전파
電波 / Radio Wave
전파는 전자기파의 일종으로서 적외선보다 파장이 긴 것을 말한다. 국제전기통신연합(ITU) 전파규칙에서는 3 THz 이하의 주파수를 가지는 전자기파로 정의하며, 이에 해당하는 파장은 1 mm 이하이다. 3 Hz의 매우 낮은 주파수를 가진 전자기파도 전파이며, 실제로 잠수함의 통신에서 쓰이기도 한다. 전파는 전자기파 중 가장 파장이 길다. 세부분류론 마이크로파[1], 테라헤르츠파[2] 등이 있다.
19세기 후반부터 인간에 의해 수많은 종류의 전파가 발생되어 사용되고 있다. 인간의 개입이 없는 자연 상태에서도 전파는 존재하는데, 번개에 의해서 생성되기도 하고, 태양이나 다른 항성에서 오는 천체 복사에도 전파가 포함되어 있기 때문이다.
전파는 다른 모든 전자기파처럼 광속으로 이동하며, 전달되는 특성은 주파수에 따라 다르다. 단파는 전리층에 반사되고 지표면에 반사되는 과정을 반복하면서 지구를 한 바퀴 돌 수도 있다. 매우 짧은 파장의 전파는 회절하지도 않고 전리층에 반사되지도 않아서 직선거리로밖에 전달이 안 된다.
전파는 무선 통신, 방송, 레이더 및 항법 시스템, 기타 여러 용도에 쓰인다.
전파는 맥스웰에 의해 1865년에 수학적으로 예견되었다. 그는 맥스웰 방정식을 제시하여 공간에서 전자기파가 퍼져나갈 수 있음을 설명했다. 1887년에 하인리히 루돌프 헤르츠가 실험실에서 전파를 만들어 냄으로써 맥스웰이 상정한 전자기파의 실체를 증명했다. 굴리엘모 마르코니가 1896년에 무선 전신을 발명하는 등, 많은 발명이 뒤를 이었고, 이를 통해 전파는 점차 실용적인 통신 수단이 되었다.
반사, 굴절, 편광, 산란, 흡수와 같은 전자기 현상은 전파가 공간과 지표면에서 이동하는 방식에 영향을 미친다. 주파수 대역별로 영향을 미치는 이들 요소의 조합들이 서로 다르기 때문에, 서로 다른 조합이 영향을 미치므로, 특정 주파수 대역만이 특정 용도에 유용하다.
무선 통신용으로 전파를 수신하기 위해서는 안테나가 필요하다. 그리고 안테나는 수천 개의 신호를 모두 포착하기 때문에, 특정 주파수만 골라내어 수신하기 위해서는 튜너도 필요하다. 튜너는 대개 공진기(제일 간단한 것은 콘덴서와 코일을 연결한 회로)를 이용해서 구성된다. 이러한 공진기는 특정 주파수에서 공진하도록 되어 있어서 그 주파수의 사인파를 증폭하고 나머지는 걸러내는 기능을 한다. 보통, 공진기의 유도 코일이나 컨덴서를 조정할 수 있는 형태로 구성해서, 사용자가 공진하는 주파수를 변경할 수 있도록 한다.
이것을 납치해서 방송을 변형하는 경우도 있다. 전파납치 참조.
전파의 주파수별로 사용 용도를 정하는 것을 '''주파수 분배'''(frequency allocation)라고 하며 주파수 분배는 각 국가별로 서로 다르다. 예를 들면 대한민국에서 VHF FM 라디오용도로 88~108MHz까지 할당하는 데 비해 일본은 76~95MHz가 할당되어 있는 식이다. 당연히 (일반적인) 일본 내수용 라디오로는 대한민국에서 95MHz보다 높은 주파수의 FM 라디오 방송을 청취할 수 없다.[3] 반대로 한국 내수용 라디오를 이용해서는 일본에서 88MHz 보다 낮은 주파수의 FM 라디오를 청취할 수 없는 것. 대한민국의 주파수 분배는 과학기술정보통신부에서 담당한다.
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레이더, 군용 통신 장비에도 많이 사용하는 IEEE나 NATO 주파수 구분법은 주파수 대역 참조.
