맹그러 (Maker)

지난번 글(3년이 지남)에서 제작한 캔테나는 결론적으로 효과가 없었다. => ttegy.tistory.com/32?category=595470

사실 그동안 회사도 그만 두고 새로운 일을 하게 되어 시간도 많이 생겨서 지난번 제작 이후 여러 가지를 해 보았네요.

그동안 작업실 근처에 iptime 공유기를 비번 없이 Wifi를 고맙게도 무료로 사용하였고 그 출처가 어딘지 관심이 없다가 최근 내가 설정을 잘못 건드리는 바람에 소스가 되는 공유기에 접근하게 되었고 이걸 내 공유기의 설정인지 잘못 오인해서 비번을 설정해버려 그쪽도 인터넷이 안 되는 중대 실수를 하게 되었다. 그 바람에 공유된 곳이 어딘지도 알게 되고 결국은 비번 설정 및 차단까지 당하게 되어 이젠 사용을 못하게 되었네요. ㅠㅠ (그동안 무료로 잘 사용했습니다. 소심해서 직접은 못하고 이렇게 블로그를 통해 감사표의를 합니다.)

이젠 정말 약 100미터 떨어진 집에서 무선으로 끌어와 사용하는 수 밖에 없었다. 그러면서 여러 가지 Wifi 안테나를 만들어보고 테스트한 결과를 부족하나마 공유하게 되었다. 결과부터 말하자면 SkyLife 위성접시 안테나를 개조한 방식으로 다소 부족하지만 (속도나 데이터양 부분에서) 인터넷을 사용하게 되었다.

* 첫 번째 Bi Quad 안테나 제작

비교적 구조가 간단해 만들기가 쉬우면서 지향성 효과는 가장 극대화 할 수 있는 안테나입니다.. 아래는 실제 만들어 본 사진과 도면입니다.. 집안이나 실내에서 와이파이 안테나를 대체하면 수신율이 훨씬 향상되는 것을 볼 수 있다.

https://www.changpuak.ch/electronics/bi_quad_antenna_designer.php

* 시뮬레이션 해볼 수 있는 곳인데, 현재 만들어진 도면과는 약간 상이한 부분이 있네요.

-B (가로) x H (세로) 길이를 원형 사이즈로 동일하게 입력합니다..

-D 는 금속판과 안테나 전극 사이의 간격을 뜻 합니다.

- 안테나 전극의 두께와 케이블 길이까지 파라미터에 포함됨

* 실제로 해보니 주파수 외에 다른 부분은 조절할 수가 없네요.

* 두 번째 Yagi 안테나 제작

가장 많이 본 안테나로 형태는 옛날 공중파 TV용으로 집집마다 지붕이나 옥상에 달려있던, 우리에게 가장 익숙한 형태의 안테나일 것으로 생각됩니다.

https://www.changpuak.ch/electronics/yagi_uda_antenna.php

* 시뮬에이션 해 볼 수 있는 곳인데, Boom의 길이가 도파기의 숫자 변화에 따라 변동되지 않아 조금은 신뢰가 가질 않네요.

- Boom : 위 그림에서 Arm 부분을 말함 (계산기에서 도파기 숫자가 달라지면 당연히 이 부분의 길이도 변해야 되는데 안됨)

- Elements : 도파기를 말함, 개수가 늘어나면 이득이 커짐.

- Boom의 직경 : 실 제작은 비 전도성 재질(나무)로 사용되었기에 "0"을 대입해야 하나, 0.25mm 이하는 입력이 안됨.

* 계산 값이 신뢰가 가지 않아 위 도면의 공식으로 계산을 함.

* 파장 (λ) = 위상 속도(v) / 주파수(f)

 => 2.4 GHz의 파장은 12Cm, 5 GHz의 파장은 6Cm로 얻어짐

* 리액턴스 성분 보상을 위해 1.03~1.08 사이 값 상수를 적용함.

 => 12Cm * 1.04 = 12.48 (12.5Cm 적용)

* λ/2 = 6.24 Cm, λ/4 = 3.1 Cm

* 세 번째 Disc Yagi 안테나 제작

최근 다른 나라 유튜버들이 많이들 제작하는 안테나인데, Yagi 안테나의 변형으로 이런 모양 외에도 PCB 동박을 이용한 방식도 있고, 재질과 모양이 다양한 안테나에 한 종류이다.

