이글은 전파및 안테나를 이해하는 기본적인 개념에 대해서 다루고자 합니다.

1. 전파의 속도
"전파"는 정확하게 말하면 "전자기파(electromagnetic wave)"를 말합니다.
이것은 전하가 급속하게 진동하거나 전류가 진동적으로 변화할 때 생기며, 그 통로에 해당되는 공간에 전기적 작용을 미치는 것입니다.
이러한 전자기파의 속도는 맥스웰의 전자기 이론에 의하면 진공에서의 전자기파의 속도는 빛의 속도 와 같습니다. 이는 또한 빛의 파동설과 입자설을 통하여 설명 가능합니다.
그러나 보편적으로 자유공간(우리가 숨쉬고 있는 공간)도 빛의 속도와 같다고 해도 큰 차이가 없습니다.
그럼 빛의 속도는 얼마나 될까요?
1초에 30만km를 가며 (30만Km/Sec), C 라는 Symbol을 쓰며 단위는 Meter/Sec 이다.

2. 주파수에 대해
그럼 전파의 기본단위인 주파수 (헤르쯔 (Hz))란 무엇일까요?
잘 알다시피 1초에 1번 진동하는 것을 1Hz라고 정의하고 있습니다.
즉 1Hz = 1진동/초
단위는 헤르츠(Hz)이다.

그럼 1KHz는 무엇인가요? 여기서 MKS단위계에서 사용하는것으로 K은 Kilo(킬로)라는 단위로 10의 3승 즉 1000을 나타내며, 1초에 1000번을 진동하는 것을 나타냅니다.
1KHz = 1000 Hz = 1000진동/초
1MHz는 Mega(메가)로서 1초에 10의 6승번 진동하는 것을 말합니다.
수식에서 사용하는 Symbol은 “ f “로 쓴다.



3. 주기에 대해
주기는 밑의 그림과 같이 반복되는 파형의 시간적인 간격을 나태낸다.
주기의 Symbol은 T로 쓰며 단위는 (sec)이다.
수식적으로 주기와 주파수의 관계는 T = 1/f (sec), f = 1/T (Hz) 이다.
즉, 1Hz주파수의 주기는 1 Sec이 되며 (1초에 한번의 주기가 있으므로, 주기도 당연히 1초가 된다.)
그럼 10Hz 주파수의 주기는?, T = 1/10 이므로 0.1 Sec이 된다. 즉 0.1초 마다 한주기가 반복된다.

4. 파장에 대해
파장(波長)은 공간에 퍼져 있는 파동의 한 번의 주기가 가지는 길이이다. 단위는 길이의 단위로, 미터(Meter)이다. 수식에서 사용할 때에는 보통 λ(람다; lambda)로 표현한다.

그럼 1Hz의 파장은 ?
1초에 1주기만 있고, 1초동안에 30만 Km를 진행하므로, 30만 Km가 된다.
그럼 1KHz의 파장은?
1초에 1000 주기가 있고, 1초동안에 30만 Km를 진행하므로, 1주기의 길이는 30만 Km 를 1000으로 나누면 된다.
즉, λ = C / f 라는 수식이 성립된다.
그럼 흔히 쓰이는 파장 2M에 해당하는 주파수는 얼마일까요?
수식에서, 2m = 30만 Km / f , 이것을 f에 대해 다시쓰면
f = 30만 Km / 2m = (30 x 10^7) / 2 = 15 x 10^7 = 150000000 Hz = 150000KHz = 150MHz 가 된다.
즉, 흔히쓰는 2M 전파의 주파수는 150MHz 를 나타낸다.

그럼 핸드폰에 사용하는 주파수를 1.8GHz라 하면 파장은 ?
λ = 30x10^7 / 1.8x10^9 = 16.667 x 10^-2 = 0.16667 m = 16.667 cm가 된다.

그럼 안테나의 길이는 ?
이론적으론 파장의 길이와 동일해야 한다. 그러나, 현실적으로 그렇게 길게 할수 없기 때문에 λ / 2 (파장의 ½ 길이), λ / 4 (파장의 1/4길이)…… 등을 사용하며, 더욱 짧게 하기 위해서 L (Coil), C(Capacitor)을 추가 한다거나 , 모양을 달리하여 제작한다.

위에서 다룬 수식을 정리하면,
전파의 속도 : C = 30만 Km/sec
전파의 주기 : T = 1 / f (sec)
전파의 주파수 : f = 1 / T (Hz)
전파의 파장 : λ = C / f (m)

전파를 가장잘 수신하는 안테나는 수신하고자 하는 전파에 동조시키는 것이고, 가장 잘 동조되는 것은 안테나와 파장이 동일할때 임을 기억하면 안테나에 대해 이해하는데 도움이 될것으로 생각합니다.
감사합니다.

위 글을 기고 해주신 오정훈씨와는 광운 공고 학교 선후배 사이이다. Thousand Oaks에 있는 Inertial Science 에서 자이로 씨스탬 이라는 로캩 머리부분을 직접 디자인 하던 친구이다. 지금은 독립 하여 HDMI &DVI Switcher, Multiplexer, Repeater 등을 개발하는 일을 하고 있다. 안테나에 대하여 궁금 하신 점은 문의 해 보시길 바란다805-371-4953