전자기파(Electromagnetic Wave) 노이즈 종류 및 정의를 알아봅시다.

전자기파(Electromagnetic Wave)란 전기장과 자기장으로 구성된 파동으로서 공간상에서 전기장이 시간적으로 변화하게 되면 그 주위에 자기장이 발생하고 또한 자기장이 시간적으로 변화하면 그 주위에 전기장이 발생하게 되어 공간상에서 빛의 속도로 전파하는 파동을 말한다.

 

아날로그 신호 시간영역에서 연속적인 형태의 데이터를 가지는 신호로 매 순간의 값이 모두 데이터가 될 수 있기 때문에 무한개의 데이터 값을 가질 수 있다. 자연적으로 존재하는 신호는 대부분 아날로그 신호이다. 아날로그 신호에 노이즈가 한번 더해지면 노이즈 제거가 불가능하다. 디지털 신호 시간영역에서 이산적인 형태의 파형을 가지지만 제한된 개수의 값만 가진다. 일반적으로 0과 1의 두 개의 값을 가진다. 디지털 신호에는 노이즈가 더해져도 0과 1을 구분할 수 있으면 노이즈를 제거하여 원래 신호를 완벽하게 복원할 수 있다. 즉, 디지털 신호는 노이즈에 상대적으로 강하다. 전자기파 노이즈의 종류 전자기파 노이즈는 전기기기나 그 동작으로 인해 발생하는 원하지 않는 전자기파이다. 자연적으로 만들어지는 경우도 있으나 인간이 만든 전자제품이나 전기적/기계적 장비나 장치에서 발생하는 경우가 대부분이다. 전자기파 노이즈는 의도적으로 활용하는 경우도 있는데 대표적으로 방송전파와 EMP이다. 주파수 범위에서 따른 노이즈는 아래와 같이 구분이 가능하다.

 

• 광대역 노이즈: 노이즈 성분이 넓은 주파수 대역에 퍼져 있는 노이즈이다.

• 협대역 노이즈: 특정 주파수 대역에만 노이즈 성분을 가진다.

• 무선주파수 노이즈: 무선주파수 범위에서 발생하는 전자기적 노이즈이다.

 

전자파 방사(Electromagnetic Radiation)

공간 내 어떤 전기적인 소스로부터 전자파 형태의 에너지가 뿜어져 나와 공간을 통해 전달되는 현상을 말한다. 전자기적 환경(Electromagnetic Environment) 주어진 공간 내에서 전자기장의 공간적인 분포를 나타내며, 다양한 전기적, 기계적 장비나 장치로부터 발생하는 방사성 및 전도성 전자파 방출의 레벨을 의미하기도 한다.

 

정전기장(Static Electric Field)

쿨롱(Coulomb)의 법칙은 두 전하 사이에 작용하는 전기력(F)은 두 전하량(q)의 곱에 비례하고 거리(r)의 제곱에 반비례한다는 법칙이다. 1C(단위 전하)에 작용하는 전기력을 전기장의 세기라고 하고 단위는 V/m로 표시한다. 양의 점 전하(Point charge)가 있는 경우 전기장은 점 전하로부터 방사하는 방향으로 발생하고 정전기력과 마찬가지로 점 전하로부터의 거리 제곱에 반비례한다.

 

전위(Electric Potential)

전위는 1C의 전하가 전기장을 거슬러 이동하는데 필요한 일이다. 기준 전위(Reference Potential)는 전위가 0인 위치를 말하며 일반적으로 전자기학에서는 소스로부터 무한히 떨어져 있는 위치에서는 전기장이 0이기 때문에 무한대를 전위가 0인 기준 전위로 말한다. 또한 지구 표면을 기준 전위로 얘기하며 회로가 연결된 경우 접지(Ground)되었다고 한다.

 

정전용량(Capacitance)

정전용량은 전압 1V를 가했을 때 전자를 얼마나 많이 붙들고 있느냐를 나타내는 것이다. 즉, 단위 전위당 두 도체 사이에 저장할 수 있는 전하의 양이며 전하를 저장할 수 있는 능력을 나타내는 물리량이다. 단위는 F(Farad)이지만 실제 용량은 매우 작기 때문에 100만분의 1단위인 마이크로 패럿(μ F) 단위를 많이 사용한다. 전위차가 변하면 전하량도 같이 변하기 때문에 정전용량 값은 전하량이나 전위차와 상관없이 도체의 구조와 도체 사이의 매질에 의해서만 결정된다.

 

자기장(Magnetic Field)

자기장의 원천은 대표적으로 영구자석, 전류, 시간에 따라 변화하는 전기장 3가지로 분류할 수 있다.

 

• 영구자석: 물질이 가지고 있는 고유의 자성으로 인해 자기장 형성

• 전류: 전류가 흐르면 도선 주변에 동심원 형태의 자기장이 발생

• 시간에 따라 변화하는 전기장: 전기장이 시간에 따라 변하면 자기장을 만들어 냄

 

오른손 엄지손가락을 전류의 방향으로 하여 도선을 감아쥘 때 나머지 네 손가락의 방향이 자기장의 방향이다. 전류의 방향이 바뀌면 당연히 자기장의 방향도 바뀐다. 자기장의 세기는 도선에 흐르는 전류의 세기가 셀수록 도선에 가까울수록 코일의 감은 수가 많을수록 세다.

 

인덕턴스(Inductance)

전류가 닫혀있는 경로 즉 루프를 따라 흐를 때 루프에 흐르는 전류에 의해 생긴 자기장이 코일과 쇄교(Magnetic Flux Likage)하는 정도를 나타낸 것이 인덕턴스이다. 쉽게 얘기하면 자기 에너지의 저장 능력을 나타내는 것이고 루프 면적 내의 총 자속을 루프에 흐르는 전류로 나눈 값으로 단위는 H(헨리)이다. 상호 인접된 루프나 코일이 각각에서 발생하는 자속이 다른 루프나 코일에 쇄교하여 발생한 인덕턴스를 상호 인덕턴스(Mutual Inductance)라고 한다. 전자기 유도 현상에 의해 생기기 때문에 교류전류가 흐를 때 발생하는 것이 특징이다.

 

패러데이의 전자기유도 법칙(Faraday's Low of Induction)

"도선 고리를 지나는 자기력선의 수가 시간에 따라 변하면 고리에 기전력이 생긴다."

 

렌츠(Lenz)의 법칙

자기유도로 생기는 전류는 전류를 유도한 자기장의 변화를 줄이는 방향으로 흐른다. 즉 자속 변화의 반대 방향으로 유도 전류가 발생한다.