일요일, 2월 05, 2023

[HAM] ARRL, First Step in Radio

[HAM] ARRL, First Step in Radio

앞서 '햄린이 무선공학' 연재물 있었지? 별로 재미 없었다면 미국판을 보자.

http://www.arrl.org/first-steps-in-radio

ARRL 1984년 QST에 연재 되었다는데 목차를 보면 이래...

Part 1 - Getting into Amateur Radio Electronics (아마추어 무선에 빠져들기)

Part 2 - How to Read a Schematic Diagram (회로도 읽는 법)

Part 3 - Understanding Resistors (저항이란)

Part 4 - Getting to Know Capacitors (콘덴서에 대해 알아보자)

Part 5 - An Introduction to Coils and Transformers (코일과 트랜스의 기초)

Part 6 - The World of Switches and Relays (스위치와 릴레이)

Part 7 - Meet the Versatile Diode (다이오드의 다양한 쓰임새)

Part 8 -- The Magic of Transistors (트랜지스터의 마술)

Part 9 -- Radio Antennas and How They Operate (안테나란 무엇인가)

Part 10 -- How Receivers Work (수신기의 동작원리)

Part 11 -- The Basics of Transmitters (송신기의 기초)

Part 12 -- The Amateur and Electrical Safety (아마추어 무선과 전기 안전)

Part 13 -- Radio Waves and Communications Distance (전파의 통달 거리)

Part 14 -- Understanding TV and Radio Interference (테레비와 라디오를 방해하는 전파장애)

Part 15 -- Diodes and How They Are Used (다이오드의 활용)

Part 16 -- Resonance and Tuning Methods (공진과 공진회로)

Part 17 -- Understanding FM Transmitters (FM 송신기의 이해)

Part 18 -- Understanding FM Receivers (FM 수신기의 이해)

Part 19 -- Equipping Your First Ham Station (처음 꾸며보는 무선국)

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최신 전자통신기술과는 다소 어울리지 않는 부분도 있긴 하지만 기본은 변함이 없다.


보름날 아홉 나물과 오곡밥

보름날 아홉 나물과 오곡밥

요즘처럼 제대로 살고 있다는 느낌이 든다. 욕심을 버린탓일 게다. '다마'가 싫으니 '호사'없이 살기로 하자.


[HAM] RTL-SDR V3, 중파 AM 방송 오버로딩 억제용 개선된(?) HPF

[HAM] RTL-SDR V3, 중파 AM 방송 오버로딩 억제용 개선된(?) HPF

앞서 강력한 중파 AM 방송 신호가 HF 수신시에도 치고 들어오는 문제가 있어서 이에 대한 대책으로 HPF(High Pass Filter)를 달아야 한다는 이야기를 했다. 이에 적당히(?) 만들어 달았다가 효과가 있는지 없는지 의문이 들었다.

[HAM] RTL-SDR V3의 AM 방송 오버로딩 문제

이에 더하여 입력신호 감쇄기 삼아 가변저항을 달았다.

[HAM] RTL-SDR 의 HF AM 방송신호 간섭 억제 '가변저항'으로 해결!(?)

아무래도 적당히 만든 HPF 가 마음에 걸려 다른 사람들의 HPF를 찾아봤다.

RTL SDR Front End Filter Demonstration

https://youtu.be/WDE8ho0uee8

이 사람의 설계가 적절한지 여부는 당장 판단할 수는 없지만 영상중에 측정기를 동원하여 보여주니 일단 신뢰가 간다. 따라쟁이는 이런데서 끌리고 괜시리 장비 부심이 인다. 동영상 중 필터 설계에 사용한 소프트웨어 Elsie, The Windows ® program for electrical filter design and analysis [link] 여러 곳에서 인용되는 것을 보면 괜찮은 모양이다. 일단 따라서 만들어보자.

토로이드 코어는 대략 비슷한 링 코일[링크]에서 에나멜선을 풀어서 사용했다. 아마 SMPS나 스텝 업/다운 정류기에 사용되는 인덕터인 모양인데 고주파용 트랜스 코어로 쓸 수 있을지 알 수 없다. 그래도 명색이 페라이트 코어 일텐데 최고 사용가능 주파수가 설마 2Mhz 정도도 않되랴 싶어 믿고 써보기로 했다. 이 정체불명(?)의 코어에 몇바퀴를 감아야 원하는 인덕턴스가 나올지 몰라 대략 난감. 다행히 전에 전자공작 카페에서 공제한 LC 메터가 있어서 감겨있던 에나멜 선을 풀어 용량을 재가며 다시 감았다. 17바퀴 감으니 약 12uH, 20바퀴가 18uH, 13바퀴가 7uH 가량 됐다. 컨덴서는 가지고 있던 여러가지 용량을 병렬조합하여 만들었더니 포도송이 달린듯 모양이 기괴해 졌다.

