글쓴이는 OCF 다이폴(7 메가 OCF, 14, 21, 28 운용가능)을 운용했을 때 심각한 CMC 상황에 직면한 경험이 있다.
급전부의 바룬(1:4 + 초크바룬)으로는 해결 할 수 없었고 샤크룸 인입전의 초크바룬 추가로 간신히 FT8 운용 PC 의 다운 현상을 막을 수 있었다.
이 글에서는 왜 그런 현상이 발생했는지 4NEC2 의 시뮬레이션을 통해 분석해 본다.
https://ds1orj.tistory.com/139
OCFD 용 FT240-43 4:1 발룬
설명 편의상 존칭은 생략합니다. 4:1 발룬은 상당히 다양한 종류가 있는데 가장 많이 사용된다고 생각되는 것은 아래 DJ0IP 오엠이 올린 자료에 나와 있다. (DJ0IP 사이트에는 이외에도 훌륭한 자료
ds1orj.tistory.com
OCF 에 대한 광범위한 CMC 실험은 DJ0IP 오엠의 사이트에서 볼 수 있다.
https://www.dj0ip.de/off-center-fed-dipole/
Ham Radio Site - [Off-Center Fed Dipole]
Off-Center-Fed Dipole, OCFD, Windom,
www.dj0ip.de
또한 작동에 대한 이론적 배경은 ON4AA 오엠의 사이트에서 잘 정리해 두었다.
https://hamwaves.com/cl-ocfd/en/
Multiband HF Center‑Loaded Off‑Center‑Fed Dipoles
Multiband HF Center‑Loaded Off‑Center‑Fed Dipoles Serge Stroobandt, ON4AA Home Antenna Designs CL-OCFDs ON4AA’s CL-OCFD with 80, 40, 30, 20, 15 & 10 m coverage. The capacitor C shortens the dipole for 80 m (actually 75 m) band resonance, wher
hamwaves.com
OCF 의 유리한 점은 엔드피드 안테나처럼 높은 임피던스를 사용하지 않기 때문에 바룬의 손실을 거의 무시할 수 있는 수준까지 낮출 수 있고, 덕분에 높은 주파수(50MHz 까지)에서도 낮은 손실의 바룬을 만들 수 있다. ( 1Kw 까지도 사용 할 수 있는 광대역 4:1 바룬이 판매된다.)
하지만 이 안테나를 다이폴처럼 생각하고 운용하면 CMC 로 인한 부작용으로 인해 정상 운용이 어렵다.
왜 그런지 아래부터 시뮬레이션을 본다.
https://ds1orj.tistory.com/133
CMC 의 이해(1)
이 글에서는 CMC(Common Mode Current : 공통모드전류) 에 대한 개념에 대해 설명합니다. 이해를 돕기 위해 자유공간에 배치된 파장의 1/2 길이의 다이폴 안테나 환경을 가정합니다. 편의상 존칭은 생략
ds1orj.tistory.com
1. 1/4 파장 무접지 급전선(CMC 최대 조건)
1/4 파장 무접지 급전선은 중앙급전 다이폴에서 최대 CMC 가 발생한다.
물론 이런 경우를 막기 위해 바룬을 사용하게 된다.
일반적인 1K 리액턴스 바룬을 추가하면 CMC 방사가 사라진다.
그러나 동일한 상황에서 오프센터 피드를 보면..
20:80 급전선 외피가 짧은 측에 붙은 경우.. 극심한 CMC
아래는 80:20, 급전선 외피가 긴 측에 붙은 경우 CMC 가 다소 경감 되지만
어느쪽으로 붙든 CMC 가 흐른다. 심각한 전류 불균형.
따라서 다이폴과 동일한 방법(동일한 수준의 바룬성능)으로는 CMC 를 막을 수가 없다.
이 안테나를 다이폴 처럼 쉽게 생각하면 망한다.
제 성능을 낼 수 없을 뿐더러 CMC 로 인한 RFI 에 시달리게 된다.
※ 참고로 이 작동 방식은 일반적인 랜덤 와이어와 비슷하고, 랜덤 와이어 역시 CMC 로 인한 RFI 가 발생할 수 밖에 없다.
2. 1/4 파장 접지 급전선(CMC 최소 조건)
중앙 급전 다이폴에서는 1/4 홀수배에서 급전선을 접지시키면 CM 임피던스를 높일 수 있으므로 CMC 를 차단한다.
아래는 1/4 홀수배에서 접지가 된 경우를 상정한다.(이 경우 중앙급전 다이폴은 바룬이 없어도 될 정도로 CMC 가 차단된다.)
