매질

**매질**(媒質, )은 어떤 파동 또는 물리적 작용을 한 곳에서 다른 곳으로 옮겨 주는 매개물이다. 예를 들어, 소리의 매질은 일반적으로 공기(기체)이지만, 액체 또는 고체도 포함한다.

매질은 통신 목적으로 신호 전파를 중재할 수 있는 시스템 또는 물질이다. 신호는 일반적으로 선택한 매체에 적합한 일종의 파동에 부과된다. 예를 들어, 데이터는 소리를 변조할 수 있으며 소리의 매질은 공기일 수 있지만 고체와 액체도 매질로 작용할 수 있다. 진공이나 공기는 빛이나 전파와 같은 전자기파에 대한 좋은 매질을 구성한다. 전자기파가 전파되는 데 물질적 물질이 필요하지는 않지만 이러한 파동은 일반적으로 통과하는 매질(예: 매체 간 경계면에서의 흡수, 반사 또는 굴절)의 영향을 받는다. 따라서 기술 장치를 사용하여 파동을 전송하거나 안내할 수 있다. 따라서 매질로는 광섬유나 구리 케이블이 사용된다.

전자기 방사선은 광섬유와 같은 광학 매체를 통해 전송되거나 연선, 동축 케이블 또는 유전체 슬래브 도파관을 통해 전송될 수 있다. 또한 물, 공기, 유리 또는 콘크리트와 같이 특정 파장에 투명한 물리적 물질을 통과할 수도 있다. 소리는 정의상 물질의 진동이므로 다른 종류의 기계적 파동 및 열 에너지와 마찬가지로 전달을 위한 물리적 매체가 필요하다. 역사적으로 과학은 매질을 설명하기 위해 다양한 에테르 이론을 통합했다. 그러나 이제 전자기파는 물리적인 매질을 필요로 하지 않으며 따라서 진공 상태의 자유 공간을 통해 이동할 수 있다는 것이 알려져 있다. 절연 진공 영역은 자유 전자, 정공 또는 이온의 존재를 통해 전기 전도를 위한 전도성이 될 수 있다.

## 광학 매질

## 전기 통신
데이터 통신에서 물리적 매질은 신호가 전파되는 전송 경로이다. 다양한 유형의 전송 매체가 통신 채널로 사용된다.

많은 경우 통신은 전자기파의 형태를 띤다. 유선 전송 매체를 사용하면 파동이 물리적 경로를 따라 유도된다. 유선 매체의 예로는 전화선, 연선 케이블, 동축 케이블, 광섬유 등이 있다. 무선 전송 매체는 신호가 취하는 경로를 정의하기 위한 물리적 수단을 사용하지 않고 데이터를 전송할 수 있는 방법이다. 이의 예로는 마이크로파, 라디오 또는 적외선이 포함된다. 무선 매체는 전자기파를 전송하는 수단을 제공하지만 유도하지는 않는다. 공기, 진공, 바닷물을 통한 전파가 그 예이다.

직접 링크(direct link)라는 용어는 신호 증폭을 위한 증폭기나 중계기를 제외하고, 송신기에서 수신기로 신호가 직접 전파되는 두 장치 사이의 전송 경로를 가리키는 데 사용된다. 이 용어는 유선 및 무선 매체 모두에 적용될 수 있다.

## 단방향 대 이중 통신
신호 전송은 단방향, 반이중, 또는 전이중 방식일 수 있다.

단방향 전송에서 신호는 한 방향으로만 전송된다. 한 스테이션은 송신기이고 다른 스테이션은 수신기이다. 반이중 동작에서는 두 스테이션 모두 전송할 수 있지만, 한 번에 하나씩만 가능하다. 전이중 동작에서는 두 스테이션이 동시에 전송할 수 있다. 후자의 경우 매질은 동시에 양방향으로 신호를 전달한다.

