다이폴의 멀티밴드 구현에는 트랩을 사용하는 방식과 엘레먼트를 추가하는 Fan Dipole 방식이 있다.
트랩을 사용하는 경우는 해당 주파수에 해당하는 트랩 이후로 엘레먼트가 끊어지므로 방사패턴에 큰 영향이 없다.
팬 다이폴의 경우에는 짝수배 주파수에서는 문제 없이 작동하지만 홀수배 주파수에서는 기본 엘레먼트도 방사를 하므로 패턴이 변경된다. 얼마나 영향이 있는지 4NEC2 시뮬레이션을 통해 알아본다.
팬 다이폴의 예시.
https://www.hamuniverse.com/multidipole.html
MULTI BAND HF FAN DIPOLE ANTENNA DESIGN
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※ 멀티밴드 구현의 또 다른 방식으로 오프센터 피드 OCF 다이폴이 있지만 항상 모든 엘레먼트를 다 사용하므로 여기서는 논외로 한다. (OCF 는 기본적으로 같은 길이의 롱와이어나 엔드피드와 동일한 방사패턴을 갖는다.)
※ 글쓴이는 3.5, 7 과 7, 21 Fan Dipole 을 운용한다.
먼저 2 배수(짝수배) 주파수로 작동하는 3.5 7 메가 듀얼밴드 다이폴의 시뮬레이션이다.
엘레먼트 간격은 15cm 이다.
자유 공간에서 3.5, 7 의 지향성 패턴을 비교하면 거의 동일하고 7 에서 이득이 0.3 dBi 정도 떨어진다.
AGT 에서 0.1 dB 정도의 차이가 있으므로 실제로는 0.2dBi 이하의 차이라고 예상한다.
아래는 1/4 지상고(3.5 기준 20 미터) 에서의 방사 패턴이다.
전형적인 다이폴의 지향성 패턴이다.
이제 문제가 되는 3 배수(홀수배) 주파수로 작동하는 7, 21 메가 듀얼밴드 다이폴의 시뮬레이션이다.
엘레먼트 간격은 15cm 이다.
먼저 자유공간에서 7, 21 각각 구동시 지향성 패턴을 본다.
21 메가는 7 메가의 3차 고조파이므로 7 메가 엘레먼트와 완전히 분리가 안되는 것을 알 수 있다.
평균 지면에서 지상고 10 미터(7메가의 1/4 파장 높이) 를 설정하고 7, 21 메가의 패턴을 본다.
21 메가는 4 방향으로 쪼개져서 나가는 것을 볼 수 있다.
최대 이득이 전후방이 아니고 대각선 4 방향에서 발생하므로 배치에 주의해야 한다. (전방 방향과 3dB 가까이 차이난다)
아래는 비교용 21 메가 모노 다이폴 10 미터 높이에서의 패턴
7, 21 팬 다이폴 보다 0.7 dB 가량 이득이 더 높고 지향성 패턴은 예측 가능한 앞, 뒤 방향으로 향한다.
팬 다이폴에 대해 정리하면
- 복잡한 구조(트랩 등) 없이도 엘레먼트만 추가하면 멀티밴드 다이폴을 실제로 구성 할 수 있다.
- 2 배수(짝수배) 주파수 에서는 엘레먼트간 간섭이 최소화 된다.
- 3 배수(홀수배) 주파수 에서는 엘레먼트간 간섭이 최대화 되어 지향성 패턴이 왜곡된다.
- 만능 안테나는 없다.
※ FAN 다이폴을 홀수배 주파수로 구성시 모노 다이폴과 동일하게 작동한다는 생각은 오산이다.
※ 이 글의 내용을 인용할 생각이라면 반드시 출처를 밝히기 바란다.