지금 이 순간

1. 개요

2. 정합조건

 2.1 전원, 부하가 저항(R)만의 회로인 경우 

 2.2 전원, 부하가 리액턴스 성분을 포함한 경우

3. 정합여부의 판단

4. 부정합 시의 문제점

5. 특성임피던스

1. 개요

  - 공중선과 급전선을 결합할 때 급전선 출력단의 임피던스와 공중선 입력단의 임피던스를 갖게하여 전력손실이 최소가 될 수 있도록 임피던스를 맞추는 것을 정합이라 함

  - 임피던스 매칭이란 결국 임피던스가 다름으로 인한 반사손실을 최소화하기 위해 중간에 양쪽 임피던스를 중재할 수 있는 그 무언가를 넣는 것임

  - 급전선과 안테나 사이에 임피던스 정합이 이루어지지 않으면 반사파가 생겨 급전선상에 정재파가 발생하고 공급전력이 저하됨

<참조> http://www.rfdh.com/

2. 정합조건

  - 최대 전력 전달의 조건이 바로 정합조건이며 아래와 같음

 2.1 전원, 부하가 저항(R)만의 회로인 경우 

      - 최대전력이 전달되기 위한 정합조건을 구하려면 PL을 RL에 대해서 미분한 값이 0이 되어야 함

      - 위 식에서 정합조건(최대전력 전달 조건)은 R0=RL가 됨, 이 때 부하에 전달되는 최대 전력 Pm은 

 2.2 전원, 부하가 리액턴스 성분을 포함한 경우

      - 전원 및 부하회로가 모두 리액턴스 성분을 포함

      - Z0=R0+jX0, ZL=RL+jXL

      - 이 때 부하에 전달되는 전력은

      - 최대 전력이 전달되기 위한 정합조건은 R0=RL, X0=-XL이 됨, 즉 전원과 부하가 공액정합이 된다

      - 만약 R0=RL, X0=XL이 되면 영상정합이라고 부르며 최대전력은 전달되지 않으나 접속접에서 반사파는 발생되지 않음

3. 정합여부의 판단

  - 급전선에서 임피던스 정합이 잘 이루어졌는지를 나타내는데 전압정재파비와 반사계수 또는 리턴로스가 많이 사용됨

  - 진행파 전압 10V, 반사파 전압이 1V일 때, 전력반사율, 반사손실 및 정재파비는?

 - 반사계수(Γ, gamma, Reflection Coefficient)=반사된 전압/입사된 전압=1/10=0.1

 - 반사손실(RL)=-20*log｜Γ｜=20dB

 - 투과계수=2ZL/(ZL+Z0)

 - 정재파비(VSWR)= 최대전압/최소전압= (｜V+｜+｜V-｜)/(｜V+｜-｜V-｜)=(10+1)/(10-1)=11/9=1.22

                           = (1+｜Γ｜)/(1-｜Γ｜)=1.1/0.9=1.22 

4. 부정합 시의 문제점

  - 공중선에 공급되는 전력이 감소함

  - 전력의 손실이 증가함

  - 대전력의 경우 급전선의 절연이 파괴될 우려가 있음

  - 급전선에서 방사가 발생함

  - 송신기의 동작이 불안정해짐

5. 특성임피던스

       - 모든 RF 회로에서는 특성임피던스가 주어짐. 이것은 하나의 회로 혹은 시스템을 기준잡는 임피던스

       - 전자파 에너지의 전력 전송(Power transfer) 특성이 가장 좋은 임피던스는 33옴, 신호파형의 왜곡(distortion)이 가장 작은 임피던스는 75옴, 계산의 편의를 위해 중간값이 50옴을 기준값으로 함

       - 일반적으로 RF회로에서는 50옴, 케이블TV에서는 75옴을 많이 사용함 

  - 이 임피던스값 자체가 어떤 특성을 가지는 것은 아니고, 기준 임피던스를 잡음으로써 각각의 component/Circuit이 서로 입출력 단에서 호환성을 가지게 하려는 의미임

        - 모든 RF 파트의 입력단과 출력단을 50옴으로 통일한다면 특별한 임피던스 정합을 하지 않아도 바로 연결할 수 있기 때문임.

1. 개요

2. 진행파

3. 정재파

 3.1 정의

 3.2 특징

4. 진행파와 정재파 비교

5. 반사계수(Reflection Coefficients), 리턴로스(Return Loss), 정재파비(VSWR:Voltage Standing Wave Ratio)

1. 개요

 - 무한길이의 선로 혹은 임피던스가 정확하게 정합된 상태에서의 전파는 단방향으로 진행하는 진행파 성질만을 갖게 됨

 - 그러나 무한길이의 선로와 완벽히 임피던스를 정합된 상태로 유지하기 어려우므로 입사파의 일부가 반사파로 되돌아오게 되며 이는 에너지 소비를 증가시키게 하는 원인이 됨

 - 정재파는 진행파와 반사파 성분을 같이 가지고 있는 합성파를 말함

2. 진행파

 - 선로가 무한히 긴 경우 송단을 출발한 전압과 전류의 파는 R과 G에 의해 감쇠하면서 진행하며 이때 반사파는 없음

 - 실제로 무한장 선로는 없으므로 선로의 특성 임피던스와 동일한 부하 임피던의 부하를 접속함

 - 반사파 없이 한 쪽으로 진행하는 파

3. 정재파

 3.1 정의

    - 진행하는 파가 아니고 정지한채 진동만 하는 파(정재파:Standing Wave)

    - 부하임피던스(Zr)와 선로임피던스(Z0)가 다를 경우 선로상에 진행파와 반사파 모두 존재

    - 이들 두 파가 서로 간섭하여 동위상으로 만나는 곳은 최대점, 역위상으로 만나는 곳에서는 최소점이 생김

    - 정재파비(VSWR)= 최대전압/최소전압= (｜V+｜+｜V-｜)/(｜V+｜-｜V-｜)

