||<:><-6><tablewidth=100%><tablebordercolor=#303030><tablebgcolor=#000><bgcolor=#fff,#000>전자기파·빛의 종류
| 이온화 전자기방사선 | 비이온화 전자기방사선 | ||||
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1. 개요
전파(電波, radiowave)는 전자기파의 일종으로서 적외선보다 파장이 긴 것을 말한다.무선 통신, 방송, 레이더 및 항법 시스템, 기타 여러 용도에 쓰인다. 19세기 후반부터 인간에 의해 수많은 종류의 전파가 발생, 이용되고 있다. 인간의 개입이 없는 자연 상태에서도 전파는 존재하는데, 번개에 의해서 생성되기도 하고, 태양이나 다른 항성, 블랙홀 등에서 오는 천체 복사에도 전파가 포함되어 있다.[1]
2. 정의
국제전기통신연합(ITU) 전파규칙에서는 3 THz 이하의 주파수를 가지는 전자기파로 정의하며, 이에 해당하는 파장은 1 mm 이상이다. 3 Hz의 매우 낮은 주파수를 가진 전자기파도 전파이며, 실제로 잠수함의 통신에서 쓰이기도 한다. 전파는 전자기파 중 가장 파장이 길다. 마이크로파[2], 테라헤르츠파[3] 등으로 다시 나뉜다.전파는 다른 모든 전자기파처럼 광속으로 이동하며, 전달되는 특성은 주파수에 따라 다르다. 단파는 전리층에 반사되고 지표면에 반사되는 과정을 반복하면서 지구를 한 바퀴 돌 수도 있다.
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.
3. 특성
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.4. 전파의 이용
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.4.1. 주파수 분배
전파의 주파수별로 사용 용도를 정하는 것을 주파수 분배(frequency allocation)라고 하며 주파수 분배는 각 대륙별로 서로 다르며, 대륙 내 국가별로도 상황에 따라 다른 경우가 있다.4.1.1. ITU 대역 분류 및 국내 용도
대한민국의 주파수 분배는 과학기술정보통신부에서 담당한다.| 대역 (ITU 표준) | 주파수 / 공기 중 파장 | 대표적인 사용처 |
| - | 3 Hz 미만 100,000 km 이상 | 인공 및 자연의 전자기파 잡음[4] |
| ELF (Extremely low frequency) | 3~30 Hz 100,000 km~10,000 km | 잠수함의 통신 |
| SLF (Super low frequency) | 30~300 Hz 10,000 km~1000 km | 잠수함의 통신 |
| ULF (Ultra low frequency) | 300~3000 Hz 1000 km~100 km | 잠수함의 통신, 지하광산간 통신 |
| VLF (Very low frequency) | 3~30 kHz 100 km~10 km | 대한민국에서 9kHz 이하는 미분배, 항법, 시간 동기화, 잠수함의 통신 |
| LF (Low frequency) | 30~300 kHz 10 km~1 km | 항법, 시간 동기화, AM 장파방송, RFID, 라디오비콘 |
| MF (Medium frequency) | 300~3000 kHz 1 km~100 m | AM 중파방송(526.5~1606.5), 아마추어 무선(1800~1825) |
| HF (High frequency) | 3~30 MHz 100 m~10 m | 단파방송, 생활무전기, 아마추어 무선(3,7,10,14,18,21,24,28), RFID[5], OTH 레이더 |
| VHF (Very high frequency) | 30~300 MHz 10 m~1 m | FM방송(88~108), 아날로그 텔레비전 방송(54~88, 174~216)[6], DMB 방송(174~216), 항법(108~118), 항공기의 통신(118~137), 아마추어 무선(50,144~146), 선박통신(156~163) |
| UHF (Ultra high frequency) | 300~3000 MHz 1 m~100 mm | 디지털 텔레비전 방송(470~806)[7], RFID(900), 전자레인지(2450), 무선 천문학, 핸드폰(800~900, 1800~2600), Wi-Fi(2400), 블루투스, GPS, 아마추어 무선(430~440,1260~1300,2400~2450), 무선 전화기(1700), 무선모형(72Mhz또는 2.4Ghz) |
| SHF (Super high frequency) | 3~30 GHz 100 mm~10 mm | 무선 천문학, Wi-Fi(5), 대부분의 레이다, 통신위성, 위성방송, 아마추어 무선(10.0~10.5,24.0~24.25), 5G |
| EHF (Extremely high frequency) | 30~300 GHz 10 mm~1 mm | 무선 천문학/전파천문, 인공위성, 5G, 우주연구, 원격 감지, 밀리미터파 전신 스캐너, 대한민국에서 276GHz 이상은 미분배 |
