제이폴 안테나 CMC, J Pole Antenna

안테나 급전선에서 방사(결국 CMC)가 일어나면 문제가 발생한다는 것은 이전 글을 읽어보면 알 수 있다. 

CMC 를 막기 위해 다이폴에 발룬을 사용한다는 것은 대부분 알고 있지만 일부 안테나는 다이폴과 같은 밸런스 안테나가 아니라도 CMC 문제가 발생한다. 

 

여기서는 J Pole 의 CMC 문제 및 해결방법에 대한 자료를 소개한다. 

 

J Pole 은 원리상 엔드피드 안테나 (End Fed Antenna) 로 작동한다.  급전부의 1/4 Wave 섹션은 임피던스 매칭을 위한 부분이다.(제프 안테나의  1:64 트랜스포머에 해당)  이런 방식으로 작동하는 안테나는 명시적인 레디얼(카운터포이즈)이 없고 급전부가 고임피던스 이므로 안테나와 연결된 모든 도체(마스트 및 급전선 포함)가 결합되어 방사체로 작동한다. 따라서 적절하게 CMC 를 통제하지 않으면 예상대로 작동하지 않는다.(*제대로 된 성능을 얻기 어려움) 

J Pole 안테나의 급전선에 형광등을 대보면 불이 들어온다.

( 급전선 RF 방사로 인한 발광, PA0FRI 의 실험)

https://pa0fri.home.xs4all.nl/Ant/Jant/jant.htm

 

제이폴 안테나의 CMC 에 대해 가장 광범위한 테스트 및 해결 방법을 제시한 자료는 Ham Radio . Magnum Experimentum 에서 볼 수 있다. (https://www.hamradio.me)

 

먼저 일반적인 J-Pole 에서 어떻게 방사가 되는지 해당 사이트에서 제공하는 EM 시뮬레이션 화면이다. 

https://www.youtube.com/watch?v=toQSFgY0T8U 

원본 자료는 아래를 참고한다. 

https://www.hamradio.me/antennas/j-pole-antenna-should-i-ground-it.html

J-Pole Antenna - Should I ground it?

 

마스트(또는 동축케이블)를 타고 RF 방사되는 것을 볼 수 있다. 

달리 말하자면 공급되는 RF 전력의 일부가 불필요하게 손실 된다. (더 안좋은 것은 이것이 방사패턴에 변형을 가져온다는 것이다.)

 

물론 원저자가 설명하는 바와 같이 급전부로부터 마스트의 길이가 특정 길이가 되면 CMC 경로의 임피던스를 올릴 수 있으므로 경감 되겠지만(이전 글, 접지와 비접지 상황에서 급전선 길이에 따라 CMC 가 변하는 시뮬레이션을 참고한다), 일반적인 설치 환경에서 이것을 계산대로 적용하기는 어렵다.  원저자의 얘기처럼 "우연" 하게 해결되거나 악화 될 수 있는 문제인데, 안테나의 성능을 순전히 "운"에 맞긴다는 것은 나 역시 동의하기 어렵다. 

 

해당 사이트에는 제이폴의 CMC 를 적절히 통제하거나 통제하지 않을 경우의 방사패턴을 측정한 데이터도 있는데 아래 보인다.  (빨간 실선 : CMC 통제 없음,  점선 : 페라이트 초크를 이용한 CMC 통제) 

아래는 원문이다. 

https://www.hamradio.me/antennas/j-pole-where-a-choke-is-no-joke.html

J-pole: Where a choke is no joke

 

VHF 밴드에서 높은 방사각으로 하늘로 쏜다는 것은 교신에 별 도움이 안되므로 방사 패턴은 수평면으로 깔리는 것이 이상적이다.  상기 데이터에서 실선보다 점선(페라이트 초크 사용)이 더 정상적인 패턴에 가깝다.  

※ 일반적인 경우는 아니지만 낮은 지대에서 높은 곳으로 쏴야 할 경우에는 하늘로 쏘는게 도움이 될 수도 있다.

 

예컨대 아래는 다이아몬드 3단 GP 안테나(X510) 의 VHF 지향성 패턴이다.  

 

상기 사이트에서는 CMC 로 인한 성능 불확실성 문제를 해결하기 위해 새로운 디자인을 만들고 특허를 출원 중이다.  핵심은 전체를 동축 구조로 만들고 급전부로부터 1/4 파 아래 지점에 1/4 파 스텁을 장착하여 CMC 에 대해 대항(더이상 흐르지 않도록 고임피던스 제공) 하려는 것이다. 

 

아래는 특허 출원중인 제이폴 안테나이다. 

 

 

아래는 원문이다.

https://www.hamradio.me/antennas/mast-mountable-j-pole-antenna.html

Mast Mountable J-Pole Antenna

 

아래는 해당 구조로 CMC 가 제어되는 시뮬레이션이다. 

 

그렇다면 일반 제이플을 사용할 때 이 문제를 적절히 해결하려면 어떻게 해야 할까? 

 

상기 구조가 아니라면 마스트를 절연시키고 급전선에 적절한 초크를 사용하는 방법이 가장 합리적이라고 생각된다.

불확실성에 의존하는 방법(케이블 길이 조정 등) 개인적으로 추천하고 싶지 않다. 

또한 페라이트 초크를 이용한다면 일반 단파대에 사용하는 것과 다르게 높은 주파수(145MHz)에서 특성이 좋은 것을 사용해야 한다.(오히려 공심초크가 더 나을 수도 있다) 

 

 

 

 

https://www.qsl.net/ta1dx/amator/packetradio_operatoranten.htm

The PacketRadio Operator

 

보통 4-5 turn 정도의 공심초크를 이용하는 것으로 보이는데 비교적 정확한 공진초크(사실상 트랩)의 제작은 아래 화분 안테나 제작 데이터에 있다. (25mm 직경  PVC 파이프에서 RG-58 로 9 턴)

개인적으로는 명시적 레디얼이 있는(사실상 수직 다이폴) 화분 안테나가 제이폴보다는 낫다고 생각한다. 

 

 

https://ds1orj.tistory.com/143

Flower Pot Antenna (화분 안테나) 제작

 

https://ds1orj.tistory.com/206

Flower Pot 화분 안테나 성능 시뮬레이션

 

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

Half-Wave Flower Pot Antenna – VK2ZOI

 

※ 매그넘 실험 사이트에는 이 자료 말고도 각종 안테나의 실측정 데이터가 많다. 관심이 있다면 다른 자료들도 읽어보는게 좋다.