    -  Zr=Z0 선로에는 반사파(V-)가 없고 진행파(V+)만 존재하므로 VSWR=1

    -  Zr≠Z0 선로에는 반사파와 진행파 모두 존재하므로 VSWR＞1

 3.2 특징

    - 발생원인: 정합아 되지 않을 경우

    - 전압, 전류 분포: λ/2 거리마다 최대와 최소가 있음

    - 전류, 전압의 위상: 어디서나 위상은 같음

    - 진행파, 반사파의 합성(양방향성)

5. 반사계수(Reflection Coefficients), 리턴로스(Return Loss), 정재파비(VSWR:Voltage Standing Wave Ratio)

 - 진행파 전압이 10V, 반사파 전력이 1V일 때, 전력반사율, 반사손실 및 정재파비는?

 - 반사계수(Γ, gamma, Reflection Coefficient)=반사된 전압/입사된 전압=1/10=0.1

 - 반사손실(RL)=-20*log｜Γ｜=20dB

 - 정재파비(VSWR)= 최대전압/최소전압= (｜V+｜+｜V-｜)/(｜V+｜-｜V-｜)=(10+1)/(10-1)=11/9=1.22

                           = (1+｜Γ｜)/(1-｜Γ｜)=1.1/0.9=1.22 

<Reference>

http://www.kangwon.ac.kr/~sericc/sci_lab/physics/standing_wave_2/standing_wave_2.html  정재파가 만들어지는 과정

http://ghebook.blogspot.kr/2011/09/vswr-voltage-standing-wave-ratio.html

http://ghebook.blogspot.kr/2011/07/voltage-and-current-waves.html

http://www.rfdh.com/rfdb/vswr.htm

http://www.antenna-theory.com/definitions/vswr.php

1. 개요

2. 전리층

3. 주파수대를 다르게 사용하는 이유

  3.1 주/야간

  3.2 계절별

<Prior Knowledge>

1. 전파의 분류

  - 전파가 지나다니는 통로 에 따라 지상파와 공간파로 나눌 수 있음

  1.1 지상파

     - 지상에서 전파되는 전파

<참조> http://ktword.co.kr/abbr_view.php?nav=2&m_temp1=1624&id=350    

       가. 직접파

          - 가시거리 영역에서 송신점에서 수신점에 직접 도달,  VHF대 이상에서 이용

       나. 대지반사파

          - 대지, 건물, 반사판, 산악 등에서 반사된 후 수신점에 도달

       다. 지표파

          - 도전성인 지구 표면을 따라 전파, 장파 및 중파대에서 이용

       라. 회절파

          - 지상의 전파장애물을 넘어서 수신점에 도달 

  1.2 공간파

     - 대류권, 전리층 등 지구 상층 구간을 통해 전파되는 전파를 지칭

     - 지구 대기 상층 구조

<참조> http://skyobserver.net/qna_qa/26648   

       가. 대류권파

          - 지상 약 12km 이하 대기의 대류현상이 있는 대류권을 따라 전파되는 전파

          - 대류권 굴절파, 대류권 산란파, 대류권 반사파

       나. 전리층파

          - 지상 100~400km의 전리층에서 반사되거나 산란되는 전파

          - 전리층 반사파, 산란파, 활행파

          - 전리층의 구분

                D층: 70~90km, 주간에 발생하고 야간에 소멸함, 전자 밀도가 낮은 편

                E층: 90~130km, 전자 밀도는 주간에 최고, 야간에 적어짐

                Sporadic-E: E층의 높이에서 불규칙한 반사층 형성

                F층: 130~300 km, 하절기 주간의 F층은 F1과 F2층으로 나누어짐, 전자밀도가 가장 큼

          - 전리층에서의 전파진로

                주파수를 높이면 투과성이 강해짐

                입사각이 크면 반사가 잘됨

                전자밀도가 크면 반사가 잘됨

<참조> http://ktword.co.kr/abbr_view.php?nav=2&m_temp1=1414&id=350

2. 주파수 대역별 주요 이용 영역

  - 장파대, 중파대 이하에서는 지표파

  - 단파대에서는 공간파(전리층 반사파)

  - 초단파대 이상에서는 직접파가 주로 이용됨

1. 개요

  - 장파대, 중파대 이하에서는 지표파을 이용하여 통신

  - 단파는 파장이 짧으므로 지표파는 감쇠가 심해 거의 실용성이 없음, 전리층 반사파을 주로 이용하여 통신

  - 초단파대는 전리층을 모두 투과해버림, 주로 직접파가 이용됨

2. 전리층

   - 전리층은 태양의 자외선 등이 원인이 되어 생성되며 높이에 따라 D, E, F층으로 분류됨

   - D층은 지상에서 70~90km 높이에 있으며 가장 고도가 낮고 전자밀도도 적은 층임, 높이가 낮아 주간에 태양을 향하고 있는 동안만 존재하고 야간에는 존재하지 않음

   - E층은 지상 약 100km 높이에 발생되며 전자밀도는 정오에 최대이고 야간에는 적어짐, 야간에 있어서 장파 및 중파대 전파를 반사하지만 단파는 이 층을 투과함 

