I-Laboratory 고주파회로교실 [ I. Smith chart ] 1. 서문

I-Laboratory 고주파회로교실 ~ RFDH version ~
[ I. Smith Chart ]

1. 서문

우선, 본 강의에서 고주파란 용어의 정의를 UHF 대역 이상으로 정하도록 하겠습니다.
(주파수 300MHz 이상, 자유공간 파장길이는 1m 이하인 경우)

고주파라고 말하면 뭔가 특별한 분야라고 생각되시나요? 그런데 사실 알고보면 그 반대로 저주파 교류회로가 더 특수한 상황입니다. 이상하죠? 왤까요? 교류신호는 주파수에 반비례하는 파장을 가집니다.
저주파의 경우를 예를 들면.. 1MHz의 공기중 파장은 300m나 됩니다. 그리고 흔히 쓰이는 1mm 두께의 FR-4 기판에서의 실제적인 관내파장은 약 164m정도 됩니다. 그런데 전자회로랍시고 아무리 기판을 크게만들어도 기껏해야 수십cm정도밖에 안되죠. 그러니 파장이 164m나 되는 1MHz의 신호를 다루는 회로라면, 그 파장의 영향을 무시하고 설계해도 아무 상관이 없심다.

그런데 만약 1GHz의 신호를 다루게 되면 어떻게 될까요? 공기중 파장은 1MHz일 때의 1/1000 인 30cm가 되고, FR-4 기판의 관내파장은 불과 16.4 cm밖에 안됩니다. 즉 취급하는 신호의 파장에 대비해 기판상의 패턴길이를 점점 무시할 수 없게 됩니다. 단순한 선로라해도, 선로의 길이나 위치가 수cm 다른 것만으로도 신호의 위상과진폭이 완전히 달라지게 됩니다. 난감하져- -_-

결국 저주파에서는, 원래 고려되어야 할 신호파장에 대비한 특성변화를 생략하고 다루기 때문에 고주파보다 저주파가 특수하다고 하는 것이지요. 전송선로 수식상에서 보면, 고주파는 모든 것을 고려하지만 저주파는 파장과 관련된 항목을 무시하게 됩니다.

또한 고주파의 경우, 저주파처럼 오실로스코프(Oscilloscope)를 이용하여 간단하게 전압파형을 관찰할 수가 없습니다. 따라서 전류/전압을 측정하여 고주파회로특성을 측정하는 것은 거의 불가능하기 때문에, 전류와 전압의 곱인 전력을 측정하여 회로특성을 가늠하게 됩니다. 사용하는 단위도 W(와트)보다는 dBm (0dBm = 1mW)를 주로 사용하게 됩니다.

고주파회로에서는, 전력을 얼마나 효율적으로 전달하느냐가 중요해집니다. 전력을 효율적으로 전달하기 위해서는 임피던스 정합(Impedance Matching)을 해야할 필요가 있습니다. 여기서 고주파회로의 임피던스라면, 특성임피던스(Characteristic Impedance)를 주로 가리킵니다.

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