왜 RF 시스템의 임피던스는 50옴 또는 75옴인가 ?

출처 : Selecting the Right Transmission Line Impedance | DigiKey

 

 

 

 

 

1929년 Lloyd Espenscheid와 Herman Affel라는 두 사람이 4MHz 신호를 전송용 전송선을 제작하려 했다. 전송선의 목표는 

- 신호 전송시 낮은 전력 감쇄

- 높은 전압 전송

- 높은 전력 전송

을 만족하는 것이다. 

 

하지만 이 3가지 조건을 동시에 만족하는 케이블은 없었다. 그래서 그들은 전송선의 특성임피던스를 변경하면서, 전력의 감쇄정도, 전송 전압의 크기, 전력의 전달 정도를 평가하였다. 

 

1. 전송전력의 감쇄

전력의 감쇄는 전송선의 유전체의 영향을 크게 받는다. 따라서 유전체 영향을 배제하기 위해, 유전체를 공기로 한정하고 특성임피던스를 변경하면서 신호의 감쇄 정도를 측정하였다. 특성임피던스가 77옴일 때 신호 전력의 감쇄량이 가장 작았다. 

 

2. 전압

전송선의 전압은 전송선의 inner conductor와 outer conductor 사이의 전기장(electric field)가 결정한다. 전송선의 특성임피던스가 60옴일 때 이 전기장이 가장 컸다. 

 

3. 전송 전력

얼마나 큰 전력을 보낼 수 있는지는 break down field와

에 의해 결정된다. 유전체를 공기로 채운 케이블의 경우 임피던스가 30옴일 때 전력을 최대로 전송할 수 있다. 

    * break down field  - 다이오드 PN 접합의 역방향 항복 전압(break down voltage)의 break down의 의미와 같을 것으로 보인다. 

 

케이블의 특성임피던스에 따라 전송전력의 최소 감쇄, 최대전압,  최대 전송전력 어디에서 가능한지 아래 그림에 표시되어 있다. 

 

3가지 고려사항을 한꺼번에 만족하는 특성 임피던스값은 없다. 

 

위 그래프를 보면 3개를 최대한 충족하는 임피던스가 50옴이다. 그래서 현재 대부분 RF 시스템의 임피던스를 50옴으로 사용하였다. 하지만 전력 감쇄 최소화가 필요한 경우 75옴 임피던스를 사용한다. TV 동축케이블 경우는 75옴을 사용한다. 

 

 

* RG-xxx   : 케이블을 구입하다보면 RG 라는 용어를 볼 수 있는데 이것은 Radio Guide의 줄임말이다.