전원이 직류전압이면 부하에는 직류전압이 그대로 걸린다.
전원이 교류 전압이면 부하에는 전압이 그대로 걸릴까?
가정에서 쓰는 240V 60Hz 라면 그대로 걸릴 것이다.
우리가 일상생활에서 문제가 없었으니까..
하지만 전원이 300MHz 주파수를 가진 전원이라면 부하에 전원이 제대로 걸릴까?
전원과 부하 사이에 연결된 전선의 길이, 전송선 길이에 따라 다르다.
주파수가 높아질 수록 전송선의 길이 그리고, 전송선의 특성임피던스를 고려해야 한다.
주파수가 300MHz 인 전기 신호는 파장이 1m인 사인파 신호이다.
따라서 전송선의 전압의 크기가 시간마다 위치마다 다르다.
전송선의 A, B, C 지점의 전압 크기가 다르다. 또한 시간이 지나면 A, B, C 지점의 전압은 달라진다.
이런 상황에서 A, B, C 지점의 전류 또한 변한다.
이런 상황에서
부하에 걸리는 전압을 몇 볼트라고 정할 수 있는가? 없다…
부하에 원하는 전력을 전달할 수 있는가? 없다….
시간이 지나면.. A, B, C 지점의 전압 또한 변한다.
직류 전압의 경우,
60Hz 주파수의 교류전압(파장 5000km이기 때문에 일상생활에서 사용하는 전송선의 길이에 비하면 너무나도 엄청 길다. )의 경우...
일상생활에서 부하에 전력을 전달할 때에 전송선의 길이에 대해서 생각할 필요가 없다.
주파수가 300MHz인 경우에 부하에 전력을 전달하기 위해서는 추가로 고려해야 점이 전송선의 특성임피던스이다.
50옴 임피던스의 전송선을 이야기 할 때의 50옴은 전송선에 50옴이 달려 있는 것이 아니다.
자유공간에서 전파는 전기장과 자기장이 서로 수직한 상태에서 oscillation(진동) 하면서 나아간다.
이때 진동하는 전기장과 진동하는 자기장의 비를 정의할 수 있는데 이것이 자유공간의 고유 임피던스(377옴)이다.
이처럼 주파수를 가진 전기 신호가 전송선로를 진행하는 것도 전파가 자유공간을 진행하는 것과 비슷하다.
전송선로에서 주파수를 가진 전기 신호가 진행할 때
진동하는 전압과 진동하는 전류의 비를 전송선의 특성 임피던스라고 한다.
주파수가 높은 전기신호를 부하에 전달할 때에
전력을 최대로 전달하기 위해서는 부하의 임피던스를 전송선의 특성임피던스와 맞추어야 한다.
• 100옴 짜리 특성임피던스를 가진 PCB line의 100옴은 높은 주파수를 가진 전기신호에 의미있는 수치이며, 이 PCB line에 저주파수(ex. <1MHz) 전기신호를 전송한다면 100옴이라는 특성임피던스는 의미가 없다.
> 그러니깐 100옴 짜리 differential impedance를 가진 전송선을 모은 케이블에 그냥 저주파수(ex. <1MHz) 전기신호 전송으로 사용하여도 된다!. 다만 선로가 가깝기 때문에 커플링이 생길수 있다?(이부분은 더 공부 필요)
특성임피던스는 RF 신호 또는 고속의 디지털 신호를 PCB 기판 위에서 또는 케이블로 전송할 때 꼭 논의해야할 특성이다.
RS 422 케이블의 규격이다.
electrical characteristics을 보면 DC resistance 특성과 Characteristic impedance가 각각 써져있다. 그리고 주파수에 따라 특성임피던스가 어떻게 변하는지도 적혀있다.
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