(낮은 주파수 영역)은 컨덴서의 임피던스 X_C 가 지배하고 오른편(높은 주파수 영역)은 코일의 임피던스 Z_L 가 지배하지.

병렬 공진회로 (Paralle Resonance Circuit) [참조]

병렬 공진회로는 코일과 컨덴서를 아래처럼 병렬로 연결한 회로다. 공진회로 곡선을 보니까 좀 그렇지? 실선이 회로 전체에 흐르는 전류야. 그런데 어째 직렬 공진회로랑 다르다? 게다가 점선은 뭐래?

일단 전류를 제한하는 저항의 관점에서 보자. 공진 주파수 f_r에서 임피던스가 최소가 된다는 원칙은 직렬 공진회로든 병렬 공진회로든 동일하게 적용된다. 그때 두 공진회로에 흐르는 전류 또한 동일한 옴의 법칙이 적용되는 것이고. 그리고 합성저항 구하는 법칙도 다를 수 없어. 그래서 두 공진회로의 합성저항을 구해서 옴의 법칙을 적용해 보는거야. 그랬더니 직렬 공진회로는 최소 임피던스 R_s 에서 전류의 흐름 I_s 가 최대, 병렬 공진회로에서는 최소 임피던스 R_p에서 전류 흐름 I_p는 최소가 된거야.

최소가 됐든 최대가 됐든 앞서 공진의 의미를 되새겨 보면 "주파수 선택적 특징을 광범위한 공진의 의미"라고 했었잖아. 그럼 병렬 공진회로에서 최대 전류 흐름은 어디에 있는거냐면 코일과 컨덴서 사이에서 일어나는데 내부적으로 컨덴서의 충방전이 반복되고 그로부터 코일의 기전력과 역기전력이 일어나고 있어서 공진 주파수에서 내부 임피던스가 최대가 된다는 거야. 그럼 전류는 최대가 된다는 건데. 어째 좀 믿기진 않더라도 믿어보자(?!?!). 그 대신 병렬 공진회로가 어디에 쓰이는지 예를 들어보기로 하자.

주파수 체배기 회로(Frequency Doubler Oscillator Circuit) [참고]

요즘은 반도체 제조기술이 발달헤서 고주파 반도체 부품들이 나오고 기가 헤르츠 대역의 발진기도 나오고 있다. 전에는 안그랬다. 수 메가 헤르츠 발진기를 만들기에 급급했다. 크리스털은 10 메가 헤르츠를 넘기면 수정편이 너무 얇아서 가공하기 어렵다고 했단다. 그래서 고주파 발진기를 만드는 방법으로 채택한 것이 체배기다. 말그대로 발진 주파수를 뻥튀기 해주는 회로다. 예전의 무전기 계통도를 보면 심지어 단파대 송신기에도 체배기(frequency doubler)라는 부분이 꼭 있었다.

[출처: 초급아마추어 무선(개정판), 70쪽, 1982]

위의 체배기 설명중 "파형을 일그러지게"에 주목하자. 앞서 우리는 "왜곡파"를 배웠는데 기억들 하시는지 모르겠다. 기본파의 주파수에서 n 배되는 파(고조파 또는 harmonics)를 더하면 기기 묘묘한 파형을 만들어 낸다. 변조의 원리 이기도 하다. 이 고조파를 만들려고 일부러 찌그러 뜨리는데 동원된 방법이 C 급 증폭이라는 것이다.

아래 그림을 보자. 원래 제대로된 입력 파형에서 일부분을 싹뚝 잘라내고 한쪽만 증폭 시키는 것을 C 급 증폭이라고 한다. 이 증폭회로는 나중에 다시 다루겠다. 어쨌든 이렇게 해서 나온 파형을 보자. 아래 그림의 왼쪽 회로다. LC 공명회로(LC Resonate Circuit)가 없었다면 콜렉터의 파형은 심하게 찌그러져 있게된다. 이 찌그러진 파형은 원 파형을 기본파로 삼아 마치 고조파들이 합쳐진 모양이 된다. 이 찌그러진 왜곡파에서 제 2왜곡파를 분리해 내면 기본파에서 주파수가 두배인 파형을 얻어낼 수 있다. 이것이 LC 공진회로다!!!!

[출처] Injection-Locked CMOS Frequency Doublers for -Wave and mm-Wave Applications

위의 그림에서 오른편은 위상이 180도 다른 기본파를 각각 증폭해서 합쳐 놓았다. 주파수를 파형의 정점으로 따지면 아예 기본파의 주파수가 두배되는 "찌그러진" 파형이다. 따라서 뻥튀겨진 주파수 성분이 훨씬 강하게 된다. LC 가 신통치 않아도 믿음직하지 않은가!(?) 다이오드로 양파 정류해서 만들어내기도 한다.

정말 회로를 봐야 믿을 텐데 동영상으로 대체하고,

https://youtu.be/Y9c2DGiG-5A

스파이스 회로 시뮬레이터[SPICE: 참고]로 확인해 보자. 아래와 같은 회로는 아주 단순한 증폭회로다.

회로중 두 지점에서 파형을 관찰하면 이렇게 된다. 청색(1)은 원 파형, 녹색(2)는 "찌그러진" 파형이다. 

이 왜곡된 파형의 주파수 스펙트럼을 보면 아래와 같다. 입력 원파형인 1Mhz를 시작으로 2Mhz, 3Mhz 의 고조파가 포함되어 있음을 알 수 있다.

이제 제2 고조파인 2Mhz 신호만을 꺼내기 위해 LC 공명회로를 달아보자. 동조 주파수를 구하는 식을 이용한다. 먼저 C 를 적절히(가장 흔하고 주파수 특성이 괜찮다는 용량대) 100pF 라고 놓고 L 을 계산하니 63uH 가 나왔다.

이 회로를 시뮬레이션 한 파형을 보자. 출력 파형은 약간 찌그러진 면이 있지만 주파수가 두배 됐다.

주파수 스펙트럼을 보면 2Mhz 성분이 지배하고 있다.

이상 수동소자라고 하는 R, C, L 에 대해 살펴봤다. 다음에는 능동소자(진공관, 다이오드, 트랜지스터)와 응용회로(증폭기, 발진기 등등)를 알아보기로 하자.

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<계속> <처음>


아름다운 나라

아름다운 나라

작사 : 채정은 / 작곡 : 한태수


저 산자락에 긴 노을 지면

걸음걸음도 살며시

달님이 오시네

밤 달빛에도 참 어여뻐라

골목골목 선 담장은

달빛을 반기네

겨울 눈꽃이 오롯이 앉으면

그 포근한 흰 빛이

센 바람도 재우니

참 아름다운 많은 꿈이 있는

이 땅에 태어나서

행복한 내가 아니냐

큰 바다 있고 푸른 하늘 가진

이 땅 위에 사는 나는

행복한 사람 아니냐

강 물빛 소리 산 낙엽소리

천지 사방이 고우니

즐겁지 않은가

바람꽃 소리 들풀 젖는 소리

아픈 청춘도 고우니

맘 즐겁지 않은가

참 아름다운 많은 꿈이 있는

이 땅에 태어나서

행복한 내가 아니냐

큰 바다 있고 푸른 하늘 가진

이 땅 위에 사는 나는

행복한 사람 아니냐

큰 추위로 견뎌낸 나무의 뿌리가

봄 그리운 맘으로 푸르다

푸르게 더 푸르게

수 만 잎을 피워내 한 줄기로 하늘까지 뻗어라

이 땅에 태어나서 행복한 내가 아니냐

큰 바다 있고 푸른 하늘 가진

이 땅 위에 사는 나는 행복한 사람 아니냐

아름다운 나라




화요일, 12월 27, 2022

[PBS-NOVA] 2022년에 가장 손꼽는 과학 이야기

[PBS-NOVA] 2022년에 가장 손꼽는 과학 이야기

[주: 미국의 공영방송 PBS의 과학채널 NOVA에 소속된 한 기자의 견해 임]

The top science stories of 2022
[ https://www.pbs.org/wgbh/nova/article/top-science-stories-2022/ ]

NASA nudges an asteroid, weird things emerge from water, and scientists tackle a new epidemic.

미 항공우주국(NASA, National Aeronautics and Space Administration)은 소행성을 살짝 돌려 세웠고, 물속에서 이상한 것들이 솟아 올랐으며, 과학자들은 새로운 유행병을 맏서게됐다.

BY HANNA ALISATURDAY, DECEMBER 17, 2022

한나 앨리스터데이, 2022년 12월 17일자 PBS NOVA


The Cartwheel galaxy (right) was formed as the result of a high-speed collision about 400 million years ago. This composite image brings together observations from JWST's infrared instruments. Image Credit: NASA, ESA, CSA, STScI
수레바퀴 은하(사진의 오른쪽)은 약 4억년전 은하의 고속충돌의 결과로 형성 됐다. JWST(제임스 웹 우주 망원경)의 적외선 영상과 기존의 관측 영상을 합친 사진이다. 영상출처: 미국항공우주국(NASA), 유럽우주국(ESA), 캐나다 우주국(CSA), 우주망원경 과학 연구소(STScl)

As of 2022, you share this planet with 8 billion people (and about 20 quadrillion ants). 

2022년 현재 지구는 80억명의 사람이 2경 마리의 개미와 함께 나누게됐다.

It’s not just population growth that made this year remarkable. From January to December, scientists have launched revolutionary space missions, wrangled new viral outbreaks, discovered old DNA, and even taken a step towards harnessing nuclear fusion. Explore the science that made headlines throughout 2022.

올해 인구의 증가뿐만 아니라 주목할 만한 일들이 있었다. 일년 동안(일월 부터 십이월까지) 과학자들은 획기적인 우주임무를 수행했고, 새로운 병원균의 창궐을 우려했고, 오래된 DNA(Deoxyribo Nucleic Acid, 디옥시리보 핵산)를 발견 했으며, 핵융합 발전에 한걸음 더 내딧게 됐다. 2022년 한해동안 머릿기사로 등장한 과학기사들을 꼽아보자.

Tonga volcano eruption

통가에서 화산폭발

Just off the island nation of Tonga in the South Pacific, a mostly underwater volcano called Hunga Tonga-Hunga Ha'apai quite literally rocked the world when it erupted on January 15.

남태평양의 작은 섬나라 통가, 거의 바다에 잠겼던 훙가 통가-훙가 하아파이라는 화산이 1월 15일 분출하면서 세계를 흔들었다(rock).

Hunga Tonga-Hunga Ha'apai’s eruption was one of the most powerful on record—hundreds of times more powerful than the atomic bomb dropped on Hiroshima, NASA reported, and the largest explosion of any kind in the last 140 years. Its roar was heard nearly 6,000 miles away in Alaska, and the eruption triggered tsunamis that reached Tonga, nearby Fiji, and far-off locations like Japan, Russia, Peru, and the United States. The volcano’s unique position may help explain why this particular eruption created such a violent shockwave. But the full implications of the explosion for future volcanic events are still being studied.

훙가 통가-훙가 하아파이 화산 분출은 유사 이래(on record) 최대규모로 나사 NASA에 따르면 지난 140년 이래 폭발한 어느 화산보다도 커서 히로시마에 투하됐던 원폭수준에 버금갔다고 한다. 폭발소리(roar)가 거의 6천마일이나 떨어진 알래스커에서도 들렸다고 한다. 이번 분출로 촉발된 츠나미는 피지인근 통가에 이르렀고 멀리는 일본, 러시아, 페루 그리고 미국까지 다았다. 이 화산의 특별한(unique) 위치를 보면 이번 분출이 그렇게 격렬한 충격파를 일으켰는지 이해된다. 이번 분출이 향후 화산 활동에 미칠 영향은 여전히 연구중이다.

Ernest Shackleton's ship Endurance is found after 106 years

106년만에 드러난 어니스트 쉐클턴의 배 인두어런스 호

In December 1914, British explorer Ernest Shackleton led a crew of 27 men aboard two ships, Endurance and Aurora, on an expedition to Antarctica. The goal was to complete the first land crossing of the Antarctic continent. But in January 1915, the Endurance became trapped in the ice of the Weddell Sea before reaching land.

