>> 3월. 밸런(1)
보충편은, 게재했던 원고에서 지면관계상 언급하지 못한 점, 좀더 필요한 내용과 실제로 설명하기위해 필요한 자료, 도표 그리고 제작 시 도움이 필요한 내용을 칼지 원고의 순서로 게재하려한다.
3월의 글은 밸런(1)으로 평형과 불평형으로 시작하여 불평형 전류의 정의, 밸런의 원리, 밸런의 적용이었다.
원천적인 질문으로 밸런을 붙여야 할지 말지는 전적으로 본인의 결정이다. 결정 이전에 한번쯤은 사용해볼 것을 권장한다. 또 사용해보려 할 때 어떤 밸런을 선택할지, 또 어떤 메이커를 구매해서 사용할지, 자작해서 사용할지를 결정할 때 도움을 주고자 하여 밸런의 설명을 시작하게 된 동기이다.
1) 불평형, 평형
평형과 불평형은 평소 신호 체계에서 알고는 있었지만 너무 쉽게, 또는 무관심하게 생각했던 부분이다. 사실 쉽게도, 또 어렵게도 보인다. 그러나 막상 표현하려면 막연하여, 생각 해 볼 여지가 있는 내용이다.
두 가닥의 선중 접지를 신호선에 직접 사용한다면 이는 불평형계의 신호전달 방법이다. 이 때 접지는 쉴드(망상의 그물로 된 선)선으로 공용하여 사용하기도 한다. 또 달리 두 가닥의 선을 접지와 연결하지 않고 신호선이 한 가닥은 가고 또 한 가닥은 갔다 오는 선으로 되어 있다면 이는 평형계이다. 두 가닥 선을 쉴드선으로 싸인 형태로 사용하기도 하고 그냥 꼬아서 쓰기도 한다. 원고에서 언급했던 레헤르선(Lecher wire/사전에서 찾으면 “호색가”로 나온다. 그러나 백과사전에는 제대로 설명 되어있다)이 바로 평형계이고 밸런의 원조가 아닌가 하고 필자는 생각한다. 반면 우리가 사용하는 대부분의 코악셜케이블선(Coaxial cable)은 불평형선이다. 반면 안테나는 평형이 아닌 경우는 거의 없어 논할 것이 없다.
이제 이해가 되었을 줄 안다. 코악셜케이블과 안테나를 연결하면 불평형 전송선과 평형의 안테나가 연결된 것이다. 결론적으로 밸런의 설명에서 평형, 불평형이 나오는 건 우리의 무전기의 출력과 전송선과 안테나의 연결을 설명한 것이다.
2) 불평형 전류의 원인
밸런의 역할을 설명하는데 가장 중요한 사항은 불평형 전류가 발생하는 원인이다. 안테나가 좋으면 불평형 전류가 안 생기는가? 안테나 종류가 다르면 안 생기기도 하는가? 결론은 ”다 발생한다”. 송신기 출력의 형태가 불평형이고, 불평형 전송선인 Coaxial cable을 사용한다면 “다 발생한다”. 불평형 전류의 발생 원인이 표피효과라고 했다. 이 이론은 필자의 생각으로 ARRL의 안테나핸드북(19th Edition)에서 보면, 물론 논문의 원본을 확인 못했지만 1980년대에 B. A. Eggers의 제안으로 시작하여 Jerry Sevick(W2FMI)의 인용, 실험으로 공인된 이론이 아닌가 한다. 표피효과 이론은 밸런을 하면 불평형 전류가 감소하고, 발생하던 악영향들이 사라지고, 또 전송선 외피(쉴드선)에 트랩을 설치한 분기도체형 밸런의 구조,원리를 보아도 충분히 설명이 된다.
표피효과로 발생하는 전류는 무한정하게 흐르는 것은 아니다. 전송선의 제작시 충분한 고려를 하고 있고, 좋은 재료를 사용하여 표피(효과)두께를 줄여 생산 공급된다. 그러나 그럼에도 불구하고 안타깝게 발생한다. 동축전송선(Coaxial cable)의 불평형이 만든 숙명(?)이다.