효과는 앞서 만든것이랑 비슷하지만 뭔가 더 해놓은 듣하니 맘은 편하다. 개선된 거로 치자. 따라쟁이 자작이 다 그런거지 뭘!


금요일, 2월 03, 2023

[양평집] 2023년 1월, 우리집에는 미친 고양이가 산다!

[양평집] 2023년 1월, 우리집에는 미친 고양이가 산다!

새해가 밝았습니다. 해는 어제와 다를바 없다고 하지만 지구가 태양 주위를 돌기에 하루 사이에 약 1도 가량 옆모습을 보게 됩니다. 그러니까 어제랑 같은 해라고 하면 안되는 겁니다. 한바퀴 완전히 돌아 다시 그자리에서 태양을 보게 됐으니 작년 이맘 때와 다를바 없다고 해야 옳겠지요. 올해는 태어나서 육십갑자를 돌아 맞이한 토끼띠의 햅니다. 어느새 환갑이라는 타이틀을 가지게 됐군요. 그에 걸맞는 지혜로운 안목을 가진 사람이 되었길 바래보지만 매일 사소한 일에 화를 냈다가 이내 후회하는 걸 보면 아직 멀었습니다. 그나마 다행인 것은 '이 또한 지나가리니' 라며 여유를 가져보기까지 시간이 점점 짧아졌다는데 위안을 삼습니다. 이 시간이 점점 짧아져서 맞닿게 되면, 여유가 무척 길어져 영원에 닿으면 이세상 사람이 아니게 되는 걸까요? 그렇더라도 여유롭길 바랍니다.

겨울이면 아무래도 실외활동이 줄어드니 하루 두끼면 족합니다. 아침과 저녁 두번 먹고 있는데 배도 쏙 들어간 것이 몸이 가뿐해 졌습니다. 작년 겨우내 제빵을 연마했고 이번 겨울은 면요리 입니다. 스파게티, 쌀국수에 도전해 봅니다. 모양이 좀 성기고 정통의 맛은 아니지만 내 입맛에 맞으면 그만이죠.

 

그리고 청담동 스시집 부럽지 않은 초밥과 틈틈이 제빵.

 

겨울이라 텃밭 채소가 아쉽지만 그래도 농협 마트에서 사온 신선한 야채와 과일 샐러드를 빼놓지 않고 먹습니다. 일주일에 한번 꼴로 면내에 목욕하러 나가면서 마트 장보기도 함께 합니다. 공중 목욕탕 이라니! 이 또한 시골 생활의 변화 입니다.

 

일월 중 눈온 날이 열흘은 된것 같습니다. 올겨울은 눈도 잦고 더블어 기온도 꽤나 추웠구요. 거실로 들어온 고양이 두녀석이 집주인 옆에 꼭 붙어 지냅니다.

  

급기야 침대위로 올라와 아옹다옹 합니다. 우리집 고양이는 안그럴줄 알았더니 벽지를 실컷 뜯어 놓는군요.

 

고양이의 생활은 삼분의 이는 잠으로 보낸다는데 우리집 '꼬북이'는 노느라 하루를 보냅니다. 세발로 뒤뚱거리며 걷는 모습이 안쓰러워서 고양이 낚싯대로 놀아 줬더니 아예 밖에 나갈 생각도 안하고 카페트 위에서 미친듯이 놉니다. 햇볕 좋은 날에 환기삼아 열어놓은 문틈으로 나가 몇시간씩 순찰을 다니던 습관도 잊고 말이죠.

 

 

어디서 말을 배웠는지 놀아 달라고 보채는데 마치 '놀아줘'라고 말하는 것 같습니다. 놀이가 만족하지 않으면 '에잉'하며 돌아서는데 영락없는 초등생 입니다. 고양이와 대화하기 그리고 놀기에 아마 하루 중 두세시간은 보내는 듯 하네요. 반려동물은 시골 생활의 적적함을 달래기에 그만입니다.