1914년 12월에 영국의 탐험가 어니스트 색클턴이 인슈어런스호와 오로라호, 두척의 배에 승선한 27명의 대원(crew)을 이끌고 남극(Antartica) 원정에 나섰다. 원정의 목표는 최초로 남극대륙 횡단이었다. 하지만 1915년 1월에 인슈어런스 호가 대륙에 닿기 전에 웨델해(Weddell Sea)의 빙하에 좌초됐다(be trapped).

For nine months, Shackleton and his crew tried to break the ship free. But their efforts were unsuccessful, and Endurance was gradually crushed by the shifting ice. In October 1915, Shackleton ordered his crew to abandon the ship, and a month later Endurance slipped beneath the surface, not to be seen again. Until this year.

아홉달 동안 색클턴과 원정대원들은 배를 꺼내려고 했으나 그들은 노력은 수포로 돌아갔고(was unsuccessful) 인슈어런스호는 유빙(shifting ice)에 의해 서서히 찡기게 됐다(be crushed). 1915년 10월에 색 클턴은 선원들에게 배를 포기하라고 명령했고 한달후 인듀어런스호는 해면(the surface) 아래로 미끄러져 내려 자취를 감췄다. 올해까지는.


Black and white photo of a three-masted ship trapped in ice, with huge ice chunks in foreground. A distant view of the Endurance trapped in an ice floe. Image Credit: James Francis Hurley via National Maritime Museum, Wikimedia Commons
세 돗대를 가진 배가 얼음에 갖혀 있는 흑백사진. 앞으로 거대한 얼음 덩어리(chunks)들이 보인다. 유빙(ice floe)에 갖힌 인듀어런스 호의 원경. 사진출처: 제임스 프랜시스 헐리, 국립해양 박물관 소장. 위키미디어 공공 저작권

On February 5, an expedition called Endurance22 set off from Cape Town, South Africa, in search of Shackleton’s long-lost ship. And on March 5, some 106 years after it was lost, Endurance was found. Using sonar, the team spotted the sunken ship just four miles south of where the original captain, Frank Worsley, had said it was in 1915, NPR reported. Shockingly well-preserved, Endurance had “hardly anything living on it,” and some of its original paint still intact, Endurance22 expedition leader John Shears told NPR. “It’s as if it sank only yesterday,” Shears said. The Endurance will stay in the Weddell Sea, protected as a historical site under the Antarctic Treaty.

2월 5일에 인듀어런스22라고 명명된 탐험대가 오래전 침몰한 색클턴의 배를 찾아서 남아프리카의 케이프 타운을 떠났다. 그리고 5월 5일에 거의 106년이 지나서 침몰한 인듀어런스 호를 찾아냈다. 원정대는 소나를 이용해서 1915년 당시 선장이었던 프랭크 울시가 기록한 위치보다 4마일 남쪽에서 침몰한 배의 위치를 알아냈다고 NPR 에 보고했다. 놀랍도록 잘 보전되어 있어서 "그 안에 누가 있을 것만 같았다"면서 원래 도색이 그대로 붙어 있었다고 인듀어런스22 탐험대장 존 쉬어스가 NPR에 전했다. 쉬어스는 "마치 어재 침몰한 듯 했죠"라고 말했다. 인듀어런스호는 남극조약(Antarctic Treaty)에 따라 웨델해에 그대로 두어 역사적인 장소로 보전될 예정이다(will stay).

First images from James Webb Space Telescope

제임스 웹 우주망원경이 찍은 첫 관측사진(가장 먼 은하 관측)

Of NASA's many successful endeavors this year, the images taken by the agency's James Webb Space Telescope (JWST) are perhaps the most awe-inspiring (Have you seen JWST's image of Neptune's rings? Tell me that doesn’t leave you awestruck.)

올해 나사에서 이룩한 수많은 성공적인 시도(endeavor: 임무수행, 업적들을 비록한 여러 실험들)들 중에 제임스 웹 우주 망원경(JWST, James Webb Space Telescope)으로 찍은 사진들이 무엇보다도 감탄을 자아냈다. (JWST로 찍은 목성의 고리를 봤는가? 별로 감흥이 없다고 말할자가 있다면 알려달라.)

JWST launched at the end of 2021 and gradually unfolded, aligning 18 segments of its massive, gilded mirror before getting to work. A month after its launch, the telescope was already a million miles from Earth. And in July, NASA began to unveil stunning images of stars and faraway nebulas in greater clarity than its predecessor, Hubble. JWST has also managed to capture galaxies never before seen by scientists, breaking the record for the most distant galaxy ever detected.

JWST는 2021년 말에 발사되어 관측을 시작하려고 서서히 18조각으로 나눠진 거대한 반사경을 펼쳤다. 발사후 한달만에 이 망원경은 지구로부터 백만 마일 가량 멀리갔다. 그리고 7월에 NASA는 놀라운 관측 영상들을 공개하기 시작했다. 저 멀리 떨어진 별과 성운들의 영상들은 이전의 허블 우주망원경보다 훨씬 선명했다. JWST는 이전에 과학자들이 볼 수 없었던 은하들을 찍으려고 애써왔고(manage to) 이제껏 관측한 것보다 먼 은하의 관측 기록을 깼다.

Reddish brown swath at the bottom appears like mountains below a blue, starry "sky" above. "Cosmic Cliffs" in the Carina Nebula, as captured by the James Webb Space Telescope. Image Credit: NASA, ESA, CSA, STScI
아래에 보이는 적갈색으로 물결(swath)치는 산맥들 위로 별이 빛나는 하늘이 떠있다. 제임스 웹 우주 망원경으로 찍은 "우주의 계곡"이라 불리는 카리나 성운의 일부. 영상제공: NASA, ESA, CSA, STScI

In the coming years, the telescope's data will help scientists understand the evolution of stars and planets, since its infrared instruments can peer through dense dust clouds where star and planet formation begins. "The great thing, really, is that this is just the beginning," Stefanie Milam, deputy project scientist on JWST, told NOVA. "We'll be able to go much, much deeper, and this telescope is going to do what we designed it to do."

내년에 이 망원경이 짝은 자료들은 과학자들이 별과 행성들에 대한 이해를 높이는데 기여할 것이다. 이 망원경이 갖추고 있는 적외선 관측장치들은 별과 행성들의 만들어지고 있는 곳인 우주의 짙은 먼지를 꿰뚫어 볼 수 있기 때문이다. JWST의 부단장 과학자인 스테파니 밀람은 "정말 놀랄일은 아직 시작도 안했다는 겁니다." 라고 NOVA 측에 말했다. "우리는 더 많은것을 보고, 더 깊이 들여다 볼 것입니다. 이 망원경을 기획하면서 생각했던 일들을 해낼 것입니다."  

Mpox (monkeypox) outbreak

원숭이 두창(pox: 천연두) 창궐

Mpox, previously referred to as monkeypox, emerged in the U.S. and several other countries where it is not endemic in May. Although the disease—which presents as a painful rash, followed by flu-like symptoms—was first identified in humans in 1970, mpox was fairly unknown to the American public before this year's outbreak. Mpox spread quickly and peaked in early August, with hundreds of cases being reported per day. Around that time, the Department of Health and Human Services declared the disease a public health emergency and authorized the emergency use of mpox vaccines.

전에는 원숭이 두창(monkey pox)이라고 하던 엠폭스(Mpox)가 5월에 풍토병(endemic)이 아니던 미국을 비롯해 몇몇 나라에서 발병했다. 감기와 유사한 증상에 통증을 동반한 발진을 보이는 이 질병이 처음으로 인간에게서 발병된 것으로 확인된 것이 1970년이었지만 엠폭스는 올해 터져 나오기 전까지 미국 대중에 잘 알려지지 않았다. 엠폭스는 빠르게 퍼져 8월에 하루 수백건의 확진자가 나오면서 정점을 찍었다. 그즈음 미국 보건부는 공공 건강 비상으로 선언하고 엠폭스 백신의 긴급사용을 승인했다.

Data suggest that mpox transmission most often occurs through sexual activity or contact with open wounds or mucous membranes, like the eyes and mouth. While anyone can transmit the disease, there was a prevalence in cases among men who have sex with men (MSM). Many public health campaigns encouraged MSM in particular to get vaccinated, and as of this month, 1.1 million people have been vaccinated against mpox in the U.S.

By late September 2022, NPR reported that New York City, San Francisco, Houston, and Chicago—all cities with high rates of infection—had begun to see a decline in cases, though not particularly correlated with vaccination rates. The CDC announced in a November report a highly confident assessment that “the overall incidence of monkeypox in the United States is declining.” And in December, the Department of Health and Human Services announced mpox will not be renewed as a public health emergency in 2023.

DART Mission deflects an asteroid

소행성의 진로를 바꾼 이중 소행성 방향 전환 시험(Double Asteroid Redirection Test; DART)

In 2021, NASA launched its Double Asteroid Redirection Test (DART) spacecraft on a mission to test whether scientists could possibly deflect asteroids at risk of colliding with Earth.

2021년에 NASA는 이중 소행성 진로변경 실험 우주선을 발사했다. 과학자들이 지구로 충돌할 가능성이 있는 소행성(asteroid)의 방향을 틀 수 있을 것이라고 하는데 이를 알아보는 임무를 맞았다.

In the first-ever “full scale planetary defense test,” the DART spacecraft set out to knock Dimorphos—a 525-foot asteroid “moonlet” that circles a larger asteroid called Didymos—off track. The spacecraft slammed into its target in September 2022, but it wasn’t until October that scientists determined that the DART mission was, in fact, a smashing success. The spacecraft’s impact nudged the moon closer to Didymos, shortening its nearly 12-hour orbital period by 32 minutes, Science reported. While neither Didymos nor Dimorphos pose any risk to Earth, DART is proof that if Earth were to be threatened by an asteroid, humans may actually be able to something about it.

유사이래 처음 시도된 "완성된[full scale: 소행성 감시에서 충돌 방지에 이르는 전과정] 지구방위 계획"에서 DART 우주선은 디디모스라고 하는 큰 소행성 주위를 도는 525 피트 짜리 위성 소행성(moonlet)인 디모포스의 경로를 두들겨 바꿔보도록(knock off track) 계획됐다(set out to). 이 우주선은 2022년 9월에 목표로 돌진하여 부디쳤으나 10월이 될때까지도 DART 임무가 실제로 충돌의 효과를 봤는지 확신할 수 없었다. 이 우주선이 충돌하여 위성의 궤도를 디디모스에 조금 근접 시켜서 12시간 공전주기를 약 32분가량 줄여놨다고 과학자들이 알렸다. 디디모스는 물론 디모포스가 지구에 위협이 되지 않았지만 DART는 만일 지구가 소행성의 위협을 받게되면 인류는 실제로 뭔가 할 수 있다는 것을 보여줬다.

Dropping water levels reveal dinosaur tracks, Nazi warships, human remains and more

수위가 낮아진 덕에(가뭄으로 물밑에 잠겨있던) 공룡의 발자욱, 나찌의 전투함정들, 인간의 유해 등등이 드러나다

The blistering summer of 2022 saw drought from Asia to Europe to North America. And while people may have anticipated a water shortage, few could predict what would be revealed when water levels dropped.

2022년의 지독한(blistering) 여름 가뭄이 아시에서 유럽 그리고 북미지역을 덮쳤다[saw drought: 가뭄을 겪었다]. 그리고 사람들은 물부족을 걱정한 반면 수위가 낮아지면 뭔가 드러날거라는 예상을 한사람도 소수 있었다.

Spotting dinosaur tracks in Texas’ Dinosaur State Valley Park may not seem surprising. But scientists and park rangers were fascinated to find sets of tracks usually obscured by water suddenly exposed when the park’s Paluxy River dried up in August. The footprints, estimated to be 113 million years old, were left deep in the sediment by the carnivorous Acrocanthosaurus, a two-legged dinosaur that weighed up to 7 tons and stood around 15 feet tall.

텍사스 공룡계곡 주립공에서 공룡의 발자욱 발견은 그리 놀랄것도 없을듯 싶었다. 하지만 과학자들과 공원 경비대원들은 8월에 공원내 팔룩시 강이 마르자 평소에는 물속에 잠겨 보이지 않던 발자울들이 드러나자 깜짝 놀랐다. 약 1억 천3백만년 전의 두발로 걷는 15피트 키에 7톤의 무게를 자랑하던 육식성(carnivorous) 공룡인 아크로칸토사우러스의 발자욱이 퇴적층(the sediment)에 깊이 남겨져 있었다.