3) 밸런의 원리. 형태, 응용
앞의 설명처럼 표피효과로 발생하는 불평형 전류의 누설이 접지 임피던스를 통하여 지면으로 흐르면서 그때 전송선 쉴드피복의 바깥쪽이 안테나 역할을 하면서 이미 언급했던 것처럼 많은 악영향들이 발생한다. 밸런은 이 불평형 누설전류를 차단하는 역할을 한다. 이 기능 때문에 밸런의 역할을 격리작용(Isolation)이라고 하기도 한다. 즉 밸런을 중간에 삽입하므로 안테나와 전송선이 분리, 격리된 것처럼 작동한다. 즉 전송선을 통하여 흐르는 고주파전류는 누설 없이 안테나로 만 흐른다. 이것이 밸런의 역할이다. 그럼 왜 이런 역할을 할 수 있느냐의 설명이 밸런의 원리이다. 밸런의 원리는 Guanella의 잡지 기고의 내용에서 시작되는데, 칼지의 원고를 참조하시고, 이 보충편에서는 중복 설명은 피하고 부족한 부분을 보충 설명하도록 하자.
첫 번째로 일반트랜스와의 차이를 알아보자. 우리가 알고 있는 일반트랜스는 자성체인 코아를 통하여 1차에 가해진 전압에 의해 발생한 전류에 의해, 코아에 자속이 발생하고, 상호인덕턴스의 유도작용으로 자속이 2차코일로 흘러, 이 자속이 2차코일에 2차전류를 발생 이전류가 2차 전압으로 나타난다. 심플한 트랜스의 원리이다. 여기서 사용하는 일반 가정에서의 전기는 상용주파수(60헬즈)이며 이는 아주 낮은 주파수에 해당한다. 반면 밸런은 초기에는 코아가 없는 형태이며, 단순히 코일 두 가닥이 딱 붙어있는 형태로 1차코일의 전류에 의한 자속이 상호 인덕턴스에 의한 유도 작용으로 2차 코일에 전류가 유기되는 원리이다. 여기서의 전기는 앞에서의 일반 상용전기와는 다른 고주파전류임을 상기하면 이해가 더 쉽게 된다.
- Jerry Sevick의 논문에는 “....아직도 이와 같은 차이를 부정하는 사람도 있다...”라는 구절도 있다.
두 번째는 초기의 밸런과 지금의 밸런의 차이와 어떤 형태의 밸런이 정통성을 갖는 밸런이냐 하는 문제이다. 초기의 Guanella 밸런은 보빈에 절연을 위하여, 속과 겉의 동일한 위치에 등간격으로 같은 길이로 감아 사용하였다. 그러다 코아의 발달로, 고주파에 사용할 수 있는 수준의 재료가 등장하면서 요즈음의 막대형, 토로이덜형이 출현하고, 이른바 전압형이라 하는 Ruthroff의 임피던스 매칭을 위한 형태도 개발되었다. 여기서 Guanella형을 전류형이라 하고 Ruthroff형을 전압형이라 하는 것은 동작할 때 작동되는 소스(Source)원을 일컬어 붙인 분류명칭이다. 또 전류형은 주로 표피효과에 의한 고주파 누설전류의 접지 임피던스로의 유출을 막는데 사용하고, 전압형은 임피던스가 다를 때 임피던스 매칭을 위해 사용된다. 감는 모양은 일반트랜스 감듯이 회수를 위주로 대충 감는게 아니라, 적어도 오리지널 밸런의 형태로, 소요 코일가닥을 간격 없이 감는게 아니라 일정 간격을 띄워 감는게 맞다.
결론으로 다음 제작편에서 많이 보이겠지만 응용은 실로 다양하다. 임피던스가 다를 때, 고주파 누설전류를 방지할 때, 임피던스도 다르고 고주파 누설전류 방지를 원할 때 등이다. 아마추어무선이 옛날, 경제적으로 어렵고, 재료 구하기도 어렵고, 기술적인 자료도 없었던 시절이 아닌, 요즈음 눈부신 발전으로 통신기기들이 좋아 졌지만 전파의 질은 별로 나아진 게 없다. 조금만 더 관심을 갖고 알아보고, 만들어 전파의 질을 향상 시켜보자. 밸런을 부착할 것인가, 말 것인가의 문제는 이제 선택의 문제가 아닌 듯 하다. 확실히 붙여 양질의 전파로 운용 하는 것 이 좋을 듯하다. 더불어 어렵지도, 비싸지도 않는 밸런의 사용을 적극 권장한다.
-다음 밸런(2)의 글은 밸런의 실제 제작을 위한 자료, 사진, 메이커제 분석등을 다루도록 하겠다.
