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1. 통신기술과 미디어의 이해
1.1. 트위스티드 페어와 광섬유 케이블
트위스티드 페어와 광섬유 케이블은 통신기술에서 중요한 역할을 담당한다. 트위스티드 페어는 규칙적인 나선형 패턴으로 감겨 있는 2개의 절연 구리선으로 구성되어 있다. 이와 같이 선을 꼬는 이유는 첫째, 소음을 줄이기 위해서이고, 둘째는 각각의 쌍들이 서로 꼬여 있기 때문에 케이블 내에서 인접한 다른 쌍들과의 누화 간섭현상을 최소로 줄일 수 있기 때문이다. 트위스티드 페어는 아날로그 전송과 디지털 전송 모두에 사용될 수 있다. 하지만 거리, 대역폭, 데이터 전송률에 있어서 제약점을 갖는다. 아날로그 신호의 경우 5~6㎞ 마다 증폭기가 필요하고, 디지털 전송의 경우 2~3㎞ 마다 리피터가 필요하다. 비차폐 트위스티드 페어(UTP)는 일반적으로 전화선으로 이용되며, 인접한 주위 환경의 잡음과 외부 전자기 간섭에 취약하다. 차폐 트위스티드 페어(STP)는 간섭을 감소시키고 고속 전송율에서 보다 우수한 성능을 제공하지만, 가격이 비싸고 UTP에 비해 작업이 어렵다.
광섬유 케이블은 원통형이고 코어(core), 클래딩(cladding), 자켓(jacket)의 3가지 동심부분으로 구성되어 있다. 코어(core)는 가장 내부 부분으로 유리나 플라스틱으로 만들어진 가는 실 또는 섬유로 구성되며, 직경은 8~62.5㎛이다. 클래딩(cladding)은 각 광섬유를 둘러싸고 있으며 직경은 125㎛이다. 자켓(jacket)은 광섬유 여러 가닥을 둘러싸는 케이블의 가장 외부층이며 습기, 마모, 파손 및 기타 주위 위험으로부터 보호하기 위하여 플라스틱과 기타 재료로 구성되어 있다. 광섬유 케이블은 대역폭이 넓고 전송 손실이 적어 장거리 전송에 유리한 특성을 가지고 있다.
트위스티드 페어와 광섬유 케이블은 각각 고유한 장단점을 가지고 있어 통신기술 발전에 중요한 역할을 담당하고 있다. 트위스티드 페어는 간단한 구조와 저렴한 비용으로 널리 사용되고 있으며, 광섬유 케이블은 높은 전송 성능으로 장거리 통신에 활용되고 있다. 이들 기술의 발전과 융합을 통해 더욱 효율적이고 고도화된 통신 인프라를 구축할 수 있을 것이다.
1.2. 마이크로파 전송과 위성통신
마이크로파 전송은 무선으로 데이터를 전송하는 통신 방법이며, 주요 용도는 장거리 전기통신 서비스로 음성이나 텔레비전 전송에서 흔히 사용된다. 마이크로파 전송의 장점은 대역폭이 넓어서 많은 정보가 적절하게 전송될 수 있다는 것이다. 하지만 단점으로는 주파수대역의 할당이 엄격히 조정되지 않으면 전송영역이 겹치게 되어 간섭의 위험이 있다는 것과 대기의 흡수와 강우에 의해 마이크로파가 감쇄된다는 점이 있다.
위성통신은 위성을 이용한 통신 방식으로, 위성은 하나의 주파수대역으로 신호를 수신하여 신호를 증폭 또는 재생(상향링크)한 후 간섭을 피하기 위해 다른 주파수(하향링크)로 송신한다. 위성TV 분배인 DBS는 위성 비디오 신호를 가정의 시청자에게 직접 전송하는 것으로, 수신 안테나의 크기와 가격이 감소함에 따라 경제적으로 실현 가능하게 되었다. 위성통신은 방송 라디오와 달리 지향성을 가지고 있어 접시형 안테나를 필요로 하며, 이를 통해 정해진 지점에 정확히 설치할 필요가 있다.
1.3. 안테나의 구조와 기능
안테나는 전자기 에너지를 방사하거나 모으는 데 사용되는 전기적 도체이다. 안테나의 두 가지 기능은 신호의 전송과 수신이다. 신호를 전송할 때, 송신기에서 나오는 라디오-주파수 전기 에너지는 안테나에 의해 전자기 에너지로 변환되어 주변 환경으로 방사된다. 신호를 수신할 때, 안테나에 모인 전자기 에너지는 전기 에너지로 변환되어 수신기로 공급된다.
등방형 안테나는 모든 방향에서 동일하게 전력을 방사하는 공간상의 한 점으로 볼 수 있으며, 실제 방사 모양은 안테나를 중심으로 한 구의 형태이다. 접시형 반사 안테나는 지상 마이크로파와 인공위성통신에 사용된다. 이론적으로 분산이 없는 평행한 빔을 만들지만, 실제로는 에너지원이 한 점 이상에 걸쳐있기 때문에 어느 정도의 분산이 발생한다. 접시형 반사 안테나의 장점은 안테나의 직경이 커질수록, 빔의 방향을 정확하게 조절할 수 있으며, 수신시에 입사파가 반사 포물선의 축에 평행하게 들어오는 경우, 수신신호는 포물면의 초점에 모인다는 것이다.
안테나의 이득은 안테나의 방향성을 측정하는 척도이며, 등방성 안테나에 의해 임의의 방향으로 분사되는 출력 전력과 해당 안테나에 의해 특정 방향으로 출력되는 전력의 비로 정의된다. 안테나 이득과 유효 면적과의 관계는 = 으로 표현되며, 여기서 G는 안테나 이득, A는 유효 면적, λ는 반송파 파장을 나타낸다. 따라서 안테나의 이득을 결정하는 요소는 유효 면적과 파장이다.
거리가 멀어질수록 신호는 보다 넓은 지역으로 분산되기 때문에, 전송 신호는 거리가 멀어짐에 따라 감쇄된다. 이러한 형태의 감쇄를 자유공간 손실이라 하며, 즉 위성통신에서 신호손실의 주요 원인은 자유공간 손실이라고 할 수 있다.
1.4. 전파의 전파 현상
전파의 전파 현상은 전자기파가 공간을 통해...
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