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안녕하세요.


이번 챕터에서는 전파와 주파수에 대해서 공부해보겠습니다.


전파와 주파수


전파의 역사

BC600년경  호박을 문지르면 먼지나 깃털을 끌어당기는 현상 발견 - 탈레스(Thales)

1600년경  마찰 전기에는 두 종류가 있고 지구가 하나의 큰 자석이라는 것을 발견 - 길버트(Gilbert)

1752년  번개와 전기의 방전은 동일하고 전기를 많이 가진 물체가 작게 가진 물체에 접근하면 방전이 일어나는 현상을 증명 - 프랭클린(Franklin)

1785년  전기력 발견, 전기의 세기를 양적으로 표현 - 쿨롱의 법칙(Coulomb)

1820년  전기가 자계를 형성함을 증명, 전기가 흐르면 자계가 생김 - 에르스텟(Oersted), 앙페르(Ampere)

1820년  전기에 의한 자기력 발견, 자기의 세기를 양적으로 표현 - 비오사바르의 법칙(Bio-Savart)

1823년  전류와 자계의 관계 발견, 오른 나사의 법칙 - 암페어(Ampere)

1827년  전기력선 발견, 전류의 세기는 전압에 비례하고 전기저항에 반비례하는 법칙 - 옴의 법칙(Ohm)

1864년 영국 캠브리지대학교의 물리학자인 맥스웰이 전자기파의 존재를 수학적으로 예언 - 맥스웰 방정식(Maxwell)

※ 맥스웰방정식 : 전자기파는 전기장과 자기장이 동시에 존재하면서 일정한 관계를 가지고 증감을 반복해 가는 파동을 나타내는 식

1888년  눈에보이지않는 전자기파를 실험을 통해 증명 - 헤르츠(Hertz)

1896년  전기공학자 마르코니는 전자기파의 송수신 거리를 늘리는데 주력하여 약 3km 거리의 무선 통신을 성공 - 마르코니(Marconi)

1897년  마르코니는 세계최초의 무선전신회사 설립

1899년  무선전신회사에서 도비해협을 건너는 무선통신 성공

1901년  대서양 횡단 무선통신 성공

1910년  우리나라 최초 무선전신 시설은 대한제국 정부에서 월미도 무선전신소와 항로표시 시찰 및 세관감시선인 탁지소 소속의 광제호에 장치


주파수(Frequency) 란?

전자파(Electromagnetic Wave)가 공간 이동시 일정한 크기의 전류나 전압 또는 전기장과 자기장의 진동과 같은 주기적 현상이 1초 동안에 발생한 횟수

※ 진동 : 어떤 에너지가 기준 위치에 대해 반복운동을 하는 현상

주파수

주파수

f : 주파수 (frequency)
T : 신호의 주기 (Period)
λ : 파장 (Wavelength)
c : 빛의 속도 (3 x 10^8 m/s)

출처 : www.rfdh.com

주파수


Electromagnetic Wave(전자파) 란?

(빛)전자기파 라고도 하며 전선이 아닌 공기 또는 부도체를 매질로 하여 이동하는 파동의 통칭

(전파, 적외선, 가시광선, 자외선 등을 포괄하는 개념)

"전파는 횡파"


※ Radio Wave(전파) : 인공적인 유도없이 공간에 퍼져나가는 전파로서 국제법 상 3kHz(1초에 3천번 진동) ~ 3,000GHz(1초에 3조번 진동)이하로 규정

전파의분류

※  3kHz 이하 : 극저주파(ELF), 전력분야

※ 높은 주파수 : 전송 가능 정보량 多, 강한 직진성 / 빗방울이나 수증기에 흡수되기 쉬움, 비오는 날에는 멀리까지 전달이 힘듦

※ 낮은 주파수 : 강한 회절성, 장애물 극복 송신 유리, 넓은 방향으로 송신 유리


파동(Wave) 이란?

파동 : 한 지점에서 일어난 움직임이나 진동이 공간으로 퍼져나가는 현상

파원 : 파동이 시작된 지점

매질 : 매개체 역할을 하는 물질의 줄임말로 파동을 전달하는 물질을 의미

파동

파동의 요소

마루와 골 : 파동에서 가장 높은 부분을 마루, 가장 낮은 부분을 골이라 명명

진폭(amplitude) : 진동 중심에서 마루 혹은 골까지의 거리

파장(wavelength) : 파동이 전파될 때 같은 운동 상태가 일정한 간격으로 반복되는 최소 간격으로 마루와 이웃한 마루, 혹은 골과 이웃한 골 사이의 거리

