전파통신의 효시 (2005-07-18)

▶전파통신의 효시

   멕스월의 전자파 이론을 헤르쯔에 의해 입증된 전파의 실체를 “통신수단”
   으로 최초로 성공한 것은 1895년 이탈리아의 볼로냐에 살고 있던 전기공학자
   마르코니가 연적 안테나를 사용하여 “무선전신:”을 실험하는데 성공한 이후.

   마르코니는 실험에 성공한 후 곧 영국으로 건너가 특허를 얻고 1899년
   영불 해협간 전파에 의한 모르스부호 송출에 성공하게 되었다.

   또한 “무선전화”는 페센텐이 1903년 40Km 구간 통신에 성공한 후 1906년에
   대서양 횡단 통신에도 성공하므로써 전파에 의한 통신의 이용이 급격한 발전을
   거듭나게 되었다.

   1900년 초까지 무선통신은 주로 해상통신과 군사용 통신에 많이 이용되었으며
   1차 세계대전을 전후해서 전파통신기술은 급격한 진전을 보았고 20세기 초까지
   중파대 이하에서 장거리 통신이 이용되다가 전쟁후 단파통신의 이용을 발견하게
   되면서 단파가 장거리 통신에 주로 이용되었다.

   1920년대 이후 전자기술이 발전하면서 VHF대(30~300MHz)의 이용이 활발히
   진행되어 1031년 프랑스의 끄라빌이 M/W파의 효시인 Micro Ray파를 이요한
   영불 해협간의 구면 구경안테나의 실험에 성공하였고 그후 1940년대 중반 2차
   세계대전이 끝날 무렵에 M/W대까지 전파이용기술이 확장되었다.

   1946년 미국의 모펜슨이 달에 M/W를 반사시켜 수신에 성공하므로써 우주공간에
   전파반사 물체를 구축하여 통신을 하게 된다면 단파통신의 단점을 능가하는
   우수한 통신망을 구축할 수 있다는 것을 알았으며, 드디어 1963년 SYNCOM2호를
   발사하여 최초로 지구 정지궤도 위성으로 동경올림픽을 전세계에 TV중계하는데
   성공한 이후 EARLY-BIRD를 시작으로 상용 위성시대가 도래하게 되었다.

▶전파란?

   전파는 “자유공간을 전파하는 3000GHz이하의 주파수를 가지는 전자파”라고
   전파법에 정의되어 있다.

   이러한 전자파는 1871년 영국의 물리학자인 멕스웰이 전자기파가 발생하는 것으로
   예언하였으며, 이를 독일 물리학자 헤르츠가 1888년 방전 전자기파 발생장치로부터
   10m 떨어진 곳에서 검출해 냄으로써 전파의 존재를 입증하였다.(오늘날 부르는
   주파수 단위는 이 헤르쯔의 이름을 딴 것이다.)

▶전자파(전파)의 정체

   두 개의 선으로 되어있는 전화케이블에서(이 선은 구리라는 전기가 잘 통하는
   물질로 되어있음) 두 개의 선에 전기(전류)를 흘려 그 크기를 크게 하거나 작게 하여
   진동시키면 두 개의 선 사이에 전자파가 발생하여 그것이 빛과 같은 속도로 전해
   진다. 여기서 중요한 것은 전류가 진동한다는 것인데 전자파는 진동이 없으면 발생
   하지 않는다.

   이 두개의 전선이 직선으로 똑바르다면 전자파는 그에 따라 전해지는데 어느 곳에서
   두 개의 전선이 서로 바깥쪽으로 구부러진다면 똑바르게 나온 전자파는 그대로 공중
   으로 튀어나와 버리는 것이 바로 전파인 것이다.

▶전파는 자기장과 전기장의 연쇄작용

   전파는 전기장과 자기장이라는 두 가지 성분으로 되어있다.

   전기장은 쉽게 말하면 정전기의 원리로 설명할 수 있다.
   셀룰로이드를 문지르면 마이너스 전하가 되어 점점 싸이고 이것과 머리카락 사이의
   플러스 전하가 서로 끌어당기게 되는데 서로 잡아당기는 플러스와 마이너스의 사이에
   생기는 것이 전기장(“전계”라고도 한다.)이며, 이 전기력의 강도나 방향을 전기력선
   으로 나타내고 이 전기력선의 밀도가 전기장의 강도를 나타낸다.

   자기장은 종이위에 쇳가루를 놓고 밑에 자석을 대면 N극과 S극이 주위나 그 사이에
   쉿가루가 늘어선다. 이것은 이 두 극 사이에 자기력선이 생긴 것이고 이처럼 코일상에
   감긴 도선에 전지를 연결하면 자석이 되어 자기력선이 되는데 그 방향은 도선에 흐르는
   전류의 방향과 밀접한 관계가 있다(고등학교때 배운 오른나사의 법칙).

