RF의 세계는 주파수의 세계입니다. 이는 단일 시스템 또는 단일 PCB 내에서도 사실이며, 하나의 RF 설계가 여러 주파수 범위의 신호를 포함할 수 있다는 점을 고려합니다. 하지만 이 시점에서 우리는 특정 RF 시스템이 존재하는 광범위한 맥락을 살펴보고자 합니다. 이 개념에 부여한 이름은 "전자기 스펙트럼"입니다.
더 구체적으로, 우리는 RF 통신에 일반적으로 사용되는 전자기 스펙트럼의 일부를 논의할 것입니다. 빛은 전자기 스펙트럼에 포함되고, 엔지니어링 시스템에서 사용이 제한적인 극히 낮은 주파수의 전파도 포함됩니다. 빛은 정보를 전송하는 유용한 수단이지만, 중간 주파수의 전자기 복사(EMR)와는 매우 다르게 동작하며, 결과적으로 우리는 그것을 무선 통신 대신 광 통신이라는 별도의 범주에 넣습니다 . 저주파 EMR은 특수한 용도가 있으며, 또한 전 세계적으로 전력망에 의해 지속적으로 생성되지만, 주류 무선 통신의 일부는 아닙니다.
주파수: 이유와 방법
다양한 주파수 범주에 대해 논의하기 전에 두 가지 근본적인 문제를 살펴보겠습니다. 왜 우리는 이렇게 많은 주파수를 사용할까요? 그리고 설계자는 특정 애플리케이션에 적합한 주파수를 어떻게 결정할까요?
간섭
동일한 주파수에서 작동하는 두 개 이상의 송신기는 간섭을 생성합니다. 즉, 수신기 장치가 관련 RF 신호와 무관한 RF 신호를 분리하기 어렵게 만듭니다. 이 문제는 다른 주파수를 사용하면 거의 사라집니다. 한 주파수의 EMR은 다른 주파수의 EMR을 "손상"시키지 않으며 무관한 신호는 필터링을 통해 쉽게 무시됩니다.
주파수 간에 적절한 분리가 있으면 간섭 신호를 무시할 수 있습니다.
물론 두 신호가 헤르츠의 일부로 분리되었다고 해서 간섭이 사라지는 것은 아닙니다. 주파수 분리가 클수록 간섭이 줄어듭니다. 그럼에도 불구하고 다양한 유형의 RF 통신에 대해 서로 다른 주파수를 사용하는 것은 놀라울 정도로 효과적입니다. 매일 전 세계에서 수많은 무선 시스템이 기능의 상당한 손실 없이 동시에 작동합니다.
주파수 선택
EMR의 특성은 주파수에 따라 다릅니다. 예를 들어, 극히 낮은 주파수의 파동은 효과적으로 물을 관통할 수 있으므로 잠수함과 통신해야 할 때 도움이 될 수 있습니다. 또 다른 예로, 특정 주파수는 대기 굴절을 겪기 때문에 무선 신호가 매우 먼 거리를 이동할 수 있습니다. 요점은 특정 RF 시스템의 주요 목적이 작동 주파수 범위를 선택하는 과정에 큰 영향을 미친다는 것입니다.
전리층 굴절로 장거리 통신이 가능해졌습니다.
이전 문단에서는 주파수가 전파 특성에 영향을 미치는 예를 언급했습니다. 그러나 종종 더 중요한 고려 사항은 대역폭(아날로그 시스템) 또는 데이터 속도(디지털 시스템)입니다.
10kHz만큼 높은 주파수 성분을 가진 오디오 신호를 무선으로 전송하려면 5kHz 송신기(즉, 캐리어) 주파수를 사용할 수 없습니다. 주파수는 신호가 정보를 전송할 수 있는 속도에 해당하므로 10kHz의 오디오 정보를 5kHz 캐리어에 "적합"할 수 없습니다. 또한 실용적인 고려 사항으로 인해 캐리어 주파수는 정보(즉, 기저대역) 주파수보다 상당히 높아야 합니다. 따라서 더 넓은 대역폭과 더 높은 데이터 속도 시스템은 전자기 스펙트럼의 더 높은 주파수 부분을 차지해야 합니다.