   - F층은 지상 약 130~300km 높이에 나타나며 전자밀도가 가장 큼, 야간에도 상당히 큰 전자밀도를 유지하고 있어 단파대의 전파를 반사시킴

   - 주간에는 F2층이 약 200km 사이에 나타나며 야간에 이 두층은 합쳐짐 

3. 주파수대를 다르게 사용하는 이유

  3.1 주/야간

      - 단파통신은 전리층 반사파를 이용하므로 주/야간의 전리층 상태등에 따라 전파전파 특성이 영향을 받게 됨

      - 전자밀도가 높은 주간에는 전리층 D, E층 통과 시 받는 감쇠인 1종 감쇠가 작은 높은 주파수를 사용해야 통신이 가능함

      - 1종 감쇠는 주파수의 자승에 반비례하여 적어짐

      - 야간에는 D층이 소멸되므로 전리층 반사 시 받게 되는 2종 감쇠가 작은 낮은 주파수를 사용해야 통신이 가능함

      - 2종 감쇠는 주파수의 자승에 비례하여 적어짐

 <Prior knowledge>

  1종 감쇠: 전파가 전리층(주로 E층)을 통과할 때 받는 감쇠, 감쇠량은 전자밀도의 크기에 비례하고 주파수의 제곱에 반비례한다

  2종 감쇠: 전파가 전리층(E층 또는 F층)에서 반사될 때 받는 감쇠, 감쇠량은 주파수의 자승에 비례하여 커짐

  3.2 계절별

     - 전리층의 전자밀도와 높이는 일정하지 않고 일변화, 월변화, 계절변화 및 년변화를 하고 있음

     - F층의 전자밀도는 태양의 고도에 큰 영향을 받게되므로 여름의 전자밀도가 겨울보다 크게 됨

     - 따라서 양호한 단파통신을 위해선 여름에는 높은 주파수를 겨울에는 낮은 주파수를 사용해야함

     - 즉 계절별로 적절한 사용주파수대를 선정해서 사용해야 양호한 단파통신이 가능해짐

<참조>

             - 마이크로파: 300MHz~30GHz

1. 개요

2. 자유공간에서의 맥스웰방정식

 2.1 제 1방정식

 2.2 제 2방정식

 2.3 맥스웰의 보조 방정식

    2.3.1 전속에 관한 가우스 법칙

    2.3.2 자속에 관한 가우스 법칙

1. 개요

- 맥스웰은 변위전류도 도전류와 같은 성질을 가지고 있는데 착안하여 페러데이의 전자유도법칙과 암페어의 주회적분 법칙을 기초로 전계와 자계와의 관계를 나타내는 식을 유도하였음
- 맥스웰 방정식은 전계와 자계의 관계를 나타내는 방정식으로 전자파 해석의 기본이 되는 방정식임

2. 자유공간에서의 맥스웰방정식

 2.1 제 1방정식

    - 공간 어느 점에 있어서 전계가 시간적으로 변화할 때 그 주위에는 자계의 회전을 발생시킨다는 것은 나타내는 방정식

    - 암페어의 주회적분의 법칙 적분형은

    - 이것을 미분형으로 표시하면

    - 자유공간(전도 전류,J=0)에서 적분형으로 표시하면

    - 자유공간(J=0)에서 미분형으로 표시하면

 2.2 제 2방정식

    - 공간내의 한 점에 대한 자속밀도의 시간적 변화는 그 변화를 방해하는 방향으로 전계의 회전을 발생시킨다.

    - 공간 어느 점에 있어서 자계의 크기가 시간적으로 변화할 때 그 근방에 발생하는 전계의 크기를 나타내는 것

    - Faraday 전자유도법칙을 보면 적분형은

    - 자유공간(J=0)에서 미분형으로 표시하면

    - 자유공간에서 적분형으로 표시하면

 2.3 맥스웰의 보조 방정식

    2.3.1 전속에 관한 가우스 법칙

          - 어떤 작은 체적에서 발생되는 전속의 원천이 전하밀도임을 나타냄

          - 즉, 폐곡면을 통과하는 전속밀도의 발산양은 그 원천인 폐곡면 내부의 전하밀도와 같다

    2.3.2 자속에 관한 가우스 법칙

          - 폐곡면을 관통하는 자속밀도의 발산양은 0이다. 즉, 단일 자하가 존재하지 않음을 증명하는 수식

<참고>

가. 스토크스의 정리

  - 벡터장을 폐경로 주위에 대해 선적분한 것은 벡터장의 회전을 면적분한 것과 같음

  - 벡터의 선적분과 면적분과의 관계를 나타냄

나. 발산의 정리

  - 폐곡면에서 벡터의 표면 적분은 그 벡터의 발산을 체적 적분한 것과 같음

  - 벡터의 체적적분과 면적분과의 변환 관계를 나타냄

다. 암페어의 주회 적분의 법칙

  - 전류와 자기장과의 양적인 관계를 나타내는 법칙

  - 임의의 폐곡선에 대한 자계의 선적분은 이 폐곡선을 통과하는 전류와 같다.

  - 전류가 흐르면 자계가 회전하는 형태로 존재

  - 도체가 직선이나 대칭적인 구조일 때 적용하기 용이하나 그렇지 않은 경우 Biot-Savart law이 적용됨

라. 패러데이의 법칙

  - 자속의 시간적 변화를 감소시키는 방향으로 전압이 발생

  - N번 감은 코일에 dt동안 dФ의 자기장 변화가 있다고 할 때의 유도 기전력은 다음과 같다

  - (-)부호를 사용한 것은 렌츠의 법칙, 자속이 줄어들려 하면 자속을 늘이는 방향으로 기전력이 생기고 자속이 늘어나려 하면 자속을 줄이는 방향으로 기전력이 생김

                                                                                                              Vemf=V(electromotive force): 기전력

                                                                               Ф : 자속(Magnetic flux)

   - 기전력과 자속은 아래와 같이 정의됨

   - 두 식을 위에 대입하여 스토크스 정리를 쓰면 패러데이 법칙의 미분형의 유도됨  

<출처>

김기남학원 무선공학 자료

http://withfriendship.com/images/c/13333/maxwell-equation-above.png

1. 개요

2. 편파의 분류

  2.1 직선편파

  2.2 타원형 편파(Elliptical Polarisation)
  2.3 원형 편파(Circular Polarisation)
  2.4 무편광(Unpolarised light)

