Ⅳ. 무선 기기 (1)

Ⅳ. 무선 기기

1. 전파와 안테나

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(1) 전파와 그 성질  (2) 전파의 퍼짐과 특성  (3) 안테나의 기초  (4) 안테나의 종류  (5) 급전선과 정합

(1) 전파와 그 성질              [맨위로]

[1] 전파 : 무선 통신에 사용할 수 있는 주파수 범위의 전자파. 전자파는 전기장파와 자기장파로 이루어진 합성파.

[2] 전파의 발생

① 전자파는 전기장과 자기장의 전기적 진동에 의하여 발생.
② 도선에 전류를 흘리면 그 주위에 자기장이 발생. 반대로 도선에 자기장을 변화시키면 전기를 발생
③ 전기진동에 의하여 전기장과 자기장간에 공진 현상이 일어나면, 전자파로서 독립할 수 있는 에너지 변환이 발생.
④ 헤르츠(Hertz)의 전자파 발생장치 실험으로 전자파에 의한 통신이 가능해짐.

[3] 전파의 발사와 안테나

① 전파의 방사 : 전기 신호를 전파 신호로 변환시켜 빛과 같이 퍼지게 하는 것.
② 안테나 : 전파의 발사체. 전파가 드나드는 창문 역할.
③ 안테나에서 발생된 전자파의 세기는 안테나에 공급되는 고주파 신호의 세기에 비례→주파수가 높아질수록 전자파의 발사 효율이 좋아지고, 안테나의 길이를 짧게 하여 공진 시킬 수 있음.

[4] 전파의 성질

① 안테나에 주파수가 높은 사인파를 가하면 전기장과 자기장도 사인파로 되고 서로 직각을 이루면서 퍼져 나감. 안테나로부터 거리가 멀어짐에 따라 그 세기는 감쇠됨.

(가) 전파의 퍼짐 속도와 파장

a. 전파의 퍼짐 속도 : (여기서, v:전파의 퍼짐속도[m/s], ε:매질의 유전율(=ε₀ε_s[F/m]), ε₀:진공의 유전율, ε_s:매질의 비유전율, μ:매질의 투자율(=μ₀μ_s[H/m]), μ₀:진공의 투자율, μ_s: 매질의 비투자율)
-안테나에서 발사된 전파는 1초 동안에 약 3억[m](3×10⁸[m])의 속도로 퍼져나감.
b. 파장 : (여기서, λ:파장[m], f:주파수[㎐], v:전파의 퍼짐속도)

(나) 전파의 분류

전파의 종별과 용도 

주파수대		주파수 범위	미터에 의한 구분	용도
번호	호칭
4	VLF(초장파)	3∼30[㎑]	밀리미터파	선박, 장거리 통신
5	LF(장파)	30∼300[㎑]	킬로미터파	선박, 장거리 통신
6	MF(중파)	300∼3,000[㎑]	헥토미터파	선박, 항공, 표준 방송
7	HF(단파)	3∼30[㎒]	데카미터파	원거리 통신, 중거리 통신, 선박 통신
8	VHF(초단파)	30∼300[㎒]	미터파	FM 방송, TV 방송, 이동 무선
9	UHF(극초단파)	300∼3,000[㎒]	데시미터파	다중 통신, 이동 통신
10	SHF	3∼30[㎓]	센티미터파	레이더, 위성 통신
11	EHF	30∼300[㎓]	밀리미터파	미사일용 전파
12		300∼3,000[㎓]	데시밀리미터파

 

(다) 전파의 세기

a. 일반적으로 측정이 쉬운 전기장의 세기로 나타냄.
b. 전기장의 세기 단위 : [V/m]
- 실효길이 1[m]의 안테나에 유기되는 전압의 크기로 나타냄.
- 1[㎶/m]을 기준 세기로 하여 [㏈]로 나타내는 경우도 있음.

(2) 전파의 퍼짐과 특성            [맨위로]

[1] 전파의 경로

① 지상파 : 직접파, 대지 반사파
② 공간파 : 대류권파, 전리층파 및 우주파

(가) 지상파 : 송수신점의 거리가 비교적 가까운 경우에 이용되는 전파.

a. 지표파 : 지표면을 따라 퍼지는 전파, 직접파가 직진할 수 없는 지점까지 도달.
b. 파장이 짧은 초단파나 극초단파인 경우에는 수신점의 위치 선정에 주의해야 함.

(나) 전리층파 : 지표면 상공 100∼400[㎞]의 대기권에서 태양으로부터 오는 자외선 등에 의하여 대기 중의 기체가 전리되어 있는 층.

a. 구분 : D층, E층 및 F층. 전리층에 의한 전파의 반사는 주로 E층과 F층에서 일어남.
b. 전파는 전리층을 통과할 때 전자 밀도에 비례하고, 주파수에 반비례하는 감쇠가 일어남.
c. D층 : 지상 약 80[km]에서 주로 여름의 주간에 나타나고, 야간에 소멸. 불안정, 대부분의 공간파가 통과하므로 전파 감쇠의 원인이 됨.
d. E층 : 지상 약 100[km], 이 층의 전자밀도는 태양 광선에 의하여 크게 영향을 받으므로, 주야간의 차이가 심함.
e. F층 : 지상 약 200∼300[km]
f. 단파대 및 그 보다 낮은 전파는 전리층을 통과할 수 없어서, 전리층에서 반사되어 지상으로 되돌아 옴→지상에서 재반사→국제통신등 장거리 통신에 이용

(다) 전리층 반사파의 도달거리

a. 도약거리 : 반사가 시작되어 최초로 되돌아 온 지점까지의 거리. 주파수, 반사층 및 밤과 낮 등에 딸라 다르고, 9[㎒]에서 500∼600[km]정도. [㎞](여기서, d:도약거리[km], h:전리층의 높이[km],θ₁:입사각[°])