관심 주파수
무선 스펙트럼(즉, 전자기 스펙트럼의 무선 통신 부분)은 VLF(초저주파) 대역에서 EHF(극고주파) 대역, 즉 약 3kHz에서 300GHz까지 확장됩니다. VLF와 EHF를 구분하는 다른 대역은 다음과 같습니다.
- LF(저주파),
- MF(중간 주파수),
- HF(고주파),
- VHF(초고주파)
- UHF(초고주파) 및
- SHF(초고주파).
이러한 구분은 다소 임의적이며 정확한 주파수 범위를 알 필요는 없습니다. 스펙트럼의 다른 부분에서 발견되는 무선 통신 범주의 몇 가지 예를 간단히 제시하는 것이 더 낫습니다. 이렇게 하면 특정 유형의 시스템에 어떤 주파수 범위가 더 적합한지에 대한 직관적 인식을 얻는 데 도움이 될 것입니다.
- AM 라디오 통신은 MF 대역을 사용합니다. 더 구체적으로, 캐리어 주파수는 540~1600kHz입니다. 우리는 경험상 AM 라디오가 범위가 넓고 건물의 물리적 간섭에 강하지만 AM은 뛰어난 오디오 품질에 대한 평판이 없다는 것을 알고 있습니다.
- FM 라디오 통신은 VHF 대역을 사용하며, 캐리어 주파수는 88.1~108.1MHz입니다. 캐리어에서 허용되는 편차는 FM에서 AM보다 상당히 높으며, 이는 FM 신호가 AM 신호보다 단위 시간당 더 많은 정보를 전송할 수 있음을 의미합니다. (이 맥락에서 "AM"과 "FM"은 일반적인 진폭 및 주파수 변조가 아니라 표준화된 무선 전송 범주를 나타냅니다.)
- Bluetooth와 일부 802.11 프로토콜과 같은 디지털 통신 시스템은 낮은 기가헤르츠 범위, 더 구체적으로는 2.4GHz 근처의 주파수에서 작동합니다. 이들은 일반적으로 단거리 시스템이지만 신뢰할 수 있는 통신을 제공하고 높은 캐리어 주파수는 높은 데이터 전송 속도를 가능하게 합니다. 이러한 프로토콜은 매우 작지만 비교적 긴 배터리 수명을 제공하는 장치에서 사용할 수 있습니다.
- 위성은 분명히 장거리가 중요한 응용 분야를 나타내며, 매우 높은 주파수에서 작동하는 경향이 있습니다. 이 범위의 하단(1~2GHz)에는 GPS 위성에서 사용하는 L 대역이 있습니다. C 대역(4~8GHz)은 예를 들어 위성 TV 네트워크에서 사용합니다. 인상적인 주파수인 18GHz까지 확장되는 Ku 대역은 다양한 위성 응용 분야에 사용되며 국제 우주 정거장의 통신 장비에서 중요한 부분입니다.
EMR에서 조명까지
위에서 언급한 위성 주파수는 대부분 라디오 스펙트럼의 SHF 섹션 내에 있습니다. EHF 대역은 라디오파와 광파 사이의 전환 역할을 합니다. EHF 신호는 대기의 가스와 습기에 의해 더 심각하게 방해를 받으며, 이는 광학 복사와 불투명한 물체를 관통할 수 없는 능력을 상기시킵니다. EHF 대역보다 높은 주파수를 가진 신호는 라디오파가 아닌 적외선 복사로 분류됩니다.
요약
- 전자기 스펙트럼은 우주에 존재하는 EMR 주파수 범위를 말합니다. 이 스펙트럼은 여러 주파수 대역으로 나뉘고 세분화됩니다.
- RF 통신과 관련된 일반적인 섹션을 무선 스펙트럼이라고 하며, 무선 스펙트럼은 8개 대역으로 나뉩니다.
- 서로 다른 무선 시스템 간의 간섭은 서로 다른 캐리어 주파수를 사용하면 피할 수 있습니다.
- 대역폭과 전파 요구 사항은 반송파 주파수 선택에 영향을 미치며, 그에 따라 반송파 주파수는 특정 시스템의 특성에 영향을 미칩니다.
