Flower Pot Antenna (화분 안테나) 제작

설명 편의상 존칭은 생략 합니다. 

 

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이 안테나의  방사패턴 시뮬레이션은 아래 글을 참고한다.( 2022.11.19  4NEC2 시뮬레이션) 

https://ds1orj.tistory.com/206

Flower Pot 화분 안테나 성능 시뮬레이션

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인터넷에서 자료를 찾던 중에 다소 생소한 안테나를 찾았다. 

VK2ZOI 에 의해 화분 안테나라고 이름이 붙여진 이 안테나는 아래와 같이 생겼다. 

  https://vk2zoi.com/articles/half-wave-flower-pot/ 

 

이 안테나는 "코브라 안테나" 혹은 "동축 엔드 피드 다이폴 안테나" 라고 알려진 안테나의 변형이다. 

 

간단히 설명하자면 수직 다이폴과 같은 중앙 급전 안테나(저임피던스)이며 명시적인 레디얼이 포함되어 있으므로 성능이 안정적이다.  아랫 부분의 코일은 1/4 레디얼 아래로 가는 CMC 차단을 위해 고임피던스(공진초크)를 제공한다.

 

개인적으로 명시적 레디얼이 없는 J 폴 안테나를 선호하지 않는다. J 폴은 동축 케이블로의 CMC 를 차단(1/4파 스텁) 하지 않으면 동축이 레디얼로 작동하여 설치 형상에 따라 성능(지향성 패턴)이 변화한다.  

 

화분 안테나는 다음과 같은 버전이 있다. 

 

1.  1/2 Wave (=수직 다이폴)

2.  싱글 5/8 Wave (=5/8 수직) 

3.  VHF-UHF 듀얼밴드( 1/2Wave 에 슬리브 적용 ) 

4.  더블 5/8 Wave(=5/8 다이폴,  더블제프와 비슷) 

5.  듀얼 밴드 고이득 안테나(2단)  

 

여기서는 1/2 버전 보다는 약간의 이득이 있는(방사각이 낮은) 5/8 버전을 만들어보기로 한다. 

RG-58 케이블 몇미터와 직경 25mm 정도의 10cm 절연 파이프(PVC, 플라스틱, 유리병 등)만 있으면 쉽게 만들 수 있을 것이다.

 

 

첫번째로 만들어진 안테나는 설치의 용이성을 감안하여 PVC 파이프에 테이프로 고정되어 지붕에 설치되었고, 시험 운용에서 안정적(재현성 및 성능)이었으므로 추가로 이동 운용을 위해 하나 더 제작 되었다.

 

원래 제작자는 전체를 동축 케이블을 이용하라고 하지만 이러면 제작이 까다로운 점이 있으므로  상부 엘레먼트는 일반 전선을 이용한다.

 

제작 난이도 : ★★☆☆☆

튜닝 난이도 : ★☆☆☆☆

제 작 비      : ★☆☆☆☆

만 족 도      : ★★★★☆

 

제작 과정은 아래와 같다

 

1. 먼저 RG 58 케이블의 끝부분을 10mm 정도 벗겨내고 중심도체(심선)과 외피를 함께 꼬아서 납땜한다.(쇼트)

 

2. 쇼트가 시작된 지점(끝부분을 제외하고) 에서부터 276mm 지점(0.2 람다 페이징 섹션) 에서 심선은 그대로 두고 동축 실드만 끊어내어 2-3mm 정도의 공간을 확보한다. (동축을 구부리면 간격이 벌어지므로 작업이 용이해진다.)

 

3. 실드가 끊어진 아랫쪽으로 480mm (1/4 레디얼) 내려간 지점에서 지름 25mm 파이프 에 동축 케이블을 9번 감는다. 파이프 길이는 10cm 정도면 충분하며 전도성 파이프만 아니면 어느것이나 활용 가능하다. (물론 파이프 재질의 유전율에 따라 약간의 공진주파수 이동이 있을 것이나 이 응용에서는 치명적인 문제가 되지는 않을 것으로 생각된다. 저자는 25mm PVC  9T 에서 135MHz 의 공진주파수를 제시함) 

TIP : 동축 케이블이 벌어지면 값이 변하므로 타이 또는 테이핑 등으로 벌어지지 않게 잘 고정시킨다.

 

4. 상기 2,3 과정에서 실드가 끊어져 비워진 공간은 동축이 구부려지면 다시 닿아서 합선이 될 수 있으므로 글루건 등으로 빈 공간을 채우고 테이핑 한다.

 

5. 필요한 길이만큼 동축을 남기고 절단 후 커넥터를 붙인다.(이동운용시 2-3 미터 내외, VHF 이상 밴드에서는 RG 58 의 손실이 매우 높으므로 가능한 최소한의 길이만 사용한다.)  