## 유형
일반적으로 전송 매체는 다음과 같이 분류할 수 있다.
* 선형: 매질의 특정 지점에서 서로 다른 파동이 중첩 원리에 의해 중첩될 수 있는 경우
* 유계(Bounded): 범위가 유한한 경우, 그렇지 않으면 무계(Unbounded)
* 균일 또는 균질: 물리적 특성이 지점에 따라 변하지 않는 경우
* 등방성: 물리적 특성이 방향에 따라 동일한 경우

전송 매체에는 두 가지 주요 유형이 있다.
* 유도 매체(Guided media): 전송선로와 같은 고체 매체를 따라 파동이 유도된다.
* 비유도 매체(Unguided media): 안테나를 통해 전송 및 수신이 이루어진다.

네트워킹에서 사용되는 가장 일반적인 물리적 매체 중 하나는 구리선이다. 구리선은 비교적 적은 양의 전력을 사용하여 먼 거리까지 신호를 전달한다. 비차폐 연선(UTP)은 8가닥의 구리선으로 구성되며, 4쌍으로 구성된다.

### 유도 매체
#### 연선

연선 케이블링은 전자파 적합성을 개선하기 위해 단일 전자 회로의 두 도체를 서로 꼬아 놓은 배선 방식이다. 단일 도체 또는 꼬이지 않은 평형 쌍과 비교할 때, 연선은 해당 쌍에서 발생하는 전자기 복사와 인접한 쌍 사이의 누화를 줄이고 외부 전자파장애에 대한 내성을 향상시킨다. 이것은 알렉산더 그레이엄 벨에 의해 발명되었다.

#### 동축 케이블

섬네일|right|<ol type="A" style="list-style-type: upper-latin;"><li>외부 플라스틱 외피</li><li>편조 구리 차폐</li><li>내부 유전체 절연체</li><li>구리 코어</li></ol>
동축 케이블 또는 코액스(coax, 로 발음)는 튜브형 절연층으로 둘러싸인 내부 도체와 그 주위를 둘러싼 튜브형 전도성 차폐체로 구성된 케이블의 한 종류이다. 많은 동축 케이블에는 절연 소재의 외부 외피나 재킷이 있다. 동축이라는 용어는 내부 도체와 외부 차폐체가 기하학적 축을 공유하는 것에서 유래했다. 동축 케이블은 1880년에 이 설계를 특허 낸 영국의 물리학자, 엔지니어이자 수학자인 올리버 헤비사이드에 의해 발명되었다.

동축 케이블은 손실이 적은 고진동수 전기 신호를 전달하는 데 사용되는 전송선로의 일종이다. 전화 트렁크 라인, 광대역 인터넷 네트워킹 케이블, 고속 컴퓨터 데이터 버스, 케이블 텔레비전 신호 전달, 무선 송신기 및 수신기를 안테나에 연결하는 등의 용도에 사용된다. 케이블과 커넥터의 치수를 제어하여 정확하고 일정한 도체 간격을 유지하므로 전송선로로서 효율적으로 기능한다는 점에서 다른 차폐 케이블과 차이가 있다.

#### 광섬유

섬네일|right|광섬유 묶음
[섬네일|한쪽 끝에 붉은 빛을 비추어 다른 쪽 끝으로 빛을 전달하는 [토스링크 광섬유 오디오 케이블]]
[섬네일|right|광섬유 상호 연결 장치가 포함된 [19인치 랙|벽걸이형 캐비닛. 노란색 케이블은 단일 모드 광섬유이고, 주황색과 아쿠아색 케이블은 각각 50/125&nbsp;μm OM2 및 50/125&nbsp;μm OM3 다중 모드 광섬유이다.]]