시뮬레이션이나 온라인 계산기는 검색해보면 좀 나오지만 너무 어렵다. 그래서 유튜버가 소개하는 Wifi Gun 도면을 캡처해 봤고 실제로 이 치수를 참고하여 제작해 보았다. 대부분은 전산 볼트와 너트를 사용했으나 난 가지고 있는 금속 재질의 PCB 서포트가 길이별로 다양하게 있어서 이것으로 해 봤다. 그리고 "커피에 반하다" 컵으로 케이스를 만들어 봤는데 캔테나에 넣어서 제작한 유튜버도 있네요.

* 네 번째 Helix 안테나 제작

일명 헤리컬(나사선) 안테나라고도 불리고 지향성 안테나이기는 하지만 비교적 방향에 민감하지 않고 그래서 정밀하게 제작되지 않아도 어느 정도는 효과를 쉽게 볼 수 있는 안테나입니다.

온라인 계산기도 이득과 치수가 어느 정도 맞는 것 같습니다. 사용 주파수와 코일 Turn 수만 입력하면 나머지 파장, 이득, 안테나 임피던스 등 자동 계산되어 나오는데 코일 굵기에 대한 정보는 생략이 된 것을 보면 이 계산도 오차는 있을 것으로 예측이 되나 특이한 점은 안테나 임피던스가 대략 예측이 된다는 것이 좋네요. 그러면 입력단 또는 케이블 선정 시 참고가 될 것 같고 또 임피던스 매칭이 되어야 좋은 효과를 얻을 수 있을 것입니다.

* 다섯 번째 Parabolic 안테나 제작

일명 접시 안테나, 이 안테나도 여러 가지 소재를 이용해서 만드는데 원리는 첫 번째 사진처럼 굴곡진 반사판에 의해 집중되는 곳이 있고, 여기에 전파가 모여 지향성 안테나이면서 방향에 따른 수신율 저하를 최대한 극복한 안테나이다.

집에서 사용하다가 안 쓰게 된 스카이라이프 위성안테나를 이용했고 LNB 부분에는 내부 회로물을 제거하고 맨 처음 제작한 Bi Quad 안테나를 부착했다. LNB 부분에 이 안테나 말고 헤리컬 또는 캔테나 등 다양한 안테나를 부착할 수 있는데 Bi Quad 안테나를 부착한 이유는 케이블과 커넥터를 거치면서 발생하는 임피던스가 그나마 다른 것들과 비교해서 낮게 형성되는 것으로 보여서 매칭을 하기가 수월했다. 하단에 검은색은 Disc Yagi 안테나를 병렬로 연결했다. 이 부분을 사용하지 않고 단독으로 했을 때와 비교했을 때 아마도 임피던스 매칭 때문인지 병렬로 같이 사용했을 때 좀 더 효과가 좋았다. 달리 임피던스를 측정할 도구가 없기에 이 부분은 여러 번에 테스트를 통해 결정하게 되었다.

 세 번째 사진은 주방 쪽 베란다에 공유기를 설치한 모습이다. 바로 밖으로 안테나선을 내보내서 두 번째 사진처럼 안테나와 연결하기 위해 어쩔 수 없는 선택이었고 여기서 유선으로 연결해 큰 아이방으로 창문을 넘어 들어갔다.

 네 번째 사진은 베란다 창문을 통해 보이는 전경인데 붉은색 네모가 약 100M 떨어진 내 작업실의 위치이다. 바로 저기까지 무선 신호를 보내야 하는데 중간에 정원수가 가려 약간의 전송손실이 있고 또 전력선이 지나가면서 각도상 절묘하게 방해를 하고 있다.

* 여섯 번째 그 외 제작해본 다른 모양들

위에서부터 여러 가지 안테나를 만들어보고 효과가 기대만큼 아니 이게 안테나가 맞나? 싶을 정도로 효과를 못 느낀 것도 있고 어떤 것은 일시적으로 잘 된 것도 있었으나 뚜렷하게 100M 거리를 뛰어넘어 집에 있는 와이파이를 잡을 수 없어던 이유 때문에 변형도 해봤고 또 두 가지를 조합해보기도 해 봤으나 모두 큰 효과를 보지는 못 했다.

