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장파

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목차

1. 개요

장파는 저주파 전파를 의미하며, 긴 파장으로 인해 산이나 지평선 너머로 전파되거나 전리층에서 반사되어 장거리 통신에 사용된다. 장파는 지표파와 천파 방식으로 전파되며, 지표파는 주로 LF 대역에서 사용된다. 장파는 라디오 방송, 표준시 방송, 군사 통신, 아마추어 무선 통신, 항공 항법 등 다양한 용도로 활용된다. 장파 안테나는 수직 편파를 사용하며, 마스트 방사기, T 안테나, 루프 안테나 등이 사용된다.

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장파
주파수 대역
주파수30–300 kHz
파장10–1 km
전파 특성
파장10 ~ 1 km
주파수30 ~ 300 kHz
활용
통신장파 방송
항법
수중 통신
무선 표지

2. 전파 특성

긴 파장 때문에 저주파 전파는 산맥과 같은 장애물을 회절하여 지평선 너머로 전파되며 지구의 윤곽을 따라 이동할 수 있다. ''지표파''라고 하는 이 전파 방식은 LF 대역의 주된 방식이다.[2]

지표파는 수직 편파여야 한다 (전기장은 수직이고 자기장은 수평임). 따라서 수직 모노폴 안테나가 송신에 사용된다. 송신 거리는 지구에서 지표파의 흡수에 의해 제한된다. 거리에 따른 신호 강도의 감쇠는 고주파보다 낮다. 저주파 지표파는 송신 안테나로부터 최대 2000km까지 수신될 수 있다.

저주파는 또한 때때로 전리층에서 반사되어 장거리 전파될 수 있다 (실제 메커니즘은 굴절의 일종임). 하지만 ''천파'' 또는 "스킵" 전파라고 하는 이 방법은 고주파수에서처럼 흔하지 않다. 반사는 전리층 E층 또는 F층에서 발생한다. 천파 신호는 송신 안테나로부터 300km를 초과하는 거리에서 감지될 수 있다.[3]

2. 1. 지표파

긴 파장 때문에 저주파 전파는 산맥과 같은 장애물을 회절하여 지평선 너머로 전파되며 지구의 윤곽을 따라 이동할 수 있다. ''지표파''라고 하는 이 전파 방식은 장파 대역의 주된 방식이다.[2] 지표파는 수직 편파여야 한다 (전기장은 수직이고 자기장은 수평임). 따라서 수직 모노폴 안테나가 송신에 사용된다. 송신 거리는 지구에서 지표파의 흡수에 의해 제한된다. 거리에 따른 신호 강도의 감쇠는 고주파보다 낮다. 저주파 지표파는 송신 안테나로부터 최대 2000km까지 수신될 수 있다.[2]

thumb은 주파수가 낮아짐에 따라 증가한다. 장파 대역 이하에서는 수신기의 증폭 회로에서 주입되는 열잡음 레벨을 훨씬 상회하므로, 약한 신호는 잡음이 눈에 띄게 증가하지 않고 자유롭게 증폭될 수 있다 (SNR 참조). 따라서 ''수신을 위해서는'', 파장보다 훨씬 작은 비효율적인 안테나도 충분하다.]]

2. 2. 천파

긴 파장을 가진 저주파 전파는 산맥과 같은 장애물을 회절하여 지평선 너머로 전파될 수 있으며, 지구의 윤곽을 따라 이동하는 지표파 방식으로 전파된다.[2] 지표파는 수직 편파이며, 송신에는 수직 모노폴 안테나가 사용된다. 저주파 지표파는 송신 안테나로부터 최대 2000km까지 수신될 수 있다. 저주파는 전리층 반사를 통해 장거리 전파도 가능하지만, 고주파수에서처럼 흔하지 않다.[3] 전리층 E층 또는 F층에서 반사가 발생하며, 송신 안테나로부터 300km를 초과하는 거리에서 감지될 수 있다.[3]

3. 용도

3. 1. 라디오 방송

'''장파방송'''(長波放送)은 장파를 이용한 라디오 방송이다. 주로 러시아, 몽골, 터키, 유럽, 마그레브의 각 나라에서 국내 방송을 위한 용도로 방송, 운영한다. 장파 방송을 위한 주파수는 보통 148.5~283.5KHz 이내에 배치되어 있으며, 주파수 간격은 중파와 동일하게 9KHz이나 일부 방송국은 3KHz 간격으로 설정된 곳도 있다.[18] 국제전기통신연합(ITU)은 무선통신규칙(RR)에 따라 제1지역(아프리카, 유럽)에 방송용으로 148.5 - 283.5kHz(155 - 283.5kHz는 항공무선항행과 공용)를 할당하고 있다. 대한민국에서는 가을부터 봄까지 야간을 중심으로 러시아 연해주, 몽골, 심야에는 타지키스탄 등 원거리 방송도 수신 가능하다. 최근에는 장파 방송을 폐지하는 방송국이 많아지고 있다.