Just 1,200 miles away in Nevada, Lake Mead revealed its own hidden secrets. Along with long-sunken boats, a total of six sets of human remains—one of which was discovered inside a barrel—were found as the lake’s levels dropped. This year, Lake Mead hit its lowest levels since 1937, continuing a 22-year long downward trend, NASA reports. “There’s no telling what we’ll find in Lake Mead,” former Las Vegas mayor and defense attorney Oscar Goodman said in May. “It’s not a bad place to dump a body,” he added, according to PBS NewsHour.

A speedboat sticks straight up out of a dried lakebed, with brown, dry hills in the background

A once-submerged speedboat juts out from the dry lakebed of Lake Mead in June 2022. Image Credit: James Marvin Phelps, Flickr

Regional drought and a heatwave in southwestern China led to a rapid water level drop in the country’s massive Yangtze River, revealing a small island and three previously submerged Buddhist statues. The statues are thought to be 600 years old. While the artifacts are exciting, this historic drought—and those expected in summers to come—threatens the livelihood of some 400 million people who depend on the Yangtze River for water.

But the largest, and perhaps the most dangerous, of these drought discoveries was in Europe. This summer, the Danube River was at its lowest levels in almost a century. Out from the shrinking waters along eastern Serbia emerged dozens of sunken German WWII ships, each covered in tons of ammunition and explosives. The explosives on the ships pose a major ecological and safety risk to the fishing and coal shipping industries operating within the Danube, Reuters reported.

This summer’s drought, and the strange items it brought to light, foreshadow a larger problem to come with climate change. And in colder climes, melting permafrost is also revealing long-unseen entities, though not all of them are as exciting as dinosaur tracks.

Artemis 1 kicks off a new lunar program

아르테미스 1의 발사는 새로운 달탐사의 서막을 열었다.

This year, NASA's much-anticipated Artemis I mission finally took off. Following months of postponements, fuel leaks, and hurricanes, NASA launched the world's most powerful rocket from the Kennedy Space Center on November 16. Artemis I is the first mission in the Artemis program, which aims to put a crew on the Moon. The inaugural mission, which was uncrewed, was intended to test the massive SLS rocket and the Orion crew capsule.

올해 드디어 고대하던(much-anticipated) NASA의 아르테미스 1이 발사됐다. 연료누출과 허리케인 태풍 등으로 몇 달간 연이은 연기 끝에 NASA는 11월 16일 케네디 우주센터에서 세계에서 가장 강력한 로켓을 발사했다. 아르테미스1은 달에 인간을 보내는 아르테미스 계획의 첫임무 였다. 승무원이 타지 않은 이번 첫임무는 대형 SLS 로켓과 유인 캡슐인 오리온의 시험이 목적이었다. 

Once launched, Orion spent 25.5 days zooming well past the Moon and looping back to Earth. The spacecraft splashed down in the Pacific Ocean on December 11. Now begins NASA's post-flight analysis, which will help reveal just what’s possible in this new chapter of space exploration.

오리온은 발사된 후 25.5일간 달을 돌아[zoom: 수평 또는 수직으로 움직임] 다시 돌아와 지구를 돌았다. 이 우주선은 12월11일에 태평양에 착수했다. 현재 NASA는 우주 탐사의 새장을 열수 있을지 알아보는 비행후 분석을 시작했다.

Oldest DNA ever found

가장 오래된(2백만년 전 지구에 살았던 생물로 추정) DNA 발견

Last but not least came a breakthrough just before the end of year. On December 7, scientists announced the remarkable discovery of the oldest DNA to date. The DNA, retrieved from the sediment cores at the northern edge of Greenland, is a whopping 2 million years old. It reveals stunning information about the plants and animals that once inhabited the Arctic, which was once a lush, green landscape.

올해가 가기전에 마지막으로 하지만 사소하지 않은 발견이 터져나왔다. 12월 7일에 과학자들은 주목할 만한 발견을 했다고 발표했다. 이제껏 보다 가장 오래된 DNA의 발견이다. 그린란드의 북부 끝단 퇴적층에서 채취한(retrieved) 이 DNA는 믿기지 않게도(whopping) 2백만년은 넘었을 것이다. 한때 북극지역에 살았던 식물과 동물에 관한 놀라운 정보를 드러냈다. 그때 이지역은 녹색으로 우거진 자연환경(lush, green landscape)이었다.

The finding, experts say, could not only revolutionize paleontology, opening new windows onto ancient worlds, but also help us better understand how species adapted to a warming world in the past. “It's as though we really do have a time machine in a way that we never expected,” said Ross MacPhee, senior curator at the American Museum of Natural History.

전문가들은 이번 발견이 고대세계에 대한 새로운 창을 열며 고생물학(paleontology)의 혁명뿐만 과거에 생물종들이 온화했던 기후에 어떻게 적응했는지 알게될 것이라고 한다. "우리가 전혀 예상치 못한 시간여행을 할 수 있게 된 셈입니다 [타임머신을 가지게 됐다.]"라며 미국 자연사 박물관의 수석 큐레이터인 로스 맥피씨가 전했다.

 

목요일, 12월 22, 2022

[HAM] ae6ty 의 스미스 차트 강좌: 1. 기초 사용법

[HAM] ae6ty 의 스미스 차트 강좌: 1. 기초 사용법

스미스 차트 활용 강좌 동영상은 7편으로 구성되어 있다. AE6TY의 simSmith 소프트웨어가 계속 업데이트되었다. 이 동영상은 구버젼을 가지고 작성되었으나 기본 구성은 동일하다.

원본출처:
- Basic Smith Chart Use (old but still good!) [Link]
- AE6TY 의 SimSmith 페이지 [Link]

[주: 아래 번역본 내용중 [] 부분은 역자의 의견이다. 혹시 틀린 부분이 있다면 지적바란다. 영문과 한글을 동시에 게시하는 이유는 첫째, 글쓴이가 영어공부가 목적이어서. 둘째, 글쓴이는 아날로그 회로를 어깨넘어 들은 풍월에 불과해서 원문을 오역할까봐 걱정이라서 그런 것임. 행여 불편하면 원문 유튜브를 보던가 뒤로가길 누르던가 하세요. 그리고 고마운 생각이 들거든 원문 유튜브에 가서 좋아요 한번씩 눌러주는 쎈스! ]

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1편: 스미스 차트의 기본이해 (Introduction to Smith Chart)

https://www.youtube.com/watch?v=hYuksRNFWL0&list=PLUl8S204xIewulDYJ6iwI-TmpKTJ7VIhi&index=1

[0:00] 소개

This video is an introduction to computer aided Smith charts. The Smith chart is used to analyze electrical circuits containing capacitors inductors resistors and transmission lines. I am using a program called simSmith. simSmith allows you to draw circuits and provides real-time analysis of the circuit. It also allows you to modify the values of the various circuit elements and shows you again in real time in effect of any changes. In this video I'll show how a circuit can be created and tuned to solve a common design problem, specifically an impedance match at a chosen frequency. Problems of this kind are often found in antenna and an electrical circuit design.

이 동영상은 컴퓨터에서 실행되는 스미스 챠트를 소개한다. 스미스 챠트는 컨덴서와 코일 그리고 전송선로와 저항이 포함된 전기회로를 분석할 때 사용하는 도구다. 사용할 소프트웨어는 simSmith 다. 이 소프트웨어는 회로를 작성하고 시정수들을 변경해가면서 그 효과를 곧바로 분석이 가능하다. 이번 편은 회로를 작성하고 특정 주파수에서 임피던스 정합을 맞춰야 하는 설계과제를 푸는 방법을 설명하겠다. 이런 문제는 특히 안테나를 다룰 때나 회로를 설계할때 종종 마주치게된다.

[simSmith 소프트웨어는 AE6TY 의 SimSmith 페이지에서 내려받을 수 있다. Link]


[0:53] 화면구성

Before we get started, let's take a quick tour around the simnet screen. On the left hand side, there are three menus. The lower one is a menu of circuit elements. We can add to our circuit. The upper menu is called the tuning menu which allows us to change the values of the circuit elements. The middle menu is called the sweep menu but we will not be using that in this session. Along the top of the screen is the circuit being analyzed. On the right hand side is the Smith chart itself. The Smith chart is a special form of graph which we can use to plot complex impedances.

먼저 소프트웨어의 화면 구성부터 살펴보자. 왼편의 중간 아래로 세가지 메뉴가 있다. 가장 아랫부분은 회로에 사용할 부품(circut elements)들이다. 메뉴 위에 있는 회로 그림판에 회로를 꾸밀때 사용한다. 상단의 메뉴는 튜닝 메뉴(tuning menu). 회로에 사용된 부품들의 시정수를 변경할 수 있다. 중간 메뉴는 스윕 메뉴(sweep menu)다. 다음 회[회로분석}에서 다룬다. 화면의 가장 윗 부분이 회로 그림판이다. 분석할 회로(the circuit)를 여기에 꾸민다. 오른편에 스미스 챠트가 있다. 스미스 챠트는 복소수 임피던스(complex impedence)를 알려주도록 특수하게 만들어진 도표다. 도표안에 점을 찍으면 그 위치에 해당하는 임피던스를 복소수 형식으로 알려준다.



[1:35] 스미스 챠트 읽는 법

 When you click on the space inside the graph, simSmith will report the impedance at that point. Down here on the right-hand side. Notice that, when I click the center of the chart, simSmith reports an impedance of 50 ohms with the zero reactance. Or close to zero. On the left-hand side of the chart impedances are lower, here, 123 ohms and on the right-hand side of the chart impedances are higher here 1k, 2k. Above the center of the chart, impedances have reactances which are positive. Down here reactants 44 and below the center of the chart reactances are negative here on -49.

스미스 챠트 내의 한점을 찍으면 그 위치의 임피던스를 오른쪽 아랫부분에 표시된다. 여기 스미스 챠트의 한가운데가 임피던스 50옴에 리액턴스는 0인 지점이다. 왼편으로 갈수록 임피던스는 낮아지고 오른편으로 갈수록 임피던스는 높아진다. 챠트에서 위로 올라갈수록 리액턴스가 양의 값으로 높아지고 아래로 가면 음의 리액턴스를 가진다.

[스미스 챠트는 임피던스 값을 그려놓은 지도라고 보면 되겠다. 등고선이 좀 복잡한데 컨덴서에 의해 그려지는 등고선과 코일에의해 그려지는 등고선이 좌우로 원을 그리고 있다. 알다시피 코일과 컨덴서는 주파수 특성이 반대다.]

[2:31] 첫번째 예제: LC 회로로 임피던스 맞추기

So, let's get started. Suppose we would like to design a circuit which will match a 75 ohm load to a 50 ohm generator. Most designs start by specifying the impedances.

그럼 시작해보자. 먼저 첫번째 예제로 임피던스가 50옴인 송신기(Generator)에 임피던스가 75옴인 안테나(Load)를 물리기 위한 임피던스 정합회로를 설계해보자. 가장 먼저 할 일은 임피던스 설정하기다. 

Here, the generator has already been set to 50 ohms. And let's set our frequency to be say 10 megahertz which I do by clicking on this parameter and simply typing what I want. Notice that when I started typing, this field turned pink and when we hit the return key, it will turn back to white. We also need to set the load impedance, we said, 75 ohms and there we have it.

송신기의 임피던스는 미리 기본값 50옴으로 정해져 있다. 전송할 신호의 주파수를 10Mhz 라고 하자. 주파수 칸에 숫자를 써넣으면 된다. 새 값을 입력하면 해당 칸이 분홍으로 변했다가 엔터키를 치면 입력되었다는 표시로 다시 흰색 상자가 된다. 이번에는 안테나(부하)측 임피던스를 75옴으로 입력한다.

[사용자 인터페이스가 약간 변경됐다. 위 그림은 최신버젼 simNEC 이다.]

Examining the Smith chart, we can now see a dot at the 75 ohm impedance mark. Since we draws a dot at the impedance of the load and an X at that impedance as seen by the generator. Since the generator is connected directly to the load, the X and the dot are in the same place on the Smith chart.

