전송매체

전송 매체의 개요

 

* 전송 매체란?

- 송신기와 수신기를 연결하는 물리적인 매체로서 유선이나 무선에 의해서 컴퓨터나 단말기에서 발생된 정보를 실어 나르는 정보 전송로를 전송매체라 한다.

 

* 전송 매체의 종류

- 크게 유선 통신 매체와 무선 통신 매체로 나눠진다. 여기서 유선 통신 매체로는 주로 나선로(open wire line), 트위스트 페어 선(twisted pair cable), 동축 케이블(coaxial cable), 광섬유 케이블(optical fiber cable) 등을 사용하며, 무선 통신 매체로는 라디오파, 마이크로파, 위성 통신, 이동체 통신회선 등이 있다.

 

* 전송 매체의 구조

 

* 전송 매체의 이해

 
유선 통신 // 금속도체 //

- 나선로

: 절연이 되어 있지 않는 쌍(pair)선의 전송선로로서 초기의 전화선이나 전신의 전송로로 이용 되었다. 나선로는 음성 주파수 대역에 대해서는 감쇄가 작지만 고전압선이나 천둥, 번개, 눈 등으로 인하여 외부 환경 조건에 민감하게 영향을 받는다. 나선로는 4선이나 8선으로 구성되어 있는 선로로서 가설되는 회선수와 전기적 기계적으로 발생하는 외부의 영향을 많이 받으므로 안정성이 없으며 가격이 비싸기 때문에 경제적으로도 손실이다. 주로 근접해 있는 컴퓨터와 데이터 전송 장치간이나 컴퓨터 주변기기를 연결하는데 사용된다. 나선로의 문제점은 근접한 다른 전송로와 전자기 유도가 발생하여 누화가 발생할 수 있고, 외부의 충격 잡음에 의한 영향을 쉽게 받을 수 있다.

 

- 트위스트 페어 선(twisted pair cable)

: 페어 케이블(pair cable) 또는 삐삐선 또는 꼬임선 이라고도 하며 종이테이프나 폴리에틸렌에 의해서 피복된 두 가닥의 구리선을 꼬아서 한 개의 통신선로를 구성하든가 또는 여러 쌍의 구리선을 하나로 묶어 케이블 구조를 하고 있다.

여러 개의 전선이 컬러 피복이 되어 꼬여져 있는 이유는 이웃하는 전선의 전기적인 간섭을 방지하기 위한 것으로 전선이 꼬여진 경우는 전선이 발생하는 전기적인 방해 신호가 서로 상쇄되어 없어진다.

 

트위스트 페어 케이블의 종류에는 비절연형(UTP : Unshielded Twisted Pair)과 절연형(STP : Shielded Twisted Pair)으로 구분된다. UTP는 두 가닥의 전선이 꼬여져 컬러 피복으로 감싸져 있으며, 이와 같은 전선은 RJ-11 및 RJ-45 커넥터(connector)를 사용하여 연결한다.

 

UTP케이블은 가격이 저렴하고 설치 및 보수가 쉬운 반면 외부로부터의 전기 신호에 의한 간섭현상이라는 단점이 있으며 네트워크 구축 시에 연장 거리의 제약을 의미하는 것으로 보통 100m 이내의 거리에서 1Mbps 이상의 전송속도를 내는데 사용된다.

전기적 특성으로서 구내 디지털 사설 교환기의 경우 최대 전송률 64Kbps 까진 전송 가능하며 디지털 신호인 경우에는 2~3Km 마다 리피터(repeater)를 설치해야하고, 아날로그 신호인 경우에는 5~6Km 마다 증폭기(amplifier)를 설치하여 세기가 약해진 전송신호를 증폭시켜 주어야 한다. 일반적으로 절연이 되지 않는 UTP가 전화망이나 건물내의 데이터 통신 시스템에 이용되며 데이터 신호의 간섭을 줄이기 위하여 피복 내부에 절연 물질을 채워 외부로부터 간섭을 막을 수 있는 STP를 이용한다.