그러나 OCF 에서는 이마저도 확실한 효과가 없어 보인다.
다이폴의 경우에는 급전선에 바룬을 사용하면 급전선 길이나 접지 여부에 상관없이 거의 모든 경우에서 CMC 를 억압하는데 효과가 있지만 OCF 는 바룬의 효과를 보기 어렵다.
3. 1/2 파장 접지 급전선(CMC 최악 조건)
아래는 20 미터 급전선 (1/2 파장) 을 사용하고 끝이 접지된 상황을 가정한다.
다이폴에서는 이 상황에서 상당한 CMC 가 발생한다.
물론 여기서도 바룬을 사용하면 CMC 문제는 해결된다.
그러나 OCF 에서는 이것도 소용이 없다. 심각한 전류 불균형
1/4 파장 지점에 바룬을 추가하면 어떻게 될까.
오히려 악화 될 수도 있고..
또는 별반 효과가 없다.
4. 1/2 파장 무접지 급전선(CMC 최소 조건)
1/2 파장 길이 급전선을 사용하고 무접지(이론상으로만 가능)로 급전하면 CMC 는 최소가 된다.
아래 상황.
OCF 에서는 이것도 소용이 없다.
1K 바룬을 추가하면 어떻게 될까.
오히려 더 악화가 된다.
5. 1/2 파장 접지 급전선(CMC 최악 조건) 에서 하이 임피던스 초크의 사용
1K 부터 10K 까지 증가시키며 CMC 감소를 본다.
약 3K 이상부터 상당히 감소하는 경향이 보인다.
5K 에서는 매우 좋고 10K 정도면 완벽한 수준.
G3TXQ 의 자료에서 FT 240-43 코어에 RG58 17턴을 감으면 약 4K 를 제공하므로 이 값은 실현 가능한 범위에 있다.
(단, 이 값은 주파수는 물론이고 감는 방식, 권선 간격, 케이블의 특성, 코어의 특성, 심지어 바룬 케이스의 종류에 따라서도 달라지므로 반드시 재현되는 값이라고 보기는 어렵다.)
http://www.karinya.net/g3txq/chokes/
Common-mode chokes
Amateur Radio (G3TXQ) - Common-mode chokes The following chart presents the results of impedance measurements made on a variety of common-mode choke implementations across the frequency range 1MHz to 30MHz. Amateur frequency allocations are indicated appro
www.karinya.net
단, 3K 이상의 초크 바룬을 사용하더라도 "1/2 파 길이 무접지" 상황이 되면 초크바룬의 위치가 전류 최소점(임피던스 최대, 전압 최대점) 이 되므로 효과가 경감된다. (그렇다 하더라도 없는 것보다 낫다)
고임피던스 바룬은 특별한 경우이므로 저임피던스 바룬을 여러개 넣으면 효과가 있지 않을까..
6. 1/2 파장 접지 급전선(CMC 최악 조건) 여러개의 초크 바룬 사용
분명한 것은 모든 상황에서 급전부의 초크 임피던스를 높이면 CMC 를 줄이는데 도움이 된다는 것이다.
일반적인 1K 임피던스 바룬으로 가정하고 여러개를 연속 배치하면 어떻게 될까.
조금 바보같은 짓 같지만 갯수를 늘리면 효과가 있다.
위와 동일하게 3K 이상이면 상당한 효과를 보고 5K 정도면 매우 좋다.
7. 밴드별 변화 - 1/2 파장 접지 급전선(CMC 최악 조건)
급전부에 3K 초크바룬을 배치하고 주파수별 변화를 보인다.
28MHz 에서는 악화가 되는데 급전부 위치가 전압 최대점(하이 임피던스 지점)으로 이동하면서 악화된다.
(만능 안테나는 없다. )
여기까지 정리하자면..
1. 중앙 급전 다이폴은 바룬을 추가하면 거의 모든 상황에서 CMC 가 제거되고 제 성능을 낸다.
2. 오프센터피드에서는 초킹 임피던스가 낮은 바룬(1K 부근)으로는 효과를 보기 어렵다.
3. 성능이 양호한 초크 바룬(최소 3K 이상)을 사용하면 효과를 본다.(사실상 모든 경우에 효과를 보는 유일한 옵션)
4. 급전선 중간에 초크를 배치하는 것은 적절한 위치가 아니면 별 효과가 없으며 역효과의 가능성도 있다.
※ 멀티밴드로 운용시에는 더 다양한 변수가 작용한다.
P.S 이 시뮬레이션은 진행중이며 내용이 추가될 수 있다.