스미스 챠트를 들여다 보면 75옴 지점에 동그라미가 찍혀 있는 것을 볼 수 있다. 동그라미는 부하측 임피던스, X 표시는 송신측에서 본 임피던스다. 송신기와 부하가 곧바로 연결되어 있기에 X와 동그라미가 스미스 챠트상에 동일 지점에 위치해 있다. [사용자 인터페이스가 변경됐다.]

The goal of our circuit will be to move the X to the center of the Smith chart. A typical solution to this problem is to use what's called an L network.

X 지점을 스미스 챠트의 중앙으로 옮기는 것이 목표다[중앙점이 임피던스가 50옴이다.] 이 문제를 푸는 전형적인 해법은 L 네트워크라고 하는 방법을 사용하는 것이다

[코일과 컨덴서를 조합한 임피던스 정합회로다. 코일과 컨덴서가 주파수 특성을 가지므로 이를 활용해 특정 주파수 만을 통과 시키기 때문에 필터라고 불리기도 한다. 참조: L Matching Network]

[3:50] 컨덴서 용량조절

In the simSmith a circuit is drawn using the familiar drag-and-drop paradigm. First we will add a shunt capacitor, which I click and drag up to the circuit. We can alter the value of the capacitor by selecting the field and using the tune buttons in the tuning menu, clicking on the parameter and then using the tune button. Notice that as I make the value larger the arc gets longer and if I make the value smaller the arc gets shorter. Let's adjust the value of our capacitor so that the X lands on this blue arc which is passing through the center of the Smith chart.

simSmith 프로그램에서 회로를 그리기는 부품들을 끌어다 놓기 방식이다. 먼저 회피용(shunt: 신호성분 중 일부를 접지로 빼내기) 컨덴서를 회로에 끌어다 붙여놓았다. 컨덴서 용량은 튜닝 메뉴에서 증감 버튼으로 변경 할 수 있다. 값을 증가시키면 스미스 챠트에 표시된 원호의 길이가 길어지고 값을 낮추면 원호의 길이가 짧아지는 것을 볼 수 있다. 컨덴서의 용량을 조절하여 X 가 챠트의 중앙을 지나는 파란색 곡선 상에 위치시켜 놓도록 하자.

[새버젼 simNEC 에서는 튜닝 메뉴에 증감 버튼 대신 마우스 휠을 돌려서 값을 변경 시킬 수 있다.]

[4: 54] 코일의 용량조절

To complete the L Network, I need to add an inductor which will cancel out the reactance which was introduced by the capacitor. To do so I merely click on the inductor and drag it up to the circuit. Notice that adding the inductor moved to the X upwards. Now we need to tune the inductor value so that the X lands in the middle of the chart.

코일을 추가하여 L 네트워크를 완성하여 보자. 코일을 넣음으로써 컨덴서로 인해 생긴 리액턴스(reactance)를 상쇄 시킨다. 코일을 끌어다 회로에 떨어뜨리면 된다. 코일을 추가함으로 인해 X 의 위치가 위로 움직인다. 이제 코일의 용량을 조절하여 X 표시가 차트의 중앙에 오도록 하자.

[5:17] 회로를 손쉽게 수정하는 방법(원호 끌고다니기)

In order to explore the utility of the Smith chart a little more, let's look at some other ways. We might do this simple job of matching. The L Network can be implemented in other ways.

simSmith 소프트웨어의 기능을 좀더 알아보자. 앞서만든 회로를 수정하여 다른방식의 L 정합 네트워크 회로를 구현한다.

I can replace the capacitor with an inductor with a capacitor. So I can take out my shunt capacitor and put in a shunt inductor and take out my series inductor and put in a series capacitor and again I can tune the values here. I'm going to tune it so that this first red arc lands on that circle that goes through the center.

컨덴서와 코일의 용도를 바꿔보기로 한다. 먼저 션트 컨덴서를 제거하고 코일로 대체한다. 그리고 선로상에 직렬로 두었던 코일 대신 컨덴서로 바꿔보자. 그리고 컨덴서와 코일의 시정수를 앞서 했던것 처럼 목적에 맞게 수정해 준다. 먼저 붉은 원호를 중심원으로 가도록 변경한다.

In here, I'll affect the value of the capacitor to move the X up. This constant clicking on the tuned buttons can be a little tiresome to simplify rough tuning sense. Mouse allows you to click and drag the ends of arcs on the Smith chart itself. Thus, to change the length of the arc of the inductor, I can use the right mouse button and click on the end of the arc and drag it down or up. Then I can click on the end of the capacitor arc and move it up and down to the center.

그리고 X 를 위로 올리기 위해 컨덴서 용량을 변경한다. 시정수 값을 일일이 화살표 버튼을 눌러가며 변경하려면 짜증날 테니까 스미스 챠드 내에서 원호의 끝을 마우스로 잡아 옮길 수 있다. 코일에 해당하는 원호의 길이를 변경하려면 원호의 끝을 마우스의 오른쪽 버튼으로 끌어다가 원하는 위치에 떨어트리면 된다. 이어서 컨덴서의 원호도 끌어다가 위든 아래든 원하는 위치에 끌어다 놓을 수 있다.

simSmith will even allow you to change two arcs at the same time. Watch what happens if I click and drag the end of the capacitor arc. Notice that simSmith is updating the values of the capacitor and inductor so that the X is following my mouse movements.

심지어 두 원호를 동시에 끌어다 옮길 수도 있다. 컨덴서 원호를 집어서 끌고다녀 보자. X 표시가 마우스의 움직임에 따라서 컨덴서와 코일의 용량 값이 동시에 변하는 것을 볼 수 있다. 

[7:11] 두번째 예제: 전송선로를 사용한 임피던스 매칭

Inductors and capacitors can actually be implemented in another way by using a transmission line stub. In general a transmission line stub which is shorted acts like an inductor. And, a transmission line stub which is open acts as a capacitor.

전송선[동축 케이블] 가닥을 이용하여 코일과 컨덴서의 역활을 대신 할 수 있다. 보통 전송선 가닥을 단락시켜 코일의 역활을 하게 할 수 있다. 그리고 전송선 가닥을 개방한채 두면 컨덴서 역활을 한다.

I can get rid of my inductor and use a shunt shortened transmission line and I can get rid of my series capacitor and add an open transmission line stub and again using the right mouse button I can drag the match to the center. Notice that as I do so simSmith is affecting the length of these transmission line stubs.

션트용 코일을 제거하고 단락시킨 전송선 가닥으로 대체시킬 수 있다. 직렬로 놓은 컨덴서를 제거하고 개방한 전송선으로 대체 시킬수 있다. 마우스 오른쪽 버튼으로 원호를 찝어 끌어서 중앙에 매치 시킨다. 전송선 가닥의 길이가 변하는 것을 보게될 것이다.

[8:10] 1/4 파장 전송선로 매칭

Impedance matching can be done in other ways. Probably the most popular way is to use what is called a quarter wave matching section.

임피던스 매칭의 또다른 방법을 알아보자. 대개 1/4 파장 섹션[전송선을 1/4파장이 되도록 맞춤]이라고 알려진 방법 이다.

This technique uses a 1/4 wave long section of transmission line. Let me get rid of my stubs and add a piece of transmission line and I want it to be a quarter wave long which is 90 degrees. Notice that the X again has moved in an arc. This time, however, the arc is part of the circle whose center is at the characteristic impedance of the transmission line.

이 방법은 전송선을 1/4파장의 길이로 분할해 놓는 기법이다. 전송선 단락을 제거하고 전송선으로 대체시킨다. 그리고 [위상을] 90도로 두면 1/4 파장 전송선의 의미가 된다. 다시 X 를 찝어서 움직여보자. 이번에는 원호의 모습은 전송선의 특성 임피던스에 중심을 둔 원의 일부 모양을 하게된다.

I can adjust the characteristic impedance of the line by clicking on the parameter Z naught(Z_0) and using the pinning buttons. If I hold the button down since my full auto repeat. There's our match.

[매칭에 사용할] 전송선의 특성 임피던스를 변경해 줄 수 있다. 전송선의 시정수 항목에서 Z_0를 클릭한 후 화살표 버튼을 눌러 길이를 변경 할 수 있다. 버튼을 마우스로 계속 누르고 있으면 자동으로 증감시킬 수 있다. X 가 차트의 중앙으로 이동하면서 매칭된다.

[전송선을 90도(1/4파장 길이)에 맞출려면 61옴짜리 전송선이 있어야 한다. 현실적으로 불가능]

Note that simple allow you to drag tune the impedance of a transmission line. Only the length can be adjusted using this drag tuning.

???? 이 정합 방법은 전송선의 길이만을 수정할 수 있다.

[9:25] 1/12 파장 전송선로 매칭

Another way transmission lines can be used to achieve a match is to use what's called the 1/12 wave solution. In this technique two pieces of transmission line are used.

또다른 전송선 매칭으로 1/12 파장 기법이 있다. 이 기법은 두종류 전송선을 사용한다.

Both of which are approximately 1/12 of a wave long. Let me add a second section and set them both to be 1:12 long which is 30 degrees.

사용할 전송선의 길이는 모두 대략 1/12 파장이다. [회로에] 전송선을 한개 더 추가한다. 그리고 1/12 길이에 대응하는 위상 30도를 입력한다.

Now, I need to set the impedances of the line. Using this technique, one set of the impedance of the first line to be the impedance of the generator which would be 50 ohms which is already set at and the second section has an impedance which is set to be the same as the load to accept this to 75. Here, the match is already pretty good.

이제 전송선의 특성 임피던스를 입력한다. 이 기법에서는 앞의 전송선의 임피던스를 송신기 임피던스와 동일하게 맞추고 뒤이은 전송선의 임피던스를 부하 쪽에 맞춘다. 기본으로 주어진 50옴과 나머지 한쪽의 임피던스는 75옴이다. 보다시피 정합이 이뤄졌다.

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[10:18] 마무리

In this video we have explored the use of computer-aided Smith charts. Using the example of a simple impedance matching at a single frequency we have seen how we can create a circuit and adjust various circuit element values. Using different circuits we have seen how to transform one impedance into another. Other tutorials show what happens as we vary the frequency.

이번편의 동영상 강좌는 컴퓨터에서 실행되는 스미스 차트의 기본 활용을 다뤘다. 단일 주파수를 상정해 간단하게 임피던스 매칭하는 예를 봤다. 회로를 어떻게 꾸미고 시정수를 변경하는 방법을 살펴봤다. 몇가지 예를 바꿔서 임피던스를 어떻게 맞추는지도 봤다. 다음편에서는 주파수를 변화시키는 방법을 다뤄보겠다.

Please note that the various tutorials were developed at different stages in the simSmith's development. This tutorial is a remake of the original and uses a version 7.3. Most videos were made with substantially older versions while the circuit techniques presented in those videos are useful. The user interface has changed significantly.

simSmith 소프트웨어를 개발하면서 다양한 강좌 동영상을 제공하게 될 것이다. 이번 강좌는 7.3 버젼을 기준으로 제작됐다. 대부분 강좌 동영상이 구 버젼으로 제작 될지도 모른다. 회로설계기법은 변함없으나 사용자 인터페이스가 크게 변경 될 수도 있다.

Please contact me concerning any bugs and to make feature requests. As always, thanks for watching.

사용하다 오류가 발견되거나 원하는 기능이 있다면 알려달라. 늘 그렇듯 봐줘서 고맙다.

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수요일, 12월 21, 2022

[햄린이의 무선공학] 코일

[햄린이의 무선공학] 코일

<이전> <처음>

전편에서 컨덴서를 다루면서 용도 중 바이패스(bypass)를 빼먹은 것 같네. 회로도를 보면 가장 흔하게 보게되는 컨덴서의 용도중 하나지. 불필요하게 끼어든 잡음을 빼내는 용도라고 보면 되겠지. 아래 동영상을 보면 이해 될거야. 동영상에서 보여주는 수신음을 들어보면 두가지 효과를 알 수 있는데 신호음(음성)이 끊기는 현상을 막고 히스(hiss) 잡음이라고 하는'쉬잇~' 소리를 줄여주고 있어.