보충편은, 게재했던 원고에서 지면관계상 언급하지 못한 점, 좀더 필요한 내용과 실제로 설명하기위해 필요한 자료, 도표 그리고 제작 시 도움이 필요한 내용을 칼지 원고의 순서로 게재하려한다.
3월의 글은 밸런(1)으로 평형과 불평형으로 시작하여 불평형 전류의 정의, 밸런의 원리, 밸런의 적용이었다.
원천적인 질문으로 밸런을 붙여야 할지 말지는 전적으로 본인의 결정이다. 결정 이전에 한번쯤은 사용해볼 것을 권장한다. 또 사용해보려 할 때 어떤 밸런을 선택할지, 또 어떤 메이커를 구매해서 사용할지, 자작해서 사용할지를 결정할 때 도움을 주고자 하여 밸런의 설명을 시작하게 된 동기이다.
1) 불평형, 평형
평형과 불평형은 평소 신호 체계에서 알고는 있었지만 너무 쉽게, 또는 무관심하게 생각했던 부분이다. 사실 쉽게도, 또 어렵게도 보인다. 그러나 막상 표현하려면 막연하여, 생각 해 볼 여지가 있는 내용이다.
두 가닥의 선중 접지를 신호선에 직접 사용한다면 이는 불평형계의 신호전달 방법이다. 이 때 접지는 쉴드(망상의 그물로 된 선)선으로 공용하여 사용하기도 한다. 또 달리 두 가닥의 선을 접지와 연결하지 않고 신호선이 한 가닥은 가고 또 한 가닥은 갔다 오는 선으로 되어 있다면 이는 평형계이다. 두 가닥 선을 쉴드선으로 싸인 형태로 사용하기도 하고 그냥 꼬아서 쓰기도 한다. 원고에서 언급했던 레헤르선(Lecher wire/사전에서 찾으면 “호색가”로 나온다. 그러나 백과사전에는 제대로 설명 되어있다)이 바로 평형계이고 밸런의 원조가 아닌가 하고 필자는 생각한다. 반면 우리가 사용하는 대부분의 코악셜케이블선(Coaxial cable)은 불평형선이다. 반면 안테나는 평형이 아닌 경우는 거의 없어 논할 것이 없다.
이제 이해가 되었을 줄 안다. 코악셜케이블과 안테나를 연결하면 불평형 전송선과 평형의 안테나가 연결된 것이다. 결론적으로 밸런의 설명에서 평형, 불평형이 나오는 건 우리의 무전기의 출력과 전송선과 안테나의 연결을 설명한 것이다.
2) 불평형 전류의 원인
밸런의 역할을 설명하는데 가장 중요한 사항은 불평형 전류가 발생하는 원인이다. 안테나가 좋으면 불평형 전류가 안 생기는가? 안테나 종류가 다르면 안 생기기도 하는가? 결론은 ”다 발생한다”. 송신기 출력의 형태가 불평형이고, 불평형 전송선인 Coaxial cable을 사용한다면 “다 발생한다”. 불평형 전류의 발생 원인이 표피효과라고 했다. 이 이론은 필자의 생각으로 ARRL의 안테나핸드북(19th Edition)에서 보면, 물론 논문의 원본을 확인 못했지만 1980년대에 B. A. Eggers의 제안으로 시작하여 Jerry Sevick(W2FMI)의 인용, 실험으로 공인된 이론이 아닌가 한다. 표피효과 이론은 밸런을 하면 불평형 전류가 감소하고, 발생하던 악영향들이 사라지고, 또 전송선 외피(쉴드선)에 트랩을 설치한 분기도체형 밸런의 구조,원리를 보아도 충분히 설명이 된다.
표피효과로 발생하는 전류는 무한정하게 흐르는 것은 아니다. 전송선의 제작시 충분한 고려를 하고 있고, 좋은 재료를 사용하여 표피(효과)두께를 줄여 생산 공급된다. 그러나 그럼에도 불구하고 안타깝게 발생한다. 동축전송선(Coaxial cable)의 불평형이 만든 숙명(?)이다.