 

STP는 UTP케이블에 비교하여 매우 안정성 있는 신호 전송이 가능하며 보다 빠른 데이터 전송이 가능하다. 그러나 비싸고 네트워크의 연장 거리도 UTP와 동일한 수준이므로 일반적인 용도로 사용하기는 어렵다.

통상 전화기와 교환기 사이를 연결하는데 이용되고 있으며 빌딩 내부 배선이나 장거리를 포설하는 경우는 여러 선을 꼬아서 만든 케이블 구조가 이용되고 있다.

 

트위스트 페어 케이블은 다른 정송 매체와 비교할 때 상대적으로 전송 거리, 데이터 전송류르 대역폭에서 많은 문제점을 가지고 있으나 가격이 저렴하기 때문에 많이 사용된다. 주로 전화선이나 단일 건물내의 구내 통신선로와 컴퓨터와 단말기 사이에 전송선로로서 많이 이용되고있다.

 

∵ STP 케이블의 특성

최대 사용 길이	100m (328 feet)
데이터 전송 속도	통산 16Mbps의 제품도 있다.
설치 및 유지	비교적 쉬운 편이지만 별도의 커넥터를 사용하여 연장할 수도 있으며 UTP보다 취급이 어렵다.
외부의 간섭	외부의 간섭에 영향을 받지 않는다.
설치 비용	UTP 및 Thinnet 보다 저렴하며 Thicknet 또는 광케이블보다 비싸다.

 

∵ 리피터(REPEATER)

: 디지털 방식의 통신선로에서 전송신호를 재생하여 전달하는 전자통신장치

 

- 동축케이블 (coaxial cable)

: 중심에 놓인 내부도체인 구리선의 간격을 일정하게 유지시키기 위한 절연체(insulator)인 PVC 및 테프론(Teflon)으로 싸여져 있으며 다시 절연체를 구리망이나 알미늄망으로 감싸고 있으며 바깥쪽에 보호용 절연외피로 감싸져 있다.

불평형 선로이기 때문에 저주파에 있어서는 외부로부터 방해를 받기 쉬우나 정전계, 전자계를 외부에 개방하지 않은 폐쇄성 선로이고, 외부도체의 차폐작용 때문에 고주파에 있어서는 차폐성이 우수하고, 손실이 적어 장거리와 광대역 전송에 적합하다.

 

일반적으로 내부도체는 연동 단선을 사용하여 고주파 저항이 적어야 하며 정확한 외경으로 임피던스 균등성이 좋아야 하며, 잘 구부러지는 성질이 있어야 한다. 또 외부도체는 전류의 귀로가 되기 위해서는 양도체가 되어야 하며 동시에 차폐체를 형성하고 있기 때문에 외부로 전자계의 누설이 없도록 하여야 하며 또한 임피던스의 균등성을 좋게 하기 위하여 변형, 편심 되지 않아야 한다.

 

동축케이블의 형태는 연결 방식에 따라 Thinnet 동축 케이블과 Thicknet 동축 케이블로 구분된다. Thinnet 동축 케이블의 전송속도는 10Mbps이며 최대 사용 길이는 185m 정도이며 취급이 쉽고 설치가 용이한 장점을 가지므로 많은 네트워크 시스템에서 사용되고 있으며 케이블 연장은 BNC라는 커넥터를 사용하며 케이블 제품은 RG-58을 주로 사용한다.

 

Thicknet 동축 케이블은 데이터 전송 속도가 10Mbps 이며 최대 사용 길이는 500m 까지 이며 설치와 취급이 어렵고 설치비용이 비싸며 최고 네트워크 시스템의 이더넷 구축에 주로 사용되고 있다. Thicknet 케이블은 RG-11 또는 RG-8의 형태로 만들어지며 컴퓨터와 직접 연결되지 않으며 별도의 유도 선을 사용하여 컴퓨터와 연결되는데 연결이 이루어지는 장치를 뱀파이어

탭(Vampire Tap)이라 한다. 뱀파이어 탭은 일종의 케이블 커넥터로서 배선함속에 적재되어 시공된다.