신호가 강력할 때(진폭 전압이 높음) 깨지는(끊기는) 이유가 파형이 간혹 포화되서 그렇거든. 파형이 포화되면 깍이잖아. 그럼 깍여나간 부분은 그냥 민밋해져. 전압이 요동치지 않으면 스피커를 울릴 수 없지. 그래서 끊기지. 컨덴서를 달아주면 깍여서 올라간 부분을 조금 누그러트려 주거든. 그리고 히스 잡음은 고역의 소리니까 이를 접지쪽으로 빼내서 뭉개버리는거야. 포락선으로 뭉개는 효과를 가져오지. 간단하지만 꽤 효과적으로 활용되고 있어. 스완이라는 아주 오래된 무전기가 있는데 ANL 이라는 스위치가 있더라고. 뭔가 봤더니 자동 잡음 제한기(Automatic Noise Limiter)라고 하더라고 뭔가 싶어 회로도를 봤더니 그냥 저항에 바이패스 컨덴서를 달아서 일종의 필터를 만들었더라구.

 

이제 코일을 알아보자. 전깃줄에 전류가 흐르면 주변에 자기장(magnetic field)이란게 생겨나지. 아마 초등학교 때 못에다가 에나멜선 잔뜩 감아서 건전지 연결하면 전자석이 된다는 실험은 다들 해봤을거야. 자기 유도법칙이니 뭐니 하는 오른손 법칙 어쩌구도 들어봤을 거고. 그런 법칙 외워봐야 햄린이에게 별 도움이 될까 싶네. 시험에는 가끔 등장하니까 아래 동영상을 검색해 보길 바래.

[유튜브 검색 '전자기유도']

전선을 둘둘 감았는데 쇼트가 안나네?

코일은 전선을 둘둘 감아 놓은거지. 도통 테스트를 해봐도 통전 된다는 삐~ 소리가 나지. 그런데 배터리를 연결하면 자석이되네? 쇼트(short)되서 과전류가 흐르고 어딘가 터져 나가야 하는거 아냐? 탄내도 나고 말이지.

코일에 직류를 통하면 전자석이 되는걸 의심하진 않지. 눈으로 봤으니까. 전류가 지나가면서 이상한 일을 만든거지. 저항에 전류가 흐르면 열을 내듯이 코일에 전류가 흐르면 자기장이 생긴단 말이야. 그렇다면 그냥 전류 만 흐른게 아니네.

전선이 둘둘 말려 있는 모습을 보고 코일(coil) 이라고 하는데 전류를 흘리면 자성을 이끌어 낸다는 의미로 인덕터(inductor)라고 하지. 자성을 유도해 내는 물건이라는거야. 이렇게 둘둘말인 전선에 직류를 흘리면 순간적으로 자기장을 형성하느라 전류가 멈췄다가 일단 자기장이 형성되면 이 자기장을 유지하면서 전류는 계속 흐르지. 전류가 잠깐 멈추는 이유를 기전력이 작용했기 때문이라고 말하지. 이와 반대로 컨덴서에 직류를 흘리면 충전하느라 전류가 잠깐 흘렀다가 만충전 되면 직류가 흐르지 않아. 

이번에는 코일에 교류를 흘려보자. 자성은 극성이란게 있지. N극에서 나와서 S극으로 흐르잖아. 전류 방향이 바뀌면 극성도 바뀐다. 자기장을 형성하느라 전류가 잠깐 멈췄다가 계속 흐르는데 교류는 전류 방향이 바뀌지. 그럼 다시 극성을 바꾸느라 전류가 잠깐 멈추게되. 교류전류를 코일에 인가하면 전류흐름이 바뀌면 잠깐씩 멈추는데, 그 잠깐씩 멈춤이 계속이어지면 결국 교류는 통과하지 못하게되는거지. 그런데 컨덴서는 교류를 인가하면 충전과 방전을 반복하게되서 전류가 흐르게 되. 어때? 코일과 컨덴서에 직류와 교류를 흘리면 반대 현상이 나타나는 이유를 알겠지? 그래서 이런 말들을 하는거야.

"맥류에서 코일을 통과시키면 직류분을 끌어내고 컨덴서를 통과시키면 교류분을 끌어낸다."

코일의 임피던스

저항은 직류든 교류든 상관없이 전류의 흐름을 방해하는 정도를 나타내는데 반해 임피던스(impedence)는 교류의 흐름을 방해하는 정도를 뜻한다고 했지. 

컨덴서는 교류를 흘리긴 하지만 충전과 방전을 반복하느라 흐름을 방해해. 그래서 임피던스값을 가지게되지. 코일도 자성을 만드느라 교류 흐름을 방해하지. 그렇다고 완전히 차단하지는 못한다구. 그래서 역시 임피던스 값을 가지게 되는거야. 코일의 임피던스는 공식은 컨덴서의 임피던스 공식과 반비례 관계에 있어.

컨덴서의 임피던스 공식과 비교해보자.

주파수가 f인 정현파에 대한 두 임피던스를 따져보자구. 코일의 임피던스 X_L은 주파수가 높을 수록 교류저항이 증가하지. 이에반해 컨덴서의 임피던스 X_C는 주파수가 높을 수록 교류 저항이 작아져. 주파수가 작아지는 경우, 일테면 주파수가 0인 직류라면 X_L 은 0이지만 X_C는 무한대가 되겠지. 따라서 컨덴서는 직류를 완전차단할 수도 있지만 코일은 교류를 완전차단하기는 어렵지. 주파수를 무한대로 올릴 수는 없으니까. 두 임피던스 공식만 봐도 코일과 콘덴서의 특징을 파악 할 수 있겠지?

이제 임피던스도 정복하게 됐으니 햄린이는 두려울게 없다. 다음에는 공진회로를 보도록 하자. 스미스 차트도 살짝 맛보고 말이지...

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<다음> <처음>


월요일, 12월 19, 2022

[HAM] "대서양 횡단 무선통신 성공" 100년전 QST기사를 읽어보자

[HAM] "대서양 횡단 무선통신 성공" 100년전 QST기사를 읽어보자

1922년 QST지 1월호에 실린 대서양 횡단 무선통신 성공 기사 전문

[QST Jan. 1922]

Transatlantic Tests Successful

대서양 횡단 실험 성공

Oh, Mr. Printer, how many exclamation points have you got? Trot’em all out, as we're going to need them badiy, because WE GOT ACROSS!!!!!!

이봐 인쇄소 양반. 감탄부호 활자 몇개나 가지고 있소? 다 꺼내야 할거요. 우리가 대서양을 넘었거든!!!!!!

As we prepare the copy for this issue of QST our Transatlantic Tests are in progress and we have the highly gratifying news from Paul F. Godley, our special listener in Scotland, that the A.R.R.L. has spanned the Atlantic! For the first time in history the signals of United States and Canadian amateur stations have been heard across the ocean on schedule.

QST 지 이번호를 준비하는 동안 대서양 횡단 실험이 진행중이었는데 우리가 스코틀랜드로 파견한 특별한 수신전문 기술자 폴 구들리씨로부터 ARRL이 대서양을 넘었다는 아주 기쁜 소식을 받았다! 역사상 처음으로 미국과 캐나다의 아마추어 무선국의 신호가 제때에 대양을 넘어 들렸다고 한다.

Mr. Philip R. Coursey, in charge of arrangements in Great Britain, radioed us on Dec. 13th as follows:

영국측의 책임자인 필립 커시씨는 12월 13일에 우리에게 전보로 다음과같이 알려왔다.

“Many your stations heard by British amateurs. Details later.”

"귀측의 여러 무선국의 신호를 영국의 아마추어 무선사들이 들었다. 자세한 것은 추후 알려 주겠다." 

We are most impatiently awaiting receipt of Mr. Coursey’s detailed report, the compilation of which necessarily will have to await the collection and examination of the individual logs from the British listeners. It is this phase of the tests in which we are particularly interested—we want the British amateurs, with their normal receiving apparatus, to hear our signals if they can, so that we may hope to move amateur traffic to them on schedule. We trust that Mr. Coursey’s report will be received in time for our next issue.

우리는 커시 씨의 자세한 보고서를 참을성있게 기다려야만 했다. 그의 상세보고서는 영국 수신자들의 개별적인 기록들을 일일이 분석하고 취합하여야 하기에 시간이 걸길 것이기 때문이다. 실험의 현단계에서 우리가 특히 관심을 가지는 점은 영국의 아마추어 무선사들이 자신들의 장비를 가지고 우리의 신호를 들을 수 있었는지 알고 싶다는 것이다. 그리하여 아마추어 통신이 제때에 이뤄지길 기대할 수 있을 것이기 때문이다.

Paul F. Godley, special representative of the A.R.R.L., with special American equipment, located his station at Ardrossan, a small fishing village some twenty miles to the west of Glasgow, Scotland, after experimenting with various locations, and there listened for our signals thruout the ten day period, reporting nightly via radiogram from MUU which was repeated on this side by WII.

특별제작한 미국의 장비를 가지고 ARRL에서 파견한 폴 구들리씨는 여러 장소를 물색한 끝에 스코트랜드의 글래스고우에서 서쪽으로 약 20마일 떨어진 작은 어촌마을인 아드로산에 그의 무선설비를 설치했다. 거기서 그는 우리가 보낸 신호를 열흘간에 걸쳐 듣고 있었다. 밤마다 전보로 우리쪽에서는 WII 라고 반복송신한 신호를 MUU라고 보고하기로 했다.

To date twenty-six stations have been reported by him, as listed on the cover of this issue—six sparks and twenty-two C.W. stations. These are mostly in the eastern part of the country, rather contrary to expectations, the westernmost one being in Cleveland, Chio. There is but one Canadian reported, 3BP, Rogers of Newmarket, and on his spark at that, but Mr. Coursey’s report may show more of our cousins in the Dominion.

이번달 표지에 나열한 것처럼 26개의 무선국의 신호가 들렸다고 그가 알려왔다. 여섯개의 방전 송신국은 여섯개였고 CW로 송신한 무선국은 22개 였다. 대부분 동부지역 무선국들 이었고 예기치 않게 서부 끝의 오하이오주 클리블런드의 무선국도 있었다. 한 캐나다 뉴마켓시의 로저스에 소재한 무선국, 3BP 도 보고되었는데 그는 당시 방전식 송신기였다. 앞으로 커시씨의 보고서에는 더많은 동료 무선국들(more of our cousins in the Dominion)이 담길 것으로 예상한다.

Station 1BCG at Greenwich, Conn., was reported on two consecutive nights and in- dications are that it had the greatest signal strength of any heard. This station was especially erected for the tests and was jointly owned and operated by Messrs Minton Cronkhite, E. H. Armstrong, George Burghard, John Grinan, Ernest Amy, and Walter Inman.

코네티컷 소재 무선국 1BCG는 이틀밤 연속 보고 됐는데 신호가 아주 아주 강력했다고 한다. 이 무선국은 이번 실험을 위해 여러사람들이 모여 특별히 설립되고 메스 민튼 크롱카이트, 암스트롱, 죠지 버그하트, 어니스트 애미 그리고 월터 인만에 의해 운영되었다.

In its testing it has been reported from the Pacifi Coast and must have kicked up considerable of a rumpus. Encouraged by the report of their signals, these men attempted to transmit an actual message, and to their credit be it said that they succeeded in putting across the ocean the first private radiogram ever transmitted across this span by an amateur station.

이번 실험에서는 태평양 연안에서도 보고 됐는데 상단한 반향을 일으켰다. 그들[태평양 연안의 무선국]의 신호가 들렸다는 보고에 고무되어 이들[코네티컷의 1BCG]은 일반 전통문을 전송하려고 시도했다. 그들에 따르면 대양 넘어 아마추어 무선국으로는 최초로 개인전보를 보내는데 성공했다고 한다.

The message was transmitted on the night of Dec. 11th, and acknowledged by a cablegram to A.R.R.L. Headquarters by Godley, reporting its reception at 3 a.m. G.M.T. on the 12th. The message read as follows:

12월 11일 밤 보내진 전통문은 다래와 같다. 이 전통문은 구들리씨가 12일 GMT로 오전 3시에 수신하고 ARRL 본부에 전신전보로 확인해 주었다. 

“Nr 1 NY ck 12 to Paul Godley, Ardrossan, Scotland. Hearty congratulations. Burghard Inman Grinan Armstrong Amy Cronkhite.”

"스코트랜드 아드로산에 있는 폴 구들리에게. 진심으로 축하합니다. 버그하트 인만 그리난 암스트롱 애미 크롱카이트"

Thus not only have amateur signals been heard overseas in astounding number, but a coherent message has been put over by the same means.