장거리 통신에서 가장 일반적으로 사용되는 전송 매체로 등장한 광섬유는 그 길이를 따라 빛을 유도하는 얇은 유리 가닥이다. 구리보다 광섬유를 선호하게 만드는 네 가지 주요 요인은 데이터 속도, 거리, 설치 및 비용이다. 광섬유는 구리에 비해 엄청난 양의 데이터를 운반할 수 있다. 신호 중계기 없이도 수백 마일을 달릴 수 있어 유지보수 비용을 줄이고, 네트워크 고장의 흔한 원인인 중계기를 줄임으로써 통신 시스템의 신뢰성을 향상시킨다. 유리는 구리보다 가벼워 장거리 광섬유 설치 시 특수 중량 장비의 필요성이 줄어든다. 실내용 광섬유 비용은 피트당 약 1달러로 구리와 비슷하다.

다중 모드 광섬유와 단일 모드 광섬유는 흔히 사용되는 두 가지 광섬유 유형이다. 다중 모드 섬유는 LED를 광원으로 사용하며 약 2킬로미터의 짧은 거리로 신호를 전달할 수 있다. 단일 모드는 수십 마일의 거리까지 신호를 전달할 수 있다.

광섬유는 유리(실리카)나 플라스틱을 사람의 머리카락 굵기보다 약간 두꺼운 직경으로 뽑아서 만든 유연하고 투명한 섬유이다. 광섬유는 섬유의 두 끝단 사이에서 빛을 전송하는 수단으로 가장 자주 사용되며, 전기 케이블보다 더 먼 거리와 더 높은 대역폭(데이터 속도)으로 전송할 수 있는 광섬유 통신에 널리 사용된다. 신호가 감쇠가 적은 상태로 이동하기 때문에 금속선 대신 광섬유가 사용되며, 또한 광섬유는 금속선이 과도하게 겪는 문제인 전자파장애로부터 자유롭다. 섬유는 조명 및 이미징 용도로도 사용되며, 파이버스코프의 경우처럼 밀폐된 공간으로 빛을 들여보내거나 이미지를 밖으로 꺼내기 위해 묶음으로 감싸서 사용되기도 한다. 특수 설계된 섬유는 광섬유 센서 및 파이버 레이저 등 다양한 다른 응용 분야에도 사용된다.

광섬유는 일반적으로 낮은 굴절률을 가진 투명한 클래딩 재료로 둘러싸인 코어를 포함한다. 빛은 전반사 현상에 의해 코어 내부에 갇히게 되며, 이로 인해 섬유는 도파관 역할을 하게 된다. 많은 전파 경로 또는 횡모드를 지원하는 섬유를 다중 모드 광섬유라 하고, 단일 모드만 지원하는 섬유를 단일 모드 광섬유(SMF)라고 한다. 다중 모드 섬유는 일반적으로 코어 직경이 더 넓으며 단거리 통신 링크 및 고전력을 전송해야 하는 응용 분야에 사용된다. 단일 모드 광섬유는  이상의 대부분의 통신 링크에 사용된다.

광섬유 통신에서는 광섬유를 저손실로 연결할 수 있는 능력이 중요하다. 이것은 전선이나 케이블을 연결하는 것보다 더 복잡하며, 섬유의 정밀한 절단, 섬유 코어의 정확한 정렬, 그리고 정렬된 코어의 결합을 포함한다. 영구적인 연결이 필요한 응용 분야의 경우 융착 접속이 일반적이다. 이 기술에서는 전기 아크를 사용하여 섬유의 끝단을 함께 녹인다. 또 다른 일반적인 기술은 기계적인 힘으로 섬유의 끝단을 접촉 상태로 유지하는 기계적 접속이다. 일시적이거나 반영구적인 연결은 특수 광섬유 커넥터를 통해 이루어진다.

광섬유의 설계 및 응용과 관련된 응용 과학 및 공학 분야를 **광섬유 공학**(fiber optics)이라고 한다. 이 용어는 광섬유의 아버지로 널리 알려진 인도 물리학자 나린더 싱 카파니가 만들었다.