- 무선 스펙트럼 내에서 가장 높은 주파수 대역은 무선파와 더 비슷하게 작동하는 신호에서 광파와 더 비슷하게 작동하는 신호로의 전환을 나타냅니다.RF의 세계는 주파수의 세계입니다. 이는 단일 시스템 또는 단일 PCB 내에서도 사실이며, 하나의 RF 설계가 여러 주파수 범위의 신호를 포함할 수 있다는 점을 고려합니다. 하지만 이 시점에서 우리는 특정 RF 시스템이 존재하는 광범위한 맥락을 살펴보고자 합니다. 이 개념에 부여한 이름은 "전자기 스펙트럼"입니다.
다양한 주파수 범주에 대해 논의하기 전에 두 가지 근본적인 문제를 살펴보겠습니다. 왜 우리는 이렇게 많은 주파수를 사용할까요? 그리고 설계자는 특정 애플리케이션에 적합한 주파수를 어떻게 결정할까요?간섭
주파수 간에 적절한 분리가 있으면 간섭 신호를 무시할 수 있습니다.
EMR의 특성은 주파수에 따라 다릅니다. 예를 들어, 극히 낮은 주파수의 파동은 효과적으로 물을 관통할 수 있으므로 잠수함과 통신해야 할 때 도움이 될 수 있습니다. 또 다른 예로, 특정 주파수는 대기 굴절을 겪기 때문에 무선 신호가 매우 먼 거리를 이동할 수 있습니다. 요점은 특정 RF 시스템의 주요 목적이 작동 주파수 범위를 선택하는 과정에 큰 영향을 미친다는 것입니다.전리층 굴절로 장거리 통신이 가능해졌습니다.
10kHz만큼 높은 주파수 성분을 가진 오디오 신호를 무선으로 전송하려면 5kHz 송신기(즉, 캐리어) 주파수를 사용할 수 없습니다. 주파수는 신호가 정보를 전송할 수 있는 속도에 해당하므로 10kHz의 오디오 정보를 5kHz 캐리어에 "적합"할 수 없습니다. 또한 실용적인 고려 사항으로 인해 캐리어 주파수는 정보(즉, 기저대역) 주파수보다 상당히 높아야 합니다. 따라서 더 넓은 대역폭과 더 높은 데이터 속도 시스템은 전자기 스펙트럼의 더 높은 주파수 부분을 차지해야 합니다.무선 스펙트럼(즉, 전자기 스펙트럼의 무선 통신 부분)은 VLF(초저주파) 대역에서 EHF(극고주파) 대역, 즉 약 3kHz에서 300GHz까지 확장됩니다. VLF와 EHF를 구분하는 다른 대역은 다음과 같습니다.- LF(저주파),
- MF(중간 주파수),
- HF(고주파),
- VHF(초고주파)
- UHF(초고주파) 및
- SHF(초고주파).
- AM 라디오 통신은 MF 대역을 사용합니다. 더 구체적으로, 캐리어 주파수는 540~1600kHz입니다. 우리는 경험상 AM 라디오가 범위가 넓고 건물의 물리적 간섭에 강하지만 AM은 뛰어난 오디오 품질에 대한 평판이 없다는 것을 알고 있습니다.
- FM 라디오 통신은 VHF 대역을 사용하며, 캐리어 주파수는 88.1~108.1MHz입니다. 캐리어에서 허용되는 편차는 FM에서 AM보다 상당히 높으며, 이는 FM 신호가 AM 신호보다 단위 시간당 더 많은 정보를 전송할 수 있음을 의미합니다. (이 맥락에서 "AM"과 "FM"은 일반적인 진폭 및 주파수 변조가 아니라 표준화된 무선 전송 범주를 나타냅니다.)
- Bluetooth와 일부 802.11 프로토콜과 같은 디지털 통신 시스템은 낮은 기가헤르츠 범위, 더 구체적으로는 2.4GHz 근처의 주파수에서 작동합니다. 이들은 일반적으로 단거리 시스템이지만 신뢰할 수 있는 통신을 제공하고 높은 캐리어 주파수는 높은 데이터 전송 속도를 가능하게 합니다. 이러한 프로토콜은 매우 작지만 비교적 긴 배터리 수명을 제공하는 장치에서 사용할 수 있습니다.
