[전자기파][파장과 주파수] 전자기파 > 전파 > 마이크로파

무선통신을 이해하는데 가장 기본이 되는 것은 물리학의 전자기파이다.

맥스웰은 모든 전자기 현상을 네 개의 기본적인 방정식으로 담아냈다.

전자기파를 이해하여야 현대 무선통신의 기본 원리를 이해할 수 있다.

 

전자기파

전자기파(電磁氣波, Electromagnetic radiation, EMR)는 전기장과 자기장의 두 가지 성분으로 구성된 파동으로, 진공에서 광속(초속 3억 미터)으로 움직인다. 

전자기파는 전기적 특성과 자기적 특성을 함께 지니고 있다. 전기장의 변화는 자기장을 일으키고 그 역도 마찬가지다. 

전자기파는 진동하는 전기장에 발맞춰 진동하는 자기장으로 이루어지며 두 장은 늘 직각으로 교차한다. 

전자기파는 매질이 없이 전파되며 파장은 주파수(진동수)에 반비례한다.

전자기파 파장은 길이 따라 전파, 적외선, 가시광선, 자외선, X선, 감마선 등으로 나뉜다. 사람이 눈으로 보는 빛인 가시광선(visible ray)은 원자들의 간격과 비슷한 길이이다.

출처: 위키피디아. 전자기파 스팩트럼

 

 

무선 스펙트럼

무선 스펙트럼은 국제 전기 통신 연합(ITU)의 전파 규칙 (RR) 에 맞춰  무선 통신 서비스에 할당한 3 Hz에서 3THz까지의 전자기 스펙트럼의 일부이다.

 

밴드는 무선 스펙트럼의 작은 부분이며 3×10ⁿ의 단위로 나눈다. 보통 채널이 동일한 목적으로 쓰인다.

아래 그림은 ITU, IEEE와 EU에서 할당한 무선 대역을 비교한 것이다.

출처: 위키피디아. 무선스팩트럼

 

 

 

전파

 

전파(電波, Radio waves)는 전자기파의 일부로, 주파수가 3KHz부터 3THz까지의 전자기파로 무선 통신 분야에 쓰인다.

아래 그림은 무선 대역 별 주파수/파장과 주요 방송과 통신의 예를 나타낸다.

 

대역 번호	약어		대역 이름	주파수 범위	파장 범위	사용 예
1	ELF		Extremely low frequency	3 – 30 Hz	100,000 – 10,000 km
2	SLF		Super low frequency	30 – 300 Hz	10,000 – 1,000 km
3	ULF		Ultra low frequency	300 – 3000 Hz	1,000 – 100 km
4	VLF		Very low frequency	3 – 30 kHz	100 – 10 km
5	LF	장파	Low frequency	30 – 300 kHz	10 – 1 km	AM, RFID
6	MF	중파	Medium frequency	300 – 3000 kHz	1km – 100 m	AM
7	HF	단파	High frequency	3 – 30 MHz	100 – 10 m	AM, RFID
8	VHF	초단파	Very high frequency	30 – 300 MHz	10 – 1 m	FM, 아날로그 TV, 지상파DMB
9	UHF	극초단파	Ultra high frequency	300 – 3000 MHz	1m – 10 cm	디지털 TV, GSM, CDMA, 3G, 4G, Wi-Fi, Bluetooth, ZigBee, GPS
10	SHF		Super high frequency	3 – 30 GHz	10 – 1 cm	Wi-Fi communications satellites, cable and satellite television broadcasting
11	EHF		Extremely high frequency	30 – 300 GHz	10 – 1 mm
12	THF		Tremendously high frequency	300 – 3000 GHz	1 – 0.1 mm

 

현대의 상당히 많은 무선 이동통신은 UHF 대역을 사용한다.

디지털을 사용한 2세대 이동통신부터 4세대 LTE까지 UHF 대역을 사용한다.

 

보통 파장이 1m (300MHz)와 1㎜ (300GHz)  사이의 전자기 방사를 마이크로파(micro波)라고 한다.

또한 110GHz와 300 GHz (2.73 ~ 1 mm) 사이의 대역을 밀리미터파(millimetre wave)라고 한다.

 

전파창 (Radio window)

지구 대기의 불투명도. 출처: 한글 위키

지구의 대기를 통과할 수 있는 전자기 복사의 주파수 범위이다.

파장은 11m(약 27MHz)에서 1cm(30GHz)이다.

 

파장이 너무 긴 전파는 우주 잡음 및 지구의 전리층에 영향을 받아 차단되고,

1cm(30GHz) 이하는 강우감쇠 및 열 잡음등이 문제가 되어 대기로 흡수 된다.

즉, 대기의 영향을 적게 받는 전자기파의 영역이 전파창이다.

이런 이유로 전파창의 범위에 무선통신이 발달하게 된다.