전파(Radio Wave)와 주파수(Frequency)

1. 전파 (Radio Wave)

(1) 전파와 전자파의 개념

전파	무선 통신을 위해 3 THz 이하 주파수 기반 인공 매개물 없이 공간에 전송하는 전자파
전자파	전파(Radio Wave)를 포함하여 모든 주파수 영역의 적외선, 자외선, X선, 감마선 등을 포함하는 전자기 파동 (Electromagnetic Wave)
개념도	– 전기가 흐를 때 주위에 전계가 발생하며 주변에 자기장을 형성하고, 이렇게 형성된 자계가 주변의 전계를 변화시키면서 전계와 자계가 순차적으로 전달되어 파동이 발생 – 전파는 도선 없이 공간을 빛의 속도(3 x 108m/s)로 이동하고 맥스웰 방정식으로 표현하며 이러한 파동을 1871년 전파라고 명명

• 국제전기통신연합(ITU) 전파 규칙에서는 전파를 3 THz 이하 주파수를 이용하는 전자파로 정의

(2) 전파의 기본 성질

성질	개념도	설명
굴절 (Refraction)		– 빛 또는 전파는 직진성을 가지고 있으나, 진행 파의 밀도가 다른 매질을 만날 때, 경계면에서 속도가 변하고 진로가 변함 – 전파가 다른 매질을 만나 투과할 때 전파는 감쇠 발생. 일반적으로 콘크리트(1/50), 숲, 유리(7/10), 철판은 매우 심함
반사 (Reflection)		– 밀도가 다른 매질에 입사된 전파 중 굴절되지 않고 입사각에 의해 진로가 변경되어 되돌아 나오는 현상 – 직진파(A) = 반사파(B) + 굴절파(C)
회절 (Deflection)		– 전파가 진행하다가 장애물을 만나면, 장애물을 돌아 뒤쪽까지 도달하는 현상 – 일반적으로 회절 시 전파의 세기는 약 1/4로 감쇠 – 회절 각도: 주파수가 낮을수록 각도가 커짐
편파 (Polarization)		– 공간 내 임의 지점에서 전계 성분이 상하 또는 좌우로만 진동하는 경우 다른 방향에서는 전파를 확인할 수 있는 현상 – 수직 편파, 수평 편파, 원형 편파, 타원 편파 (파라볼라 안테나, TV수신 안테나, 수직 안테나 등)
감쇠 (Pass Loss)		– 일정한 거리를 진행하여 전파의 세기가 줄어드는 현상 – 송신 출력이 같을 때 거리가 2배로 멀어지면 신호의 세기는 1/4로 감쇠
산란 (Scattering)		– 파동이 입자와의 충돌로 인해 주변으로 흩어지는 현상

• 무선 통신의 경우 데이터 전송 시 전파의 기본 성질에 따라 오류가 발생할 수 있으므로 오류 수정(BEC/FEC) 필요

2. 주파수 (Frequency)

(1) 주파수의 개념

개념	일정한 크기의 전류나 전압 또는 전계와 자계의 진동과 같은 주기적 현상이 1초동안 진동하는 파동 수
개념도	– 1888년 Hertz가 전자기파의 존재를 실험으로 증명 e.g. 100 Hz: 진동이나 주기적 현상이 1초 동안 100회 반복
규모	– 주파수 대역(Band): 전파가 진행할 때 나타나는 일반적인 파장 크기 – 대역폭(Bandwidth): 사용하는 파장의 범위, 정보의 전달 능력
사례	어떤 방송사가 200~206 MHz의 주파수를 이용하여 방송 – 주파수 대역(Band)은 200 Mhz 주파수 대역의 전파 특성을 가짐 – 주파수 대역폭(Bandwidth)은 6 Mhz의 정보를 송신

• 안테나(Antenna): 전기신호를 전파(전자기파)로 송신하고, 수신된 전파를 전기신호로 변환하는 장치로, 기지국은 1/2 파장, 이동국(전화기)은 1/4파장의 안테나를 사용(소형화 때문)
• 한정적 자원인 주파수의 효율적 사용 위해 직교진폭변조(QAM) 등을 통해 동시 여러 신호 전달 가능

(2) 주파수 대역

주파수 구분	주파수 대역	설명 / 용도
장파 (ELF, VLF, LF)	30 KHz ~ 300 KHz	– 파장이 1KM이상으로 아주 길어서 멀리 나가므로 선박이나 원거리 통신에 주로 이용
중파 (MF)	300 KHz ~ 3 MHz	– 파장이 길어서 멀리 송신할 수 있기 때문에 주로 라디오 방송에 이용되며, 선박, 항공기통신용으로 이용
단파 (HF)	3 MHz ~ 30 MHz	– 전리층 반사를 이용하여 지구 반대편까지 전파를 보낼 수 있어 장거리 통신용 선박, 국제방송, 아마추어 무선에 이용
초단파 (VHF)	30 MHz ~ 300 MHz	– 전리층에서 거의 반사되지 않고 투과하여 전리층 전파 불가 – 지상파, 대류권파 등 가시거리 통신에 이용 – TV방송, 라디오 방송, 육상 이동통신
극초단파 (UHF)	300 MHz ~ 3 GHz	– 직진하는 성질이 좋고 많은 정보를 전달할 수 있으며 작은 안테나로 통신 가능하여 주로 이동통신, 무선LAN 등에 사용
마이크로파 (EHF, SHF)	3 GHz ~ 3 THz	– 빛에 가까운 직진성으로 한 방향 집중된 마이크로파 빔을 발산하여 항공기나 선박 등의 위치 확인용 레이더에 이용 – 주파수가 높아 많은 정보를 전달 가능하므로 5G 이동통신, TV 방송중계 등에 이용

• 적외선은 가시광선보다 파장이 큰 전자파를 말하며, 파장이 0.75~3마이크로미터는 근적외선, 3~25마이크로미터 이상은 원적외선으로 분류하는데, 원적외선은 인체 내 침투력이 크며, 의료용, 가정용 리모컨 등으로 활용
• 가시광선은 사람의 눈에 보이는 성질을 가지고 있는 전자파로 주로 빛을 내는 조명기구에 이용되며, 우리의 눈은 파장에 따라서 각기 다른 색으로 빛을 인식하는데 파장이 긴 것은 빨간색으로 파장이 짧은 것은 보라색으로 인식

[참고]

• 한국생산성본부(KPC), 디지털 네트워크