우리는 흔히 상대방과의 대화나 의견 교환시 무언가 잘 통하지 않을 경우 주파수가 잘 맞지 않는다 하고, 또 FM · 라디오방송의 다이 얼을 돌리면서 주파수를 맞춘다고도 한다.

이와 같이 周波數라는 단어는 본래의 의미와는 다르지만 의사의 일치 또는 원하는 방송의 청취 등의 뜻으로 우리와 매우 친숙한 단어가 되고 있다.

특히 최근에는 이동전화의 주파수가 부족해서 통화가 잘 안된다느니, 가입자 용량을 10여배 더 수용할 수 있는 코드분할다중접속(CDMA) 방식을 개발해야 된다느니 하는 등 주파수에 관한 이야기를 더욱 많이 듣게 되었다.

여기에서 말하는 주파수는 電波通信을 하기위한 통로로서, 우리 주위에는 TV · 라디오를 비롯하여 이동전화, 차량의 원격시동장치, 노래 방의 무선마이크에 이르기까지 그 용도는 수없이 많다.

특히 전파통신은 약 100년 전에 마르코니가 영국과 캐나다간 3,500fan의 대서양 횡단통신을 시 작한 후 현재의 위성통신에 이르기까지 급격히 발전되어 왔다.

따라서 이번 호에서는 이렇게 우리 생활과 밀접한 전파통신의 ‘길’인 주파수에 관해 그 특징, 전달되는 특성, 주파수를 보내고 받는 무선통신기의 구성 등을 설명하고, 다음 호부터 수회에 걸쳐 방송, 해상 및 항공통신, 이동통신, 위성통신을 다루어, 주파수가 우리 생활에 어떻게 이용 되고 있는지를 살펴보고자 한다.

주파수와 주파수 스펙트럼

주파수란 電波가 공간을 傳播하면서 1초간에 진동하는 횟수를 말하는데, 그 단위는 전파를 맨 처음 발견한 독일의 과학자 헤르츠(Hertz)의 이름을 따서 헤르츠(Hz)라고 부르고 있다. 우리는 교류가 60 Hz라든지, KBS라디오의 제1방송을 710 kHz라고 부르게 되는데, 이것도 그 때문이다.

그러나 여기에서 교류 60 Hz로 전파통신을 했다는 말은 들어보지 못했을 것이다. 왜냐 하면, 이렇게 낮은 주파수는 전파통신에 이용될 수 없으며, 일정한 주파수 이상이 되어야 먼 거리까지 보낼 수 있기 때문이다.

일반적으로 전파통신에 이용되는 주파수는 9kHz 이상이며, 우리 전파법(국제적으로도)에서는 電波를 “인공적인 매개 없이 공간을 傳播하는 3,000 GHz 이하의 주파수의 電磁波”로 정의하고 있다(여기서 GHz는 1伊 Hz이다).

전파의 속도는 주파수의 높고 낮음에 관계없이 1초에 30만km의 속도로 자유 공간을 전파하므로 주파수가 높아지면 파장이 짧아지고, 주파수가 낮아지면 파장이 길어진다.

즉, 전파 속도(고)와 주파수(f) 및 파장(AM의 관계는 전파 속도(v )=주파수( f )X파장( A )이며 파장이 길면(주파수가 낮으면) 장파라 부르고, 파장이 짧아지면(주파수가 높아지면) 단파 · 초단파 둥으로 불리게 된다.

또한 낮은 주파수로부터 높은 주파수순으로 주파수를 배열한 것을 주파수 스펙트럼 (frequency spectrum)이라고 부르게 되는데, 그림1은 주파 수대역 구분, 파장, 이용 형태 등을 나타낸 표이다.

電波의 傳播

전파가 공간을 傳播하는 과정을 알기 위해서는 주파수가 높고 낮음에 따라 어떻게 전달되는지에 대한 기초지식이 필요하게 된다. 따라서 여기에 서는 전파의 일반적인 특성과 함께 통신에는 어 떤 특성이 이용되는지를 살펴보고자 한다.

전파는 눈에 보이지 않는 파장으로서 빛과 같이 직진하며 물체에 부딪히면 반사하고, 통화하는 매질이 달라질 경우 굴절도 하게 된다. 또한 산이나 계곡과 같은 곳에서 라디오를 듣고 TV를 볼 수 있도록 해주는 회절현상도 있다.