놀라운 수의 아마추어 무선사의 신호가 대양을 넘었을 뿐만 아니라 정확한 내용이 동일한 수단으로 전달 되었다.

[1921년의 단파 무선 실험은 미국측 송신신호를 영국에서 수신하고 전신선로를 통한 전보로 반송하는 방식으로 통신을 검증한 것으로 보인다. 무선으로는 단번에 일반 전통문을 보내고 받았다는 점이 이들을 흥분 시킨 이유이기도 하다. 대서양 횡단 전신선로는 이미 1850년대 중반부터 설치 운영되고 있었다. 초기 통신선로는 매우 취약해서 안정된 전통문을 받기까지 꾀 시간이 걸렸다. 첫 전신선로가 깔리고 20여년이 지난 1870년대에 이르러서야 안정적인 통신이 됐다고 한다. 1858년에 처음깔린 선로는 신호 감쇄가 너무 심해서 통신이 매우 느리고 어려웠다. 이를 극복하려고 전압을 높였다가 그해에 소실되었다. 참고: Transatlantic Telegraph Cable]

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This is all the news we can give you at this writing, fellows: We got over, as we said we would, and our A.R.R.L. did it. It opens the door to big things and the seientists of the world are of course gasping and marvelling that such small powers on such short wave lengths could cover such distances. It will take some weeks to get the official story of the Transatlantics in final form, as we must now await Godley’s return and Coursey’s detailed report, but we will present it just as quickly as possible. And there will be some more call letters in the British report, you bet! 

여기까지가 지금 알려줄 수 있는 내용의 전부다. 동지들, 우리는 해낼 것이라고 공약했고 우리의 아마추어 무선연맹 ARRL 은 그걸 해냈다. 이로써 거대한 서막이 열렸다. 전세계 과학자들은 단파대에서 작은 전력으로 멀리 도달할 수 있었다는 점에 숨이 막힐정도로 놀라워했다. 대서양 무선 횡단의 공식적인 선언은 몇주 후에 있을 것이다. 구들리씨가 귀국하고 커시씨의 상세보고서가 나와야 한다. 가급적 빠른 시일내에 알리도록 하겠다. 영국 보고서에는 더 많은 무선국이 기록될 것이라고 장담한다! 


[HAM] 1921년 12월, 대서양 횡단 무선통신 성공 100주년

[HAM] 1921년 12월, 대서양 횡단 무선통신 성공 100주년

영어공부 삼아 가끔 듣는 유튜브 채널의 2022년 12월 21일자 Amateur Radio Newsline headlines for Ham Nation 에 흥미로운 기사가 실렸더군요.

첫번째 꼭지 기사는 커네티컷의 고전 무전기 박물관 소식인데 1921년 대서양횡단 무선통신 성공 기념을 다루고 있습니다.

1921년에서 1924년까지 아마추어 무선사들의 실험정신으로 대서양 횡단 무선통신이 성공했다. 그 이후 대서양뿐만 아니라 태평양 횡단 통신이 성공으로 이어졌다. 이때 사용된 주파수는 200미터 에서 100미터 밴드였다. 대양횡단 통신이 성공하자 단파대 무선통신의 효용성이 높이 평가받았다. 이 시절 아마추어 무선사들의 실험은 계속 이어 졌고 오늘날 무선통신의 토대가 되었다. [The Transatlantic Tests, May 2014 QST]

두번째 꼭지 기사는 조난당한 아마추어 무선사의 구조소식. 휴대전화가 꺼졌지만 다행히 DMR이 되는 휴대 무전기를 가지고 있어서 구조됐답니다. 그와 교신한 지역햄이 중계기를 통해 조난을 신고하고 소방대에서 탐색한 끝에 구조할 수 있었답니다.

세번째 꼭지 기사는 미국의 제너럴급 자격시험 문제은행이 내후년부터 개편된다고 하니 볼사람은 내년까지 보라고. 현재 문제은행(question pool)은 2019~2023년까지 유효하다고 함.

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첫번째 꼭지에 해당하는 2014년 5월호 QST의 기사가 재미있어서 옮겨 봅니다.

The Transatlantic Tests

대서양 횡단 통신 실험 [원문: The Transatlantic Tests, May 2014 QST]

From 1921 to 1924, radio amateurs experimented with transmitting across the Atlantic.

1921년에서 1924년까지 아마추어 무선사들의 실험으로 대서양 횡단 무선통신이 성공했다.

Michael Marinaro, WN1M, May 2014 QST

[마이클 마리아노씨는 ARRL의 자원봉사 역사가 라고 합니다.]

Hiram Percy Maxim had editorialized that beyond the relay tests in the US, which took place during the 1910s, the next hurdle was transmitting across the Atlantic.

1910년대에 하이람 퍼시 맥심이 주관한 미국 내에서 중계형식으로 원거리 통신 실험이 진행됐다. 다음 극복대상은 대서양을 건너는 것이었다.

Everyday Engineering magazine organized the first sending test with English amateurs prepared to listen for signals from the US. Upon the magazine’s suspension of publication, the League assumed leadership of the project.

미국에서 보내는 신호를 영국에서 수신을 실험하는 기사가 연일 기술잡지를 장식할 준비를 하고 있었다. 이 잡지들은 무선연맹이 성공으로 이끌거라고 믿고 기사 출고를 기다렸다.

The test was scheduled for the nights of February 1, 3, and 5 of 1921. Twenty-five almost entirely east coast stations, including 1AW and 2RK, were selected to transmit designated signals at designated times on 200 meters. This test was a failure.

1921년 2월 1일과 3일로 실험일자가 잡혔고 스믈다섯개의 대부분 동해 연안의 무선국들이  200미터 밴드(1.3Mhz)에서 약속된 신호를 보내기로 선정됐었다. 무선국 중에는 1AW와 2RK도 있었다. 시험은 실패로 끝났다.

Not one of the US stations was heard by any of the 250 or so enrolled British amateur listeners. The misfortune was attributed to any number of factors: the poor design and sensitivity of the English receiving equipment; harmonics from commercial press stations; interference from a Royal Navy station; the short period of time permitted for individual transmissions, and the fact that most of the transmitting stations were using spark.

250개에 달하는 영국의 아마추어 수신국들이 대기했으나 미국의 신호를 들었다는 무선국은 없었다. 이 실패의 요인으로 몇가지가 있었는데 영국쪽 수신장비들의 선택도(selectivity)가 좋지 않았고 지역 상업 무선국들로부터 고조파(harmonics) 혼신장애가 있었고, 영국 해군 무선국들로부터 혼신을 받았을 뿐더러 개별 송신국들에게 할당된 시간이 너무 짧았다. 이때의 송신기들은 방전방식이었다.

[상업 무선국들은 중장파를 사용한 단거리 무선 전보전송이 많이 이뤄졌다. 아마추어는 중장파 사용이 허용되지 않았던 것으로 보임. 그래서 단파로 밀려났는데, 200미터 밴드면 단파에 속했다. 송신기 성능이 좋지 않아서 수백 킬로 헤르츠의 상업무선국의 대출력 무전기에서 고조파가 나오면 혼신도 대단했다. 그당시 수신기의 성능이 이런 고조파를 걸러낼 만한 수준이 못됐다. 송신기가 아크 방전식이라 가동하는데 시간이 걸렸다. 미국측에서 여러 무선국들이 돌아가며 송신을 하기로 했는데 충분한 시간을 가질 수 없어서 제대로 송신하지 못했다. 아크 방전 송신기는 전기를 많이 먹는다. 대출력 송신하면 온동네 전기가 깜빡일 정도였다고 하니 말다했다. 실험을 위해 한 무선국이 송신하기에는 부담이 크다.]

The Second Transatlantic Test

두번째 시도

Undeterred, the League began to plan for a second Transatlantic Test to include what was thought essential — the presence of an American expert, equipped with the most modern receiver available, who would be stationed at the European receiving end.

실패에 굴하지 않고 미국 아마추어 무선연맹은 두번째 실험을 준비하면서 필수 항목를 추가했다. 유럽쪽 수신측에 최신 장비를 갖춘 미국인 전문가를 파견하는 것이었다.

[1차 실험당시 주요 실패 요인으로 유럽측 무선설비들의 수준이 매우 낮았기 때문이라고 평가했다.]

The ARRL Board selected receiver circuit designer, Paul F. Godley, 2ZE, for this assignment. Godley was considered “the most expert operator in the practical reception of short wave signals.” The intent was for Godley to augment but not supersede the British listening  effort.

미국 아마추어무선연맹의 이사회는 수신설비 전문가 폴 구들리, 2ZE 를 전문가로 선임했다. 구들리는 "단파신호 수신기를 다룰 최고의 전문가"라는 평을 가지고 있었다. 구들리를 파견하는 목적은 유럽 사람들을 돕는 것이지 영국의 수신 역활을 대체하려는게 아니었다.

[상대를 무시하지 않으려는 아마추어 무선사의 선의가 엿보임.]

During the preliminary distance trials, held in November, 27 stations qualified as finalists, and were each assigned a group of sealed letters and specific and rotating transmission times during the period of 9:30 PM to 1:00 AM EST each of the 10 consecutive days from December 7 to December 16.

그해 11월에 원거리 통신 실험을 진행하면서 27개의 무선국이 최종 실험 참가자로 뽑혔고 오후 9시 30분무터 이튼날 오전 10시까지 돌아가며 봉인된 글자들을 전송하기로 했다. 실험은 12월 6일부터 17일까지 열흘간 매일 진행됐다.

[여러 무선국이 아무 글자나 전송하지 않도록 무선국마다 송신할 글자들을 봉투에 봉인한 채 가지고 있었다. 미리 전송할 내용을 알려지지 않아야 실험의 신뢰도를 높일 수 있기도 하니까.]

Non-qualifying stations were encouraged to transmit from 7:00 PM to 9:30 PM EST each evening during rotating 15-minute segments by district. The rest of the US amateurs were asked to remain silent.

비공식 무선국들은 지역마다 15분간 나눠서 오후 7시부터 9시 30분까지 전송하도록 권장됐다. 나머지 미국내 무선국들은 무선침묵을 요청받았다.

Meanwhile, in a field in Ardrossan, Scotland, located southwest of Glasgow, Paul F. Godley was joined by the District Inspector for the Marconi Company, D.E. Pearson. The two  attempted to keep out of the driving wind and rain by sheltering themselves — and their equipment — in a tent. This rough listening post was comprised of a (superheterodyne and regenerative) receiver, a 1300-foot Beverage antenna suspended 12 feet above ground, batteries, and auxiliary equipment. [Godley detailed this trip in his “Official Report of the Second Transatlantic Tests,” which appeared in the February 1922 issue of QST. — Ed.]

글래스고우의 남서쪽에 위치한 스코틀랜드의 안드로산 현지에서 폴 구들리가 마르코니사의 지역 책임자, 피어슨 씨와 합류했다. 비바람 속에서 텐트를 치고 대기하고 있었다. 이 험난한 환경의 수신국은 수퍼헤테로다인 수신기와 재생식 수신기를 갖췄고 길이 1천 3백피트(약 396 미터) 높이 12피트(3.6미터)의 비버리지 안테나, 배터리 그리고 기타 장비를 갖추고 있었다.

When the official starting time arrived, the receiving apparatus had been fine-tuned and an identifiable spark signal from 1AAW was distinctly heard, but only briefly and not in test format. This, the first signal to traverse the Atlantic (albeit unofficially) was determined to be that of a pirate in the Boston area. The duo continued to listen on the subsequent mornings of December 8 and 9, to no avail.

약속된 시간이 되자 만반의 준비를 마친 수신설비에서 1AAW 로부터 보내오는 아크 방전 신호를 확연히 알아들 수 있었다. 하지만 잠깐 이었고 약속된 신호는 아니었다. 첫번째 대서양을 건넌(비공식 확인않됨) 신호는 보스턴 지역에서 보내온 해적 신호일거라고 판명됐다. 다음날도 두사람은 12월 8일과 9일 아침에도 기다렸지만 소용 없었다.

[방해하는 인간은 시대를 막론하고 어디든 있다.]

On the morning of the 10th, the CW signals of official entry 1BCG were solidly heard on 230 to 235 meters. This signal derived from the specially designed and constructed station of the Radio Club of America at Greenwich, Connecticut — the only station heard that morning.

