전자기파의 특성 실험 결과보고서

본 내용은 " 일반물리실험2 결과보고서 -6.전자기파의 특성 " 의 원문 자료에서 일부 인용된 것입니다. 2023.12.12

문서 내 토픽

• 1. 전자기파의 투과성과 파장

  전자기파의 투과성은 파장의 길이에 따라 결정된다. 파장이 길수록 투과성이 커지고 직진성이 감소한다. 빛은 파장이 짧아 종이를 투과하지 못하지만, 블루투스 신호는 파장이 길어 종이 몇 장을 투과할 수 있다. 휴대폰 전자기파를 알루미늄 호일로 감싸면 차단되지만, 작은 틈이 생기면 다시 통신이 가능해진다. 이는 전자기파가 구멍을 투과할 수 있는지 여부가 파장과 구멍의 크기 관계에 의해 결정됨을 보여준다.

• 2. 거리에 따른 전자기파 신호 세기

  블루투스 통신은 2.4 GHz 주파수를 사용하며, 신호 세기는 거리에 따라 변한다. dBm 단위로 측정되는 신호 세기는 거리의 제곱에 반비례한다. 실험에서 갤럭시 S23+와 갤럭시 노트8 사이의 블루투스 연결은 약 61m 거리에서도 유지되었으며, 이는 블루투스 5.3 버전의 기술 발전으로 인한 것이다. 신호 세기 측정 시 dBm을 W 단위로 환산하여 분석할 수 있다.

• 3. 금속 박막의 전자기파 반사 및 차단

  알루미늄 박막은 전자기파를 반사시키고 차단하는 성질이 있다. 휴대폰을 알루미늄 호일로 감싸면 블루투스 연결이 끊기지만, 호일에 작은 구멍을 내면 다시 연결된다. 또한 금속판은 전자기파를 원하는 방향으로 진행하도록 유도하는 도파로(waveguide) 역할도 한다. 원통 모양으로 알루미늄 박막을 설치하면 신호 세기가 증가하는 효과를 얻을 수 있다.

• 4. 블루투스 기술의 발전과 통신 거리

  블루투스 기술은 버전에 따라 최대 통신 거리가 다르다. CLASS 2 블루투스는 약 10m 거리를 지원하지만, 블루투스 5.0 LE 이상은 51~73m의 거리를 지원한다. 실험에 사용된 갤럭시 S23+(블루투스 5.3)과 갤럭시 노트8(블루투스 5.0 LE)은 61m 거리에서도 연결이 유지되었으며, 이는 기술 발전의 결과이다. 장애물이 없는 환경에서 신호 전송이 더욱 안정적이다.

Easy AI와 토픽 톺아보기

• 1. 주제1 전자기파의 투과성과 파장

  전자기파의 투과성은 파장과 밀접한 관계가 있으며, 이는 통신 기술 발전에 중요한 역할을 합니다. 파장이 길수록 장애물을 우회하여 투과하기 쉬우므로, 저주파 대역의 전자기파가 건물 투과에 유리합니다. 반면 파장이 짧은 고주파는 직진성이 강해 지향성 통신에 적합합니다. 이러한 특성을 이해하는 것은 무선 통신 시스템 설계에서 주파수 선택의 기초가 됩니다. 실제로 FM 라디오는 긴 파장으로 산악 지역까지 도달하고, 마이크로파는 짧은 파장으로 정밀한 신호 전송이 가능합니다. 따라서 용도에 맞는 파장 선택이 효율적인 통신 환경 구축의 핵심입니다.

• 2. 주제2 거리에 따른 전자기파 신호 세기

  거리에 따른 전자기파 신호 세기 감소는 역제곱 법칙을 따르며, 이는 무선 통신 시스템의 설계 제약 요소입니다. 신호가 전파될수록 에너지가 넓은 영역에 분산되어 세기가 급격히 감소하므로, 통신 거리 확대를 위해서는 송신 전력 증가나 수신 감도 향상이 필요합니다. 이러한 물리적 한계를 극복하기 위해 중계기, 안테나 기술, 신호 처리 기술 등이 개발되었습니다. 5G 통신에서 기지국 밀도를 높이는 것도 이러한 신호 감쇠 문제를 해결하기 위한 전략입니다. 따라서 거리와 신호 세기의 관계를 정확히 이해하는 것은 효율적인 무선 네트워크 구축에 필수적입니다.

• 3. 주제3 금속 박막의 전자기파 반사 및 차단

  금속 박막은 우수한 전자기파 차단 특성을 가지며, 이는 전자기 간섭 방지에 매우 효과적입니다. 금속의 자유 전자가 외부 전자기파에 반응하여 강한 반사파를 생성하므로, 얇은 금속층만으로도 상당한 차단 효과를 얻을 수 있습니다. 이러한 특성은 의료 기기 보호, 전자제품 EMI 차단, 건축 자재 등 다양한 분야에 응용됩니다. 다만 금속 박막의 두께, 재질, 표면 처리 상태에 따라 차단 효율이 달라지므로, 용도에 맞는 최적화가 필요합니다. 또한 완전한 차단보다는 필요한 수준의 감쇠를 목표로 설계하는 것이 경제적이고 실용적입니다.

• 4. 주제4 블루투스 기술의 발전과 통신 거리

  블루투스 기술은 초기 10미터 수준의 제한된 거리에서 최신 버전에서는 240미터 이상으로 확대되었으며, 이는 기술 혁신의 좋은 사례입니다. 전력 효율 개선, 안테나 기술 발전, 신호 처리 알고리즘 고도화 등이 통신 거리 확대를 가능하게 했습니다. 블루투스 5.0 이상에서는 메시 네트워크 지원으로 중계를 통한 추가 거리 확장도 가능해졌습니다. 다만 실제 통신 거리는 환경 요인, 장애물, 간섭 등에 크게 영향을 받으므로, 공칭 거리와 실제 거리의 차이를 고려해야 합니다. 블루투스의 발전은 저전력 무선 통신의 가능성을 보여주며, 향후 IoT 기술 확산에 중요한 역할을 할 것으로 예상됩니다.