RF 기술의 중요한 특징은 다음과 같습니다. 한 사람이 다른 사람의 무선 통신을 방해하거나 심지어 완전히 망가뜨리는 것은 비교적 쉽습니다. 전파는 공기를 통해 이동하며 간섭 으로 설명될 수 있는 신호를 의도적으로 또는 실수로 전송하는 사람을 포함하여 모든 사람이 이용할 수 있습니다 .
첫째, 이미 전송된 무선 신호를 "파괴"하거나 "손상"시킬 수 없다는 것을 이해하는 것이 중요합니다. 그럼에도 불구하고 간섭의 효과는 수신기가 이 신호에 포함된 중요한 정보를 추출하는 능력을 손상시키기 때문에 원래 신호를 파괴하는 것과 동일할 수 있습니다. 즉, 정보는 여전히 존재하지만 특정 수신기와 관련하여 실제로는 존재하지 않게 됩니다.
간섭은 RF 설계에서 끊임없는 과제이며, 무선 장치의 확산은 상황을 더 단순하게 만들지 않습니다. 시스템을 간섭에 저항하게 만드는 다양한 방법이 있으며, 이는 교과서에서 나중에 논의할 것입니다. 이러한 간섭의 대부분은 단순히 통신하지 않는 장치가 종종 유사한 캐리어 주파수를 사용해야 한다는 사실 때문입니다.
그러나 고의적인 간섭이라는 것도 있습니다. 이를 재밍 이라고 하며 , 그 목적은 어떤 식으로든 다른 무선 시스템이 성공적인 통신을 유지하는 것을 방해하는 신호를 방송하는 것입니다. 재밍은 현대 전쟁에서 중요한 전술이며, 일상 생활에서는 귀찮은 일(또는 더 나쁜 일)이며 완전히 불법입니다.
이 스펙트럼은 GPS 장치를 방해하려는 강력한 신호를 나타냅니다.
규정
정부가 무선 전송을 규제한다는 것은 처음에는 이상하게 보일 수 있습니다. 전자파와 같이 무형의 것에 법을 부과할 수 있을까요? 하지만 방해 사례는 규제가 없으면 심각한 문제가 발생할 것이라는 점을 분명히 보여줍니다. EMR 영역이 간섭 신호의 혼란스러운 무리로 악화되지 않도록 하려면 엄격한 조직이 필요합니다.
미국에서 무선 통신 세계의 질서를 유지하는 일은 연방통신위원회(FCC)에 달려 있습니다. 전자기 스펙트럼의 일부를 활용하려는 민간 및 공공 기관은 FCC로부터 허가를 받아야 합니다. 이 허가를 라이선스라고 합니다. 범위가 제한되어 큰 교란을 일으킬 가능성이 낮은 시스템에는 예외가 있습니다.
최대 전력
(합법적인) 라이선스 없는 무선 전송에 관심이 있다면 전송 전력을 알아야 합니다. 공식 규정이 유효 범위 또는 다른 척도로 제시되어 있더라도 이러한 상황에서 일반적으로 허용되는 것으로 간주되는 전송 전력을 결정할 수 있어야 하며 전력을 추정하는 것은 안테나에서 일정 거리 떨어진 시스템의 범위 또는 전계 강도를 정확하게 측정하는 것보다 쉽습니다.
이 플롯은 FCC의 " Part 15 " 규칙 에 따라 특정 주파수 범위에 대한 전계 강도 한계를 제공합니다 . Digi-Key 에서 가져온 이미지
RF 및 기타 모든 유형의 전기 회로에서 구성 요소에 의해 소모되는 전력은 해당 구성 요소에 걸리는 전압과 구성 요소를 흐르는 전류를 곱한 값과 같습니다. 안테나를 단순히 도체로 생각할 수 있으며 따라서 저항이 매우 적은 것으로 생각할 수 있습니다. 도체는 DC에서 매우 낮은 저항을 가질 수 있지만 더 높은 주파수에서 안테나는 상당한 양의 입력 임피던스를 갖습니다. 우리는 RF 신호를 전송하는 데 사용하는 특정 주파수에서 안테나의 임피던스에 관심이 있습니다. 안테나에 전달되는 전력량을 추정하려면 이 정보가 필요합니다.