   도선에 전류가 흐르면 그 주위가 자기력선이 되어서(공중에서도) 전기장과 같이 자기
   력선의 밀도가 자기장의 강도를 나타낸다.

▶전기장과 자기장 그리고 전파의 관계

   두개 도선에 각각 반대방향으로 전류가 흐르고 있다고 하면, 전기력선은 도선 중에
   있는 전하 사이를 연결한 선으로 되고, 자기력선은 오른손나사법칙에서 도선의
   주위에 생긴다.

   이 상태일 때는 전자파는 생기지 않는다. 전자파가 생기기 위해서는 진동이
   필요한 것이다.
   그리고 그 진동은 방향과 강도가 시간에 따라 변하는 교류전류가 흐름으로써 생긴다.
   그리고 전류의 방향이 변함에 따라 전기력선과 자기력선의 방향도 변하는 것이다.

   이 전기력선과 자기력선은 어디에서나 직각으로 만나는데 전기장(전기력선의 수)이
   늘어나면 자기장(자기력선의 수)도 늘어나고 전기장이 0이라면 자기장도 0이 된다.

▶안테나에서 전파가 나가는 원리

   교류전류가 흐르면 도선 가운데서는 전하가 늘어나거나 줄어든다.
   전하가 늘어나면 전기력선도 늘어나고 다음에 전하가 줄어도 전기력선은 원래로
   돌아가지 않는다.
   끝과 끝이 붙어서 도선에서 떨어져 버리고 그 다음에는 다른 전기력선이 생기는 것.
   결국 도선 사이를 나아가고 있던 전자파가 전파로서 나아가고 있는 것은 도선 사이에
   있던 힘이 하나의 덩어리가 되어 다음에서 다음으로 날아가는 것이다.
   즉, 도선에 연결되어 있었던 전기력선이 도선 가운데 전하가 없게 될 때(전압이 0)
   독립하는 것이다..

▶전파는 3차원으로 넓혀진다.

   마치 잔잔한 호수에 작은 돌을 덩지면 동심원상의 물결이 넓어지는데 전파도 이처럼
   안테나를 중심으로 사방팔방 3차원적으로 넓어져 간다.

   만약 이 호수의 수면에 잎사귀가 떠 있다면 이 잎은 물결이 와도 그 위치가 변하지
   않고 올라가거나 내려갈 것인데 결국 물결이 전해진다는 것은 매체(물)가 나아가는
   것이 아니고 돌을 던졌을 때 생긴 물의 일그러짐이 전해진다는 것이다.

   전파는 전류가 흐름에 따라 아무것도 없는 공간에서도 전기적인 일그러짐이 생겨 그것이
   전해진다고 할 수 있다.

    이 전파는 나아간 거리가 2배 되면 전력은 1/4이 되어 멀리 나갈수록 전력이 약해진다

▶공중으로 날아간 전파의 행방

   전파는 주파수에 따라 성질이 여러 가지로 변한다.
   지구 주위에 있는 전리층(주위에 비해 마이너스 전하(전자)의 밀도가 짙은 영역으로
   D층(지상에서 높이 80Km정도)나 E층(100Km정도), F층(200~400Km)이 있다.)을 뚫고
   위성까지 도달하는 전파도 있다.

▶주파수란?

   이 전류의 진동인 전파가 1초동안 흔들리는 수, 즉 1초 동안 10회가 흔들리면 10 헤르쯔(Hz)
   100만번 흔들리면 100메가헤르쯔(MHz)이다.

▶파장이란?

   전파가 진동에서 최고점에서 최고점까지 또는 최저점에서 최저점까지의 길이를 말한다.

   즉, 주파수가 낮으면 파장은 길어지는 것이고 또 주파수가 높아져 1초에 진동하는 횟수가
   많아지면 당연히 파장은 짧아진다.
   (예) 주파수 150MHz = 파장 2m [λ(파장)=3X108/ f (주파수)]

▶빛은 전자파이다.

   빛은 위성통신에서 사용하고 있는 전파보다도 1만배 이상이나 주파수가 높은 전자파이다.
   특히 가시광선은 40만GHz에서 80만GHz 사이의 전자파이다.

   결국 인간의 눈에는 줄이 이 속도로 흔들리고 있을 때만 보이는 것이다. 그것보다 훨씬
   빠르면 보이지 않고 늦어도 보이지 않는다.
   가시광선보다 빠를때는 자외선이나 X선과 같은 형태가 되는 것이다.