주기(period) : 매질의 한 점이 1회 진동하는데 걸린 시간으로 마루에서 마루까지 또는 골에서 골까지 가는데 걸리는 시간

진동수(frequency) : 파동 전파시 매질의 한 점이 1초동안 진동한 횟수, 단위는 Hz(헤르쯔). 진동수는 파원에 의해 결정되며 매질과는 관계없음

파동의 전파 속도 : 마루와 골이 단위 시간 동안에 이동한 거리


전파의 발생

전파는 전기의 파동(물결)로 전류의 변화에 의해 발생하며 전파는 공간이라는 전파의 통로를 이용하여 빛의 속도(3 x 10^8 m/s)로 진행

전파의발생

수평편파

수직편파

원편파

EMlin-lin-circ





출처 :http://www.kristoflodewijks.be/?page_id=111


전파의 특성

직진성 : 송신점에서 수신점까지 최단거리로 직접 도달하는 현상

반사성 : 전파가 물질에 부딪혀 경로를 달리하는 현상

굴절성 : 다른 물질로의 유입시 진행 방향 및 진행 속도 변화로 인해 물속의 물체가 휘어져 보이는 현상

산란성 : 전자기파가 진행하다가 만난 물체 표면에서 구조특성에 따라 사방으로 전자기파가 흩어지는 현상

회절성 : 건물 등과 같은 장애물 뒤쪽으로 일부가 휘어져 수신되는 현상

간섭성 : 둘 이상의 같은 전파가 겹쳐지면서 생기는 현상

편파성 : 동일 편파인 경우에만 전송이 가능한 현상

감쇠성 : 도전성을 가진 매질 내에서의 파장은 대단히 짧아 감쇠되는 현상

전파의특성


전파의 확산

전파의확산


전파의확산

전파의확산

출처: 청강문화산업대학 이동통신공학 전파이론(1) 

전파와 음파 비교

전파와 음파 비교

출처 http://www.sciencegood.com/

전파 : 횡파, 고저파, 3 x 10^8 m/sec

음파 : 종파, 소밀파, 340 m/sec


안테나

antenna의 어원은 곤충의 더듬이에서 유래

전자기파를 송신하거나 수신하기 위해서 사용하는 장치로 축전기의 양 극판을 벌린 것

안테나

종류

다이폴 안테나

모노폴 안테나

패치 안테나

파라볼라 안테나



변조와 복조

변조 

  전달하고자 하는 신호(정보)를 목적지까지 효율적으로 보내기 위해 신호를 전송에 적합한 형태로 바꾸는 것


아날로그(진폭) 변조 : AM, FM, PM

디지털(주파수) 변조 : ASK, FSK, PSK, QAM

펄스(주파수) 변조 : PCM, PWM, PPM

스펙트럼 확산 : DSSS


변조하는 이유

 - 먼 거리까지 전송하는 전송 효율을 개선

 - 안테나 길이의 단축으로 안테나 실용화 가능

 - 한 통신로에 여러 신호를 동시에 전송하는 다중화가 가능

 - S/N rate 개선 효과

 - 주파수 관리가 용이


복조

  신호 정보를 전송 매체의 채널 특성에 맞게 신호의 세기나 변위, 주파수, 위상등을 적절한 파형 형태로 변환하는 것


주파수분할 다중접속

제한된 무선시스템의 통신 자원을 다수의 사용자에게 거의 동시에 사용할 수 있도록 하는 다중 접속 방식의 필요에 의해 기술 발전

SDM(Space division Multiplexing) 

 - 공간적으로 분리된 채널을 단위로 다중화하여 전송하는 방식

FDM(Frequency Division Multiplexing)

 - 대역이 제한된 전송회선의 주파수 대역을 여러 개로 분할하여 각 채널에 배당함으로써 많은 채널이 하나의 전송회선을 공유하는 방식

TDM(Time Division Multiplexing)

 - 한 전송로에 주어진 시간대역을 여러 타임 슬롯으로 분할하여 각 채널에 배당함으로써 많은 채널이 하나의 전송회선을 공유하는 방식

CDM(Code Division Multiplexing)

 - 여러 사용자가 하나의 전송로를 공유하고 각각의 사용자마다 고유한 코드를 부여하여 동시에 사용하기 위한 접속 방식

WDM(Wavelength Division Multiplexing)

 - 광신호의 주파수 특성을 이용, 광섬유의 넓은 주파수 영역을 이용하여 여러 주파수대의 신호를 동시에 전송하는 방식

OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)

 - 하나의 정보를 여러개의 반송파로 분할하고, 분할된 반송파 간의 간격을 최소로 하기 위해 직교성을 부가하여 다중화시키는 변조 방식


이 챕터는 계속 발전되어갈 예정입니다.


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