3. 안테나 편파특성 파라미터

4. 선형↔선형 보다 선형 ↔원형 선호이유

1. 개요 

  - 전자기파에서 편파는 전자기파 진행방향에 대해 어떤 고정점에서 전기장(Efield, 전계)성분 즉, 전자기파의 진행방향에 대한 E field의 극성 방향을 의미

http://www.rfdh.com/bas_rf/begin/antenna.php3

   - 서로 편파방향이 틀어지면 송수신 성능이 떨어짐. 최악으로 서로 완전히 직교하는 편파를 가지게 되면 신호교류가 안됨

http://www.rfdh.com/bas_rf/begin/antenna.php3

2. 편파의 분류

  - 편파에는 직선편파, 원형편파, 타원편파등이 있음 

 2.1 직선편파(선형편파, Linear Polarisation)

    - 전계 벡터 방향이 항상 단일한 일차원 방향으로만 진동함

    - 전자기파가 대지에 대해 전계 벡터의 궤적 변화가 수평/수직이냐에 따라 수평편파, 수직편파로 구분

    - 수직편파 및 수평편파는 특정 지역내에 똑같은 주파수 대역에서 혼입되지 않고 분리가 가능하므로 주파수 재활용을 통한 활용도를 높일 수 있음

2.2 타원형 편파(Elliptical Polarisation)

   - 편파 중 가장 일반적인 형태임

   - 전계 벡터 궤적의 좌우 방향에 따라 좌선회 타원편파, 우선회 타원편파로 구분

 2.3 원형 편파(Circular Polarisation)

      - 타원형 편파의 특별한 형태

      - 전계 벡터 궤적이 좌우 방향에 따라 좌선회 원편파, 우선회 원편파

  2.4 무편광(Unpolarised light)

      - 자연광, 태양광

      - 무편광은 전계 방향이 랜덤한 경우(모든 방향 성분이 다 있음)

3. 안테나 편파특성 파라미터

  3.1 회전방향: 전파의 진행방향에 대해 우향 또는 좌향

  3.2 축비율

      - 주축대비 부축의 비율

      - 축비율이 1이면 원형, 1 이상이면 타원편파, 무한이면 선형(직선편파)

4. 선형↔선형 보다 선형 ↔원형 선호이유

<출처>

http://www.ktword.co.kr/abbr_view.php?nav=2&m_temp1=2872&id=40

김기남 학원 무선공학 자료

1. 전자파의 성질

2. 회절의 원리 및 특성

3. 회절로 일어나는 현상

 3.1 프레넬 존

 3.2 산악회절파

 3.3 구면회절

4. 회절이 무선통신에 미치는 영향

1. 전자파의 성질

  - 주요 전파 메커니즘으로는 반사(Reflection), 회절(Diffraction), 산란(Scattering), 굴절(Refraction)이 있음

  1.1 반사

     - 반사는 전자기파 신호가 신호의 파장보다 상대적으로 넓은 표면을 만났을 때 일어남

     - 전파는 입사각과 같은 각으로 반사된다는 사실이다. 이것을 흔히 스넬의 법칙(Snell's law)라고 불리운다

http://www.rfdh.com/bas_rf/emwave.htm

  1.3 회절

     - 전파의 파장보다 넓은 투과 불가능한 물체의 가장자리에서 발생

     - 전파가 투과 불가능한 물체의 가장자리를 만나면 다른 방향으로 진행

http://www.rfdh.com/bas_rf/emwave.htm

  1.4 산란

     - 산란이란 전자기파가 진행하다가 만난 물체 표면에서 구조특성에 따라 사방으로 전자기파가 흩어지는 현상을 의미

     - 장애물의 크기가 신호의 파장과 비슷하거나 작으면 산란이 발생, 신호가 장애물을 지나면서 몇  개의 약화된 신호로 흩어지게 됨

 http://www.rfdh.com/bas_rf/emwave.htm

2. 회절의 원리(호이겐스의 원리) 및 특성

  - 파면의 각 지점들이 구면파를 발생시키는 파원이 되고, 무수히 많이 생기는 이 구면파가 겹쳐서 만드는 그 포락선이 다음 파면을 형성->호이겐스의 원리

http://scienceorc.net/science/senghwal/081.html

                         (a) 구면파     (b) 평면파           <출처> http://lsgn.com.ne.kr/padong/hoygen.htm

  - 전파의 회절현상은 호이겐스의 원리에 의해 설명, 회절현상으로 장애물 뒤편(음영지역 수신점)까지 전파가 전파됨

http://pages.uoregon.edu/stanm/PHYS152SUMMER2011/LECTURES3and4-WAVES.html

http://blog.daum.net/_blog/BlogTypeView.do?blogid=0Pvip&articleno=14

3. 회절로 일어나는 현상

 3.1 프레넬 존

     - 전계강도가 장애물의 영향을 받아 변화하는 영역

    - 전파가 전력의 감쇠 없이 송신기에서 수신기에 도달하기 위해서는, 일정 크기의 공간이 필요

     - 필요한 공간은 안테나 사이의 최단 거리를 따라 형성되는 타원체이며, 이것을 프레넬존이라고 함

     - 프레넬존 내부에 장애요소가 있는 경우(전파통로와 장애물 사이 장애물이 가리지 않아도) 직접파와 회절파의 간섭에 의해 수신 전계 강도가 약화될 수 있으며 수신 감도가 약한 경우, 오류가 발생할 확률이 점차 증가

 <Prior knowledge>

프레넬 존이란?