시골의 겨울은 하루가 깁니다. 나이가 들면서 추위에 져 바깥 출입이 줄어드는 탓입니다. 시골은 도시보다 한 이삼도는 더 추운것 같네요. 나이들면 도시로 가야 한다고들 하는 이유 중  하나 일지도 모르겠군요. 일전에 시즈오카에 사는 일본의 햄과 교신을 했더랬습니다. 새해 인사하면서 올해로 육십이 됐다고 하니 자기는 육십칠이랍니다. 양평의 날씨가 일월에는 연일 영하 십도를 밑돌고 있는데 나이를 먹어가면서 더 추운가 보다고 하니 자기가 사는 곳은 영상 7도인데 삿포로에 살다가 십년전 쯤에 이사왔답니다. 삿포로의 겨울은 평균 영하 15도 였다네요. 늙기도 서러운데 춥기까지 해서 슬프다고 이바구를 떨다가 갑자기 신호가 사라져 버려서 제대로 교신을 마치지 못했는데 그가 QSL 카드를 보내왔군요. 서울을 떠나 양평으로 온지 이제 3년 됐는데 다시 남쪽으로 이사가야 하나 고심할 때가 있어요.

이렇게 밤낮으로 긴 겨울 하루를 무료하지 않으려고 취미를 가지기로 했습니다. 연중 계절마다 하루의 길이도 다르고 아직 젊은(예순 밖에 안됐다!) 탓에 쉽게 싫증이 날 수 있어서 여러가지 취미를 가지고 돌아가며 섭렵하고 있는데 겨울은 아마추어 무선이 제격입니다. 이달들어 블로그에 올렸던 글이 20여편인데 그중 아마추어 무선과 관련된 내용 일색이었습니다.

밤새워 땜질을 해서 소출력 무전기를 만들고 낮에는 그것을 사용해 누군가와 교신을 하고 다음엔 뭘 만들어보나 이리저리 탐색하다 신박한 아이디어가 발견되면 따라합니다. 그러다가 만능이 아닌 복잡하고 괴상한 물건이 탄생하기도 하지요.

 

초소형 무전기, 초소출력 송신기도 만들어 봅니다. 전파 출력이 1와트 미만으로 워낙 작으니 미리 누군가를 졸라서 약속을 잡아 겨우 교신까지 해봅니다. 약 200미리와트 출력으로 1~200 킬로미터 떨어진 무선국과 교신해 봤군요. 좀더 거리를 넓혀봐야 겠습니다.

 

날이 풀리면 들로 나갈 요량으로 만들어본 이동운용 낚시대 안테나, 효자손 안테나. 만들긴 열심히 만들지만 과연 봄에 얼마나 활용 될지는 의문이긴 하네요.

 

그외 인터넷이며 유튜브를 보면 공부할 꺼리들이 넘쳐납니다. 들여다 볼 것들이 이렇게 많으니 백수 전원 생활자의 겨울은 한가할 틈이 없지요. 작년부터 원서로 읽는 물리학 교과서로 잡아놓았던 파인먼 양자역학은 두달째 공전 중이고, 커세라 수학강좌 Vector Calculus for Engineers 는 담아 놓기만 했고, Intel OneAPI/DPC++와 Xilinx HLS 새 버젼이 나왔을 텐데 일년새 얼마나 발전 했을지 궁금합니다. 낼모레 입춘이 지나면 이제 봄이 올텐데 텃밭일이 시작되겠군요. 놀일(공부도 포함해서)은 하루하루 밀려가는데 마침 입춘을 맞아 퇴비가 배달되었습니다. 작년부터 마을 행사에 간간이 초대를 받았고 연 이만원 가량이라는 리세도 기꺼이 납부 했습니다.

이제 봄이 오려는지 화분에 심어 창가에 올려둔 딸기가 꽃을 피웠습니다.


수요일, 2월 01, 2023

[HAM] 구형 시그널 제네레이터를 가변 주파수 발진기(VFO)로 쓰기

[HAM] 구형 시그널 제네레이터를 가변 주파수 발진기(VFO)로 쓰기

라디오 전파에 정보(음성)을 실어야 하는 고주파 발진기(Radio Frequency Oscillator)는 무전기의 심장과 같다고 하겠다. 말그대로 '전파'를 만들어내는 곳이다. 아마추어 무선국은 일정 범위의 주파수 대역 내에서 자유롭게 전파신호를 낼 수 있다. 따라서 주파수를 변경할 수 있어야 하기 때문에 가변 주파수 발진기(VFO, Variable Frequency Oscillator)라는 것을 쓴다. 크리스털 발진기를 쓰면 안정된 전파를 생성할 수 있지만 주파수를 가변시키기 곤란하기 때문에 대개 LC 결합 발진기를 쓴다. LC 결합이란 코일과 컨덴서를 사용하여 공진회로를 꾸몄다는 의미다. 발진회로는 나중에 따로 살펴보기로 하자.