10일 아침에 1BCG로부터 온 CW 신호가 230미터와 250미터에서 선명히 잡혔다. 이 신호는 코네티컷 주, 그린위치의 미국 무선클럽에게 특별히 할당된 신호였다. 그날 아침에 수신한 유일한 신호였다.

During the nights and early mornings that followed, until the end of the test, eight spark and 18 CW stations were heard. Eight English amateurs heard eight stations, including 2FP first and five listeners logging 1BCG, all CW; a Dutch amateur heard 1BCG. Surprisingly, many of the stations that qualified in the preliminary tests were not heard in Europe. Conspicuously, CW won the day, landing the final blow to the demise of spark.

공식 실험이 끝난 그날 밤과 이튼날 아침에 여덟국의 스파크 신호와 18개의 CW 무선국 신호가 들렸다. 여덟개의 영국 아마추어 무선국, 2FP를 필두로 여섯의 수신국이 1BCG 의 신호를 수신했다고 보고했다. 모두 CW 신호였다. 한 덴마크 무선국도 1BCG의 신호를 들었다고 했다. 놀랍게도 이전의 실험에서는 공식적으로 인정된 많은 무선국들이 유럽에서 들을 수 없었다. 확실히 CW 가 이날의 승자였다. 스파크(방전방식 송신기)에게 최후의 일격을 날린 셈이었다.

[1차실험의 송신국은 전부 아크 방식이었다. 2차실험은 아크 방전식과 CW 송신이 있었다. CW 송신은 발진기에서 생성된 전파를 이용한 송신이다. 본격적으로 단파와 전신의 시대가 됐다.]

The next Transatlantic Test, scheduled for December 1922, was again a listening test but now with the second half of the event devoted to North American amateurs listening for British and French stations.

다음 대서양 횡단 실험은 1922년 12월로 예정됐다. 여전히 수신 실험이었으나 이번에는 미국 측에서도 영국과 프랑스의 신호를 듣도록 했다.

[앞선 실험은 양방향 통신이 아니었다. 미국에서 송신하고 유럽에서는 듣기만 했다.] 

The ARRL Operating Department was the leader of this complicated program. The Wireless Society of London and a French committee of their three leading societies along with Swiss and Dutch participation conducted activities in their respective countries. Other unique features of this test were the use of Greenwich Mean Time as the recording standard and the broadcasting of results daily by RCA long wave commercial stations on both sides.

미국 아마추어 무선연맹의 운영부는 이 복잡한 프로그램을 진두지휘 했다. 영국의 무선협회와 프랑스의 세 협회중 가장큰 위원회가 스위스와 덴마크의 무선단체에서 참여자들을 규합했다. 이 실험의 또다른 목적으로는 그린위치 표준시를 통신기록에 사용할 수 있는지 RCA에서 장파로 매일 송출하는 상업방송을 미국과 유럽 양측에서 동시에 기록할 수 있는지 알아보는 것이었다.

[장파도 빛의 속도에 가깝게 전달되는 전파다. 하지만 그때는 확신이 없었나보다.]

The 20-day test was divided into two 10-day transmitting periods. The first period, December 12 to 21, was for signals from the US to Europe and the second for signals from Europe to the US. Each US morning (midnight GMT onward) was divided into the first 2-1/2 hours for non-qualified, “freefor-all” stations rotated by district and the remaining 3-1/2 hours for qualifiers. The 324 US and Canadian stations that qualified were assigned transmitting times and individual codes to transmit and similar procedures were set down by the Europeans.

20일간으로 예정된 실험은 송신 기간을 10일씩 나눴다. 첫번째 기간은 12월 12일에서 21일 사이로 미국에서 유럽으로 송신, 나머지 열흘은 유럽에서 미국으로 송신하기로 했다. 매일 아침(GMT로는 한밤중 0시)에 먼저 2시간 반동안 비공식 시간으로 뒀는데 지역별로 돌아가면서 누구에게나 개방했고 그후 3시간 반동안은 공식 무선국만 송신하기로 했다. 324개의 미국과 캐나다 무선국들이 공식 무선국으로 선정되어 각자 전송할 부호를 할당 받았다. 비슷한 절차가 유럽에서도 시행 됐다.

The US and Canadian results were striking, though the European results were lackluster. 315 different North American stations from all nine districts and Canada were heard in Europe, 85 of which were heard in the British Isles as well as on the Continent. In the reverse, 20 American reporters heard only two British stations (the specially constructed 5WS in London and 2FZ in Manchester) and one French station (8AB in Nice).

유럽의 결과는 실망스러웠지만 미국과 캐나다의 결과는 놀라웠다. [lackluster: 썩은 동태눈알/미국의 기술력 자랑이라니.] 미국내 아홉개 전지역과 캐나다의 315개의 북미 무선국들의 신호가 유럽에서 들렸다. 85개 무선국의 신호가 유럽대륙은 물론 영국제도(먼바다에 있는 영국령 섬)에서도 들렸다. 역으로 20개의 미국 무선국만이 영국의 2개 송신국의 신호를 들었다고 보고했다. 두 무선국은 특별히 구성한 런던의 5WS와 맨체스터의 2FX 이었다. 그리고 프랑스 니스의 8AB 었다.

[미국과 유럽의 송신설비 수준차가 있었다.]

Further Tests

더많은 실험

Two major international tests were conducted during the later part of 1923. In October, a transpacific one-way test with amateur listeners in Australia ultimately reported hearing upwards of 150 stations from the US and Canada. Stations as far east as the 3rd and 2nd districts were logged by the Melbourne receivers.

1923년 후반에 이르러 두개의 중요한 실험이 실시됐다. 10월에 태평양 횡단 일방 실험이 있었다. 최종적으로 호주의 수신국이 150개의 미국과캐나다의 무선국 신호를 수신했다고 보고했다. 3지역과 2지역의 동부 무선국들도 멜버른에서 수신되었다는 보고가 있었다.

[미국의 아마추어 무선 지역 지도: https://www.dxzone.com/dx19598/arrl-us-call-district-map.jpg]

This listening test was succeeded by the fourth Transatlantic Test which ran from December 21, 1923 through January 10, 1924. This was strictly an east to west affair — initially North American stations were to listen only. The test period was divided into three one-way transmitting periods: European free-for-all, French designated individual, and English designated individual. Innovatively, the day after the listening periods, January 11, was devoted to attempts at two-way transatlantic communications. The test results evidenced that the Europeans had improved their previous test performance with 42 stations, including four in Holland, which were now received by 100 North American amateurs.

수신실험은 1923년 12월 21일부터 1924년 1월까지, 10일 동안 치뤄진 4차 대서양 횡단 실험에 이어 실시됐다. 이 실험은 동부에서 서부까지 관통하는 시도였는데 처음에 북미 무선국들은 수신만 했었다. 실험기간 동안 세 기간으로 나눠 일방통신이 이뤄졌다. 모든 유럽 국들이 자유로이 참여한 송신 기간, 영국 개인 무선국들의 참여하는 송신기간 그리고 프랑스 개인 무선국들의 참여하는 송신기간이 있었다. 북미 무선국들이 수신하는 기간이 끝난 다음날인 1월 11일에는 획기적으로 대서양 횡단 양방향 통신 시도가 있었다. 실험결과 4개의 네델란드 무선국을 포함해 42개 무선국들의 신호를 100개의 북미 아마추어 무선국들에 의해 수신됨으로써 유럽 무선국들의 능력이 향상됐음을 보여줬다.

The two-way segment was encouraged by two record contacts which had been made while the event was being planned. The first two-way transatlantic contact was accomplished by Connecticut’s 1MO and 1XAM and France’s 8AB on November 17, 1923. This contact was followed shortly on December 8, with Connecticut’s 1MO contacting British station G2KF. It is significant to note that these contacts took place on 108 to 118 meters after attempts on 200 meters had failed.

양방향 통신을 기획하는 동안 이미 두껀의 양방향 통신이 기록됨에 따라 계획은 더욱 고양되었다. 첫번째 양방향 대서양횡단 교신은 코네티컷주의 1MO와 1XAM 그리고 프랑스의 8AB 사이에 1923년 11월 17일에 이뤄졌다. 이 교신에 곧이어 12월 8일에 코네티컷의 1MO거 영국의 G2KF와 교신이 성사되었다. 이 교신은 200미터 밴드에서 실패하고 108미터 밴드와 118미터 밴드 사이에서 이뤄 졌다는 점에서 중요한 의미를 가지게됐다.

[단파대 사용이 장거리 무선통신에 유용하다는 것을 증명하는 계기가 됐다.]

The balance of the ’20s saw the Pan-American tests, the Franco-British tests, the Italian tests, the Australia-US tests, and the Commonwealth tests, as well as replays of previous tests. Continually improving technology brought reliable and consistent relays domestically. 

장거리 통신 뿐만 아니라 20년대의 지역 통신실험도 붐을 이루게 됐는데 범 미주대륙 실험, 프랑스-영국간 통신 실험, 이탈리아 실험, 호주-미국 실험, 영연방 실험들이 연이어 실시됐다. 지속적인 기술발전을 이뤄내며 국내적으로도 안정되고 신뢰할 만한 중계망을 구성할 수 있게됐다.

As amateurs began to recognize the potential of the shorter wavelengths and the understanding of propagation advanced, new records were established and international communication became increasingly frequent. Simultaneously, the interest in listening tests gave way to two-way transmitting tests which became more specific as to intent, region, mode, and wavelength — and consequently became more competitive.

아마추어 무선사들이 단파 통신의 잠재력을 알아냈고 전파의 전파에 대한 이해를 진전시켜 새로운 기록들이 세워졌고 국제 통신이 활발해졌다. 수신실험에서 양방향 통신 실험으로 관심이 증가하는 동시에 통신의 목적, 지역, 방식 그리고 파장이 더욱 구체적이 되어갔고 결과적으로 단파 통신의 경쟁력이 증가했다.

[무작위로 송신하고 수신하는 실험이 아니라, 지역간 의도된 통신, 특정 주파수를 지정한 통신등 구체화 고도화 되기 시작했다.] 

The designation “test” evolved to “contest.” Contest inaugurations include Field Day in 1934, the International test in 1927, Sweepstakes in 1930, and the ARRL DX contest in 1932. Challenging tests spurred technological advances and were a cornerstone in the foundation of Amateur Radio and its enjoyment.

"실험(test)"라는 개념은 이제 "경쟁(contest)"으로 진화했다. 컨테스트(교신 경진대회)가 공식등장한 것은 1934년의 필드데이, 1927년 인터내셔널 테스트, 1930년의 스윕스테이크 그리고 1932년 ARRL DX 컨테스트 등이 시초다. 도전 실험(컨테스트 참여)은 통신기술 발전에 박차를 가했고 아마추어 무선의 기초를 다지고 즐기는 초석이 되었다.

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In the decade to come, Amateur Radio would continue to extend its limits — eventually aiding explorers in polar expeditions. An article about amateur involvement in polar expeditions is forthcoming in QST.

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Michael W. Marinaro, WN1M, an ARRL member, was first licensed in 1952 as KN2CRH and has been licensed continuously ever since. He now holds an Amateur Extra class license.

Mike is the ARRL’s volunteer historian. You can reach him at PO Box 404, 250 Cold Brook Rd, South Glastonbury, CT 06073-0404 or by e-mail at wn1m@arrl.net.

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일요일, 12월 18, 2022

[햄린이의 무선공학] 컨덴서

[햄린이의 무선공학] 컨덴서

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지난편에 저항얘길 했었지. 복습삼아 몇가지만 되집어 보자. 저항은 직류든 교류든 모두 통과 시키는데 전류량을 제한한다. 이렇게 전류를 제한 시키는 정도를 수치화 한게 저항값이야. 저항값은 저항체의 단면적에 반비례하고 길이에 비례한다. 저항으로 인해 전류가 제한되므로 저항과 전류는 반비례 한다. 옴의 법칙,

I = V/R

옴의 법칙을 전압을 기준으로 외우는 경우가 많았을 거야.