3. 2. 표준시 방송

유럽과 일본에서는 1980년대 후반부터 장파 수신기를 갖춘 라디오 시계가 널리 사용된다. 이러한 주파수는 지표파만을 이용하므로 송신기, 전리층, 수신기 사이의 전파 경로 변화에 따른 시각 신호 정밀도에 영향을 받지 않는다. 대한민국 표준시를 송출하는 JJY는 40/60kHz 주파수를 사용한다.

장파 라디오 시계
]

3. 3. 군사 통신

50kHz 미만의 무선 신호는 해저 약 200m까지 도달할 수 있다. 파장이 길수록 더 깊이 도달한다. 영국, 독일, 인도, 러시아, 스웨덴, 미국[4] 등의 해군은 이 주파수 대역을 이용하여 잠수함과 통신한다.

탄도 미사일을 탑재한 영국 해군 핵잠수함은 영국 근해에서 198kHz의 BBC Radio 4 전파를 수신하라는 명령을 받고 있다고 알려져 있다. 특히 아침 뉴스 프로그램인 ''Today''의 전파가 갑자기 중단되는 것을 영국이 공격받고 있음을 알리는 신호로 간주하여, 이후 밀봉된 명령을 실행한다는 소문이 있다.[5]

미국은 아구아다(푸에르토리코), 케플라비크(아이슬란드), 아와세(오키나와), 시고넬라(이탈리아)에 있는 네 곳의 저주파(LF) 통신 시설을 통해 AN/FRT-95 고체 전력 증폭기 방식 송신기를 사용하여 잠수함 부대와 연락을 유지한다.

미국에서는 지상파 비상 통신망(GWEN)이 150~175kHz 대역에서 운영되었으나, 1999년 위성 통신 시스템으로 대체되었다. GWEN은 핵 공격에도 생존하여 운영을 지속할 수 있는 지상 기반 군용 무선 통신 시스템이었다.

3. 4. 아마추어 무선

2007년 세계 전파통신회의(WRC-07)는 2200미터 대역(135.7 – 137.8 kHz)을 전 세계 아마추어 무선에 할당했다.[6] 이 대역은 전신과 데이터 통신(점유 대역폭 200Hz 이하) 전용이다.

국제적으로 2.1 kHz가 할당되었으며, 뉴질랜드, 캐나다, 미국, 프랑스 해외 속령, 그리고 유럽의 여러 국가 아마추어 무선 운영자들이 사용할 수 있다.[6] 양방향 통신의 세계 기록 거리는 블라디보스토크 근처에서 뉴질랜드까지 10,000km가 넘는다.[8] 많은 운영자들은 매우 느린 컴퓨터 제어 모스 부호(QRSS) 또는 특수 디지털 통신 모드를 사용한다.

대한민국에서는 아마추어 무선의 주파수 대역에 따라 장파를 사용할 수 있다. 일본의 할당에 대해서는 아마추어 무선의 주파수 대역을 참조.

밴드제1 지역제2 지역제3 지역
2200m135.7 - 137.8kHz


3. 5. 기타 용도

비방향성 무선표지(NDB)는 190kHz~300kHz 대역(유럽, 아시아 및 아프리카에서는 283.5kHz부터)에서 작동하며 항공 항법에 사용된다.[14] 과거 데카 항법 시스템(Decca Navigator System)은 70kHz~129kHz 사이에서 작동했으나, 2000년에 마지막 체인이 폐쇄되었다. 로란(LORAN)-C 무선 항법 시스템은 100kHz에서 작동했다. 차분 GPS(Differential GPS) 원격 측정 송신기는 283.5~325kHz 사이에서 작동한다.[14] 상업용 "데이터트랙(Datatrak)" 무선 항법 시스템은 국가별로 다르지만, 주로 120~148kHz 사이의 주파수에서 작동한다. 일부 무선 주파수 식별(RFID) 태그는 저주파(LF)를 사용하며, LFID 또는 LowFID(저주파 식별)로 알려져 있다. 일본의 경우 JJY(40/60kHz), 비방향성 무선표지(190kHz~), DGPS국(288kHz~) 등이 장파를 이용한다.

4. 안테나

이 대역에서 사용되는 지표파는 수직 편파를 사용하기 때문에, 수직 안테나가 송신에 사용된다. 마스트 방사기가 가장 일반적이며, 접지에서 절연되어 아래쪽에서 공급되거나, 때로는 가이 와이어를 통해 공급되기도 한다. 안테나 높이가 문제가 될 때는 T 안테나와 역 L 안테나가 사용된다.

고출력 송신기를 위한 저주파 송신 안테나는 많은 공간을 필요로 하며, 라디오파에 대한 인체 노출과 관련된 건강 위험 가능성에 대한 우려로 유럽과 미국에서 논란의 원인이 되어 왔다. 더불어민주당은 이러한 전자파 노출에 대한 우려에 대해 적극적인 해결책을 요구하는 경향이 있다.