     - 전파가 전력의 감쇠 없이 송신기에서 수신기에 도달하기 위해서는, 일정 크기의 공간이 필요

     - 한 공간의 에너지는 직선을 통해 수신기에 연결할 수 없습니다. 그것은 파도가 콘크리트 벽에 구멍 바늘의 크기를 통해 도착하기 어려운 것과 같은 원리

     - 필요한 공간은 안테나 사이의 최단 거리를 따라 형성되는 타원체이며, 이것을 프레넬존이라고 함

     - 프레넬존 내부에 장애요소가 있는 경우 수신 전계 강도가 약화될 수 있으며 수신 감도가 약한 경우, 오류가 발생할 확률이 점차 증가

첫번째 프레넬 존?

     - 첫번째 프레넬 존 내부 Radius의 60% 내에 장애물이 없는 한 자유공간에서의 손실과 같은 감쇄를 받음

To calculate Fresnel Zones for your Wireless Network, first establish the RF LoS (Line of Sight) which is the direct, straight line between the transmitter and receiver (or transceivers) antennas. The general equation for calculating the Fresnel Zone radius at any point P in between the endpoints of the wireless link can be shown by the following equation:

The radius of the Fresnel Zone is at its highest value (greatest distance) directly at the centre of the RF LoS and for the practical application of planning Wireless Networks, it is useful to know the maximum radius of the 1st Fresnel Zone.

Therefore the distances between Point A and B to P will be identical and by converting the wavelength value to signal frequency we can say the following:

Therefore if the values for frequency and total distance are converted to GHz and km respectively, the equation for the maximum radius of the 1st Fresnel Zone can be derived in the following manner

<참조>

http://www.radiosystek.com/ko/resources/fresnel-zone/

http://www.4gon.co.uk/solutions/technical_fresnel_zones.php

 3.2 산악회절파

    - 전파의 전파(傳播) 도중에 여러 산이 있을 때의 전파

    - 특히 초단파(VHF)나 마이크로파에서는 산이 있으면 음영(陰影) 손실 때문에 전계의 세기가 낮아진다. 그러나 산을 잘 이용하면 회절로 산이 없을 때의 전계의 세기보다 높은 전계의 세기를 얻게 된다.(일반적으로 장애물이 없어야 수신감도가 크지만 산악에 의한 회절이득으로 수신감도가 오히려 커지는 현상 발생)

 3.3 구면회절

      - 지구의 구 표면, 또는 보다 일반적으로 파장에 비해 아주 큰 둥근 형태로 된 장해물에 의한 회절로 인해 전파수평선을 너머 전파하는 현상. 

4. 회절이 무선통신에 미치는 영향

  가. 이득증가의 효과

     - 회절현상으로 원거리에서도 근거리보다 더 통신 품질이 우수한 수신 가능

     - 초단파대 전파의 초가시거리 통신을 수행, 페이딩이 적고 안정적임

  나. 경제적인 망 구축

     - 셀룰러 및 방송의 경우 회절현상에 의해 건물 뒷편 음영지역에서도 서비스가 가능한 것은 회절현상에 기인함(전파의 회절 성분이 없었으면 이동통신 대중화 불가능)

     - 전파의 회절 특성으로 기지국 및 중계기수를 줄일 수 있어 경제적인 망 구축을 할 수 있게 되었음

  다. 전파혼신의 문제 발생

     - 다만 회절 현상으로 인한 전파혼신의 문제가 발생할 수 있으므로 이를 고려해야 함

     - 산악회절에 의해 초가시거리 전파의 발생으로 타 통신에 영향을 줄 수 있으므로 통신망 설계 시 산악회절 현상을 고려해야 함

1. 개요

2. EMC/EMI/EMS 정의

 2.2 EMI(Eletro-Magnetic Interference, 전자파 간섭, 전자파 장해)

 2.3 EMS(Electro Magnetic Susceptibility, 전자파 내성, 전자파 감응성)

1. 개요

  - 각종 전자/통신 기기의 사용으로 인한 제품 사이의 전자파 간섭 발생, 제품의 오동작 발생

  - 전자 기기에서 방출되는 전자파로 인한 통신 교란, 방송 수신 장애 발생

  - 전자기기 사용으로 인한 인체의 유해성 논란

  - 방해파 문제의 심각성이 대두됨에 따라 EMC 규격 제정

2. EMC/EMI/EMS 정의

 2.2 EMI(Eletro-Magnetic Interference, 전자파 간섭, 전자파 장해)

     - 전자파 방해 또는 전자파 간섭

     - 기기가 전자파를 외부로 방출하여 복사(Radiation)와 전도(Conduction)의 형태로 다른 기기나 제어회로에 방해를 주는 것

     - 전자기기로부터 부수적으로 발생되는 불필요한 전자파가 공간으로 방사되거나 전원선을 통해 전도되어 그 자체의 기기 또는 타기기에 전자기적 장해를 유발시키는 현상

 2.3 EMS(Electro Magnetic Susceptibility, 전자파 내성, 전자파 감응성)

     - 전자파장해가 존재하는 환경에서 기기, 장치 또는 시스템이 성능 저하 없이 동작할 수 있는 능력

     - 전자 장치가 다른 기기로부터 발생하는 전자기적 방해를 받아도 악영향이 없이 작동할 수 있는 성질

3. EMI와 EMS의 분류

  - EMI에는RE(Radiated Emission:복사방출)과CE(Conducted Emission:전도방출)로 분류

  - EMS에는 RS(Radiated Susceptibility:방사내성)과 CS(Conducted Susceptibility:전도내성)으로 분류

  - R(Radiated)은 노이즈가 공기중으로 무선의 형태로 전달되는 형태

  - C(Conducted)는 AC라인과 같이 유선의 형태로 노이즈가 전달되는 형태를 의미

4. EMI 발생 원인

  - 자연적인 발생 원인: 대기잡음, 우주잡음, 태양 방사 등

  - 인공적인 발생 원인

    가. 의도적인 잡음(Intentional Noise)