- 위성은 분명히 장거리가 중요한 응용 분야를 나타내며, 매우 높은 주파수에서 작동하는 경향이 있습니다. 이 범위의 하단(1~2GHz)에는 GPS 위성에서 사용하는 L 대역이 있습니다. C 대역(4~8GHz)은 예를 들어 위성 TV 네트워크에서 사용합니다. 인상적인 주파수인 18GHz까지 확장되는 Ku 대역은 다양한 위성 응용 분야에 사용되며 국제 우주 정거장의 통신 장비에서 중요한 부분입니다.
위에서 언급한 위성 주파수는 대부분 라디오 스펙트럼의 SHF 섹션 내에 있습니다. EHF 대역은 라디오파와 광파 사이의 전환 역할을 합니다. EHF 신호는 대기의 가스와 습기에 의해 더 심각하게 방해를 받으며, 이는 광학 복사와 불투명한 물체를 관통할 수 없는 능력을 상기시킵니다. EHF 대역보다 높은 주파수를 가진 신호는 라디오파가 아닌 적외선 복사로 분류됩니다.
- 전자기 스펙트럼은 우주에 존재하는 EMR 주파수 범위를 말합니다. 이 스펙트럼은 여러 주파수 대역으로 나뉘고 세분화됩니다.
- RF 통신과 관련된 일반적인 섹션을 무선 스펙트럼이라고 하며, 무선 스펙트럼은 8개 대역으로 나뉩니다.
- 서로 다른 무선 시스템 간의 간섭은 서로 다른 캐리어 주파수를 사용하면 피할 수 있습니다.
- 대역폭과 전파 요구 사항은 반송파 주파수 선택에 영향을 미치며, 그에 따라 반송파 주파수는 특정 시스템의 특성에 영향을 미칩니다.
- 무선 스펙트럼 내에서 가장 높은 주파수 대역은 무선파와 더 비슷하게 작동하는 신호에서 광파와 더 비슷하게 작동하는 신호로의 전환을 나타냅니다.
- 요약
- EMR에서 조명까지
- 이러한 구분은 다소 임의적이며 정확한 주파수 범위를 알 필요는 없습니다. 스펙트럼의 다른 부분에서 발견되는 무선 통신 범주의 몇 가지 예를 간단히 제시하는 것이 더 낫습니다. 이렇게 하면 특정 유형의 시스템에 어떤 주파수 범위가 더 적합한지에 대한 직관적 인식을 얻는 데 도움이 될 것입니다.
- 관심 주파수
- 이전 문단에서는 주파수가 전파 특성에 영향을 미치는 예를 언급했습니다. 그러나 종종 더 중요한 고려 사항은 대역폭(아날로그 시스템) 또는 데이터 속도(디지털 시스템)입니다.
- 주파수 선택
- 물론 두 신호가 헤르츠의 일부로 분리되었다고 해서 간섭이 사라지는 것은 아닙니다. 주파수 분리가 클수록 간섭이 줄어듭니다. 그럼에도 불구하고 다양한 유형의 RF 통신에 대해 서로 다른 주파수를 사용하는 것은 놀라울 정도로 효과적입니다. 매일 전 세계에서 수많은 무선 시스템이 기능의 상당한 손실 없이 동시에 작동합니다.
- 동일한 주파수에서 작동하는 두 개 이상의 송신기는 간섭을 생성합니다. 즉, 수신기 장치가 관련 RF 신호와 무관한 RF 신호를 분리하기 어렵게 만듭니다. 이 문제는 다른 주파수를 사용하면 거의 사라집니다. 한 주파수의 EMR은 다른 주파수의 EMR을 "손상"시키지 않으며 무관한 신호는 필터링을 통해 쉽게 무시됩니다.
- 주파수: 이유와 방법
- 더 구체적으로, 우리는 RF 통신에 일반적으로 사용되는 전자기 스펙트럼의 일부를 논의할 것입니다. 빛은 전자기 스펙트럼에 포함되고, 엔지니어링 시스템에서 사용이 제한적인 극히 낮은 주파수의 전파도 포함됩니다. 빛은 정보를 전송하는 유용한 수단이지만, 중간 주파수의 전자기 복사(EMR)와는 매우 다르게 동작하며, 결과적으로 우리는 그것을 무선 통신 대신 광 통신이라는 별도의 범주에 넣습니다 . 저주파 EMR은 특수한 용도가 있으며, 또한 전 세계적으로 전력망에 의해 지속적으로 생성되지만, 주류 무선 통신의 일부는 아닙니다.