전파가 발생하는 과정

전파란?

 전파는 단어 그대로 전기의 파동이라고 할 수 있으며, 전자기파 중에 적외선 이상의 파장을 갖는 것을 특정하기도 합니다. 전파는 볼 수도 들을 수도 만질 수도 없는 존재이지만 우리 사회의 다양한 분야에서 많이 이용되고 있습니다. 마치 우리 주변에 있지만 느낄 수 없는 공기와 같은 존재입니다. 전파는 직진하거나, 반사되기도 하고, 흡수 또는 굴절되기도 하면서 수신 안테나에 도달합니다. 이런 현상은 날씨, 태양의 활동, 시간, 계절에 따라서 매우 크게 변화합니다. 지구 반대편에서 보내지는 전파가 어느 날 갑자기 들리기도 하고, 근거리의 전파가 수신되지 않아 통신에 어려움을 겪는 이유가 이런 전파의 변덕스러운 특성 때문입니다.

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 전파와 음파의 차이점은 전파는 전기적 에너지로 진공 중에서도 진행이 가능하지만, 음파는 음향에너지로 반드시 기체나 액체, 고체 등의 전달하는 매체가 있어야지만 가능하므로 진공 안에서는 진행할 수가 없습니다. 그렇기 때문에 우주 공간과 같은 진공에 가까운 상태에서는 음성으로 전달이 불가능합니다. 하지만 전파와 음파는 모두 파동으로 파동의 특성을 가지고 있어서 반사, 흡수, 굴절, 회절 등의 공통적인 특성을 가지고 있습니다.

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 여기서 반사는 빛, 음파, 전파 등이 여느 매체에서 다른 매체로 진행할 때 그곳에서 일부가 원래 방향, 혹은 다른 방향으로 진로를 변경하는 것을 말합니다. 또한 흡수란 전파나 음파가 물질 속을 통과할 때 에너지나 입자가 물질 속으로 빨려 들어가 그 강도가 감소하는 것을 말합니다. 굴절은 빛, 음파, 전파가 한 매질에서 이동하다가 다른 매질로 들어갈 때 그 경계면에서 방향이 달라지는 현상을 말합니다.

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파동의 구성

 전파가 발생하는 것을 알아보기 전에 먼저, 파동과 관련된 다음의 용어를 이해하는 것이 좋습니다. 파동은 파장, 마루, 골, 진폭, 주기를 가지고 있습니다. 일반적으로 파동은 물결모양과 같이 생겼습니다. 그중에서 파동이 진행하면서 위치가 변할 때 가장 높은 부분을 ‘마루’라고 하고, 가장 낮은 곳을 ‘골’이라고 합니다. 마루와 마루, 또는 골과 골 사이의 거리를 파장이라고 합니다. 이 파장은 원자보다도 작을 수도 있고, 지구와 달까지 거리만큼 길 수도 있습니다. 그리고 마루에서 골까지의 높이를 반으로 나눈 값을 진폭이라고 합니다. 진폭은 중심에서 마루까지의 높이, 골까지의 깊이를 말합니다. 그리고 1번 파장이 진행되는 동안의 시간을 주기라고 합니다. 1번 파장이 진행되는 것은 마루에서 마루까지, 골에서 골까지를 말하며 이를 한 번 진동한다고 합니다.

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발생 원리

 전파는 저기에 의해 발생하는 것이기 때문에 우선 전류의 흐름 원리를 이해하는 것이 중요합니다. 만약 교류전원에 전선을 연결하면 전원에서는 항상 전기적인 힘을 발생시키며, 그 힘이 전선을 따라서 전류를 흘리게 됩니다. 이것을 전도전류하고 하고, 전도전류 주위에는 전계와 자기계가 생기게 됩니다. 전계는 전선에 있는 양전하에서 음전하로 향하는 힘으로 전선 주위에서 사방으로 퍼집니다. 전자들이 이동하면서 생기는 전기적인 힘을 자기계라고 하며, 전계가 있는 곳에서 항상 전계와 직각을 이루면서 존재합니다. 전선을 따라 흐르는 전류는 전선이 끊어진 부분에서 전기적 힘이 사라지게 되는데, 이때 없어지는 힘은 공간상으로 퍼지게 되며 이것이 바로 전파가 되는 것입니다.

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 즉, 도선에 전류가 흐르면 자기계가 발생합니다. 자기계가 발생하면 자기계를 중심으로 전계가 형성됩니다. 형성된 전계는 시간에 따라 변하기 때문에, 전계를 중심으로 다시 자기계가 형성됩니다. 이 자기계에 의해 다시 전계가 발생하며, 이 과정을 반복하면서 전파가 전달됩니다.

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 위와 같은 반복되는 과정을 거쳐서 전자파는 공간으로 직진, 반사, 회절 등을 하면서 멀리 전파되어 1초 만에 30만 Km의 빛의 속도로 나가게 됩니다. 우리가 사용하고 있는 휴대폰, 스마트폰 역시 이 전파를 이용하여 통화나 문자 등을 하는 것이고 라디오나 TV도 같은 개념입니다.

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주파수 허용 편차

 무선 송수신기에서 어떤 무선국에 할당된 주파수와 실제 발사되는 전파의 주파수 사이에서 허용될 수 있는 최대편차 또는 특정 주파수와 기존 주파수 사이에서 허용될 수 있는 최대편차를 말하며, 백분율 또는 헤르츠(Hz)로 표시합니다. 이 주파수 허용편차는 무선국의 종류, 발사 전파의 주파수, 발사 전력에 따라서 전파법으로 정하고 있습니다.

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점유 주파수 대역폭

 정보를 전송하는 전파에 포함된 주파수 성분의 폭으로 점유 대역폭이라고도 합니다. 일반적으로 어느 상한의 주파수를 초과하는 부분과 어느 하한의 주파수 미만에서 방사되는 평균전력이 전 평균전력과 비교할 때 각각 0.5%가 되는 상한 주파수와 하한 주파수 사이의 폭을 점유 주파수 대역폭이라고 합니다.

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 하지만 주파수 분할 방식의 텔레비전 전파를 전송하는 경우 등에서 0.5%의 비율이 점유 주파수 대역폭 및 필요 주파수 대역폭의 정의에 실제로 적용하기 곤란한 경우에는 다른 비율을 적용할 수가 있습니다. 주파수를 보다 효율적으로 사용하기 위해서는 이 주파수 대역폭을 최소한으로 만드는 것이 바람직하며, 방사 전파에 허용되는 주파수 대역폭은 방사 전파의 형식, 업무의 종별 등에 의해서 규정됩니다. 변조의 결과로 생기는 주파수 대역폭의 하한 주파수 미만의 부분과 상한 주파수를 초과하는 부분에서 각각 방사되는 평균 전력이 따로 정하는 경우를 제외하고 각각 0.5%와 같은 주파수 대역폭을 말합니다.

 

 

둘이서 함께, 전기장과 자기장

 

전기의 정체