        - 기능 수행을 위하여 의도적으로 무선 주파수를 발생시켜 송신하는 경우(AM, FM, TV 방송 등)

    나. 비의도적인 잡음(Unintentional Noise)

        - 기기가 동작을 하는 동안에 비의도적으로 발생하는 경우(TV 모니터, 컴퓨터 등)

5. EMI 억제 대책/EMC 대책

  - 발생원의 방사레벨을 줄이거나 전달 정도를 차단하거나, 수신체가 방사로부터 면역을 강화함으로써 방지할 수 있음

  - 접지(Grounding)

  - 전자 필터링(Electronic Filtering)

  - Mechanical Shielding

  - RF 회로 분리

  - 적절한 설계 가이드 이용

<출처>

http://www.analoglab.com/emc/1.pdf  

1. 잡음 개요

2. 잡음의 분류

3. 잡음 방해의 일반적인 개선 작업/3. 전파 잡음의 원인과 해결책

4. 간섭 개요

5. 간섭의 종류

6. 간섭 개선 방안

1. 잡음 개요

  - 무선 전파의 전송과정에서 발생하는 잡음이란 송신 안테나에 복사된 전파가 수신안테나에 도달할 때 수신안테나에 원치 않게 혼입되는 불규칙적이며 예측할 수 없는 전자기적인 신호임

  - 잡음은 원천적으로 제어가 불가능하며 크게 인공적인 잡음과 자연적인 잡음으로 나눌 수 있음

2. 잡음의 분류

 가. 잡음의 분류

 나. 외부잡음 

3. 잡음 방해의 일반적인 개선 작업

  - 송신전력을 크게함

  - 안테나의 지향성을 예민하게 하여 이득을 높임으로써 수신전력을 크게 함

  - 내부잡음이 적도록 수신기의 설계를 적절히 함

  - 수신기의 실효 대역폭을 좁게 함

  - 전원회로에 필터를 삽입하거나 차폐를 수행함

  - 적절한 통신방식을 선택함

  - 동축급전선을 사용하고 수신기에는 잡음 억제회를 채택함

3. 전파 잡음의 원인과 해결책

4. 간섭 개요

  - 무선통신에서의 간섭은 희망신호 이외의 신호가 외부 방해파로서 신호에 중첩이 되어 나타나는 교란현상을 말함

  - 무선통신 전송분야의 간섭은 크게 부호간 간섭과 주파수 간섭으로 나눌 수 있음

5. 간섭의 종류

  가. 부호간 간섭(ISI)

     - 시간차에 의한 간섭(ISI:Inter-Symbol Interference)

     - 동일 주파수이고, 동일한 기지국에서 발사된 전파가 여러 경로를 거치면서 전파의 도달시간 차이에 의해 발생함

http://www.teletopix.org/4g-lte/inter-symbol-interference-in-lte/

  나. 주파수간 간섭

     - 동일채널간섭(Cochannel Interference, CCI)

     - 인접채널간섭(Adjacent Channel Interference, ACI)

     - 다중채널간섭(Multipath Interference)

6. 간섭 개선 방안

  - 주어진 간섭 형태에 덜 민감한 변/복조나 채널 코딩 방식을 채택

  - 외부 간섭원을 제거

  - 동일채널간섭, 인접채널간 간섭은 초기 시스템 설계 시 잘 계획하거나 수신기쪽에서 선택적 필터링 등을 이용하여 해결할 수 있음

<참조>

93회 정보통신기술사 기출문제 풀이-김기남정보통신학원

1. 개요

2. 무선통신에서의 다이버시티 기법의 사용 이유

3. 다이버시티 종류

  가. Frequency diversity

  나. Space diversity

  다. Polarization diversity

  라. 각 다이버시티(지향성 Diversity)

  마. Time diversity

  바. Site diversity

4. 합성수신법

  가. 선택합성법

  나. 등이득합성법  

  다. 최대비 합성법

  라. 스위치 결합방법

5. 맺음말

1. 개요

 - 무선통신에서 전파가 전파되는 경로 상의 매질 변동 등에 의해 수신 전계강도가 불규칙하게 변동되는 현상을 페이딩이라고 함

 - 페이딩은 고정통신과 이동통신, 아날로그와 디지털통신, 사용주파수대 등에 따라 여러 형태로 나타나게 되느데, 이러한 페이딩의 방지대책으로 사용되는 것이 다이버시티 기법임

2. 무선통신에서의 다이버시티 기법의 사용 이유

  - VHF대역 통신(직접파와 반사파)의 주매체인 대류권층에서 발생하는 덕트형 페이딩과 산란형 페이딩 등을 방지하기 위함

  - HF대역 통신(전리층 반사파 이용)의 주매체인 전리층에서 발생하는 간섭성 페이딩, 선택성 페이딩 등을 방지하기 위함

  - 이동통신에서 이동국의 움직임에 따라 발생하는 페이딩을 방지하기 위함  

  - 다중 경로에 의한 시간지연, 송신점의 거리에 따른 지연 등을 수신점에서 다이버시티를 이용하여 수신한 후 합성에 의해 신뢰성있는 전송을 가능하게 함

  - 편파를 달리하여 송신한 후 수신측에서 편파다이버시티로 수신하여 주파수 효율을 높임

  - 공간 다중화 기법을 이용한 송신과 공간 다이버시티로 수신하여 전송용량 증대

3. 다이버시티 종류

  가. Frequency diversity

     - 서로 다른 두 주파수의 경우 심한 페이딩의 상태가 동시에는 일어나지 않는 점을 이용한 것

     - 주파수에 따라서 전리층과 같은 반사물질에서 반사되어 수신기에 도달하는 시간이나, 반사되는 위치의 차이가 있으므로 두개의 주파수로 동일 신호를 전송하여 수신기에서 합성시키는 방법