 

동축 케이블은 아날로그 전송 시 약 400MHz 까지 주파수 대역을 사용할 수 있기 때문에 약 10,000 여개의 정도 음성 채널을 동시에 제공하며, 약 10개의 TV채널을 동시에 제공한다. 이 때 증폭기는 수 km마다 설치해야 하며, 높은 주파수 대역을 사용 할 수 있도록 이 간격을 좀 더 좁게 설치해야 한다. 디지털 전송 시에는 약 500Mbps정도의 데이터 전송률을 가지며, 리피터를 매 Km마다 설치할 경우 약 800Mbps 까지 데이터 전송률을 가질 수 있다.

 

∵ 뱀파이어 탭(Vampire Tap)

: 동축 케이블 연결 방식의 하나로서, 케이블의 바깥쪽 외피에 드릴로 구멍을 뚫어 클램프가 케이블 내부 도체에 접속될 수 있도록 하는 것이다.

 

뱀파이어 탭은 버스 형상의 이더넷 근거리 통신망 내에 있는 굵은 동축 케이블에 각각의 주변장치를 연결하는데 사용된다. 좀더 얇은 동축 케이블을 연결하기 위해서는 BNC라고 부르는 별도의 방식이 사용된다.

뱀파이어 탭은 케이블을 자르고 동축 케이블의 양단에 커넥터를 부착하는 대신, 케이블의 절연층을 뚫어서 ("뱀파이어", 즉 흡혈귀라는 이름이 그래서 생겨났다) 트랜시버가 케이블 도체의 중심부에 직접 접촉하게 하는 것이다. 뱀파이어 탭은 다른 말로 피어싱 탭이라고도 불린다.

 

유선 통신 // 비금속도체 //

광섬유 케이블 (optical fiber cable)

: 광학섬유라고도 한다. 광섬유를 여러 가닥 묶어서 케이블로 만든 것을 광케이블이라고 하며, 그 사용이 늘어나고 있다. 광섬유는 합성수지를 재료로 하는 것도 있으나, 주로 투명도가 좋은 유리로 만들어진다. 구조는 보통 중앙의 코어(core)라고 하는 부분을 주변에서 클래딩(cladding)이라고 하는 부분이 감싸고 있는 이중원기둥 모양을 하고 있다. 그 외부에는 충격으로부터 보호하기 위해 합성수지 피복을 1∼2차례 입힌다.

 

보호피복을 제외한 전체 크기는 지름 백∼수백μm(1μm은 1/1000mm)로 되고, 코어 부분의 굴절률이 클래딩의 굴절률보다 높게 되어 있어서, 빛이 코어 부분에 집속되어 잘 빠져나가지 않고 진행할 수 있게 되어 있다.

코어의 지름이 수μm인 것을 단일모드 광섬유(SM : single mode), 수십μm인 것을 다중 모드 광섬유(MM : multi mode)라 하고, 코어의 굴절률 분포에 따라 계단형(SI : step index) · 언덕형(GI : graded index) 광섬유 등으로 나눈다.

 

∵ 광섬유의 특성

․ 전송손실이 굉장히 적기 때문에 장거리 전송이 가능하며 무중계로 수십~수백 Km 까지 전송이 가능하다.

․ 전송대역이 넓고, 정보의 전송용량이 크다.

․ 가늘고 가벼우며, 중계기 설치수가 적어 비용이 절감되며, 오류 발생원이 감소한다.

․ 간섭, 충격 잡음, 누화 등 외부적 전기 신호의 영향을 받지 않으며, 다른 기기에 간섭을 유발하지 않는다.

 

∵ 계단형(SI : Step Index) 다중모드 광섬유

: 코어(core)와 그것을 둘러싸고 있는 클래드(clad)로 구성되어 있으며 재질은 서로 다른 균일한 재질을 사용하여 균일한 반사계수를 갖는다. 즉 전파되는 빛의 각도가 임계각보다 작은 클래딩의 표면에서 전반사되면서 코어를 통해 전파되게 된다. 이 방식은 가격이 싼 LED를 사용하는 중 ․ 저속의 단거리 전송에 많이 사용된다. 광섬유의 굴절률 분포가 계단 모양으로 변화하는 것으로서 코어의 직경을 크게 해가면 복수 개의 모드가 발생한다. 이러한 것을 다중모드(multi-mode)라 하며 단거리 전송에 많이 사용된다.