전압 전달 vs. 전력 전달
일반적인 디지털 또는 아날로그 회로에서 와이어나 PCB 트레이스의 저항이 50Ω가 되기를 바라지 않습니다. 이는 도체라고 설명된 것에 대해 엄청나게 높은 저항처럼 보입니다. 하지만 저주파 회로에서는 일반적으로 전압 전달에 관심이 있다는 것을 기억해야 합니다. 즉, 입력 핀의 전압이 이전 출력 핀의 전압과 가능한 한 가깝도록 해야 합니다. 양호한 전압 전달을 달성하려면 낮은 출력 임피던스, 낮은 도체 임피던스, 높은 입력 임피던스가 필요합니다.
그러나 RF 송신기(또는 오디오 증폭기)의 출력 단계에서 목표는 전력 전달입니다. 우리는 단순히 한 장치에서 다른 장치로 전압을 옮기고 싶지 않습니다. 우리는 안테나를 통해 상당한 전류가 흐르도록 하여 방사된 전자기 에너지 로 변환할 수 있는 충분한 전기 에너지를 갖도록 합니다 .
최대 전력 전달은 부하 임피던스의 크기가 소스 임피던스의 크기와 같을 때 발생합니다.
보시다시피 부하 전력(PL ) 은 R L = R S 일 때 최대입니다 . 그러나 효율성( η)은 이 지점을 넘어서도 계속 증가한다는 점에 유의하십시오. 최대 전력 전달은 최대 효율성과 일치하지 않습니다.
RF 회로에서 증폭기의 출력 단계(및 증폭기를 안테나에 연결하는 전송선)는 종종 50Ω의 임피던스를 가지므로 최대 전력 전송을 보장하기 위해 안테나 임피던스도 50Ω이어야 합니다. (여기서 또 다른 중요한 주제는 증폭기와 안테나 사이의 임피던스 매칭을 개선하는 데 사용되는 "매칭 네트워크"입니다. 이는 교과서에서 나중에 논의합니다.)
전력 추정
앞서 설명한 내용은 전력 증폭기를 50Ω 오실로스코프 입력에 연결하여 RF 출력 단계를 분석할 수 있는 이유를 설명합니다. 대부분의 RF 시스템은 50Ω 임피던스를 중심으로 구축되므로 일반적으로 50Ω 안테나 임피던스가 필요합니다.
물론, 회로의 관련 전압 및 임피던스 특성을 알고 있다면 간단히 안테나에 전달되는 전력을 계산할 수 있습니다. SPICE 시뮬레이터는 또 다른 효과적인 접근 방식입니다. 하지만 이러한 기술이 귀하의 상황에서 실용적이지 않거나 경험적 검증을 원하는 경우 측정 장비를 사용해야 합니다.
스펙트럼 분석기가 있다면 꼭 사용하세요. 이 분석기는 정확히 이런 종류의 정보를 제공하도록 설계되었습니다. 스펙트럼 분석기가 없다면 오실로스코프를 사용할 수 있습니다. 50Ω 스코프 입력을 사용하여 신호의 RMS 전압을 살펴본 다음 전력을 V 2 /R로 계산합니다. 여기서 R = 50Ω입니다.
요약
- 전자기 전송은 의도치 않은 간섭과 관련된 문제를 완화하기 위해 신중하게 규제됩니다. 재밍이라고 알려진 의도적인 간섭은 민간 생활의 맥락에서 불법입니다.
- 미국에서는 송신 장치는 일반적으로 FCC의 허가를 받아야 합니다.
- 제한된 전송 전력과 관련된 특정 조건 하에서는 라이선스 없이도 운영이 가능합니다.
- 증폭기에서 안테나로 전력을 최대로 전송하려면 증폭기의 출력 임피던스 크기가 안테나의 입력 임피던스 크기와 일치해야 합니다.
- 전송 전력은 수학적 분석이나 SPICE 시뮬레이션을 통해 결정될 수 있습니다. 스펙트럼 분석기나 오실로스코프를 사용하여 경험적으로 추정할 수도 있습니다.