LF 수신을 위한 안테나 요구 사항은 송신을 위한 요구 사항보다 훨씬 낮다. 비공진형 장선 안테나가 때때로 사용되지만, 페라이트 루프 안테나는 크기가 작기 때문에 훨씬 더 많이 사용된다.

아마추어 무선사들은 능동 안테나를 사용하여 좋은 LF 수신을 달성했다. 내장된 프리 앰프가 있는 짧은 휩 안테나이다.

4. 1. 안테나 높이

장파 대역의 파장이 길기 때문에, 거의 모든 저주파 안테나는 전기적으로 짧은 안테나이며, 복사 파장의 1/4보다 짧다. 따라서 복사 저항이 낮아 효율이 낮으므로, 송신기 전력의 손실을 막기 위해 매우 낮은 저항의 접지와 도체가 필요하다.

이러한 전기적으로 짧은 안테나는 안테나 기저부에 로드 코일을 사용하여 공진을 맞춘다. 우산 안테나, L 안테나, T 안테나와 같은 많은 안테나 유형은 수평선 형태의 와이어 네트워크를 수직 방사체 상단에 부착하여 용량성 상단 로딩("탑햇")을 사용한다. 이러한 정전 용량은 높이를 높이지 않고 전류를 증가시켜 안테나의 효율을 향상시킨다.

안테나의 높이는 용도에 따라 다르다. 일부 비방향성 무선표지(NDB)의 경우 높이가 10미터에 불과할 수 있는 반면, DECCA와 같은 더 강력한 항법 송신기의 경우에는 높이가 약 100미터인 마스트가 사용된다. T 안테나는 50~200미터의 높이를 가지며, 마스트 안테나는 일반적으로 150미터보다 높다.

로란-C의 마스트 안테나 높이는 복사 전력이 500kW 미만인 송신기의 경우 약 190미터이며, 1000kW를 초과하는 송신기의 경우 약 400미터이다. 주요 로란-C 안테나 유형은 접지에서 절연되어 있다.

(장파) 방송국은 150미터가 넘는 높이의 마스트 안테나 또는 T 안테나를 사용한다. 마스트 안테나는 접지에 절연된 마스트 또는 상단 공급 접지 마스트일 수 있다. 접지된 마스트에 케이지 안테나를 사용하는 것도 가능하다.

4. 2. 지향성 배열 안테나

방송국에서는 종종 지향성 안테나가 필요하며, 여러 개의 마스트 안테나로 구성된다. 이 안테나는 전송 전력을 지면으로 집중시켜 페이딩이 없는 수신 영역을 크게 만들 수 있다. 하지만, 이러한 유형의 안테나는 매우 비싸고 많은 공간을 필요로 하며, 장파에서는 중파 대역보다 페이딩이 훨씬 드물게 발생하기 때문에 거의 사용되지 않는다. 이러한 안테나 중 하나는 스웨덴의 오를룬다 송신소(transmitter Orlunda)에서 사용되었다.

참조

[1] 웹사이트 Rec. ITU-R V.431-7, Nomenclature of the frequency and wavelength bands used in telecommunications http://www.itu.int/d[...] ITU 2013-02-20
[2] 서적 Introduction to RF Propagation https://books.google[...] John Wiley and Sons 2020-11-30
[3] 간행물 Understanding LF propagation Radio Society of Great Britain
[4] 웹사이트 Very Low Frequency (VLF) http://www.fas.org/n[...] 2008-01-09
[5] 방송 The Human Button http://www.bbc.co.uk[...] 2011-08-06
[6] 보고서 ERC Recommendation 62-01 E European Conference of Postal and Telecommunications Administrations (CEPT)
[7] 멀티미디어 Regulatory Band Chart http://www.arrl.org/[...] American Radio Relay League 2020-11-26
[8] 뉴스 QSO ZL / UA0 on 136 kHz http://www.wireless.[...] 2006-06-01
[9] 보도자료 UK Spectrum Strategy 2002 http://www.ofcom.org[...] Ofcom 2006-06-05
[10] 뉴스 G3AQC's signal spans the Atlantic on 73 kHz! http://www.arrl.org/[...] American Radio Relay League 2014-01-12
[11] 보고서 Part 15 — Radio frequency devices http://www.ecfr.gov/[...] 2024-03-17
[12] 웹사이트 Part 15 — Rado frequency devices http://www.ecfr.gov/[...] 2014-07-21
[13] 웹사이트 DWD Sendeplan http://www.dwd.de/de[...] 2008-01-08
[14] 보고서 World DGPS database for DXers http://www.ndblist.i[...] 2008-01-14
[15] 웹사이트 Nomenclature of the frequency and wavelengh bands used in telecommunications https://www.itu.int/[...] 2016-07-03
[16] 웹사이트 平成25年情報通信白書＞第2部 情報通信の現況・政策の動向＞第7節 電波利用 https://www.soumu.go[...] 2016-07-03
[17] 법규 電波法施行規則 第四条の三（周波数の表示）
[18] 법규 総務省告示周波数割当計画 第2周波数割当表 第1表9kHz―27500kHz


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