 

∵ 경사형(GI : Graded Index) 다중모드 광섬유

: 집속 지수형이라고도 하며 광이 완만하게 나선형파나 사행파를 그려가면서 변화하며 전송속도가 100Mbit/s 이하에서 사용된다.

 

∵ 단일모드(single mode) 광섬유

: 광섬유가 멀리까지 빛을 전파하기 위해서는 파동을 이용하여야 한다. 광섬유를 통과하는 광선의 수는 무수히 많지만 전반사의 조건을 만족하는 것은 제한되어 있으며 더욱이 빛의 파동성을 고려한다면 빛의 간섭효과에 의하여 한정되므로 광섬유를 통과하는 광선의 수는 적은 수가 될 것이다.

 

무선 통신 // 전파 //

- 라디오파 통신(radio wave)

: 전파는 직진하는 성질을 가졌고 지구의 표면은 곡면인데도 불구하고 보이지 않는 원거리까지 전파가 도달하는 것은 지구의 상층에서 전파가 반사된다고 생각하게 되었으며 이에 대한 연구로서 영국의 케널리와 미국의 헤비사이드가 독자적으로 전리층(E층)을 발견하게 되었다.

 

무선 전송 매체를 이용하는 무선 통신은 실제 물리적인 연결선을 이용하는 유선 통신에 비해서 자유공간을 전송매체로 하여 송신측에서 전자파를 이용 정보 전송을 하면 수신측에서는 송신측에서 보낸 정보를 수신하는 형태의 통신을 의미한다.

무선 전송 매체는 공기중의 전파를 이용하는 것으로 통신 형태는 크게 지상 마이크로파 방식(terrestrial microwave)과 위성 마이크로파 방식(satellite microwave)이 있다.

 

무선 통신은 송신측에서 전파를 방사하면 수신측에서 전파의 에너지를 받아들여 수신기에 전달하는 것으로서 전파를 수신하는 안테나의 길이는 전파의 파장에 비례하므로 주파수가 낮은 전파를 무선 통신에 응용하면 안테나의 길이가 길어야 한다. 따라서 안테나의 길이를 무작정 길게 할 수 없기 때문에 주파수가 높은 전파를 활용하게 된다.

그러므로 주파수가 낮은 전파는 유선통신에 용이하게 응용할 수 있으며, 주파수 높은 전파는 무선 통신에 응용하기가 용이하다고 볼 수 있다. 일반적으로 무선통신에서 응용되는 전파의 주파수를 무선 주파수(RF : Radio Frequency)라고 한다.

 

일반적으로 라디오파는 AM(Amplitude Modulation), FM(Frequency Modulation), 라디오와 VHF(Very High Frequency), UHF(Ultra high Frequency), TV방송에 이용되고 있다. AM 방송은 500 ~ 1500KHz 사이의 주파수를 사용하므로 중파에 해당하고, FM 방송은 80 ~ 100MHz 사이의 주파수를 사용하므로 초단파에 해당하고, TV 방송은 170 ~ 200 MHz 사이를 사용하므로 초단파 EH는 극초단파에 해당한다.

 

∵ 무선주파수(RF : Radio Frequency)

: 가청주파수보다 높은 수만 Hz 이상의 주파수. 공중을 전파하는 전기 에너지의 모든 주파를 무선주파라 하며, 무선주파수에는 지구표면을 따르는 것, 거의 직선으로 공간을 향하다가 전리층에서 반사 또는 굴절되어 다시 지구로 되돌아오는 것은 장거리에 사용되고 공중에서 흡수되거나 소실될 때까지 거의 직선으로 공간을 향하여 계속 진행하는 것 등은 가시거리에 사용된다.