3) 밸런의 원리. 형태, 응용
앞의 설명처럼 표피효과로 발생하는 불평형 전류의 누설이 접지 임피던스를 통하여 지면으로 흐르면서 그때 전송선 쉴드피복의 바깥쪽이 안테나 역할을 하면서 이미 언급했던 것처럼 많은 악영향들이 발생한다. 밸런은 이 불평형 누설전류를 차단하는 역할을 한다. 이 기능 때문에 밸런의 역할을 격리작용(Isolation)이라고 하기도 한다. 즉 밸런을 중간에 삽입하므로 안테나와 전송선이 분리, 격리된 것처럼 작동한다. 즉 전송선을 통하여 흐르는 고주파전류는 누설 없이 안테나로 만 흐른다. 이것이 밸런의 역할이다. 그럼 왜 이런 역할을 할 수 있느냐의 설명이 밸런의 원리이다. 밸런의 원리는 Guanella의 잡지 기고의 내용에서 시작되는데, 칼지의 원고를 참조하시고, 이 보충편에서는 중복 설명은 피하고 부족한 부분을 보충 설명하도록 하자.
첫 번째로 일반트랜스와의 차이를 알아보자. 우리가 알고 있는 일반트랜스는 자성체인 코아를 통하여 1차에 가해진 전압에 의해 발생한 전류에 의해, 코아에 자속이 발생하고, 상호인덕턴스의 유도작용으로 자속이 2차코일로 흘러, 이 자속이 2차코일에 2차전류를 발생 이전류가 2차 전압으로 나타난다. 심플한 트랜스의 원리이다. 여기서 사용하는 일반 가정에서의 전기는 상용주파수(60헬즈)이며 이는 아주 낮은 주파수에 해당한다. 반면 밸런은 초기에는 코아가 없는 형태이며, 단순히 코일 두 가닥이 딱 붙어있는 형태로 1차코일의 전류에 의한 자속이 상호 인덕턴스에 의한 유도 작용으로 2차 코일에 전류가 유기되는 원리이다. 여기서의 전기는 앞에서의 일반 상용전기와는 다른 고주파전류임을 상기하면 이해가 더 쉽게 된다.
- Jerry Sevick의 논문에는 “....아직도 이와 같은 차이를 부정하는 사람도 있다...”라는 구절도 있다.
두 번째는 초기의 밸런과 지금의 밸런의 차이와 어떤 형태의 밸런이 정통성을 갖는 밸런이냐 하는 문제이다. 초기의 Guanella 밸런은 보빈에 절연을 위하여, 속과 겉의 동일한 위치에 등간격으로 같은 길이로 감아 사용하였다. 그러다 코아의 발달로, 고주파에 사용할 수 있는 수준의 재료가 등장하면서 요즈음의 막대형, 토로이덜형이 출현하고, 이른바 전압형이라 하는 Ruthroff의 임피던스 매칭을 위한 형태도 개발되었다. 여기서 Guanella형을 전류형이라 하고 Ruthroff형을 전압형이라 하는 것은 동작할 때 작동되는 소스(Source)원을 일컬어 붙인 분류명칭이다. 또 전류형은 주로 표피효과에 의한 고주파 누설전류의 접지 임피던스로의 유출을 막는데 사용하고, 전압형은 임피던스가 다를 때 임피던스 매칭을 위해 사용된다. 감는 모양은 일반트랜스 감듯이 회수를 위주로 대충 감는게 아니라, 적어도 오리지널 밸런의 형태로, 소요 코일가닥을 간격 없이 감는게 아니라 일정 간격을 띄워 감는게 맞다.
결론으로 다음 제작편에서 많이 보이겠지만 응용은 실로 다양하다. 임피던스가 다를 때, 고주파 누설전류를 방지할 때, 임피던스도 다르고 고주파 누설전류 방지를 원할 때 등이다. 아마추어무선이 옛날, 경제적으로 어렵고, 재료 구하기도 어렵고, 기술적인 자료도 없었던 시절이 아닌, 요즈음 눈부신 발전으로 통신기기들이 좋아 졌지만 전파의 질은 별로 나아진 게 없다. 조금만 더 관심을 갖고 알아보고, 만들어 전파의 질을 향상 시켜보자. 밸런을 부착할 것인가, 말 것인가의 문제는 이제 선택의 문제가 아닌 듯 하다. 확실히 붙여 양질의 전파로 운용 하는 것 이 좋을 듯하다. 더불어 어렵지도, 비싸지도 않는 밸런의 사용을 적극 권장한다.
-다음 밸런(2)의 글은 밸런의 실제 제작을 위한 자료, 사진, 메이커제 분석등을 다루도록 하겠다.
밸런에 대해 정확하게 이해하고 사용하는 계기가 되었으면 합니다.
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