이와 같은 전파 특성은 주파수가 높고 낮음에 따라 달라지는데, 여기서는 일반적인 개념만을 한다.

地表波

이는 말 그대로 전파가 지구의 표면을 따라 퍼져 나가는 현상이다. 전파가 지구 표면을 퍼져 나갈 때, 지구 표면에서는 흡수현상이 일어나서 그 전파의 세기가 점점 약해지는데, 이 손실은 주파수가 낮을수록 적어진다.

일반적으로 지면의 종류에 따라서도 흡수량이 변화하는데, 해면이나 수면에서 더 멀리까지 전달되며, 평지 · 산악 · 시가지 · 사막순으로 흡수가 많아 멀리까지 전달되지 못한다. 따라서 주파수가 낮은 장파 · 중파대의 주파수가 AM 라디오방송 등에 이용된다.

上空波

공중으로 발사되는 전파 가운데 일부가 상공 방향으로 진행하다가 지상으로 되돌아오는 전파를 말한다.

이와 같이 상공 방향에서 전파가 되돌아오는 이유는, 지구 상공 약 150~300km에 電離層이라는 이온층이 있어 전파가 이 층을 통과하지 못하고 굴절하거나 반사하여 다시 지상으로 되돌아오기 때문이다.

상공파는 전리충 반사를 되풀이하면서 지표파가 도달되지 않는 원거리까지 전파가 도달되므로 국제통신 등 장거리통신에 이용된다.

상공파는 1960년대까지 단파통신에 널리 이용 되었으나, 지금은 해저케이블이나 위성통신에 그 자리를 물려주고 있다.

초단파 이상의 주파수는 전리층을 통과하므로 이 상공파를 이용할 수 없게 된다.

直接波

직접파는 우리가 물체를 직접 보는 것과 같이 가시거리 범위내에서 전파가 전달되는 것을 말한다. 이 직접파는 전파가 직진하는 성질을 이용한 것으로 초단파 이상에서 주로 이용된다.

초단파의 상공파는 전리층을 통과하므로 직접 파와 대지에서 반사되는 전파가 주로 이용되는데, 주로 가시거리내에서 통신이 이루어지므로 가시 거리통신이라고도 한다.

散亂波

앞에서 설명한 바와 같이 상공에는 전리층이라는 이온층이 있는데, 이 이온충이 불규칙하여 전파가 통과할 때 굴절하거나 반사하는 경우 산란파가 생긴다.

전파가 불규칙한 이온층에 도달하면 전파의 입사각도에 관계없이 산란파가 생기는데, 특히 초 단파에서 이런 현상이 많이 일어난다.

산란파가 생길 경우에는 가시거리보다 훨씬 먼 곳까지 전파가 전달되는데, 이 성질을 이용한 통신방식을 스캐터통신이라고 한다.

무선통신시스템의 구성

전파통신을 하기 위해서는 전파를 보내고 받기 위한 무선통신시스템（무전기）이 필요한데, 여기서는 그 주요 구성요소인 안테나, 송 · 수신기, 급전선으로 나누어 설명해 본다.

안테나

이는 송신기로부터 전파를 발사하거나, 수신기에서 전파를 받기 위해 사용하는 것으로 송신용에 사용되는 것을 송신안테나, 수신용에 사용되는 것을 수신안테나라고 부른다.

안테나는 주파수 대역에 따라 크기 · 모양 등이 다른데, 일반적으로 송신기의 전력을 능률 좋게 복사하고, 적당한 지향성을 가져야 하며, 기계적으로 강할 뿐만 아니라 건설비가 저렴하여야 한다.

장 · 중파안테나는 AM방송 등에 사용되는 밑 면을 접지한 50· 100m의 수직접지안테나나 역 L 형안테나, T형안테나 등이 있다. 단파대에서는 부평송신소 둥에서 볼 수 있는 바와 같이 파장의 반에 상당하는 소자를 이용한 LP안테나, 반파장다이폴, 롬빅안테나 등이 있다. 초단파용으로는 TV안테나로 이용되는 야기안테나, 이동전화 단말기 둥에서 이용되는 휩안테나가 있다.

