3 소자 2M 야기 안테나 3 ELE VHF YAGI 4NEC2

3 소자 2M 야기 안테나 3 ELE VHF YAGI  4NEC2

 

이 글에서는 3 소자 야기(정식명칭 야기 우다 Yagi Uda) 안테나의 시뮬레이션과 함께 몇가지 참고사항을 기술한다. 

 

시뮬레이션에 사용된 안테나는 DK3ZB 의 3 소자 50 옴 야기이다. 

https://www.qsl.net/dk7zb/PVC-Yagis/3-Ele-2m.htm

3-El.-2m-Yagi

※ 앞으로도 몇개의 야기를 더 시뮬레이션 할 예정이다.

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야기 안테나에 대해서 몇가지 참고 사항은 아래와 같다. 

 

1. 야기 도면에 나와 있는 수치는 붐(boom 의 재질 및 두께) 과 엘레먼트(재질 및 두께) 가 지정된 것이다.

※ 정확히 재현하려면 해당 붐과 재질을 일치 시켜야 한다.(차이가 많이 나는 재료를 사용하면 설계대로 작동하지 않음)

 

2. 일반적으로(특히 상업용) 야기 안테나의 임피던스는 50 옴이 아닌 경우가 많다.

※ 따라서 감마매치(또는 TLT-급전선로트랜스포머-) 등의 매칭섹션을 사용하여 50옴으로 맞춘다.

경우에 따라 약간의 특성을 희생하고 야기 자체를 처음부터 50옴이 되도록 설계 할 수도 있으며 이 글에서 소개하는 야기도 설계시 특성 임피던스가 50 옴으로 지정된 야기 안테나이다.

 

3. 급전부에 반드시 발룬을 사용해야 한다.  

※ 야기는 다이폴과 같은 밸런스 안테나이다, 급전부에 발룬(초크바룬 또는 1/4스텁)을 반드시 사용해야 한다.

급전선에 CMC 가 발생하면 패턴이 망가지므로 야기를 사용하는 의미가 없어진다. 

 

4. 야기 안테나의 엘레먼트 식별

가장 긴 엘레먼트는 맨 뒤에 있는데, 반사기(Reflector) 라고 한다.  말 그대로 앞쪽으로 반사 시킨다.

급전선이 연결된 엘레먼트는 다이폴 처럼 작동하는데, 방사기(Radiator) 라고 한다.

방사기 전방(전파가 나가는 방향)으로 배치된 엘레먼트는 도파기(Director) 라고 한다. 

보통 엘레먼트의 숫자가 늘어나면(4소자 5소자 6소자 7소자 ... 등등)  앞쪽의 도파기의 갯수만 늘어난다.

일반적으로 반사기가 제일 길고, 전방으로 갈수록 점점 짧아진다. 

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아래서 부터는 위에 소개한 3 소자 야기(해당 사이트에는 4,5,6 소자 등등 다른 안테나도 있다)에 대한 참고사항이다.

 

1. 구하기 쉬운 절연 붐(boom) 사용, 경량(PVC 파이프 또는 목재 사용 가능)

2. 안테나 자체가 50옴 설계 이므로 별도의 매칭이 필요 없음. 

3. 구하기 쉬운 얇은 엘레먼트(3.2mm)에 대한 데이터 제공.

 

이 안테나를 만들때, 특히 반사기의 경우 1m 가 넘어가므로 종종 엘레먼트 길이를 연장해야 하는 경우가 있다.

보통 중앙을 잘라서 연결하는 식으로 나오는데 엘레먼트 중앙은 건드리지 말고 끝부분을 늘리는게 좋다.

아래 그림과 같이 엘레먼트의 전류분포가 중앙에서 최대가 되므로..

중앙 부분(전류 최대점)에 아주 작은 저항이 추가되더라도 성능에 치명적이다. 

끝부분은 전류가 거의 없고 전압만 있으므로 연결부의  접촉 저항은 크게 문제가 되지 않는다. 

 

또한 국내에서는 대부분 수직 편파이므로 야기를 세로로 세워서 운용하게 되는데 아래와 같이 급전하는 것은 별로 좋지 않은 생각이다.  