사용 용도가 정해졌으면 누가 실제로 어떤 주파수를 사용할 것인지 정해야 사용할 수 있는데 이것을 '''주파수 할당'''이라고 한다. 주파수 할당은 사용하고자 하는 기관, 단체, 법인, 개인이 과학기술정보통신부에 용도와 대역에 따라 사용 신청 혹은 승인을 받아야 한다. 특정 주파수 대역에서 특정 출력 이하의 간이소출력기기의 경우에는 등록 대상이 아니므로 자유롭게 사용할 수 있다. 단 이 경우에도 사용하는 기기의 전자파적합인증이 되어 있어야 한다.
예를 들면 2.4GHz 대역은 전 세계적으로 자유롭게 사용할 수 있고, 또 적절한 대역에 걸쳐 있는 몇 안 되는 주파수 대역 중 하나로, ISM Band(Industry-Science Medical Band) 중 하나에 속한다. 따라서 산업용, 과학용 혹은 의학용으로 쓴다고 하면 출력 제한(출력 제한은 어떤 장비를 사용하느냐에 따라 출력 제한이 달라지므로 ISM Band에 관한 문서를 참고하라)하에 제한 없이 쓸 수 있다. 문제는 다른 ISM Band는 주파수 대역이 너무 높거나 낮아서 그동안 사용하기 힘들었고, 따라서 수많은 무선 장비들이 이 대역에 몰려 들어서 신호 간섭 및 포화 문제가 일찍부터 발생했다. 나라별로 ISM Band를 사용하는 장비라 할지라도 출력 제한이 서로 다른 경우도 존재하지만, 이미 많은 장비가 사용하고 있기 때문에 단순한 출력 규제만으로는 역부족이다. 블루투스와 Wi-Fi가 2.4GHz 대역을 공유하는데, Co-existance 등 대역을 공유한다고 가정하고 간섭을 피하기 위한 기술이 없는 것은 아니지만 전파 간섭을 완전히 피할 수는 없다. 간섭을 피하기 위해서 2.4GHz 이외의 ISM Band를 사용하는 한 가지 사례는 5GHz 기반 Wi-Fi인 802.11a/ac이다.
2019년 4월 현재 대한민국 이동통신사에 할당된 주파수와 사용처의 자세한 내용은 대한민국의 이동통신 주파수 문서를 볼 것.
ISM 밴드(industrial, scientific and medical bands)라 하여 산업용/과학용/의료용 전파 장비를 위해 국제적으로 할당된 주파수 영역이 있다. 대표적인 것이 와이파이용 2.4GHz, 과거 무선 전화기용 902MHz 등이 있다. ITU-R의 무선 규정 5.138, 5.150, 5.280에 의해 정의되어 있고, 국제 공용이긴 한데 일부 대역은 국가별로 자국 내 상황에 따라 달라진다.
규정된 대역은 다음과 같다.
전리층을 거의 뚫지 못하는 단파방송은 차치하더라도, FM 라디오 방송이나 텔레비전의 전파는 빛의 속도로 우주 공간으로 나아간다. 세티 소속 과학자 세스 쇼스탁은 "초창기 TV 방송 전파는 매일 새로운 행성계를 향해 나가고 있다고 생각합니다. 결국 외계인이 잠재적으로 우리의 시청자가 될 확률이 높아지는 셈입니다."고 밝혔다. 칼 세이건의 소설 콘택트에서도 나온 소재이다. 다만 외계 행성에서 수신한 텔레비전 전파는 수십억 분의 일 정도로 힘이 약해지므로 굉장히 민감한 장비로나 포착할 것이다. 지구에서도 잡음이 많이 섞인 전파를 탐지하는 것은 매우 어려운 실정이다.#
傳播. 어떤 사실을 알아야 하는 이들에게 알림을 말한다. 위의 전파와는 한자가 다르다. 그래서 '전파의 전파' 같은 말도 있다.