문제는 이 코일과 컨덴서라는 물건의 정밀도가 아주 고약하다. 약간의 온도변화에도 용량값이 변하니 공진 주파수가 '춤을 춘다'. 요즘은 반도체 기술이 워낙 발달하여 안정된 미세회로 제조가 가능해졌다. PLL이라고 하는 기법의 회로를 내장한 고주파 발진 전용의 반도체 칩들이 흔해져서 VFO 가 우습기까지 하지만 지난 20세기는 안정된 고주파 발진회로가 최대 과제였다. 온도를 유지하기 위해 항온상자(항온조)에 넣는 다던가 믿을 수 없는 컨덴서 대신 코일의 코어를 정밀 기어로 제어 한다던가 등등 전자회로 뿐만 아니라 기계적인 기법이 총동원된 것을 보면 눈물겹다. 아래 사진은 유명한 콜린스 사의 PTO 라는 가변 발진기의 모습이다. 항온조 내부에 방습제(dehydrator salt)까지 있다. 코일용량 변화에 따른 주파수 변화가 선형적이 되도록 동조 코일(Tuning Coil)을 절묘하게 감아놨다(logalithmic wound). 나사를 돌려 코일의 코어를 이동시키는데 백래쉬를 방지(Anti-Backlash)하는 장치까지 있다. 이렇게 까지 열심히 해서 만든 1960년대의 명품 콜린스 무전기는 지금도 올드-햄들 사이에 상당한 가격에 거래된다고 한다.

[참고] https://www.collinsradio.org/pto-overview-specifications-history/

요즘은 초당 백만분이 1퍼센트(ppm, percent per million)의 변화도 없는 주파수 합성기 반도체 칩을 활용한 가변 주파수 발진기를 몇만원이면 구입할 수 있다. DDS Digital Signal Generator 를 검색해 보라. 그대신 그 속을 알 도리도 없고 만드는 재미도 없다!

'만드는 재미' 때문에 괸시리 멀쩡한 무전기 옆에 두고 QRP니 뭐니 하면서 기판을 깍고 자르고 때우느라 하루가 간다. 잘 만들어 놓고는 뭘 더해 넣을까 궁리하다 내 자작품에는 구멍 투성이다. 그나마 회로부품이라도 제대로 있다면 모를까 시정수가 조금씩 어긋난다. 이를 맞춰 보겠다며 이리저리 회로를 수정하다가 망치기 일쑤다. 나는 얼치기 아마추어 무선사 이기에 회로를 제대로 이해하기는 커녕 경험도 일천한 탓이리라. 그저 주워들은 '노우-하우'에 메달리다 그꼴이 나서 다시는 안한다고 마음 먹다가가도 다시 인두를 잡는다.

부품중에 빼도박도 못하는 부품이 바로 크리스털 발진기의 주파수다. 아마추어 무선 운용 주파수에 맞는 크리스털 진동자가 있을리 없다. 디지털 시대라 그런지 32767Hz 같이 2의 제곱승에 맞는 주파수, 8051이라는 마이크로 프로세서의 시리얼 통신 보오 율(Baud-Rate)에 분주하기 쉬운 11.0592Mhz 은 엄청나게 흔하다. 아쉽게도 아마추어 무선의 QRP 선호 주파수라는 7.030Mhz에 맞는 크리스털 진동자는 귀하다. 수요가 없으니까. 어떻게, LC 발진기라도 만들어 봐야하나 싶지만 예전에 심혈을 기울여 만들었건만 '춤을 추던' 발진기에 대한 트라우마 때문에 하릴없이 7.030Mhz 짜리 수정 진동자를 찾아 인터넷 상점만 뒤지고 있다.

문득! 창고에 뭔가 있을 거라는 생각이 떠올랐다. 아마 십년전 어느 고물상인에게서 바가지 쓰고 구입했던 시그널 제네레이터! 그당시 사인파를 30Mhz 까지 가변하여 발생시켜 준다길래 십여만원 쯤 줬던것 같다. 디지털 카운터를 겸한다 하여 냉큼 사다가 전원을 꼽는 순간 당장 당했다는 생각이 떠올랐다. 작동은 잘 했다.