V = IR

그런데 회로를 다룰때 회로 전체에 공급되는 전원(voltage source)의 전압은 변하지 않는다는 전제를 깔고 시작한다는 걸 기억해 두자. 그래서 일단 전원의 전압은 상수로 두고 저항을 적절히 조절하여 전류를 통제하는 방식으로 회로를 꾸민다는 것도 기억해두자. 저항을 직렬연결하고 분압회로를 만드는 것도 기억해두고. 그리고 전력은 저항체에 흐르는 전류량으로 계산한다는 것도 기억해 두고 말이지.

P = I⋅V = I⋅(I⋅R) = (I^2)⋅R

전압이 1볼트인 전원을 쇼트시키나 전압이 100볼트인 전원에 쇼트시키나 난리나는 것은 마찬가지야. 쇼트란 뭐야? 저항치가 0에 가까운 저항체를 전극 사이에 연결 했다는 뜻이지. 그럼 이 저항체에 흐르는 전류량은 옴의 법칙에 따라 무한대가 되지. 저항치가 0에 가까운 저항에 무한대의 전류가 흐르면 이 저항체가 소모하는 전력도 무한대가 되지. 어떤 저항체가 무한대의 전력을 소모한다면 그 소모한 전력(에너지)는 어디로 갔겠어. 열이 났거나 운동을 했거나 그럴거잖아. 열이 무한대로 나면 난리나는 거지.

잠깐! 전력 계산식에서 저항이 0에 가깝다며? 그럼 전류가 무한대가 되든말든 전력은 0에 가깝게 되야 하는거 아냐? 어쩔땐 옴의 법칙이고 어쩔땐 전력식인지 약간 말장난 같은데 잘 생각해봐. 우리가 어떤 법칙이나 공식을 대할 때 목적을 잘 살펴봐야해. 회로를 다루며 옴의 법칙을 적용하는 이유는 저항을 이리저리 조합해서 전류량을 조절해 보자는 목적이야. 그러니 전압은 고정시켜놓고 회로를 본다는걸 기억해둬. 이제 회로가 꾸며 졌으면 저항은 고정시킨거지. 이제 이 저항에 전류가 얼마나 흐를지 따져보는게 전력 계산식이야.

그럼 일상적으로 전압을 무섭게 생각하는데 이유는 뭐겠어? 1볼트라면 뭐 대수롭지 않아도 1천볼트면 무섭잖아. 왜그래? 우리 몸은 저항이 매우 높지. 그래서 흘릴 수 있는 전류량이 적잖아. 예를들어 1mA가 흐른다고 해보자. 1볼트에 1mA면 0.001와트지. 그런데 1000볼트에 1mA면 1킬로와트가 되는거야. 어때? 무섭지? 0.001와트도 작은건 아닌데 오랫동안 붙잡고 있어도 충분히 견딜만 한데 1킬로와트를 단 1초라도 잡고 있으면... 어휴~ 생각만 해도 끔찍하지. 이럴때 따지는게 저항체의 내압이야. 내압이 1킬로와트되는 저항체가 있다고 해봐. 전열기 같은 것이지. 1킬로와트 급 전열기면 한겨울에도 뜨끈뜨끈하잖아. 

컨덴서

컨덴서를 영어사전에서 찾아보면 '충전기'라고 나오지. 정확히는 커페시터(capacitor)라고 하는데 왜 우린 이걸 컨덴서라고 했는지 몰라. 컨덴서란 암튼 전기를 다루는 부품인데 전하들을 가둬둘 수 있는 장치를 말해. 뭔가 가둬 둔다고 해서 컨덴서라고 했지.

전하(charged particle)는 전기를 띈 입자라는 뜻이지. 입자는 그냥 우리가 아는 모든 원자가 포함되. 원자에 전압이 가해져서 전자가 튕겨나가면 양의 성질을 띈 입자라 해서 양전하, 튕겨나간 전자를 받아들여 잠시 전자를 붙들어 둔 원자를 음전하라고 하지. 수소나 산소처럼 원자가 가지고 있는 전자의 갯수가 작은 원자는 전자를 양성자가 소수의 전자를 붇들고 있어서 전자들이 잘 튕겨져 나가지 않아. 그런데 금속처럼 전자가 많은 원자는 쉽게 전자가 튕겨져 나가거나 빨려들어와.

컨덴서는 금속판을 마주보게 만든 거야. 이 금속판 양쪽에 전압을 가하면 음극에서 전자들이 음극으로 몰려가지. 그럼 양극에 있던 금속판의 원자들은 양전하가 되어 버리고 음극에 있던 금속판의 원자들은 음전하가 되지. 전압이 무한정 쎄진 않으니까 금속판의 모든 원자들이 전하가 되는것은 아니야. 아주 일부분의 원자들이 전하를 띄게 되지. 금속판이 전하를 가지게 되는걸 충전(charge)라고 한다네. 그런데 자연은 항상 중성이 되려고 하니까 가했던 전압을 제거하면 곧바로 원상복귀하게 되거든. 이걸 방전(dis-charge)이라고 한다네. 가만 놔두면 다시 원상복귀 되는걸 자연방전이라고 하지.

전압을 가한다고 모든 원자가 전리되진 않는다고 했지? 충전되는 용량이 있는데 그 정도는 두 금속판이 마주보는 면적에 비례하지. 그리고 두 금속판의 간격에는 반비례해. 멀리 떨어진 금속판은 컨덴서 역활을 못한다는 얘기야. 두 금속판 사이에 뭘 넣느냐에 따라 충전과 방전되는 속도가 달라져. 충전지는 충전시키는데 몇시간 걸리고 방전되는데는 몇개월이 결리기도 하지. 물론 충전된 전하들에서 전자들을 뽑아쓰면 금방 닳기도 하고 말이야. 공기는 전하가 월상복귀 하는데 전혀 방해를 하지 못해서 금방 방전되고. 리튬이라는 희귀한 물질(희귀한 모래 류, 희토류)은 전하들을 잘 가둬두는 성질이 있어서 충전지에 많이 사용되지.

그런데 이 컨덴서의 양 금속판 사이에 전하가 꽉차면 더이상 전자의 이동이 중지되지. 충전 되기 전까지 전자의 이동이 순간적으로 이뤄지다가 갈만큼 가면 더이상 이동하지 않는다고. 잠깐동안 전자가 이동 했으니 전류가 흐른거지. 그리고 꽉자면 더이상 전자의 흐름이 없으니 전류도 멈추고. 전류가 멈췄다는 얘기는 저항이 엄청 커졌다는 얘기잖아.

충전된 컨덴서에서 전압을 끊으면 자연 방전 된다고 했지? 그리고 다시 전압을 가하면 잠시 전류가 흘러서 충전됐다가 전류 흐름이 멈춘다고. 그런데 말이지, 교류처럼 전류의 흐름이 시시각각으로 뒤집어 지는 전원을 줬다고 해보자. 한번 충전 시켜놓고 양극과 음극이 바뀌면 어떻게 되겠어. 방전이 훨씬 급속히 이뤄지겠지. 이런 이유로 컨덴서는 극성이 항상 같은 직류는 통과시키지 못하고 극성이 시시각각으로 변하는 교류는 통과시킨다고 해. 전류가 흐른다는 얘기지. 저항에서도 얘기 했지만 우리는 전류에 대해 집중하는거야.

컨덴서는 교류에 대해서만 전류를 흐르게 하고 직류는 흐르지 못하는 성질이 있지. 그래서 교류에 대한 저항을 우리는 임피던스라고 부른다네. 교류는 또 주파수랑 관련이 있잖아. 그래서 컨덴서의 임피던스를 이렇게 계산하지.

X_c = 1/(ωC) = 1/(2πfC)

오메가 ω 는 주파수를 각도로 계산한거야. 한 회전 각도가 2π 니까 여기에 주파수 f 를 곱한거지. 어때? 교류의 냄새가 풀풀나지? 암튼 컨덴서의 교류에 대한 저항을 임피던스 X_c 라고 하지. 저항의 저항값은 물질의 전도특성(금속, 탄소 등)으로 정해지지만 임피던스는 주파수와 마주보는 금속판의 크기로 정해지는거야. 그래서 컨덴서의 저항인 임피던스 X_c는 금속판의 면적에 반비례, 금속판의 간격에 비례하지.

이거 시험에 곧잘 나오더라고. 컨덴서의 용량은 금속판의 면적에 비례 간격에 반비례(간격이 가까울 수록 컨덴서 용량은 커짐). 임피던스 X_c는 컨덴서 용량에 반비례하니까, 면적에 반비례, 간격에 비례. 저항이랑 반대지? 그러니까 직렬연결과 병렬연결 했을 때 총 용량 계산법도 반대야.

직류의 주파수는 얼마게? 0이지. X_c에서 f -> 0 이라고 하면 X_c는 무한대가 될거고. 그래서 '직류는 컨덴서를 통과하지 못한다'라고 하는 논리에 부합하지. 그리고 옴의 법칙은 직류나 교류에 상관없는 법칙이니까 임피던스를 저항으로 적용할 수 있다는 것도 기억해둬. 당연 하지만 임피던스의 단위도 옴(Ω)이야.

컨덴서의 연결

컨덴서도 직렬과 병렬로 연결할 때 총 용량 계산법은 저항이랑 반대지.

컨덴서의 용도

컨덴서의 용도는 맥동류에서 교류 성분을 뽑아내서 쓰던가 살리던가 둘중에 하나의 용도로 쓰지. 앞서 몇가지 예를 봤으니까 따로 설명하진 않겠어. 그리고 저항치 계산에 주파수가 들어가는걸 보면 뭔가 필터의 역활로도 쓰일것 같지? 다음편에 코일을 다룰 테니까 그때 묶어서 얘기해 볼께.

먼저 예고 하자면, 공진회로나 필터나 같은거야. 원하는 주파수의 교류만 뽑아쓰는게 필터잖아. 공진회로도 그런거지. 다만 전력을 전달 할 때 손실이 없어야 한다는 조건이 있어. 안테나를 만들때 공진 주파수 뿐만 아니라 임피던스가 꼭 50옴을 맞춰야 한다고 하잖아. 저항이 없으면 좋을텐데 꼭 50옴을 고집하는 이유가 뭐냔 말이지. 모든 무전기의 전파 출력 단자가 임피던스 50옴에 맞춰 있어서 그런거야. 두 시스템 사이에 임피던스가 일치해야 손실이 없다는 이론은 들어 봤겠지. 무전기라는 전자회로와 안테나라는 전파 방사기 사이에 전력을 전달할 이상적인 조건은 주파수와 임피던스의 일치라는 것이야.

컨덴서의 저항인 임피던스를 결정하는 요인이 주파수와 컨덴서 용량으로 두가지 요인으로 늘어 나는데 나중에 코일까지 합세하면 요인이 점점 더늘어나서 신경 쓸일이 많아질거야. 그래서 괸시리 임피던스 망해라 하는데 그러지 말고 이참에 친해보자고.

컨덴서의 또다른 용도로 생활 주변에서 쓰이는게 전원 잡음 제거용이지. 형광등 안정기 등에 두루 붙어있는걸 봤을거야. 교류의 전원이 깔끔하지 못하면 전구 수명도 짧아지고 우웅~ 하는 소리도 나고 그러는걸 잡아보겠다고 붙여놓기도 하지.

기계식 스위치를 딸깍 할때마다 접촉 잡음이 생기는데 그걸 잡아보겠다고 붙이는 경우도 많지. 햄린이에게 해당하는 용도라면 전건의 접점에 불필요한 잡음을 제거할 요량으로 붙이는 경우가 있어. 접접이 붙었다 뗄때 지직~~ 하는 요동이 생기지. 이 요동치는 전압을 잡아보려는거야. 아래 동영상을 참조하라구.

다만 아주 고속으로 전건을 치고자 하는 경우 간혹 오동작을 일으키기도 하니까 주의 해야 한다구. 컨덴서라는 부품은 대개 정밀도가 아주 형편없는 물건이야. 온도에도 영향을 받고 양 극판 사이에 넣는 전해물질 이란게 못믿을 것이어서 용량이 제멋대로 바뀌거든. 그래서 전원장치 수리를 보면 죄다 배나온 컨덴서 교체라는걸 봤을거야. 이런 부품을 마지못해 쓸수 밖에 없던 시절도 있었지. 지금은 되도록 전자회로를 수학으로 대체하는 SDR이란게 주류지만 안테나 만은 어쩔 수 없지.

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어때? 컨덴서도 별거 없지? 다음은 코일과 공진회로를 볼께.

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