1. '''전자기파의 종류'''
1.1. 개요
전파는 전자기파의 일종으로서 적외선보다 파장이 긴 것을 말한다. 국제전기통신연합(ITU) 전파규칙에서는 3 THz 이하의 주파수를 가지는 전자기파로 정의하며, 이에 해당하는 파장은 1 mm 이하이다. 3 Hz의 매우 낮은 주파수를 가진 전자기파도 전파이며, 실제로 잠수함의 통신에서 쓰이기도 한다. 전파는 전자기파 중 가장 파장이 길다. 세부분류론 마이크로파[1], 테라헤르츠파[2] 등이 있다.
19세기 후반부터 인간에 의해 수많은 종류의 전파가 발생되어 사용되고 있다. 인간의 개입이 없는 자연 상태에서도 전파는 존재하는데, 번개에 의해서 생성되기도 하고, 태양이나 다른 항성에서 오는 천체 복사에도 전파가 포함되어 있기 때문이다.
전파는 다른 모든 전자기파처럼 광속으로 이동하며, 전달되는 특성은 주파수에 따라 다르다. 단파는 전리층에 반사되고 지표면에 반사되는 과정을 반복하면서 지구를 한 바퀴 돌 수도 있다. 매우 짧은 파장의 전파는 회절하지도 않고 전리층에 반사되지도 않아서 직선거리로밖에 전달이 안 된다.
전파는 무선 통신, 방송, 레이더 및 항법 시스템, 기타 여러 용도에 쓰인다.
전파는 맥스웰에 의해 1865년에 수학적으로 예견되었다. 그는 맥스웰 방정식을 제시하여 공간에서 전자기파가 퍼져나갈 수 있음을 설명했다. 1887년에 하인리히 루돌프 헤르츠가 실험실에서 전파를 만들어 냄으로써 맥스웰이 상정한 전자기파의 실체를 증명했다. 굴리엘모 마르코니가 1896년에 무선 전신을 발명하는 등, 많은 발명이 뒤를 이었고, 이를 통해 전파는 점차 실용적인 통신 수단이 되었다.
반사, 굴절, 편광, 산란, 흡수와 같은 전자기 현상은 전파가 공간과 지표면에서 이동하는 방식에 영향을 미친다. 주파수 대역별로 영향을 미치는 이들 요소의 조합들이 서로 다르기 때문에, 서로 다른 조합이 영향을 미치므로, 특정 주파수 대역만이 특정 용도에 유용하다.
무선 통신용으로 전파를 수신하기 위해서는 안테나가 필요하다. 그리고 안테나는 수천 개의 신호를 모두 포착하기 때문에, 특정 주파수만 골라내어 수신하기 위해서는 튜너도 필요하다. 튜너는 대개 공진기(제일 간단한 것은 콘덴서와 코일을 연결한 회로)를 이용해서 구성된다. 이러한 공진기는 특정 주파수에서 공진하도록 되어 있어서 그 주파수의 사인파를 증폭하고 나머지는 걸러내는 기능을 한다. 보통, 공진기의 유도 코일이나 컨덴서를 조정할 수 있는 형태로 구성해서, 사용자가 공진하는 주파수를 변경할 수 있도록 한다.
이것을 납치해서 방송을 변형하는 경우도 있다. 전파납치 참조.
1.2. 주파수별 용도
전파의 주파수별로 사용 용도를 정하는 것을 '''주파수 분배'''(frequency allocation)라고 하며 주파수 분배는 각 국가별로 서로 다르다. 예를 들면 대한민국에서 VHF FM 라디오용도로 88~108MHz까지 할당하는 데 비해 일본은 76~95MHz가 할당되어 있는 식이다. 당연히 (일반적인) 일본 내수용 라디오로는 대한민국에서 95MHz보다 높은 주파수의 FM 라디오 방송을 청취할 수 없다.[3] 반대로 한국 내수용 라디오를 이용해서는 일본에서 88MHz 보다 낮은 주파수의 FM 라디오를 청취할 수 없는 것. 대한민국의 주파수 분배는 과학기술정보통신부에서 담당한다.
[image]
레이더, 군용 통신 장비에도 많이 사용하는 IEEE나 NATO 주파수 구분법은 주파수 대역 참조.