 

∵ FM방송 (FM broadcasting)

: 초단파방송. 전파의 변조방식이 주파수변조(frequency modulation)이므로 FM방송이라고 부른다. 이에 대해서 중파대의 전파를 사용한 방송(표준방송)에서는 진폭변조(amplitude modulation)가 사용되므로 AM방송이라고 부른다.

 

- 마이크로파(micro wave)

: 마이크로파 전송은 유선 정송 매체가 설치하긴 곤란한 강이나 산악지방 또는 습지대, 사막을 횡단하는 경우에 유용하다. 두 지점간에 있어 데이터를 전송하는 것은 동축 케이블이나 광 케이블을 설치하는 것이 비효율적이고 경비가 많이 요구되는 이러한 입지 조건하에서는 마이크로웨이브가 다른 전송 매체보다 효율적이고 경제적이다.

 

마이크로파라 함은 극초단파 대에 속하는 전파이며 UHF 및 SHF대의 전파를 가리킨다. 일반적으로 2~40GHz의 주파수 대역을 말하며 여기서는 위성을 제외한 지상 마이크로파(terrestrial microwave)를 말하며 수십 Mbps 데이터 전송속도를 제공하며 마이크로파 빔은 대기를 통하여 전파된다. 인공 구조물이나 기후 조건에 따 라 영향을 받지만 직선 거리로 송/수신 안테나를 설치할 경우 최대 50km 이상에까진 전송할 수 있다.

 

마이크로파는 무선 라디오파에 비해서 주파수가 높기 때문에 대역폭이 크고 지향성이 좋아서 장거리 고속 통신에 사용되지만 주파수가 높아지면 주파수에 비례해서 감쇄가 급격히 커져서 성능이 떨어진다.

 

수신기에 도착하는 전파의 다중 경로 현상인 페이딩(fading) 현상에 의해서 양질의 서비스를 보장받을 수 없는 경우가 발생하는 것이 마이크로웨이브 통신이 가장 큰 단점이다. 이러한 페이딩 현상은 주파수 발산법과 공간 발산 기술을 이용하여 최소화 할 수 있다. 그러나 현재의 마이크로웨이브 통신 시스템에서 가장 문제가 되는 것은 한정된 주파수 영역 내에서 사용자의 주파수 할당이다.

 

지상 마이크로파의 응용분야로서 현재 서비스가 도입되어 사용되고 있는 개인 휴대폰 통신(PCS : Personal Communication Service)와 무선 LAN이 있다. PCS에서는 1.88 ~ 1.9 GHz 대역을 사용하며 각 채널당 32Kbps 전송속도를 사용한다. 무선 LAN의 경우 18GHz 대역서 10MHz 대역폭을 사용하며 15Mbps의 전송 속도를 제공하는 건물 내부용 무선 LAN이 개발되어 있다.

 

∵ 페이딩 (fading)

: 수신되는 전파가 지나온 매질의 변화에 따라 그 수신전파의 강도가 급격하게 변동되는 현상. 예를 들면, 해외단파방송을 듣고 있을 때 가끔 음향과 음질이 변할 때가 있다. 이것은 전파되는 상태가 변하기 때문에 일어난다. 페이딩의 원인은 전파가 전달되는 매질의 전기적 상수가 시간적으로 변해서 전파의 손실을 가져오거나, 통로의 굴곡에 의해서 생기는 수도 있으며, 같은 송신지점에서 송신된 전파가 둘 이상의 경로를 거쳐서 수신될 때 합성되는 전파의 세기가 각 전파가 생기는 위상차의 변화에 따라 간섭파가 시간적으로 변하기 때문에 생기는 수도 있다.

 

또한 주파수변조(FM) ·TV방송에 쓰이는 주파수보다 높은 주파수의 전파는 송신소로부터 오는 직접전파가 되므로 페이딩 현상이 잘 나타나지 않으며, 또 FM 방식이기 때문에 수신되는 영상이나 음성의 품질에 별로 영향을 끼치지 않는다. 수천 MHz 이상의 극초단파가 되면 전파의 전달이 빛과 비슷하게 되므로 지나는 통로의 기상상황 변화(비 또는 난기류 등)에 의한 페이딩이 발생하게 된다.