 첫 번째 사진은 파라볼릭 안테나의 변형이고 이 안테나의 효과는 사실 시험해보지 못했다. 작업실 창문에 모두 선팅을 해 놓은 터라  외부 전파 수신이 잘 되지 않는다. 창문 밖에 설치해서 시험을 해봐야 하는데 그러질 못 했다. 최종 방법은 Parabolic + Bi Quad와 Disc Yagi 이런 조합으로 성공은 했다.

위에서 두 번째 사진은 작업실에서 공유기를 창문밖에 내놓고 수신을 하게 되었고 지금 이렇게 속도는 조금 느리지만 사용을 할 수 있게 되었다. 작업실에도 집에서와 동일한 접시 안테나를 사용하면 만족할 만한 수신율을 얻을 수 있을 듯하는데 위성 안테나를 구하기가 어렵네요.

 세 번째, 네 번째 사진은 조합 또는 변형을 해 보았는데 이것도 큰 효과는 못 봤다. 거리가 멀지 않은 실내나 지향성 효과를 보고자 하는 것이라면 효과가 어느 정도 있는 듯하다.

* 지금까지 제작 시험 결론

현재 속도는 공유기 설정에서 멀티 브릿지로 연결해 사용 중이고 이 정도면 유튜브 시청, 인터넷 검색, 인터넷 뱅킹 정도는 무난히 사용된다. 단지 큰 파일 다운로드는 좀 어렵다. 아마도 과거 PSTN 모뎀을 사용하던 시기 14,400 bps 속도 정도라고 하면 나와 비슷한 연배는 느낌적인 느낌 알 듯도 싶다.

 위에서 여러 가지 안테나를 제작해봤지만 모든 안테나의 이론적인 특성을 다 파악하고 세밀한 계산과 수치에 의해서 만들지는 못 했다. 아마도 그래서 큰 효과를 보지 못한 이유이기도 할 것이다. 실패했던 이유를 곰곰이 생각해보고 추측한 내용을 아래 몇 가지 짚어보고 마무리하고자 한다.

(실패 이유 추측)

1) 안테나 임피던스 : 임피던스 매칭은 전달 에너지의 전달률과 상관이 있는데 예측되지 않은 임피던스가 때로는 이상현상을 유발한다. 어떤 것은 2 개 붙였을 때 수신이 좋아지기도 하고 어떤 것은 오히려 더 나빠지기도 한다.

 안테나 자체에 임피던스는 심선 굵기, 커넥터, 케이블 길이, 케이블 고유의 임피던스 등 여러 가지 요소에 의해 변하는데 이 부분을 너무 간과했다. 유튜브 영상에서 제작 완성한 사람들은 너무나 쉽게 그리고 대충 만드는 것 같지만 좀 더 곰곰이 생각해보니 약간에 속임수가 들어 있는 듯~

2) 고 주파수 대역 :  가만 생각해보면 사용하는 주파수가 수백 MHz ~ 수 GHz 대역을 건드리고 있었다. 라디오같이 수 MHz 도 아니고 기가 단위 주파수는 빛과 같은 성질의 직진성을 가지고 있고 더군다나 지향성 안테나를 제작한다고 어설프게 설쳤던 게 우습다. 굉장히 예민하고 조금만 방향이 틀어져도 실패율이 높다는 결론.

3) 공유기 출력 세기 : 지금까지 사용한 공유기는 한 개 회사 제품만 사용했다. 비록 다른 모델 세 개를 다 사용해 봤지만 특성이나 수신율은 비슷비슷한 듯하다. 아마도 공유기의 안테나 출력은 법적 규제 때문에 제한을 두지 않았나 싶다. 아무리 안테나 이득만 높여봐야 효과가 그리 크지 않다는 의심을 해 본다. 지금까지 여러 개 중 접시 안테나가 그나마 좋은 효과를 보기는 했지만 그것은 지향성만 아슬아슬하게 개선시킨 것뿐 본질적으로 출력 자체를 건드린 것은 아닌 듯~

(결론)

정신건강에 이로운 작업은 아닌 듯싶다. 나처럼 필연적으로 원거리 송수신이 필요한 사람이라면 시행착오를 하지 말고 스카이라이프 위성안테나 솔루션이 그나마 제일 효과가 큰 방법이니 처음부터 이 방법으로 연구를 해보시고, 그게 아니고 짧은 거리 또는 실내의 영역을 넓히고자 한다면, 기존 공유기 안테나에 부착해서 지향성만 개선시키는 은박지 또는 캔맥주 솔루션을 적용해 보시라는 얘기를 전하고 싶다.

--- 끝 ---