1.3. 주파수 할당
사용 용도가 정해졌으면 누가 실제로 어떤 주파수를 사용할 것인지 정해야 사용할 수 있는데 이것을 '''주파수 할당'''이라고 한다. 주파수 할당은 사용하고자 하는 기관, 단체, 법인, 개인이 과학기술정보통신부에 용도와 대역에 따라 사용 신청 혹은 승인을 받아야 한다. 특정 주파수 대역에서 특정 출력 이하의 간이소출력기기의 경우에는 등록 대상이 아니므로 자유롭게 사용할 수 있다. 단 이 경우에도 사용하는 기기의 전자파적합인증이 되어 있어야 한다.
예를 들면 2.4GHz 대역은 전 세계적으로 자유롭게 사용할 수 있고, 또 적절한 대역에 걸쳐 있는 몇 안 되는 주파수 대역 중 하나로, ISM Band(Industry-Science Medical Band) 중 하나에 속한다. 따라서 산업용, 과학용 혹은 의학용으로 쓴다고 하면 출력 제한(출력 제한은 어떤 장비를 사용하느냐에 따라 출력 제한이 달라지므로 ISM Band에 관한 문서를 참고하라)하에 제한 없이 쓸 수 있다. 문제는 다른 ISM Band는 주파수 대역이 너무 높거나 낮아서 그동안 사용하기 힘들었고, 따라서 수많은 무선 장비들이 이 대역에 몰려 들어서 신호 간섭 및 포화 문제가 일찍부터 발생했다. 나라별로 ISM Band를 사용하는 장비라 할지라도 출력 제한이 서로 다른 경우도 존재하지만, 이미 많은 장비가 사용하고 있기 때문에 단순한 출력 규제만으로는 역부족이다. 블루투스와 Wi-Fi가 2.4GHz 대역을 공유하는데, Co-existance 등 대역을 공유한다고 가정하고 간섭을 피하기 위한 기술이 없는 것은 아니지만 전파 간섭을 완전히 피할 수는 없다. 간섭을 피하기 위해서 2.4GHz 이외의 ISM Band를 사용하는 한 가지 사례는 5GHz 기반 Wi-Fi인 802.11a/ac이다.
1.3.1. 이동 통신사용
2019년 4월 현재 대한민국 이동통신사에 할당된 주파수와 사용처의 자세한 내용은 대한민국의 이동통신 주파수 문서를 볼 것.
1.3.2. ISM 밴드
ISM 밴드(industrial, scientific and medical bands)라 하여 산업용/과학용/의료용 전파 장비를 위해 국제적으로 할당된 주파수 영역이 있다. 대표적인 것이 와이파이용 2.4GHz, 과거 무선 전화기용 902MHz 등이 있다. ITU-R의 무선 규정 5.138, 5.150, 5.280에 의해 정의되어 있고, 국제 공용이긴 한데 일부 대역은 국가별로 자국 내 상황에 따라 달라진다.
규정된 대역은 다음과 같다.
1.4. 여담
전리층을 거의 뚫지 못하는 단파방송은 차치하더라도, FM 라디오 방송이나 텔레비전의 전파는 빛의 속도로 우주 공간으로 나아간다. 세티 소속 과학자 세스 쇼스탁은 "초창기 TV 방송 전파는 매일 새로운 행성계를 향해 나가고 있다고 생각합니다. 결국 외계인이 잠재적으로 우리의 시청자가 될 확률이 높아지는 셈입니다."고 밝혔다. 칼 세이건의 소설 콘택트에서도 나온 소재이다. 다만 외계 행성에서 수신한 텔레비전 전파는 수십억 분의 일 정도로 힘이 약해지므로 굉장히 민감한 장비로나 포착할 것이다. 지구에서도 잡음이 많이 섞인 전파를 탐지하는 것은 매우 어려운 실정이다.#
2. 군대 용어
傳播. 어떤 사실을 알아야 하는 이들에게 알림을 말한다. 위의 전파와는 한자가 다르다. 그래서 '전파의 전파' 같은 말도 있다.
3. 관련 문서
[1] 파장 1mm~1m의 전파. UHF~EHF 범위로서, 길이단위와는 무관하다.# [2] 300GHz~3THz[3] '와이드 FM' 대응 기기 중 108MHz까지 청취 가능한 제품이 있기는 하다.[4] ex)우주배경복사 등