 

6. 상부 엘레먼트에 1m 전선 (최종적으로 960~970mm 전후가 된다) 을 납땜한다. 

   두꺼운 전선 혹은 PVC 파이프 등의 표면에 고정시 단축률이 적용되어 이 길이보다 훨씬 더 짧아진다.

   TIP : 납땜 자체는 인장강도가 형편 없으므로 얇은 동선으로 접합부위를 감아서 고정시키면 어느정도 튼튼해진다.

 

7. 방해물이 없는 공간에서(전도체 혹은 바닥에서 반파장(1m) 이격)  수직 또는 수평으로 펼쳐 놓고 SWR 을 조정한다. 

   조정 부위는 상부 엘레먼트 길이이며 조정할 때 1cm 차이로도 주파수가 크게 이동하므로 끊어낼 때는 주의한다.

   (개인적으로는 여분의 와이어를 최소 면적으로 접거나 말아놓는 것을 선호한다.)

   제대로 조정되면 145MHz 에서 SWR 1.0 에 근접하며  144-146 범위에서 1.5 아래로 들어올 것이다.

 

 

■ 사용기 

 

1. 원저자는 1/2 Wave 버전에 비해 5/8 Wave 버전이 약 2dB 이득이 더 있다고 측정함(이론상은 2.5dB)

 

2. 실제 테스트시 약 15도의 각도 변경에도 민감하게 반응 했으므로 방사각이 낮다고 판단됨

 

3. CMC 억제는 비교적 잘 된다고 판단됨(급전선 길이, 급전선 형상 등에 의해 SWR 및 성능 변화 최소화)

 

4. 사실상 다이폴이므로 다양한 설치형상(수평, 수직, 대각선, 거꾸로 설치 등)에서 안테나 자체의 성능 영향은 최소화 될 것으로 판단되며 베란다 등에서 밖에 내어 놓고(1m 이격시 건물 반사영향 최소, 0.5m 이격시 반사영향 최대) 사용시 야기 안테나와 비슷한 개념으로 운용 가능할 것으로 추정 

 

5. 안테나 제원의 재현이 용이하며 조정이 쉬움 

   145-146 범위의 제원이나 144.5-145.5 변경에 대해 전체 성능 변화는 크게 없을 것으로 추정됨. 

■ 1/2 파장 V-U 듀얼밴드 추가 제작.

 

1/2 Wave 듀얼밴드의 치수는 아래와 같다. (아래 설명하겠지만 235mm 슬리브의 길이가 짧은 것으로 판단됨)

 

VHF-UHF 듀얼 밴드, 급전부 제외 전체 길이가 약 1m 이므로 컴팩트한 크기. 

실측 SWR 은 145MHz 에서 1.2 이하, 435MHz 에서 1.2 이하이며  밴드 전체에서 1.5 미만으로 양호함.

 

구조상 다이폴이기 때문에 슬리브가 없어도 UHF 밴드는 3차 고조파로 작동하므로 그대로 실용은 됨.

슬리브 없이 UHF 실측 결과 최저 SWR 1.7, 최대 SWR 2.0 으로 작동.

이경우 UHF 패턴은 다이폴의 3차 고조파와 맞찬가지로 삼지창 모양으로 찢어질 것으로 판단됨.

 

중간 부분은 슬리브로 어디에도 연결되지 않으며 겉을 감싸고 있는 원통 형태

원저자는 슬리브를 235mm 로 제시하고 있으나 PVC 파이프의 두께 때문인지 245mm 로 하지 않으면 435MHz 에서 최저 SWR 을 얻기 어려움(440MHz 위에서 맞음) 단, 원저자의 경우처럼 수축튜브를 씌울경우 주파수가 얼마나 움직일지 알 수 없다.  나머지 치수는 원저자의 치수와 같다.

 

슬리브는 아래와 같이 외경 25mm PVC 파이프를 250mm 길이로 절단하고 겉에 알루미늄 테잎을 붙여서 만들 수 있다.

UHF 이므로 물리적으로 연결되지 않아도 최대한 눌러서 붙여 놓으면 사실상 접촉된 것과 같은 효과 이다.

내부에 스펀지를 활용하여 슬리브 중심으로 엘레먼트가 통과하도록 함.(영구적으로 만들 경우 철물점에서 25mm PVC 에 맞는 마개를 팔고 있으므로 중심을 뚫어서 사용 가능)

 

3단 GP 보다 못하지만 VHF-UHF 모두 잘 작동하며 시험 운용중.

 

 

 

원래 제작 방식은 아래 VK2ZOI 의 홈페이지 참고

https://vk2zoi.com/articles/half-wave-flower-pot/

Half-Wave Flower Pot Antenna – VK2ZOI

https://vk2zoi.com/articles/single-five-eighth-flower-pot/

Single 5/8 Flower Pot Antenna – VK2ZOI