그리고 극초단파용으로는 우리가 흔히 볼 수 있는 접시형 안테나로서 파라보라안테나라고도 부르는데, 이는 오목렌즈의 초점거리에 빛이 모여지는 것과 같은 원리를 이용하여 포물면 반사 기의 초점에 반파장 다이폴이나 전자나팔 등을 부가하여 전파를 보내거나 받는다.

송 · 수신기

전파통신시스템은 우리가 원하는 신호를 상대방에 보내고, 상대방으로부터 온 신호를 원래의 신호로 바꾸는 작업이 필요하게 된다.

이와 같은 목적으로 송신기에서는 보내고자 하는 음성신호를 여러 차례 증폭하여 이를 높은 주파수에 실어 보내고, 수신기에서는 역으로 도착된 신호 중에서 높은 주파수만 빼고 원래의 음성 신호만을 뽑아내는 일을 하게 된다.

일반적으로 주파수가 낮으면 소요되는 부품들이 커져 송 · 수신기가 커지게 되며, 주파수가 높아질수록 송 · 수신기가 작아진다.

그 예로 중파라디오 방송국의 진공관이 보통 캐비닛만 한데 비해, 극초단파를 이용하는 이동 전화 ·무선호출기가 손에 들어갈 만큼 작아지는 이유도 바로 이 때문이다.

給電線

급전선이란 안테나와 송 · 수신부의 위치가 떨어져 있을 때 그 사이를 연결하여 고주파전력을 보내거나 받는 선로를 말한다.

이 급전선은 주파수가 낮은 경우는 문제가 되지 않으나, 단파 · 초단파 · 극초단파와 같이 주파 수가 높아질수록 급전선 자체에서 전파가 복사되어 실제로 전파되는 전력이 적어질 수 있으므로 주의할 필요가 있다.

급전선은 동선이나 동축케이블 등을 이용하여 왕복 선로를 구성하게 된다.

전파 특성에 영향을 미치는 요소들

페이딩(Fading)

라디오를 청취할 때 음성의 크기가 컸다 작아졌다 하거나 말소리가 제대로 들리지 않는 현상으로서, 전파가 공간에 전달될 때 2개 이상의 전파 경로를 타고온 지표파와 공간파 상호간의 작용이나, 전리층에서 상공파가 흡수되기 때문에 생긴다.

이런 현상은 단파통신에서 영향을 많이 미치는데, 이 영향을 줄이고 수신 신호 세력을 크게 하기위해 수신기의 위치를 서로 달리해서 수신한 신호를 합성하거나, 주파수를 약간 상이하게 송 · 수신해서 합성하는 다이버시티방식이 있다.

에코(Echo)

수신기로 상대방 전파를 수신할 때, 산울림과 같이 일정한 시간을 두고 동일한 신호가 반복하여 수신되는 현상이다.

즉, 송신기에서 발사된 전파가 지표파 · 상공파 등으로 둘 이상의 전파 통로를 거쳐 수신기에도 달되므로 시간차가 생겨 발생되는데, 주로 단파 통신에서 영향이 많다.

전파잡음

전파잡음에는 우주잡음과 인공잡음이 있는데, 우주잡음은 대기층의 자연현상에 의한 것으로 번개 둥이 장단파에 영향을 주며, 태양 폭발활동의 변화나 우주항성으로부터 오는 우주잡음이 초단 파통신에 영향을 준다.

한편, 인공잡음은 자동차 · 전차 · 발동기 등에서 발생하는 것으로 단파 · 초단파통신 등에 영향을 주기도 한다.

지금까지 주파수와 전파의 특성, 전파를 송 · 수신하는데 필요한 시스템의 구성 등에 관하여, 전파통신을 이해하는데 필요한 기초적인 사항들을 언급해 보았다.

이론적 설명을 피하면서 가능한 한 전파통신의 개요를 이해할 수 있도록 노력하였으나 쉽게 이해될지 궁금하다. 보다 깊은 지식이나 응용 예를 알고 싶은 독자는 이 분야의 전문서적을 접해보면 도움이 될 것이다.

다음 호부터는 이 기초지식을 토대로 주파수대 역에 따른 방송 · 통신 등의 활용 실태를 구분하여 소개할 예정이다.

[그림 1] 전파의 구분 및 용도