 

- 위성 통신(satellite communication)

: 위성 통신은 인공위성이 중계소 역할을 하는 장거리 통신 방법이다. 이 방법을 사용하면 통신가능 구역이 넓어지고 고주파수대의 전파를 이용한 초고속 전송이 가능해진다. 인공위성 중에는 지구의 자전시간과 같은 속도로 지구를 공전하여 마치 지구궤도 위에 정지해 있는 것처럼 보이는 정지위성이 있는데, 위성통신은 주로 이 정지위성을 이용한다. 본격적으로 위성통신이 시작된 것은 1964년 8월에 발사된 최초의 정지위성 신콤(Syncom) 2호를 통해 1964년 도쿄올림픽 생중계가 이루어진 뒤부터이다.

위성통신이 개발되자 관련 업무를 담당하는 국제기구가 설치되었다. 1964년 조직한 국제전기통신위성기구(INTELSAT : International Telecommunication Satellite Organization)는 통신위성을 만들어 발사하는 국가와 전기통신사업을 수행하는 국가들의 모임으로서, 국제통신서비스에 통신위성을 도입하여 위성을 상업화하는데 기여했다. 1979년에는 국제이동위성기구(INMARSAT : International Maritime Satellite Organization)가 설립되어 해상에서의 통신관련 서비스를 제공하고 있다.

 

위성통신은 마이크로파를 사용하기 때문에 고속 대용량 통신이 가능하고, 넓은 지역(특정국가 전역 등)을 통신권역으로 할 수 있다. 또 지형에 관계없이 고른 통신이 가능하고 재해가 발생해도 통신의 제약을 받지 않는다. 그러나 전파의 왕복시간(약 0.24초)이 걸려 음성통신을 할 때 전파가 지연되고, 정보의 보안성이 없다는 단점이 있다. 또 전력원으로 태양전지를 쓰기 때문에 위성이 지구의 그늘에 있거나 폭우가 쏟아질 때는 순간적인 통신두절 현상이 나타날 수도 있다.

 

응용 분야는 광대역 전송을 이용한 국제전화 중계망, 원격진료 등을 비롯하여 이동통신 분야의 개인휴대통신·항공이동통신·해사통신 등이 있으며 원격감시와 제어기능을 이용한 홍수통제 및 예보, 하천감시, 기상관측과 대기환경측정 등이 있다. 한국에서는 통신위성으로 무궁화 1호와 2호를 발사했으며, 1999년 9월 5일 발사한 무궁화 3호가 2014년까지 방송과 통신서비스 활동을 하게 된다.

 

위성통신의 장점에는, 서비스 지역의 광역성, 지리적 장애의 극복, 통신품질의 균일성, 내재해성, 동보성, 다원접속성, 회선설정의 유연성, 통신망 설정의 신속성, 9. 통신거리에 무관한 경제성, 높은 주파수대의 이용 및 광대역 통신의 적용성, 지연시간의 영향과 태양열 잡음 문제, 동일 주파수를 사용하는 시스템간의 간섭, 각종 이벤트의 긴급 통신망 구축에 신속 대응, HDTV,VSAT,GPS등 첨단통신 응용 실험제공, 개인 휴대 통신망으로 개인휴대 또는 개인사옥에 직접 접속, 이웃 국가간, 국내 대-중소 기업체간 공동투자 중계기 공유로 소분판매가능, 새롭고 신선한 통신개념 도입과 첨단기술발전 기회유도의 매력 등이 있다.

 

단점으로는 소용량 필요시 초기투자비 과다, 지구국 건설 비용 별도 부담, 위성 수명의 10년 단기성, 궤도포화, 주파수 할당애로, 출력제한, 엔지니어링 고급화, 전파통신법규 등으로 이용자 접속 어려움, 시설 후 유지보수의 어려움, 위성 발사용역의 신뢰성 문제, 운용시 지연시간 현상, 방향현상, 태양잡음현상의 불가피성 등을 들 수 있다.