| THF (tremendously high frequency) | 300~3000 GHz 1 mm~0.1 mm | - |
4.1.2. IEEE / NATO 대역 분류
레이더, 군용 통신 장비에도 많이 사용하는 IEEE나 NATO 주파수 구분법은 주파수 대역 참조.4.2. 주파수 할당
사용 용도가 정해졌으면 누가 실제로 어떤 주파수를 사용할 것인지 정해야 사용할 수 있는데 이것을 주파수 할당이라고 한다. 해당 주파수를 사용하려고 하는 기관, 단체, 법인, 개인은 과학기술정보통신부에 허가를 받아야 한다. 하지만 혼신의 우려가 현저히 낮은 소출력 기기까지 모두 허가를 받고 사용하는 것은 비효율적이기 때문에 특정 주파수 대역에서 조건을 만족하는 경우에는 허가 없이 자유롭게 사용할 수 있다. 이러한 주파수 대역을 비면허 대역이라고 한다. 단 이 경우에도 원칙적으로는 사용하는 기기의 전자파적합인증이 되어 있어야 한다.주파수 분배와 별개로 각국의 정책에 의해 세부 할당 내역은 달라질 수 있다. 예를 들어 VHF대역 방송의 경우, 주파수 국제 분배 상으로는 76~108MHz대역이 대한민국과 일본에서 모두 방송용으로 분배되어 있지만, 할당 영역으로 넘어가면 대한민국에서는 VHF 76~88MHz 대역을 (아날로그)TV방송용으로, 88~108MHz대역을 FM 라디오방송용으로 할당한 데 비해 일본은 76~88MHz를 FM 라디오용으로, 88~108MHz를 (아날로그)TV방송용으로 할당하였었다.[8] 당연히 (일반적인) 일본 내수용 라디오로는 대한민국에서 95MHz보다 높은 주파수의 FM 라디오 방송을 청취할 수 없다.[9] 반대로 한국 내수용 라디오를 이용해서는 일본에서 88MHz 보다 낮은 주파수의 FM 라디오를 청취할 수 없는 것.
4.2.1. 이동통신 서비스용
2019년 4월 이동통신사에 할당된 주파수와 사용처의 자세한 내용은 이동통신 주파수 문서를 볼 것.4.2.2. 비면허 대역
무선국 허가 없이 사용할 수 있는 주파수 대역. 허가 없이 개설할 수 있지만 대부분 출력 한도가 낮은 편이다. 예시로는 CB/FRS 생활 무전기, 무선 전화기, 무선 마이크, RFID용 주파수와 아래의 ISM 밴드 등이 있다.4.2.2.1. ISM 밴드
ISM 밴드(industrial, scientific and medical bands)라 하여 산업용/과학용/의료용 비통신 전파응용설비[10]를 위해 국제 분배된 주파수 대역으로, 같은 대역에서 운용하는 통신 설비의 경우 출력이 큰 전파응용설비들의 특성을 고려하여 간섭을 용인하는 조건에서 운용되게 된다. 이 특성을 이용하여 어차피 간섭을 용인할 수밖에 없는 소출력 비면허 장비들이 이 대역을 많이 쓰게 됐는데, 대표적인 것이 Wi-Fi/블루투스가 이용하는 2.4GHz, 과거 무선 전화기용 902MHz 등이 있다. ITU-R의 전파규칙 5.138, 5.150, 5.280에 의해 정의되어 있고, 국제 공용이긴 한데 일부 대역은 국가별로 자국 내 상황에 따라 달라진다.규정된 대역은 다음과 같다.
| 주파수 시작 | 주파수 끝 | 대역폭 | 중심 주파수 | 사용 가능 여부 |
| 6.765MHz | 6.795MHz | 30kHz | 6.780MHz | 자국 내 상황에 따라 다름 |
| 13.553MHz | 13.567MHz | 14kHz | 13.560MHz | 전 세계 사용 가능 |
| 26.957MHz | 27.283MHz | 326kHz | 27.120MHz | 전 세계 사용 가능 |
| 40.660MHz | 40.700MHz | 40kHz | 40.680MHz | 전 세계 사용 가능 |
| 433.050MHz | 434.790MHz | 1.74MHz | 433.920MHz | 유럽, 아프리카, 페르시아 만 서쪽의 중동, 구 소련 지역, 몽골만 해당. 그리고 자국 내 상황에 따라 다름. |
| 902.000MHz | 928.000MHz | 26MHz | 915.000MHz | 아메리카 대륙, 그린란드, 동쪽 태평양 섬들 중 일부. |
| 2.400GHz | 2.500GHz | 100MHz | 2.450GHz | 전 세계 사용 가능 |
| 5.725GHz | 5.875GHz | 150MHz | 5.800GHz | 전 세계 사용 가능 |
| 24.000GHz | 24.250GHz | 250MHz | 24.125GHz | 전 세계 사용 가능 |
| 61.000GHz | 61.500GHz | 500MHz | 61.250GHz | 자국 내 상황에 따라 다름 |
| 122.000GHz | 123.000GHz | 1GHz | 122.500GHz | 자국 내 상황에 따라 다름 |
| 244.000GHz | 246.000GHz | 2GHz | 245.000GHz | 자국 내 상황에 따라 다름 |
5. 여담
- 방송국의 전파 납치해서 방송을 변형하는 경우도 있다. 전파납치 참조.
