MWAVE-LABORATORY ~ RFDH version ~

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전송선로 (Transmission Line)

마이크로파 회로에서는 신호원측과 부하측의 임피던스를 같게 만들어주어야 신호전달을 최대로 할 수 있습니다. 사실 이것은 마이크로파에만 한정된 문제가 아니라, 저주파에서도 마찬가지입니다. 오디오를 뜯어보면 증폭기 출력과 스피커 간을 임피던스 매칭시켜주기 위한 트랜스가 들어있지요.

통상 마이크로파 회로 유닛은 입출력 임피던스가 50Ω (텔레비젼 등은 75Ω) 으로 되어 있는데, 그것들을 연결해주는 것이 바로 전송선로입니다. 이렇게만 말해 버리면.... "그냥 전선으로 연결하면 안되남??" 하는 생각이 들 수도 있겠지만, 마이크로파에서는 그렇게 간단하게 연결할 수가 없습니다.

이러한 전송선로의 구조는 크게 두가지 점이 고려되어야 합니다.

(1) 신호가 외부로 복사(radiation)되어 손실이 늘어나지 않도록 외부를 차폐(shield)한다.
(2) 전송선로를 이용하여 유닛간을 연결하면서 임피던스가 흐트러지면 안된다.

(1)의 경우는, 고주파 신호를 물에 비유하면 이해하기 쉽습니다.
수돗물을 보내기 위해선 호스를 사용하게 됩니다. 그럼으로써 물을 목적하는 장소에 보낼 수 있습니다. (호스 옆구리에 구멍이 나있는 경우는 별도입니다만.. ^^;) 만약 호스가 없다면 조금의 물도 목적지로 보낼 수 없게 되어 버리지요. 바로 이 호스의 역할을 하는 것이 전송선로입니다.

아시다시피 마이크로파 신호는 자유공간을 난무하고 다니는 녀석입니다. 텔레비젼이나 핸드폰 고주파 신호의 예를 생각해보시면 알 수 있지요. 즉 이 이야기의 요점은, 마이크로파 신호가 공기중으로 새어나가지 못하도록 해야한다는 점입니다.

(2)의 경우는, 전송선로는 그 길이 자체에 의해 인덕턴스 성분이 존재하고, 신호선과 Ground (shield) 사이에는 캐패시턴스 성분이 생기게 됩니다. 여기서 전송선로에 부하 50Ω의 전송선로를 접속해도, 신호측에서 보면 같은 50Ω의 임피던스가 보이기 때문에 그때의 전송선로 임피던스를 특성임피던스라고 합니다.

부하 임피던스와 같은 특성임피던스의 전송선로를 연결한 경우,
a단에서 바라본 임피던스는 부하 임피던스와 같다.

특성임피던스는 전송선로 단위길이의 인덕턴스를 L, 단위길이의 캐패시턴스를 C로 하면 아래와 같이 됩니다.

이 식에서 관심있게 보아야 할 사항은, 특성임피던스 수식 안에 f 나 ω와 같이 주파수와 관련된 변수들이 없다는 점입니다. 즉 특성임피던스는 주파수에 의존하지 않습니다. 여기서 조금더 정리하면,

전송선로는 신호를 손실없이 전달하기 위한 차폐(shield) 구조물이 있고, 고유의 특성임피던스를 가지고 있습니다. 신호, 부하 임피던스와 같은 특성임피던스의 전송선로를 연결하면, 신호측에서 부하측을 바라본 임피던스는 전송선로가 없을 때와 같습니다.

이를 통해 "50Ω 동축선로를 테스터로 측정하면 50Ω이 나오긴 하는데 대체 어디가 50Ω이지?? " 라는 류의 수수께끼를 풀 수 있는 것입니다.

* 이 단원에서 언급하는 내용은 회로소자로서 사용된 전송선로가 아닌, 마이크로파 신호를 어딘가로 전달하기 위한 용도의 전송선로 역할에 대한 설명입니다. [역자 주]

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