스펙트럼 분석기·네트워크 분석기·5G·EMC 등 통신·RF 측정으로 들어가려면 먼저 알아야 할 공통 언어가 있습니다. 신호의 두 가지 보기 방식, dB·dBm, 50Ω 임피던스, 변조의 개념을 한 번에 정리합니다.
1. 신호의 두 가지 보기 방식
동일한 신호도 어떤 축에서 보느냐에 따라 정보가 달라집니다.
| 도메인 | 축 | 장비 | 보이는 것 |
|---|---|---|---|
| 시간 도메인 | 가로 = 시간 | 오실로스코프 | 파형, 상승/하강 시간, 펄스 폭 |
| 주파수 도메인 | 가로 = 주파수 | 스펙트럼 분석기 | 각 주파수의 신호 크기, 고조파, 스퓨리어스 |
두 도메인은 푸리에 변환(FFT)으로 상호 변환됩니다. 통신 신호는 주파수 도메인에서 훨씬 잘 보입니다.
2. dB·dBm·dBµV — 로그 단위
RF에서 신호 세기는 매우 넓은 범위에 분포(수 µW ~ 수 kW)하므로 로그 단위인 dB를 씁니다.
dB (데시벨) — 비율
- 전력비:
10·log₁₀(P₂/P₁) - 전압비:
20·log₁₀(V₂/V₁) - 예: 전력 2배 = +3 dB, 10배 = +10 dB, 100배 = +20 dB
dBm — 절대 전력 (기준 1 mW)
| dBm | 실제 전력 | 예시 |
|---|---|---|
| +30 dBm | 1 W | 일반 송신기 |
| 0 dBm | 1 mW | 기준 |
| -30 dBm | 1 µW | 수신 신호 |
| -90 dBm | 1 pW | 약전계 수신 |
dBµV — EMC에서의 전압 단위
EMC 측정에서는 dBµV(1 µV 기준)를 자주 씁니다. CISPR 한계치는 이 단위로 표기됩니다.
3. 50Ω 임피던스 — 왜 표준인가
RF 시스템은 거의 모두 50Ω으로 통일되어 있습니다(방송·비디오는 75Ω). 이유:
- 케이블 손실이 최소가 되는 임피던스(약 77Ω)와 전력 전달이 최대인 임피던스(약 30Ω)의 절충점이 50Ω
- 모든 RF 장비·커넥터·케이블이 50Ω으로 통일 → 시스템 단순화
4. 임피던스 매칭과 반사
케이블·장비 임피던스가 일치하지 않으면 신호 일부가 반사되어 돌아옵니다.
| 지표 | 의미 | 좋은 값 |
|---|---|---|
| VSWR (전압 정재파비) | 매칭 정도 | 1.0 = 완벽 / 1.5 이하 = 양호 / 2.0 이상 = 점검 필요 |
| 반사계수 Γ | 반사 전압 비율 | 0 = 매칭 / 1 = 전반사 |
| 리턴로스 (RL) | 반사 크기를 dB로 | ≥ 20 dB = VSWR 1.22, 양호 |
VSWR·리턴로스는 네트워크 분석기(VNA)로 측정합니다(VNA 기초 참조).
5. 변조의 종류
정보를 RF 반송파에 싣는 방식이 변조입니다.
아날로그 변조
- AM (진폭 변조): 정보가 신호 크기를 변화시킴. AM 라디오
- FM (주파수 변조): 정보가 주파수를 변화시킴. FM 라디오·무전기
디지털 변조
- ASK / FSK / PSK: 진폭·주파수·위상에 1·0을 매핑
- QAM (64·256·1024-QAM): 진폭+위상 조합. Wi-Fi·5G·LTE에서 사용
- OFDM: 다수의 부반송파에 데이터 분산. 4G·5G·Wi-Fi 6의 핵심
6. 주파수와 파장
파장 λ = c / f (c = 3×10⁸ m/s, 빛의 속도)
| 대역 | 주파수 | 파장 | 응용 |
|---|---|---|---|
| HF | 3-30 MHz | 100-10 m | 아마추어 무선 |
| VHF / UHF | 30 MHz-3 GHz | 10 m-10 cm | 방송·이동통신 |
| 5G Sub-6 | 0.6-6 GHz | 50-5 cm | 5G FR1 |
| mmWave | 24-100+ GHz | 12-3 mm | 5G FR2·6G·차량 레이더 |
안테나·필터 크기는 파장에 비례합니다. mmWave 안테나가 작은 이유입니다.
7. 측정 시 자주 하는 실수
- 50Ω 종단 미사용 — 신호 발생기/오실로 사이 케이블 끝에 50Ω 종단이 없으면 반사로 진폭이 2배로 보임
- dBm·dB 혼동 — "+10 dB 증폭" ≠ "10 dBm 출력"
- RBW 너무 좁게 — 스펙트럼에서 스윕이 길어지고 좁은 RBW로 보면 신호가 사라져 보임
- 케이블 손실 미고려 — RF 케이블은 주파수에 따라 dB/m 손실이 큼. 측정 전 보정 필수
자주 묻는 질문
dB와 dBm은 더할 수 있나요?
dB(비율) + dBm(절대) = dBm입니다. 예: +20 dBm 신호에 +6 dB 증폭 → +26 dBm. dBm + dBm은 의미가 없습니다(전력 합산은 W로 환산 후).
왜 통신·RF에서는 시간이 아닌 주파수로 보나요?
변조 신호·간섭·고조파 등 신호 성분이 주파수에 따라 분포하기 때문입니다. 시간 도메인에서는 합쳐진 파형만 보입니다.
케이블이 50Ω인지 어떻게 확인하나요?
VNA로 S11 측정 → 케이블 끝을 50Ω 종단하면 반사가 -20 dB 이하로 떨어집니다. 케이블 표기(RG-58/RG-405 등)는 대부분 50Ω입니다.
OFDM은 왜 5G에서 중요한가요?
다중 부반송파로 주파수 선택적 페이딩에 강하고, 높은 데이터율과 효율을 동시에 달성하기 때문입니다.
EMC dBµV는 어떻게 환산하나요?
50Ω 기준: dBm = dBµV - 107. 예: 47 dBµV ≈ -60 dBm. EMC 한계치 비교 시 단위 통일에 주의하세요.