이 글에서는 1:1 초크바룬(전류바룬의 한 형태)에 대해 개념적으로 설명합니다.
초크바룬은 CMC 를 차단하기 위해 사용되는 전류바룬의 한 형태 입니다.(CMC 의 개념 참고)
편의상 존칭은 생략합니다.
과연 세개 중에 어느 바룬이 제일 우수한 바룬인가?
SWR 만 으로는 첫번째 바룬이 제일 좋다. 초킹 임피던스의 측면에서는 많이 감긴 세번째 바룬이 제일 좋아보인다.
SWR 의 측정만으로는 1:1 바룬의 성능을 확인 할 수 없다.
SWR 을 측정하고 바룬의 성능으로 제시 한다면 이것은 넌센스이다.
측정치가 존재하지 않는 수 많은 바룬의 디자인이 인터넷에 존재하고 제작되고 판매된다.
이런 바룬들은 또다시 확대 재생산 되고 그 디자인이 진리로 받아들여진다.
이 글에서는 1:1 바룬의 성능을 측정하는 방법과 잠재적 문제에 대해 알아본다.
1:1 바룬에는 전압 바룬과 전류 바룬(초크 바룬)이 있다.
전압바룬은 구조상 CMC 를 막는 성능이 전류바룬에 비해 떨어지므로 현재는 거의 사용되지 않는다.
(최소한 해외에서는 그렇다, 아래를 참고한다..)
바룬의 성능 측정, 전압, 전류 바룬의 작동에 대한 것은 아래 글들을 참고한다.
https://ds1orj.tistory.com/170
바룬의 성능 측정 방법, 발룬, Balun, 밸런
국내에서 바룬의 성능 측정은 대부분 SWR 에 의존하고 있는 듯하다. 이 방법은 안테나측에 더미로드(1:1 의 경우 50옴, 1:4 의 경우 200옴 저항 등)를 배치하고 입력에 아나라이저를 물려서 측정한
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https://ds1orj.tistory.com/173
1:1 전류 바룬의 작동 이해, 전류 발룬, 밸런, Balun, 구아넬라
아마추어무선을 하다 보면 이해하기 쉬운 것도 있고 이해하기 어려운 것도 있다.이해하기 어렵기 때문에 잘못 알려진 것들이 꽤 많은데, 그 중 하나는 "바룬의 작동" 이다. 여기서는 1:1 전류
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https://ds1orj.tistory.com/174
1:1 전압 바룬의 작동 이해, 전압 발룬, Balun
이 글에서는 국내에서 많이 사용하는 1:1 전압바룬의 작동을 시뮬레이션 해본다. 이 바룬의 와인딩은 가장 많이 사용하는 형식으로 선정했다.시뮬레이션 조건은 이전 전류 바룬과 동일하게
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초크바룬의 형태는 여러가지가 있다.
단순히 동축을 둘둘 감아놓는 형태부터 토로이드 코어(다양한 재질)에 급전선을 감은 것, 페라이트 비즈에 급전선을 관통시킨 것 등이 초크바룬의 형태이다.
바룬에 종류에 따라 성능의 측정방법은 각각 다르지만 초크바룬(전류바룬)의 경우 주파수에 따른 초킹 임피던스(사실상 전달 손실이며 높을수록 유리하다.)를 측정하는 것만으로 마무리 된다. 이것은 CMC 가 급전선을 통해 흐르려고 할 때 이것을 얼마나 막을 수 있는지에 대한 평가 척도가 된다.
아래는 BALUN DESIGNS 사의 Model 1116d(로우 밴드용) - 1:1 Balun 의 초킹 임피던스 제시치 이다.
https://www.balundesigns.com/model-1116d-1-1-balun-optimized-for-low-bands-5kw/
초킹 임피던스는 코어의 재질, 주파수, 권선수에 의해 변동하므로 단일 제품으로 모든 주파수에서 최고의 성능을 제공하는 바룬은 존재하지 않는다.
일반적으로 낮은 주파수일수록 높은 투자율의 코어와 많은 권선수가 필요하고
높은 주파수일수록 상대적으로 낮은 투자율(고주파 특성이 좋은)의 코어와 적은 권선수가 요구된다.
이런 이유로 넓은 주파수 범위에서 CMC 차단이 필요한 경우 급전선 상에 특성이 다른 바룬을 두개 이상 직렬 배치하는 경우가 있다.
초크바룬은 전류바룬의 일종이므로 전류 최대점(다이폴의 중앙, 또는 전압최대점으로부터 1/4 거리)에 배치되지 않으면 효과적으로 작동하지 않는다. (이것은 CMC 의 임피던스와 관계 있으며 다른 글에서 다루기로 한다.)