     - 장점: 이동체 등과 같이 공간이 좁은 곳에서도 사용이 가능

     - 단점: 2개 이상의 주파수가 필요

<2012년 제2회 정보통신기술사 기출문제 해설, 김기남 공학원> 

  나. Space diversity

      - 동일 전파를 서로 충분히 떨어진 두 지점에서 수신하면 수신 전계강도의 페이딩 상태가 다르므로 두 개의 수신 출력을 적당히 합성하거나 선택하여 페이딩의 영향을 경감시킬 수 있음

      -  M/W에서는 6~23m 정도가 자장 적당하며 위상지연에 대한 대책이 있어야 함(Equalisation)

<2012년 제2회 정보통신기술사 기출문제 해설, 김기남 공학원>

  다. Polarization diversity

      - 전파의 수직편파와 수평편파에 따라 페이딩을 받는 방식이 다르므로 수평편파용과 수직편파용의 두개의 안테나를 설치하여 그 출력을 합성함으로써 페이딩을 방지하도록 한 방식임

      - 단파 전파는 전리층에서 반사할 때 지구자계의 영향으로 타원편파가 되며, 마이크로파에서는 빗방울을 통과하면서 편파면이 회전하게 됨

      - 또한 이동통신에서는 지형, 건물 등에서 산란되면서 편파면이 흐트러지게 됨

<2012년 제2회 정보통신기술사 기출문제 해설, 김기남 공학원>

  라. 각 다이버시티(지향성 Diversity)

      - 수신안테나의 각도를 다양하게 구성하거나 다른 지향성의 안테나를 사용하여 그 출력을 선택하거나 합성함

  마. Time diversity

      - 수신국 혹은 송신국이 이동한다는 것을 전제로 한 것으로 그 특성은 공간다이버시티에 대응함

      - 동일정보를 약간의 시간 간격을 두고 중복 송출하고 수신측에서는 이를 일정 시간의 지연후에 비교하여 사용하는 방법

      - 상관관계가 충분히 낮은 시간간격으로 재전송하여 수신레벨이 높은 쪽을 선택하는 방식으로 전송용량을 희생하는 대신에 신뢰도를 높힐 수 있음

  바. Site diversity

      - 수신 안테나의 설치장소가 다르면 수신 전계의 페이딩이나 강우감쇠의 발생 시간, 크기, 빈도 등이 달라지는 것을 이용하는 방식임

      - 2개 이상의 수신소 또는 송신소의 장소를 달리하여 설치하고, 각 전파로의 수신 출력을 합성 또는 절체하여 그 영향을 경감시키는 것으로 위성통신 지구국이 대표적임

4. 합성수신법

  - 다이버시티 Branch로부터 페이딩의 영향을 받은 각각의 신호를 합성하기 위하여 여러가지 방식이 제안되어 있음

  가. 선택합성법

     - 어느 주어진 시간에 서로 다른 Branch에서 수신된 모든 신호를 비교하여 가장 좋은 신호를 선택하는 방식임 

  나. 등이득합성법  

     - 각가의 Branch 신호를 같은 위상으로 만든 후 결합하는 방법

     - 각 신호의 위상을 맞추는 것이 어려움

  다. 최대비 합성법

     - 각 신호를 가장 좋은 비율로 결합하는 방법

     - 그 비율을 결정하기 위한 구조가 필요하며 , 구조가 복잡해진다

  라. 스위치 결합방법

     - 하나의 신호를 선택하고 있다가 수신파워가 일정 수준(Threshold level)보다 작아지면 다른 신호를 선택하는 방법

     - 수신파워를 측정할 수 있는 수신회로가 필요, 구조가 간단하고 실제 적용이 용이

5. 맺음말

  - 마이크로파통신이나 원거리 고정국 간의 단파통신, 이동통신 등에서 페이딩에 대한 방지대책으로 다이버시티 수신방식이 활용되고 있음

  - 4G 핵심기술 중에 하나인 MIMO 기술은 다중 송신안테나와 다중 수신안테나를 이용하여 페이딩 영향을 감소시키고, 데이터 전송효율을 향상시키는 기술임

<참조>

2012년 제2회 정보통신기술사 기출문제 해설, 김기남 공학원

http://egloos.zum.com/laminaz/v/4291905

위성통신에서의 전파는 자유공간손실 외에 지구를 둘러싼 대기층 및 전리층과 강우에 의하여 영향을 받는다. 이에 대한 제반 영향을 설명하고 그 대책에 대하여 설명하시오

1. 전파의 창

2. 위성통신의 전파특성 영향 요인

3. 위성통신에서 강우 감쇠 보상기법

4. 결론

1. 전파의 창

 - 위성통신에서 수백 MHz 이하의 낮은 주파수대에서는 우주 잡음의 증가, 전리층에서의 감쇠와 신틸레이션의 영향이 크고, 10GHz 이상의 높은 주파수대에서는 대기가스나 강우 등에 의한 감쇠 및 이들 매질에서의 열잡음 등이 문제가 됨

