주파수대 전파가 퍼지는 모양 / 페이딩(Fading)의 설명

주파수대 전파가 퍼지는 모양 / 페이딩(Fading)의 설명

 

 

1. 전파의 퍼짐

전파는 송신 안테나에서 발사되어 수신 안테나에 도달할 때 까지의 경로에 따라 직접파, 반사파, 굴절파, 회절파, 지상파 및 산란파의 종류로 분류할수 있다. 또한 전파가 퍼지는 모양에 따라 지상파(직접파, 대리반사파, 지표파), 대류권파(대류권 반사파, 대류권 굴절파, 대류권 산란파), 전리층파(전리층 반사파, 전리층 산란파)로도 분류하고 있다.

전파의 퍼지는 모양은 주파수, 시간, 계절, 거리, 지형에 따라 다르다.

< Fig01. 전파가 퍼지는 모양 >

 

① 직접파

② 대지반사파

③ 지표파

④ 대류권 반사파

⑤ 대류권 굴절파

⑥ 대류권 산란파

⑦ 전리층 반사파

⑧ 전리층 산란파

 

송신 안테나의 높이 h1, 수신 안테나 높이 h2 라 하고 지구 표면의 송수신간 가시거리는

 

가 된다. 전파의 세기는 거리 제곱에 반비례하여 감쇠하고 있어 수신 전계감도는

P : 송신안테나에서 실효복사 전력 [W]

λ : 수신하는 전파의 파장

D : 송수신간의 거리 [m]

 

 

2. 지상파의 퍼짐

MF파 이하의 주파수에서 송수신 안테나간의 거리가 작을 경우 대지표면을 따라 퍼지는 전파를 지표파라고 부른다. VHF, UHF의 경우 송신 안테나가 대지표면에서 그 파장에 비해 높은 경우, 송신 안테나로부터 발산된 전파는 수신 안테나에 직접 도달하는 직접파가 생긴다. 그림(Fig01)의 ②의 경로의 전파는 지표면에서 반사되어 수신 안테나에 도달하는 전파가 ①의 경로의 직접파가 합해진다. 이 반사파와 직접파의 통로차(r1-r2)에 따라 두 전파의 위상이 동위상 또는 역위상으로 되어 직접파와 보강되거나 상쇄된다. 지상파는 대류권내의 전기적 정수의 변동에 따라서 전계강도는 그 영향을 받으며, 특히 VHF, UHF에서는 그 영향이 심하다.

 

 

3. 전리층파의 퍼짐

전파는 빛과 같이 직진하므로 상공을 향한 전파는 대지로 되돌아 오지 않아야 하지만, 상공에는 전기를 띤 전리층이 있어 전파를 반사 시키거나 굴절시킨다. 전리층은 지상 100Km에서 2~300Km까지 분포되어 있으며, 이 전리층은 희박한 가스가 태양광선의 작용에 의해 전기적으로 분해되어 생긴 전자의 무리로 이루어져 있는 것으로 알려져 있다.

이 전리층의 전자밀도나 전리층의 분포모양은 계절, 장소, 시간 등에 따라 변화하는데, 그림(Fig02)은 전리층의 상태 및 전파의 반사를 나타낸다.

< Fig02. 전리층과 전파의 반사 >

 

 

4. 페이딩(Fading)

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페이딩은 서로 다른 경로를 통해온 2개 이상의 전파의 간섭에 의해 생긴다. 이 간섭은 수신점에서 겹칠 때 동위상이 되면 감도가 커지고, 반대로 겹치면 전계강도가 낮아져 수신이 어려워 진다. 전리층은 시시각각으로 그 높이, 또는 전자밀도가 변화하고 있어 전리층으로부터 반사상태가 변화하여 수신상태가 불안정해 진다.

 

※ 참고자료

주파수(음파, 교류등의 상태 또는 사이클 변화)는 초당 한 사이클의 변화를 표시하는 단위로 헤르츠[Hz]로 표시하고 있으며, 이전에는 cps(cycle per second)라는 용어로 사용되었었다. 일반 가정의 전기공급은 60Hz인데, 이것은 전기의 흐름이 양극방향으로 1초에 60사이클이 변하는 것을 의미한다(일본의 일부와 유럽에 공급되는 전기 주파수는 50Hz이다). 그리고 사람이 들을 수 있는 소리 범위 [가청주파수]는 20[Hz] ~ 20[KHz]이며, 피아노에서의 Middle C음은 263[Hz]이다. 이 주파수의 단위는 독일의 물리학자인 하인리히 헤르츠의 이름을 따서 Hz로 명명되었다.

전계와 자계가 상호 유도하며 일정한 진향 특성을 가지며 자유공간에서 퍼져 나간다. 전계와 자계의 세기는 거리에 반비례하며 감쇠하는데 다음과 같은 특징을 갖고 있다.

- 횡파이며, 전계와 자계가 직각방향으로 진행한다.

- 굴절하고 반사하는 성질이 있다.

- 주파수가 낮을수록 회절 현상이 크고, 주파수가 높을수록 직진성이 있다.

- 편파성을 가지고 있다.