바룬의 외피(또는 내피와 함께, 공통모드이므로 여기서는 큰 차이가 없다)를 VNA 의 DUT(혹은 PORT1) 와 DET(PORT 2) 간에 연결한다. 측정모드는 반사손실이 아닌 전달 파라미터를 측정할 것이므로 Transmission 을 선택한다.
일반적인 전류바룬의 경우 아래처럼 연결된다.
이미 짐작했을지 모르지만 단순히 코어의 초킹 임피던스와 필요한 권선비를 확인하려 할 때는 단일권선(하나의 전선)만 감아도 초킹 임피던스를 측정 할 수 있다.
이렇게 측정된 데이터는 해외 오엠들이 미리 구축했으므로 대표적으로 정리가 잘 된 자료인 G3TXQ 의 자료를 보인다.
http://www.karinya.net/g3txq/chokes/
아래는 직접 측정된 FT240-43 17T 초크바룬의 측정 데이터이다.
아래는 위와 동일하나 권선 간격을 최대한 붙여서 감은 FT240-43 17T 초크바룬의 측정 데이터이다.
어느 것이라도 G3TXQ 의 데이터와는 다르게 3.5, 7 에서 다소 낮은 값을 보인다.
권선을 붙여서 감은 측정치에서는 35MHz 부근에서 분포용량으로 인해 자체공진한 것으로 보이는 흔적이 있다.
(임피던스가 46,000 옴 까지 상승)
두 측정치가 말해주는 것은 똑같이 만든다 하더라도 특성이 같을 거라는 보장은 없다는 것이다.
코어와 권선의 간격(밀착), 권선과 권선의 간격 차이로 특성이 변한다.
이것이 반드시 측정을 해야 하는 이유이기도 하다.
아래는 전자파 차단용으로 사용되는 코어에 8T 를 감아본 값이다.
7 메가 부근에서 자체 공진하는 흔적이 관찰된다.
3.5, 7 에서는 어느정도 사용 가능하지만 14MHz 를 넘어서면 초킹 임피던스가 급격히 하락하고 바룬이 제대로 역할을 하지 못한다는걸 알 수 있다.
이제부터 까다로운 문제에 대해 설명한다.
초킹 임피던스는 L, C, R 의 복합 값이므로 이것을 변화시키는 매우 다양한 변수가 존재한다.
1. 제작 변수 : 코어의 재질, 감는 방식(주로 와인딩 간격, 코어와의 이격), 권선의 형태(케이블의 두께, 표면의 재질)
2. 환경 변수 : 급전선의 길이, 바룬의 설치 지점 및 급전 환경(추가적인 L, C, R 제공).
안테나의 잔존 리액턴스 또는 급전선의 리액턴스와 바룬이 결합하여 CMC 를 증가시키는 역효과를 내는 경우가 있으므로 초킹 임피던스만으로 바룬의 정상 작동을 기대하기는 어려우며 최종적으로는 급전선 상에 존재하는 CMC 전류의 측정으로 바룬의 작동이 얼마나 효과적인지 판정 할 수 있다.
아래는 MFJ 854 를 사용하여 CMC 를 측정하는 예 이다.
MFJ-854 작동방식은 본질적으로 "클램프 미터" 와 같은 원리이며 적절한 아나로그 미터가 있다면 제작 가능하다.
더 손쉽게 만드는 방법은 "전류 프로브" 형태로 만들어 일반 계측기(테스터기)에 물려서 사용하는 방법이다.
여기서는 원리적인 것만 설명하고 다른 글에서 제작에 대해 다룬다. (참고 : CMC 는 급전선로가 안테나로 작동하는 상황이므로 측정지점(전류복, 전압복 지점)에 따라 전류랑이 변하는 것처럼 보인다.)
초크바룬은 TLT(전송선 변압기)에서 응용되며 사용되는 급전선의 임피던스에 의존한다는 점에서 둘은 밀접한 관계가 있다. TLT 에 대한 것은 아래 글을 참고한다.
https://ds1orj.tistory.com/217
발룬과 TLT (Transmission Line Transformer, 전송선 변압기)
이 글에서는 아마추어 무선 관점에서 TLT(전송선 변압기) 에 대해 알아본다. 우리가 발룬(Balun)을 만들 때 아무 전선이나 막 감아도 잘 작동하는 것 같지만 실제로는 그렇지 못하다. 낮은 주파수
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정 리
- 1:1 바룬의 성능은 초킹 임피던스가 기준이며 SWR 측정으로는 확인 할 수 없다.
- 아무데나 감는다고 모두 바룬이 되는 것이 아니다.(코어의 선정은 매우 중요하다.)
- 제대로 만든 바룬이어도 안테나 시스템의 특성에 의해 역효과가 발생할 수 있다.
- 바룬의 작동은 급전선 상에 존재하는 CMC 전류를 측정함으로써 확인 할 수 있다.