### 무선 전송 매체
#### 라디오

전파의 전파는 전파가 한 지점에서 다른 지점으로, 또는 대기의 다양한 부분으로 이동하거나 전파되는 거동이다. 빛과 같은 전자기파의 한 형태로서, 전파는 반사, 굴절, 회절, 흡광, 편광, 산란 현상의 영향을 받는다. 다양한 조건이 전파 전파에 미치는 영향을 이해하는 것은 국제 단파 방송을 위한 주파수 선택부터 신뢰할 수 있는 이동 통신 시스템 설계, 전파 항법, 레이더 시스템 운영에 이르기까지 많은 실용적인 응용 분야가 있다.

실제 무선 전송 시스템에서는 다양한 유형의 전파가 사용된다. 가시선 전파는 송신 안테나에서 수신 안테나까지 직선으로 이동하는 전파를 의미한다. 가시선 전송은 휴대전화, 무선 전화, 워키토키, 무선망, FM 라디오 및 텔레비전 방송, 레이더, 위성 TV와 같은 통신 위성 등 중거리 무선 전송에 사용된다. 지구 표면에서의 가시선 전송은 송수신 안테나의 높이에 따라 달라지는 시각적 지평선까지의 거리로 제한된다. 이는 마이크로파 주파수 이상에서 가능한 유일한 전파 방식이다. 마이크로파 주파수에서는 대기 중의 수분(레인 페이드)이 전송 품질을 저하시킬 수 있다.

중주파(MF), 장파(LF) 및 초저주파(VLF) 대역의 낮은 주파수에서는 회절로 인해 전파가 언덕과 같은 장애물을 넘어 굴절될 수 있으며, 지구의 윤곽을 따르는 표면파로서 지평선 너머로 이동할 수 있다. 이를 지표파라고 한다. AM 방송국은 지표파를 사용하여 청취 지역을 커버한다. 주파수가 낮아질수록 거리에 따른 감쇠가 감소하므로, 초저주파(VLF) 및 극저주파(ELF) 지표파를 사용하여 전 세계적으로 통신할 수 있다. VLF 및 ELF 파동은 물과 흙을 상당한 거리까지 통과할 수 있으며, 이러한 주파수는 광산 통신 및 잠수함과의 군사 통신에 사용된다.

중파 및 단파 주파수(MF 및 HF 대역)에서 전파는 대기 상층부의 이온 층인 전리층에서 굴절될 수 있다. 이는 하늘을 향해 비스듬히 발사된 전파가 지평선 너머 아주 먼 거리, 심지어 대륙 횡단 거리까지 다시 지구로 반사될 수 있음을 의미한다. 이를 공중파 전파라고 한다. 이는 아마추어 무선 운영자들이 다른 나라와 대화하거나 국제 방송을 하는 단파 방송국에서 사용한다. 공중파 통신은 상층 대기의 상태에 따라 가변적이며, 밤과 겨울에 가장 신뢰성이 높다. 이러한 불확실성 때문에 1960년대 통신 위성이 등장한 이후, 이전에 공중파를 사용하던 많은 장거리 통신은 현재 위성을 사용한다.

이외에도 대류권 산란 및 수직 입사 공중파(NVIS)와 같이 특수 통신 시스템에서 사용되는 몇 가지 덜 일반적인 전파 전파 메커니즘이 있다.

## 디지털 인코딩
데이터의 송수신은 일반적으로 다음의 네 단계로 수행된다.
# 송신 측에서 데이터를 이진 표현으로 인코딩한다.
# 이진 표현에 따라 반송파 신호를 변조한다.
# 수신 측에서 반송파 신호를 이진 표현으로 복조한다.
# 이진 표현으로부터 데이터를 디코딩한다.

## 같이 보기
* 성간매질
* 유전율
* 이중통신
* 에테르 (물리)

## 각주

분류:물리학 개념
분류:파동
분류:전자기파