[HAM] 안테나 튜너 아이디어
아마추어 무선국을 단파대에서 운용하려는데 가장 큰 과제는 어마무시한 크기의 안테나일 것이다. 별수 없이 길이가 단축된 안테나를 쓰거나 임의 길이 빨랫줄을 거는 수밖에 없다. 당연히 공진도 않될 뿐더러 임피던스는 더욱 차이가 난다. 심지어 어떤 안테나는 아예 아무 밴드에도 공진 않되도록 길이를 잡은 경우도 있다(43피트 버티컬 안테나). 그래서 안테나 튜너라는 장치를 동원한다. 안그래도 소출력인데 안테나의 급전점 사이에 코일과 컨덴서를 동원한 튜너를 쓰면 손실을 우려해 기를 쓰고 길이를 조정한다 뭐한다 하면서 생고생 하지말고 그냥 안테나 튜너를 쓰는게 어떤가?
롱-와이어 안테나의 임피던스
안테나의 기본인 다이폴 안테나는 급전점 위치가 중앙에 있어서 동축선을 메달면 흉하다. 남들 눈에 잘띄게 되어 민원의 소지도 있다. 그냥 가는 전선 길게 걸고 한쪽에 급전선 늘어 뜨리면 눈에 띄지도 않고 편하다. 이런 안테나를 끝점 급전 안테나(End-Feed Antenna)라고 해서 요즘 많이 유행하나보다. 문제는 이런 빨랫줄 안테나는 끝점의 급전점에서 임피던스가 엄청 높다. 심지어 어지간한 안테나 튜너로도 맞추기 곤란하다. 무전기의 안테나 임피던스 50옴에 비하면 50배 가량 차이가 난다. 그래서 일단 어지간히 맞춘다고 49:1 '발룬' 이란걸 쓰는 모양인데 그냥 SWR 맞추는 트랜스 포머다. 어찌어찌 트랜스를 교묘히잘 감아서 끝점급전 안테나 끝에 메달고 급전선으로 동축선을 내려 무전기에 연결하는 모양이다.
왜 49대1일까?
다이폴 안테나는 양쪽으로 균등하게(Balanced) 엘리먼트를 뻗어놨고 끝점급전 안테나는 한쪽(un-Balanced)으로 뻗어 있다. 그리고 급전선으로 쓸 동축 케이블은 겉에 실드선이 있지만 심선이 축 늘어진 불균형(Un-Balanced) 선로다. 양쪽으로 전압-전류분포가 균형잡힌 다이폴 안테나에서 균형없는 동축 급전선으로 고주파 전력을 보낼 때 맞춰주는 트랜스가 BALanced-UNbalanced (BALUN)이다. 급전선로와 안테나 사이의 임피던스를 맞추기 위해 트랜스 권선감기 비율을 정하기도 한다. 1:1, 4:1, 9:1, 49:1 등등....
불균형 끝점급전 안테나에 불균형 동축선로를 연결하니 UN-UN 임피던스 정합 트랜스를 그냥 49대1 발룬(BALUN)이라고 부른다. 명칭 가지고 이러니 저러니 하는 모양인데 발룬의 어원이 어떻든 간에 그냥 안테나와 급전선로 사이의 임피던스를 맞춰주는 트랜스로 굳어진거라고 생각해두자.
어쨌든 발룬이라는 전압변환 트랜스를 달았다고 해서 임피던스가 꼭 들어맞는게 아니다. 안테나 높이나 지형지물의 영향을 받는데다 무엇보다도 아마추어 무선국은 모든 밴드에서 한 안테나로 운영하고픈 욕심이 있다. 그러니 일단 적당히 '발룬'을 써서 공진하는 모양새를 갖추고 안테나 튜너를 써서 무전기의 50옴에 맞추는게 좋겠다. 안테나 설계 소프트웨어라는 것으로 시뮬레이션 해보면 이렇게 나온다고 한다. 40미터(3.7Mhz의 반파장)길이 전선에 49대1 발룬을 달았을 경우를 시뮬레이션 했단다.
[ 출처: Long Wire Antenna / https://www.w8ji.com/long_wire_antenna.htm ]
저거 모든 아마추어 밴드에 대해서는 물론이고 한 밴드 내에서도 임피던스 맞추기 어렵다. 엘리먼트 이엇다 붙였다 하느라 생고생 말고 안테나 튜너를 쓰자.
안테나 튜너 키트
내압 높은 안테나 튜너를 구입하려면 상당한 비용을 줘야한다. 수십와트 급은 만들어 써도 좋겠다. 산으로 공원으로 다니며 QRP를 즐기는 시람들의 동영상에 많이 등장하는 안테나 튜너가 EMTECH 의 ZM-2라는 제품이 있다. 키트로는 $72 정도 하는것 같다. 조립설명서에 자세히 나와 있으니 직접 만들어 보는것도 좋겠다.
EMTECH
https://steadynet.com/emtech/
들에 나가 운용하려다 보면 지형지물에 따라 안테나 임피던스가 달라진다. 그래서 다양한 임피던스에 대응하기 위해 코일 용량도 조절하고 가변 컨덴서를 쓰기도 한다. 십수와트 내외의 소출력용 안테나 튜너 키트들이 여럿된다.
Multi-Z Tuner
https://qrpguys.com/multi-tuner
Multi-Z ATU
https://dxexplorer.com/multi-z-antenna-tunner/
위의 키트 제품들을 구입해 보면 좋겠으나 외국에서 구입해야 하는 것이라 배송비가 아깝다. 조립 설명서가 잘 나와 있으니 직접 부품을 구해다가 만들어 봄직하겠다. 다만 맞는 토로이드 코어와 가변 컨덴서(폴리 바리콘, Poly-Varicon)를 구하기 어려울 수 있으니 혹시 정크 시장에 갈일 있거든 눈에 띄는 대로 사두자. 안테나 튜너뿐만 아니라 QRP용 송수신기 자작에 쓸일이 많을 것이다.
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