 

 

아래와 같이 급전부에 초크바룬을 쓰거나, 1/4 파 스텁을 쓰거나 해서 반드시 CMC 를 차단하고

가능한 급전선은 반사기 뒤로 빼내는 것이 좋다.(수평으로 운용할 때는 그냥 아래로 내리면 된다)  

 

 

 

아래는 자유공간에 배치된 상기 3소자 야기 안테나의 특성이다. (시뮬레이션에 사용된 코드는 글 마지막 부분에 첨부된다)

해당 사이트에서  5.2dBd 의 이득을 제시하였고, 시뮬레이션에서는 자유공간에서 7.32dBi 가 계산되었다. 

다이폴 이득 2.15 를 빼면 약 5.2dBd 가 되므로 대략 일치한다. (수정 : 2.12 -> 2.15)

그러나 자유공간은 말 그대로 실현 불가능한 자유공간일 뿐이고.. 

 

자유공간

아래는 지상고 1 미터의 패턴이다. 

지면과의 상호작용으로 패턴이 눌리면서 이득이 더 발생한다. 65도에서 무려 11.5 dbi. (9.3dBd) 

 

지상고 1m

 

지상고 2미터에서는 수직 로브가 갈라지면서 일부가 하늘로 나가지만, 75도에서 12.6 dBi ..  10dBd 가 넘는다.

해외 오엠들이 왜 주로 수평편파로 운용하는지 짐작이 가는 부분이다.  

 

국내 현실을 반영한 수직편파 운용의 시뮬레이션이다. 

지상고 1.5 미터(중심기준, 끝부분은 1미터) 에서 7.19dBi (80도, 5dBd 미만)  수평야기에서와 같은 지상반사 이득은 없는 것으로 보인다.  F/B 도 수평에 비해 별로 좋지 않아 보인다. (F/B Ratio, 전후방비율)

야기 중심 지상고 1.5m (아래부분은  1m)

 

국내 현실을 반영한 수직편파 운용의 시뮬레이션이다.

지상고 2.5 미터(중심기준, 끝부분은 2미터) 에서 8.55dBi (80도,  6.43dBd) 이득은 조금 올라갔다.

 

 

정리하자면, 이득만 놓고 보면 수평이 더 유리하지만 국내에서는 잘 사용하지 않는다. (지면반사로 인한 이득이 생각보다  더 높다. 시뮬레이션이 잘못된게 아니라면 자유공간 대비 +5dB 이상... 평균지면 조건에서.) 

 

 

수평 3소자 야기(엘레먼트 두께 3.2mm) 코드는 아래와 같다. 

CM VHF 3 ELE Yagi DS1ORJ.

CM REF : Reflector (position 0)
CM POS1: Position 1 
CM RAD : Radiator
CM POS2: Position 2
CM DIR : Director
CM DIA : Element diameter
CE

SY	REF=1.049
SY	POS1=0.480
SY	RAD=0.981
SY	POS2=0.850
SY	DIR=0.889
SY	DIA=0.0032/2
SY	high=2

GW	1	5	0	0	high	REF	0	high	DIA
GW	2	21	0	POS1	high	RAD	POS1	high	DIA
GW	3	5	0	POS2	high	DIR	POS2	high	DIA
GE	0

EK
LD	5	0	0	0	3.7665E7
GN	2	0	0	0	13	0.005
EX	0	2	11	0	1	0	0	0
FR	0	1	0	0	145	1
EN

 

수직 3소자 야기(엘레먼트 두께 3.2mm) 코드는 아래와 같다. 

CM VHF 3 ELE Yagi DS1ORJ.

CM REF : Reflector (position 0)
CM POS1: Position 1 
CM RAD : Radiator
CM POS2: Position 2
CM DIR : Director
CM DIA : Element diameter
CE

SY	REF=1.049
SY	POS1=0.480
SY	RAD=0.981
SY	POS2=0.850
SY	DIR=0.889
SY	DIA=0.0032/2
SY	high=2.5

GW	1	5	0	0	high-REF/2	0	0	high+REF/2	DIA
GW	2	21	0	POS1	high-RAD/2	0	POS1	high+RAD/2	DIA
GW	3	5	0	POS2	high-DIR/2	0	POS2	high+DIR/2	DIA
GE	0

EK
LD	5	0	0	0	3.7665E7
GN	2	0	0	0	13	0.005
EX	0	2	11	0	1	0	0	0
FR	0	1	0	0	145	1
EN