- 전리층을 거의 뚫지 못하는 중파방송과 단파방송은 차치하더라도[11], 전리층을 뚫기 시작하는 VHF 대역 이상의 FM 라디오 방송이나 텔레비전의 전파는 빛의 속도로 우주 공간으로 나아간다. SETI 소속 과학자 세스 쇼스탁은 "초창기 TV 방송 전파는 매일 새로운 행성계를 향해 나가고 있다고 생각합니다. 결국 외계인이 잠재적으로 우리의 시청자가 될 확률이 높아지는 셈입니다."라고 밝혔다. 칼 세이건의 소설 콘택트에서도 나온 소재이다. 다만 전파는 전자기파로서 역제곱 법칙[12]에 따라 거리의 제곱에 비례해서 약해지기에 지구에서 20.4광년 떨어진 글리제 581 행성계 등 외계 행성에서 수신한 텔레비전 전파는 지구에서의 수십억 분의 1 정도로 강도가 약해지므로 굉장히 민감한 장비로나 포착할 것이다. 반대로 지구에서도 잡음이 많이 섞인 인위적인 외계 전파를 탐지하는 것은 매우 어려운 실정이다.# 당장 태양계를 막 벗어난 가장 먼 인공 물체인 보이저 탐사선이 있는 곳에서 통신을 하려면 전 지구적 규모인 DSN(심우주 통신망)을 사용해야 할 정도인데 가장 가까운 외계 행성인 프록시마(4.22광년)는 보이저로도 앞으로 약 7만 년을 더 날아가야 한다. 또한 2023년 10월에 발사된 NASA의 소행성 탐사선인 프시케를 시작으로 탐사선과의 통신에 레이저를 활용한 DSOC(심우주 광학 통신)를 사용하는 것도 공간상으로 흩어지는 신호를 한 축으로 집중하여 신호 강도를 향상시키기 위해서이다.#
6. 관련 문서
[1] 이 때문에 전파 망원경으로 관측할 수 있다.[2] 파장 1mm~1m의 전파. UHF~EHF 범위로서, 길이단위와는 무관하다.#[3] 300GHz~3THz[4] ex)우주배경복사 등[5] ISO/IEC 14443, FeliCa[6] 텔레비전/종류에 나오는 NTSC 방식으로, 2012년 말 종료됐으나 디지털 방송 문서에 나오듯 북한 방향으로 여전히 방송하므로 서술함.[7] 대역은 텔레비전/종류, 기술은 디지털 방송 문서 참조.[8] 현재는 방송의 디지털 전환으로 인해 한국의 76~88MHz 대역과 일본의 88~108MHz 대역은 각각 회수되어 다른 방송용도로 재할당될 예정이다. 한국은 아직까지 76~88MHz 활용 소식이 없지만(일단은 디지털TV 예비용으로 지정되어 있긴 하다.) 일본은 88~108MHz 대역을 2013년부터 둘로 나눠 88~95MHz는 FM보완중계국 용도로, 99~108MHz는 디지털 라디오 용도로 재할당했다.(이 사이에 낀 95~99MHz는 가드밴드로 지정.)[9] '와이드 FM' 대응 기기 중 108MHz까지 청취 가능한 제품이 있기는 하다. 2011년 아날로그 TV방송 종료 이전 나온 기기(일명 TV 음성부 수신기)와 와이드FM 시행 이후 나온 기기를 모두 포함한다.[10] 대표적으로 전자레인지.[11] 이 때문에 중파 대역인 인류가 쏘아보낸 최초의 전파는 우주에서 수신할 수 없다. 대신 중파과 단파는 전리층을 통해 지구 내에서의 원거리 수신이 가능하다. 심지어 단파는 지구 반대편까지도 도달할 정도.[12] 설명을 쉽게 하자면 해당 링크에서는 전자기력(전기력+자기력)이 이 법칙을 만족한다고 쓰여 있는데 전자기력이 미치는 범위인 전기장과 자기장이 합쳐진 것이 전자기파이기에 전자기파 역시 해당 법칙을 따른다고 볼 수 있다.