 

∵ 우리나라의 위성 기지국 위치

충남 금산군 금산읍 의총리에 있다. 1967년 2월 국제전기통신위성기구(INTELSAT)에 56번째로 가입하였고, 1969년 6월 국제전기통신위성기구와 통신위성회선의 임대계약이 성립되어 1970년 6월 제1기의 국제위성통신을 시작함으로써 개국되었고 한국통신에 소속되어 있다.

 

무선 통신 // 광선 //

- 적외선 (infrared ray)

: 적외선은 가시광선에 이어지는 파장범위가 0.75μ∼1㎜ 정도인 전자기파이다. 빛의 스펙트럼에서는 적색 부분의 바깥쪽에 해당하므로 이 이름이 붙여졌다. 1800년에 영국의 F.W. 허셜이 태양스펙트럼의 적색 부분보다 장파장 쪽에 열효과가 큰 부분이 있음을 최초로 발견했다. 파장 수μm 이하를 근적외선, 파장 25μm 이상을 원적외선, 그 사이를 중간적외선이라 한다. 또, 파장 25μm, 30μm 또는 50μm를 경계로 하여 그 이상을 원적외선, 이하를 근적외선이라고 총칭하는 경우도 있다. 다만 이러한 경계가 명확한 것은 아니다. 특히 전자회로에서 발생하는 간섭성이 좋은 전자기파는 파장이 짧아도 서브밀리미터파 등의 전파용어로 불린다. 적외선은 그 열작용으로 특징지어지는 전자기파로, 물질이 넓은 뜻의 근적외선을 흡수하면 물질내의 열운동이 들뜨게 되어 온도가 상승한다. 따라서 이 부분을 열선(heat ray)이라고도 한다.

 

분자진동이나 결정의 격자진동의 스펙트럼은 근적외선에서 중간적외선 영역에 나타나고, 가벼운 분자의 회전스펙트럼은 원적외선 영역에 나타난다. 원자·분자의 높은 전자 들뜬 상태간의 전이파장도 적외선 영역에 있다. 또 몇몇 종류의 반도체의 밴드간 전이, 불순물 준위간 전이도 근적외선에서 원적외선 영역에 걸쳐 나타난다. 이들은 내부 광전효과로서 적외선에 대한 검지에 이용된다.

 

지금까지 적외선 영역은 고온백열체가 유일한 광원이었다. 중간적외선 영역의 대표적인 광원은 글로버와 네른스트글로어이다. 글로버는 가는 막대 모양의 탄화규소에 10A 정도의 전류를 흐르게 하여 1300K 정도로 가열한 것이고, 네른스트글로어는 산화지르코늄(ZrO)을 주성분으로 한 막대에 1A 정도의 전류를 흐르게 하여 1700K 정도로 백열시킨 것이다. 근적외선 영역에는 더욱 고온을 얻기 위해 텅스텐 백열전구, 지르코늄이나 탄소의 아크등이 쓰이고, 원적외선 영역에는 파장 100μm 이상에서 비교적 강하게 발광하는 고압수은등 등이 쓰인다. 빛과 전파의 골짜기라고 일컬어지는 적외선 영역에도 레이저의 개발로 인해 강한 간섭광원이 많이 생기게 되었다. 근적외선 영역에는 3가의 네오디뮴이온(Nd)의 파장 1.06μm의 전자전이가 연속적으로도, 펄스적으로도 발진한다. 특히 유리를 모체로 한 네오디뮴 레이저로는 레이저의 부피를 크게 할 수 있어서 큰 출력을 얻을 수 있다. 중간적외선 영역에는 5μm대의 일산화탄소 레이저, 10μm대의 탄산가스나 일산화이질소 레이저의 실용적 가치가 높다. 이것들은 분자의 진동회전전이가 발진하므로 서로 접근한 수십 내지 수백 가닥의 레이저선을 얻을 수 있다. 대형 레이저로는 연속적으로 수십W에서 수백W, 고압기체 레이저로는 수MW의 순간펄스출력을 얻을 수 있다. 그것들은 분광학이나 핵융합의 연구뿐 아니라 천의 재단이나 철판의 가공 같은 공업적 용도에도 쓰인다.

