[RF기초-1탄] 고주파와 저주파의 차이는?

RF 회로를 이해하고 공부하기 위해서는 기본적으로 회로이론과 전자회로이론에 대해 알아야 합니다. 그리고 RF자체가 '무선'을 다루고 있고 실무에서 고주파 하드웨어 설계를 주로 하겠죠. 그렇다면, 고주파의 기준이 뭘까요?

일반적으로 300 MHz를 기준으로 고주파와 저주파를 나눕니다. 300 MHz 이하는 저주파, 이상은 고주파입니다. 300 MHz는 파장이 1m가 되는 지점이죠.

하드웨어 회로에서 나타나는 고주파의 특징이 일반 회로에서와 다른데 이번 시간에는 RF 회로에서의 고주파와 저주파의 특징과 구분 기준에 대해 알아보겠습니다.

주파수(frequency)란?

의미: 진동하는 물체가 단위 시간 동안 진동하는 횟수
단위: Hz(헤르츠)
1Hz는 1초 동안 물체가 1번 진동할 때를 의미한다.

1초당 진동 횟수

1초에 1번 진동 → 1Hz
1초에 2번 진동 → 2Hz
1초에 100번 진동 → 100Hz


개념적으로는 진동하는 모든 물체를 대상 하는 용어이지만 통신에서는 전자기파를 나타내는 용어로 쓰이고 있습니다.

저주파와 고주파는 실제로 정확한 수치가 정해져 있기도 하지만 회로에서는 상대적인 개념으로 접근하면 이해하기 수월합니다.

1. 주파수와 파장의 관계

f: 주파수(frequency)
T:신호의 주기(period)
λ: 파장(wavelength)
c: 빛의속도(약 3x 10^8m/s)

신호의 파장과 진폭

저주파와 고주파 해석에서 중요한 것은 파장입니다.

파장 구하는 공식  →  λ= c/f
이 공식을 사용하여서 저주파일 때와 고주파일 때 상황을 해석해 보겠습니다.

 

 

2. 저주파일때

주파수가 3 MHz일 때 파장을 계산해 보겠습니다.
λ= c/f = 3 x 10^8 / 3 x 10^6 = 100

주파수가 3 MHz일 때 한 파장의 길이는 100m라는 뜻입니다. 즉, 신호가 1번 진동을 하는 길이가 100m나 된다는 거죠.

그리고 그 신호를 전달하는 '회로의 길이'를 L이라고 정의를 해보겠습니다.
그리고 L의 길이를 1m라고 가정해 봤습니다.

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저주파일때 회로

신호가 파장에 맞춰 진동하기는 하지만 회로의 길이보다 파장이 훨씬 길죠?
그러다 보니 회로의 전압을 언제 어디서 측정하던 거의 동일한 값이 나오게 됩니다.

3. 고주파일 때

주파수가 3 GHz일 때 파장을 계산해 보겠습니다.
λ= c/f = 3 x 10^8 / 3 x 10^9 = 0.1

주파수가 3 GHz일 때 한 파장의 길이는 0.1m라는 뜻입니다. 즉, 신호가 1번 진동을 하는데 길이가 0.1m밖에 된다는 거죠.

그럴 때 회로와 파장을 그림으로 나타내 봤습니다.

고주파 일때 회로

회로의 길이는 저주파일 때와 동일하지만 신호의 파장이 짧아져서 1m 회로 안에서 여러 번 스윙하는 것을 확인할 수 있습니다. 이때 회로 내에서 전압을 측정하면 어떻게 될까요? 시간마다, 위치마다 다른 값들이 측정되겠죠.


조금 감이 잡히시나요?

RF 회로 내에서 중요한 건 회로의 길이와 파장의 관계입니다.

정리해 보면,

저주파는 L<<λ이며, 특정 시간에 V(전압)와 I(전류)를 정의할 수 있는 회로

고주파는 L>>λ이며, 특정 시간에 V(전압)와 I(전류)를 정의할 수 없는 회로

라고 정의할 수 있습니다.


그러다 보니 저주파 회로에서는 아무 문제없던 회로가 고주파로 가면 문제가 생기기도 하죠.
RF 회로는 이러한 문제들을 잡기 위해 발전되고 자리 잡은 영역이라고 해도 과언이 아닙니다.

앞으로는 이런 문제점들이 무엇인지, 그것들을 잡기 위해 어떤 방법을 취했는지 알아보도록 할게요.

 

2020.08.10 - [직무지식/RF회로] - [RF기초-2탄]고주파에서 R,L,C 소자특성

[RF기초-2탄]고주파에서 R,L,C 소자특성

 

이상으로 포스팅 마치겠습니다. 매일 1을 쌓는 삶을 살자!