송수신기의 구조와 종류 - AM 송수신기

송신기

 송신기는 정보를 전파의 형식에 맞게 변환하고 전파를 방사하는 장치입니다. 전파 형식이나 사용하는 주파수, 용도에 따라 분류됩니다. 전파형식이란 발사하는 전파의 특성을 표시하는 방식을 말하며 기본적으로는 주 반송파의 변조 방식, 주 반송파를 변조시키는 신호의 특성, 전송 정보의 형태로 분류하고 이것을 종합하여 기호로 표시한 것을 전파형식이라고 합니다. 변조 형태에 따라 AM, FM, PM 송신기로 나누고, 전송형식에 따라 A 1A, A 2B, H2A, H2B 등으로 나눕니다. 무선통신에서는 낮은 주파수부터 높은 주파수까지 다양한 주파수를 사용하고 있습니다. 전파의 성질상 단파 이하에서는 AM 방식의 송신기가, 초단파에서는 FM, 마이크로파에서는 PM 방식에 의한 송신기가 주로 사용됩니다.

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발진기

 주로 사용하는 AM 송신기는 발진기, 완충 증폭 부, 주파수 체배 부, 전력 증폭 부로 구성되어 있습니다. 먼저 발진기를 살펴보겠습니다. 이러한 송신기의 발진기는 주파수의 안정도가 높아야 하며 미세조정이 되어야 합니다. 전원 전압이나 온도 등 주변 환경에 영향을 받지 않고 출력이 일정해야 하며, 고주파가 적어야 합니다. 여기에는 회로에 따라 LC 발진기, RC 발진기, 수정발진기가 있습니다.

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 LC 발진기에서는 이상 현상이 쉽게 일어나기도 합니다. 주로 블로킹, 인입현상 및 기생진동 등이 있습니다. 이 중에 블로킹 현상과 기생진동은 전력 증폭이란 등에서도 발생하여 전파의 질을 악화시키고 기기의 손상을 야기할 수도 있습니다. 블로킹 현상은 회로의 시정 수로 인하여 발진이 반복되는 현상입니다. R, C의 값을 조절하여 방지할 수 있습니다. 인입현상은 다른 주파수의 전원과 출력이 결합하면 그 영향을 받아서 외부의 주파수에 끌려가는 현상입니다. 기생진동은 회로에서 정규 주파수와 관계없는 주파수의 발진을 말합니다. 기생진동이 발생하면 불필요한 출력이 소비되고 출력 파형이 일그러집니다.

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 LC 발진기 이외에도 입력 임피던스는 크고, 출력 임피던스는 작은 증폭회로가 사용되는 RC 발진기도 있습니다. 또한 압전효과를 이용한 수정 발진기가 있습니다. 수정 발진기는 주파수 안정도가 좋으며, 기계적이나 물리적으로도 안정합니다. 그렇기 때문에 수정 발진기가 많이 사용됩니다.

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완충 증폭 부(Buffer Amplification Part)

 완충 증폭기는 발진기 다음에 두는 것으로 뒤에 있는 증폭기나 전건조작 등으로 인한 부하의 변동이 발진 부에 미치는 영향을 방지하고 다른 부분의 상태와 관계없이 언제나 일정하게 발진시키기 위하여 사용하게 됩니다. 그러므로 발진 부와 완충 증폭기의 결합은 느슨하게 결합하고, 발진기의 안정성을 최대한 높이게 됩니다. 발진기와 증폭기의 전원은 독립된 곳에서 공급하여 전압 변동의 영향을 없애고, 전파를 방사하지 않을 때도 이 둘은 가동해 놓는 편이 좋습니다. 완충 증폭기의 주목적은 증폭이 아니기 때문에 안정하게 가동해야 합니다.

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주파수 체배 부(Frequency Multiplying Part)

 수정 발진기에 사용하는 수정의 고유 주파수는 그 두께에 반비례하므로 발진 주파수를 높게 하기 위해서는 두께를 얇게 하여야 합니다. 하지만 너무 얇게 하면 기계적으로 내력이 감소하므로 수정발진자의 최고 기본 주파수는 대략 10MHz 전후로 설정하여야 합니다. 실용적으로 사용되는 것은 5MHz 정도이지만 송신기에 따라 더 높은 주파수나 낮은 주파수를 사용합니다.

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전력 증폭 부(Power Amplification Part)

 전력 증폭기는 중간의 증폭기부터의 고주파 입력을 강하게 증폭하여서 안테나에 고주파 전력을 공급하는 것입니다. 3극 관은 플레이트와 그리드 간의 용량성 커패시턴스가 크므로 고주파 회로의 증폭에 사용하면 자기 발진이 생깁니다. 이를 막기 위해서는 중화회로를 사용해야 하며, 특히 전력 증폭 부의 요구사항으로는 스프리어스가 적어야 하고 전력효율이 높아야 합니다.

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[그림 1] - 수신기가 들어가있는 자동차 라디오.

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수신기

 수신기란 공간에 오는 전파들을 안테나에 유기시켜서, 그중에 희망하는 신호만을 선택한 후 증폭, 복조하여 원래의 신호로 재생시키는 장치입니다. 그 중 슈퍼헤테로다인 수신 방식은 안테나 회로에 유기된 고주파 신호를 수신기 내의 국부발진기에서 발진한 고주파 신호와 혼합 검파하여 두 고주파 신호의 차인 중간 주파수로 바꾸어 증폭, 검파하여 수신하는 방식입니다. 전파의 선택도를 높이기 위해서 동조회로를 많이 사용하게 되고, 보다 약한 전파를 수신하기 위해서 검파하기 전에 충분히 증폭하게 됩니다. 일반적으로 높은 주파수 보다는 낮은 주파수를 증폭하는 것이 쉽고, 특히 슈퍼헤테로다인 수신기에서는 높은 고주파인 도래 전파의 주파수를 낮은 중간 주파수로 바꾸어 증폭하므로 증폭이 용이합니다. 감도를 높일 수도 있고 발진을 일으킬 염려가 적어서 우수한 특성을 가지고, 현재 수신기에서 대표적으로 사용되는 방식입니다. 다른 종류로는 스트레이트 수신기, 다이오드 수신기, 재생형, 초 재생형, 리플렉스형 수신기 등이 있습니다.

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 슈퍼헤테로다인 수신기(Super Heterodyne Receiver)는 안테나 회로에 유기되는 고주파 신호 중에서 필요한 주파수만을 동조회로로 선택한 다음 고주파증폭 부에서 증폭시켜서 국부발진기에서 발진한 고주파 신호와 주파수 변환부에서 혼합합니다. 그러면 중간 주파수로 바뀌게 되고 충분히 증폭합니다. 그 후 다시 검파하여 얻은 신호파를 저주파 증폭 부분에서 증폭시키고 다음 단으로 전달하게 됩니다. 이는 수신 주파수와 관계없이 감도와 선택도가 거의 일정하며 수신기의 출력변화가 적습니다. 다만 회로가 복잡하고 조정이 어려운 단점이 있습니다.

 

 

 

변조의 원리와 종류 그리고 디지털 변조

 

안테나, 그 성질과 구조, 종류