 

적외선의 활용은 마이크로파 분광과 함께 적외선 분광법은 많은 분자의 기하학적 구조와 기준진동의 성질을 밝혀 왔다. 그 성과는 가스나 고체의 적외선 분광분석 등 공업적으로도 널리 응용되고 있다. 전파천문학·X선천문학과 함께 최근에는 우주를 조사하는 수단으로 적외선을 이용하는 적외선천문학도 주목되고 있다. 실용적 응용으로서는 먼 거리를 촬영하는 적외선사진, 어두운 곳에서도 물체가 보이는 야간투시경, 무접촉의 고온을 재는 고온계, 미사일 등의 추적장치, 적외선 레이더, 반도체 레이저를 이용한 통신, 온도기록계 등을 들 수 있다.

 

- 레이져(Laser)

: 레이저 통신은 레이저 광선에 데이타, 음성 등 각종 정보를 실어 전송하는 통신을 말한다. 레이저 통신은 케이블이 없으므로 유선 통신이 아니며 레이저가 무선 주파수에 해당되지 않으므로 무선 통신도 아니다. 우리나라 전파 관리법상 무선 주파수(전파)는 인공적인 유도없이 공간을 전파하는 3000GHz 이하의 주파수의 전자파라고 명시되어 있다. 그러나 레이저 통신은 3THz에서 3000THz 이내의 적외선(Infrared) 대역을 이용한다.

 

즉, 무선 주파수 대역 이상을 사용하기 때문에 전자파라기보다는 광파로 분류되고 있으며 이로써 무선 주파수로 취급받지 않는다. 전파가 아닌 광통신이란 용어가 오히려 적절해 보인다. 레이저 광통신은 케이블을 통해 통신하는 유선과 케이블 없이 자유 공간에 전송하는 무선으로 나눠진다.

 

LASER는 Light Amplified by Stimulated Emission of Radiation의 약어로 유도 방출에 의한 빛의 증폭이란 뜻이다. 레이저 무선 통신의 특징으로는 크게 비규제성, 경제성, 보안성, 비간섭성, 긴급성으로 나눠진다.

 

레이저 무선 통신의 단점은 레이저는 강한 지향성과 직진성을 갖고 있기 때문에 장애물 투과력이 약하다. 가시 거리 안에 어떤 장애물이 있으면 레이저 통신 망 구성이 곤란하다. 반드시 전방 시계가 확보되어야 하는 Line of Sight 조건이 요구된다. 그러나 레이저 통신망 사이에 장애물이 없고 시계가 좋더라도 짙은 안개가 끼면 레이저 신호는 감쇄 현상이 일어나 제 기능을 발휘 못하는 취약점을 가지고 있다. 이처럼 레이저 무선 통신은 장소 및 용도에 제한을 받는 단점이 있다. 이렇게 볼 때, 기존 유선 통신 및 무선 통신망을 보완하거나 대체하는 용도에 적합하다. 또한 레이저 무선 통신은 아직까지 신호의 전송 속도 및 거리에도 한계가 있다. 이런 단점을 극복하기 위해서는 먼 거리까지 전송하는 고출력 레이저 다이오드의 개발과 짙은 안개 등의 영향을 적게 받는 긴 파장의 레이저 소스를 개발하는 것이 과제이다.

 

레이저 무선 통신 기술의 전망은 앞으로 통신 사업자의 비용 절감과 주파수 부족 문제의 해소 방안으로 널리 활용될 것이다. 이동 통신 사업자들은 통신망 독립 및 전용 회선료 절감 차원에서 자체 전용망 구축을 추진하고 있어 그 분야에 레이저 통신 장비의 수요가 증가할 전망이며 또한 빌딩과 빌딩간을 연결하는 무선 LAN이나 WLL 장비로도 응용될 것으로 전망된다.