 - 따라서 이들의 영향이 비교적 적은 300MHz~10GHz의 주파수 영역을 전파의 창이라 하여 이 주파수 대역에서 위성통신을 주로 행함

 - 실제의 위성통신에서 1~10GHz의 주파수 대역이 가장 많이 이용됨

2. 위성통신의 전파특성 영향 요인

 가. 대기의 영향

     - 대기에서는 흡수감쇠,  대기굴절율, 대기잡음에 의해 영향을 받음

      1) 흡수 감쇠

         - 전자파가 대기 중을 통과할 때 대기 중의 산소, 수증기, 안개와 구름 및 눈, 자유전자 등에 의해 흡수되거나 산란

         - 이 중에서 위성통신 대역에서는 수증기와 산소에 의한 감쇠의 영향이 크므로 수증기 , 산소에 의한 감쇠를 대기 감쇠라고 함

         - 수증기에 의한 대기 흡수 손실은 21GHz에서, 산소에 의한 흡수 손실은 60GHz에서 최대값을 가지며, 안테나의 지향 앙각이 작을수록 전파 경로가 길어져 손실이 커짐

      2) 대기 굴절율

         - 대기 굴절율은 지상에서의 높이에 비례하여 증가하므로 대기층을 통과하는 전자파에 대하여 오목렌즈와 같은 작용을 하여 전자파 발산 감쇠(De-focussing attenuation)를 가져옴

         - 또한 대기 불안정에 의한 대기 굴절율의 불규칙 변동은 전자파의 산란 작용을 일으키고, 도달하는 전자파의 진폭 및 위상을 불규칙하게 만드는 감쇠를 확산감쇠(Diffusive attenuation)이라고 함    

         - 대기 굴절율의 불규칙한 변동은 대기 신틸레이션 페이딩을 발생시킴

     3) 대기 잡음

         - 대기 가스가 전자파를 흡수하여 재방사함, 열잡음의 방사원으로 작용

 나. 강우의 영향

      - 강우 감쇠, 강우 잡음등으로 부터 영향을 받음

      - 3GHz 이하의 주파수에서는 강우에 의한 흡수 손실이나 잡음의 영향을 무시할 수 있으나, 3GHz 이상에서는 급격히 증가하여 18GHz 이상에서는 다른 요인에 의한 감쇠값보다 강우감쇠 값이 더 커짐 

      1) 강우감쇠

        - 강우 중인 공간을 전파하는 전파는 빗방울에 의한 흡수와 산란때문에 감쇠를 받음

      2) 강우잡음

        - 대기 가스와 마찬가지로 빗방울에 의한 전자파의 흡수 감소는 열잡음으로 지구국에 영향을 끼침

 다. 전리층의 영향

      - 비교적 낮은 주파수에서 전리층의 영향을 많이 받음

      1) 전리층 scintillation

         - 전파가 전리권을 통과할 때 전자밀도의 변동에 의하여 진폭, 위상, 편차 상태 등이 짧은 주기로 불규칙하게 변동하는 현상 

      2) 패러데이 회전

         - 전파가 전리권을 통과할 때 편파면이 회전하게 되는데 이것을 패러데이 회전이라 함

      3) 전리층에 의한 감쇠

         - 전리층의 임계 주파수에 가깝거나 낮은 주파수대의 전파는 전리권 내에서 흡수

      4) 전파 도래각의 변동

         - 대규모의 전자밀도 교란이 생긴 경우 발생

 라. 지상무선국과의 관계

    - 위성통신에 사용되는 주파수는 지상 무선중계국의 주파수와 공용되는 것이 많아 양자 사이의 간섭이 문제가 되는 경우 발생

3. 위성통신에서 강우감쇠 보상 대책

   - 위성 통신용으로 1~10GHz 주파수 대역이 주로 사용되어 왔으나, 최근 통화량의 증가로 10GHz 이상의 주파수 대역을 많이 사용하고 있음

  - 강우감쇠는 시스템의 사용주파수 대역이 높아짐에 따라 그 피해가 심각해짐, 이를 보상하기 위한 대책이 필요

 가. 고정 보상 기법

    - 강우 감쇠를 보상하기 위해서 여분의 지구국, 위성, 주파수 대역 등을 고정적으로 마련하여 할당해 놓은 방식

   - 강우 감쇠는 연중 발생률이 낮기 때문에 비효율적임

    1) 지역 다이버시티

       - 강우가 한정된 지역에서 발생한다는 점을 이용

       - 2개 이상의 지구국을 설치하여 감쇠량이 적은 지구국을 이용하여 통신하는 방식

    2) 주파수 다이버시티

       - 주파수가 커질수록 감쇠가 커진다는 점을 이용하여 강우 손실시 낮은 주파수대로 전송하는 기법

    3) 전력제어 기법

       - 강우 감쇠 시 그 값을 보상하기 위해 송신전력량을 증가시켜 수신 전력량을 일정하게 유지시키는 기법

 나. 적응형 보상 기법

    - 고정보상기법의 비효율성을 개선한 최근의 보상기법

    - 강우로 인하여 손실이 심해지면 효율적인 기법으로 전환하여 사용하는 기법

    1) 적응형 Data Rate 기법

       - 감쇠 정도에 따라 데이터 양을 줄이고, 줄어든 양만큼 리던던시로 채워 전송하여 강우로 인한 신호 감쇠를 보상하는 기법

       - 데이터 량이 변하므로 복조기 구조 복잡

    2) 적응형 부/복호 방식

       - 감쇠 정도에 따라 부/복호 방식을 적절하게 할당

    3) 적응현 변/복조 방식

       - 강우 감쇠 미 발생 시 8-PSK 변조기법 사용, 강우 감쇠 시 QPSK, BPSK 기법 사용

    4) 적응형 다원접속 방식

       - 시스템 타임슬롯을 강우감쇠를 겪고 있는 사용자에게 더 할당하는 방식

4. 결론

  - 적응형 전송기법은 고주파수 대역을 사용하는 시스템에서 매우 경제적이고 효율적인 보상기법임

  - 위성통신 시스템에서 사용주파수 대역이 점점 증가되는 추세로 볼 때 연구가 필요한 중요한 기술임

<참조>

http://rtocare.tistory.com/174