안테나 길이에는 간단한 선택 공식이 있다.
※ 엄밀히 말해서 안테나 엘레먼트와 급전점 까지의 길이를 말한다.
다이폴은 두개의 1/4 파장 사이에 급전부가 있다.
1/2 파장 다이폴 이라고 부르지만, 실상은 1/4 파장 안테나가 두개 연결된 것이다.
1/4 파장
적당한 임피던스의 순저항 성분(약 36.5옴)이며 대부분 이 길이를 사용한다.
https://en.wikipedia.org/wiki/Monopole_antenna
다이폴, 1/4 파장 GP 안테나, 일반적인 레디얼 길이 등 대부분의 안테나에 해당.
1/2 파장(그리고 배수, 엔드피드 안테나)
임피던스가 최고로 높은 지점이다. 일반적으로는 사용을 기피한다.
아래는 위에 설명을 그래프로 보인다
AA5TB 오엠의 모노폴 길이에 따른 임피던스 변화 그래프.
https://www.aa5tb.com/efha.html
튜너와 함께 사용하는 랜덤 와이어(롱 와이어) 안테나는 몇가지 이유로 최적인 길이가 있다.
- 1/4 파장 보다 짧아지면 급전 임피던스가 너무 낮아지므로 접지(또는 레디얼) 저항에 의해 방사효율이 떨어진다.
- 1/2 파장(그리고 배수) 에서는 너무 높은 급전 임피던스로 인한 고전압 발생으로 튜너가 파손될 우려가 있다.
※ 1/2 파장의 경우 튜너의 내압에 따라 사용이 가능할 수도 있다. (내압이 충분한 바리콘이 있는 수동 튜너 등)
따라서 가능한 1/4 파장에 가까우면서 1/2 파장 길이는 피해야 하는데 단일 밴드에서는 쉬운 얘기지만 멀티 밴드에서는 계산이 어렵다.
다행이 아래 AB3AP 오엠의 사이트에서 미리 계산된 값을 볼 수 있게 해 놨으나, 아쉽게도 단위가 피트 이다.
※ 참고로 아래 제시되는 권장 길이는 4:1, 9:1 등의 바룬을 같이 사용하는 경우가 아닌 튜너 직결의 예시이다.
https://udel.edu/~mm/ham/randomWire/
Random Wire Antenna Lengths
Random Wire Antenna Lengths A so-called random wire antenna is an end fed antenna. As typically installed, it is a compromise antenna but great for portable use because it is easy to pack and easy to install. One end goes straight into the rig, often with
udel.edu
그래서 해당 사이트에 제공된 매트랩 파일을 미터법으로 수정하여 출력한 결과를 아래 첨부한다. (맨 아래 소스 첨부)
먼저 이해를 돕기 위해 40미터(7메가) 밴드의 플롯이다. (파란색상이 사용을 피해야 하는 길이이다.)
( X 축의 단위는 미터 이다. Y 축은 기본 출력 값이므로 무시한다.)
※ 이것은 튜너가 적절한 접지면에서 시작한다는 가정 하에 값이다. 올바른 접지를 제공하지 않으면 예상대로 작동하지 않는다.
10 미터 길이는 1/4 파장 경계이고 그 아래로는 추천되지 않는다.
20 미터 길이는 1/2 파장, 하이 임피던스 지점이므로 추천되지 않는다.
40 미터 길이는 1/2 파장의 배수, 역시 하이 임피던스 지점이므로 추천되지 않는다.
아래는 자주 사용하는 80, 40 (3.5, 7 메가) 의 경우.
40 미터 이하로 사용할 것이므로 20~35 미터 사이가 적당하다.
80, 40, 15 (3.5, 7, 21메가) 의 경우
길게 쓰고 싶으면 35 미터인데 좁아 보인다. 좌우로 가장 널널한 길이는 30미터 전후.
3 전화급에서 사용가능한 주파수의 경우 80, 40, 15, 12 10, 6
3.5, 7, 21, 24, 28, 50MHz
밴드가 많아지니 예상보다 쓸 수 있는 구간이 작다.
21미터, 23미터, 26미터 그리고 29 와 31 미터 사이.
상기 그래프에서 50 메가를 제외하면..
이것이 좀 더 합리적으로 보인다. 만만한 길이는 32 미터 전후. 길더라도 34 는 넘지 않는게 좋을 것으로 보인다.
시뮬레이션 수치임을 감안하더라도 다수가 사용하는 길이인 35~40 미터 사이는 다소 부적절한 것으로 생각된다.
※ 양호한 접지를 제공하고 급전선의 CMC 를 차단하지 않으면 접지 라인의 길이나 급전선의 길이가 엘레먼트 길이에 영향을 줄 것이며, 주변 환경에 따라 엘레먼트 자체의 임피던스도 다를 것이므로 당연히 길이 조정이 필요할 것이다.
※ 아래는 계산에 사용된 매트랩 코드이다.
요즘 뜨고 있는 GNU Octave 에서도 실행 가능할 것이다(옥타브 에서는 실행 해보지 않음)
실행 명령은 아래와 같고, 40 30 20 15 에는 필요한 밴드를 지정한다.
>> rw([40 30 20 15])
function rw(bands)
freqs = [];
bands = sort(bands);
for i = 1:size(bands,2)
freqs = [freqs ; mapBand(bands(i))];
end
lowest = freqs(size(bands,2));
hold on
grid
for i = 1:size(freqs, 1)
% printf('i = %d: min = %f, max = %f\n', i, freqs(i,1), freqs(i,2))
badLengths(freqs(i, 1), freqs(i, 2), lowest)
end
hold off
end
function minMax = mapBand(band)
switch band
case 160
minMax = [1800 2000];
case 80
minMax = [3500, 4000];
case 60
minMax = [5330.5, 5405];
case 40
minMax = [7000, 7300];
case 30
minMax = [10100, 10150];
case 20
minMax = [14000, 14350];
case 17
minMax = [18068, 18168];
case 15
minMax = [21000, 21450];
case 12
minMax = [24890, 24990];
case 10
minMax = [28000, 29700];
case 6
minMax = [50000, 54000];
otherwise
disp('Unexpected amateur band: ', band, ' m')
minMax = [];
end
end
function badLengths(min_kHz, max_kHz, lowest_kHz)
% 468 ft, 142.65 meter
halfWave_ft = 142.65 / (lowest_kHz * 1e-3); % Max wavelength in band.
qtrWave_ft = halfWave_ft / 2;
% Plot length of zero feet through quarter wave, since antenna
% must (should) be at least 1/4 wavelength long.
qtrX = [0 0 qtrWave_ft qtrWave_ft];
qtrY = [0 1 1 0];
area(qtrX, qtrY);
n = 1;
while 1
% For each min/max frequency delimiting a range, draw a rectangle
% indicating bad, or very high impedance, end-fed wire lengths.
% 468 ft, 142.65 meter
lambda0_ft = n * 142.65 / (max_kHz * 1e-3);
lambda1_ft = n * 142.65 / (min_kHz * 1e-3);
badX = [lambda0_ft lambda0_ft lambda1_ft lambda1_ft];
badY = [0 1 1 0];
area(badX, badY);
n = n + 1;
if lambda1_ft > halfWave_ft
break
end
end
end