시그널 제네레이터를 VFO로 쓸 수 있을 거라는 생각에 사왔지만 저 FREQ 라고 써있는 주파수 노브는 3:1 버니어 다이얼 이었는데 십 수메가 헤르쯔 범위를 단 한바퀴 반만에 주파수를 어찌 조절한단 말인가! E 라고 써있는 버튼을 선택하면 4~10Mhz 범위를 가변한다. 그중 아마추어 무선 주파수는 달랑 7.000~7.200Mhz 다. 살짝 손만대도 이 범위를 그냥 넘나든다. 요즘 말하는 1헤르쯔 가변은 관두고 1킬로 헤르쯔도 불가했다. 명판에는 DIGITAL 이라고 써있긴 하지만 디지털 주파수 카운터로 표시부(많이 부실하지만)가 있다는 뜻이지 내부는 그저 LC 발진기였다. 다이얼을 돌려보고 인코더가 아닌것을 알았다면 소위 '눈탱이'는 안맞았을 것이다. 그뒤로 창고로 직행해서 십년을 묵혔다. 그리고 오늘 다시 꺼냈다. 사인파는 그럭저럭 나오는 것 같았기 때문이다. 다이얼이 문제라면 다이오드에 역전압을 걸어 정전용량을 소량 가변해 주면 되겠다 싶었다. 역전압을 걸어줄 가변저항에 멀티-턴 가변저항을 쓰면 미세조정이 되겠고. 마침 필요한 부품이 있다.

이 시그널 제네레이터의 원래 모습은 이랬다. 최근 중고가격 3만원이라고 올라온게 있던데 최신 DDS 키트 가격을 보면 그것도 비싸다. 변조(MODULATION) 기능이 있는 모양인데 괸시리 발진 주파수 안정도 만 떨어 뜨릴 뿐이지 아무짝에도 쓸모가 없었다. 저걸 떼내고 멀티턴 가변 저항을 달기로 했다. 저 위의 사진이 개조된 멀티-턴 가변저항의 노브가 달린 모습이다.

[출처] https://www.soriaudio.com/index.php?mid=m_eqp&listStyle=viewer&page=1065&document_srl=35742616

혹시 가변 컨덴서 용량이 작을까 싶어 실리콘 다이오드 두개를 썼는데 한개로도 충분할 것 같았다. 기판을 갈아 작은 회로를 꾸며서 시그널 제네레이터의 바리콘 샤시에 때워 붙였더니 튼튼하게 고정됐다.

이제 쓸만한(?) VFO 가 마련 됐으니 출력 앰프를 만들어 실험해 보자. Pixie2에 있던 RF 부분만 떼다가 빵판에 꾸몄다.

시그널 제네레이터 출력 최대치가 1Vp-p 다. 50옴 더미로드에 물렸을 때 3볼트로 출력은 대략 200mW 쯤 나온다. 파형도 그런대로 찌그러짐이 없다. 수신기로 음을 들어봐도 춤을 추는것 같지 않아 다행이다. 창고를 뒤지다가 오실로스코프 발견! 아마 십년전 쯤 어느 학교에서 불용품으로 고물상에 처분 한다고 쌓아 뒀던걸 얻어왔던 것이다. 전원을 넣어보니 작동한다. 다만 표시는 100Mhz 라는데 완전 뻥이다. 학교 납품 물건이 다 그렇지 뭐....

제대로 된 RF 앰프는 좀더 실험을 해봐야 겠다. 그나저나 QRPp 라며? 저 시그널 제네레이터 VFO를 들고 다니게? 또 괸한 짓을 한겨? 아니면 전원부 개조해서 들고 다녀봐?

[참고]
1. Hartley Oscillator, https://www.electronics-tutorials.ws/oscillator/hartley.html
2. Hartley Oscillator Calculator, https://www.calctown.com/calculators/hartley-oscillator
3. Capacitor Calculator, https://www.digikey.com/en/resources/conversion-calculators/conversion-calculator-series-and-parallel-capacitor
4. An Optimized QRP Transceiver for 7 Mhz, http://www.arrl.org/files/file/Technology/tis/info/pdf/93hb3037.pdf
5. Pixie2 with audio filter, https://www.qsl.net/qrp/txr/micro80.htm
6. Tuned RF Amplifier Component, https://youtu.be/lDYLw8fWSoI
7. Basics of Common Emitter Amplifier Gain and Frequency Response with Measurements, https://youtu.be/NizrzRKQqII
8. Basics of Transistor bias point and the class of amplifier operation, https://youtu.be/c6cmkm3UPUI

[주] 들여다 볼 것들이 이렇게 많으니 백수 전원 생활자의 겨울은 한가할 틈이 없다. 파인먼 양자역학 공부는 두달째 공전 중이고, Vector Calculus for Engineers 는 담아 놓기만 했고, Intel OneAPI/DPC++와 Xilinx HLS 새 버젼은 얼마나 달라 졌을지 궁금한데 낼모레 입춘이 지나면 이제 봄이 올텐데 텃밭일이 시작될 예정!