전파(Radio Wave)의 발생과 성질 / 전파의 파장과 속도

전파(Radio Wave)의 발생과 성질 / 전파의 파장과 속도

 

 

1. 전파의 발생과 성질

두개의 금속판을 대향시켜 놓고 여기에 전압을 가하면 각각의 금속판에 '+'의 전하와 '-'의 전하가 축적되고, '+'전하에서 '-'전하로 전기력선이 발생한다. 다시 여기에 교류전원을 대치하면 교류전압의 변화에 따라 발생하는 전기력선의 방향이나 크기가 변화한다. 그리고 교류전원의 주파수를 높게하면 처음에 생긴 전기력선이 소멸되기 전에 다음의 전기력선이 생기기 때문에 앞서 생긴 전기력선은 공간으로 밀려나가 전파로 발산된다. 즉 전파는 끊임없이 방향이나 크기가 변화하는 전기력선의 소밀파로서 공간을 퍼져나가는 것이다.

< Fig01. 전기력선의 발생 >

 

< Fig02. 전계와 자계 >

 

또한 전파는 전기력선 뿐만 아니라 자기력선도 동시에 퍼져나간다. 도체에 고주파 전류를 흘리면 그 주위에는 그림(Fig02)과 같이 전기력선(전계)와 자력선(자계)이 발생하며, 전계가 변화하면 전자유도 원리에 따라 자계가 변화하고, 또 이것이 전계에 변화를 준다. 따라서 전파는 정확하게 전자파라 한다. 이 전자파는 전기력선과 자력선의 방향이 서로 직각을 이룬다.

 

 

2. 전파의 파장과 속도

전기력선의 밀도를 파형으로 나타내면 그림(Fig03)과 같으며, 산에서 산, 골에서 골까지의 길이(1주기)를 파장이라고 한다. 자유공간 내에서 전파의 속도는 광속과 같아서 C = 2.998 x 108 [m/sec] 약 3 x 108 [m/s]로 표시하며, 파장을 λ[m], 전파의 속도를 C[m/s], 주파수를 f[Hz]라 하면 이들 사이에는 다음과 같은 관계가 이루어진다. 주파수가 낮은 전파는 파장이 길고 주파수가 높은 전파는 파장이 짧다.

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< Fig03. 파장과 밀도 >

 

① 저주파(Audio Frequency)

음파로서 통상 가청주파수 라고 하며 20KHz이하의 주파수를 말한다.

C = 340m/s

② 초음파(Ultra Sonic Sound)

통상 가청 주파수 이상, 고주파 이하의 주파수를 초음파라고 하나 초음파로서 이용하는 진동은 10KHz이상으로 30KHz이하를 말한다.

C = 1430m/s

③ 고주파(Radio Frequency)

무선주파라고 부르며 30KHz이상 3THz이하의 주파수를 말하며 300MHz이상의 전파를 마이크로파라고 한다.

C = 3 x 108 m/s

 

 

3. 전계강도

전기력선이 작용하는 범위를 전계라 하고, 전파의 세기는 그 전계에 의해 생기는 전압의 크기로 측정되며, 이것을 전계강도라 한다. 전계강도의 단위에는 [V/m]가 사용되며, 실효장 1[m]의 안테나에 유기되는 전압의 크기로 표시된다. 그러나 일반적으로 전계강도의 크기는 미약하기 때문에 [㎷/m], 또는 [㎶/m]로 표시되는 경우가 많으며, 1[㎶/m] = 0[dB]로 하여 dB로 나타내는 방법도 쓰인다.

 

 

4. 전파의 분류

전자파에는 가시광선, X선, γ선 등이 포함 되어 있지만, 보통 전파라고 하면 주파수가 30㎑에서 3000㎓의 범위를 말하며, 주파수에 따라 그 성질이 다를뿐만 아니라 용도도 다르기 때문에 그림과 같이 분류한다.

 

 

5. 전파의 주파수,파장

전파는 안테나에 흐르는 고주파 전류에 의해서 만들어 지므로 전파의 파형은 고주파의 파형과 같게된다.

전파는 1초간에 3억m(30만Km)의 속도로 진행한다. 전파의 세기를 세로축으로 진행거리를 가로축으로 하여 그려보면 그림(Fig04)과 같은 파형이 된다.

< Fig04. 전파의 파장과 주파수의 관계 >

 

전파가 한번 진동 하는 길이, 즉 하나의 산에서 이웃산까지,또 골짜기에서 이웃 골짜기 까지의 거리를 파장이라 한다.또 파동을 일으키는 한파장의 진동을 1사이클이라 하고 1초간 사이클이 몇번 반복하는가를 주파수라 한다. 주파수의 단위는 헤르쯔[Hz]가 사용된다.