송신기

[섬네일|미국 디트로이트 웨인 주립 대학교의 라디오 방송국 [WDET-FM에 설치된 상업용 FM 방송 송신기. 101.9 MHz의 주파수로 48 kW의 복사 전력을 송출한다.]]

일렉트로닉스 및 전기 통신 분야에서 **무선 송신기** 또는 간단히 **송신기**(transmitter, 기술 문서에서 흔히 **XMTR** 또는 **TX**로 약칭됨)는 라디오 수신기로 신호 전송을 목적으로 안테나를 통해 전파를 생성하는 전자 장치이다. 송신기 자체는 안테나에 인가되는 무선주파수 교류를 생성한다. 이 교류 전류에 의해 여기된 안테나는 전자기파인 전파를 복사한다.

송신기는 라디오 방송(음성) 및 텔레비전 방송국, 휴대전화, 워키토키, 무선 컴퓨터 네트워크, 블루투스 지원 기기, 차고 문 개폐기, 항공기·선박·우주선의 교신용 무선기, 레이더 세트 및 항행 비콘과 같이 무선 통신을 통해 통신하는 모든 전자 기기의 필수 구성 요소이다. 송신기라는 용어는 보통 통신 목적이나 레이더 및 항행 송신기와 같은 무선 측위를 위해 전파를 생성하는 장비로 한정되어 사용된다. 전자레인지나 온열 요법 장비와 같이 가열 또는 산업 목적으로 전파를 생성하는 장치는 흔히 비슷한 회로를 가지고 있음에도 불구하고 보통 송신기라고 부르지 않는다.

이 용어는 대중적으로 FM 라디오 송신기나 텔레비전 송신기와 같이 방송에 사용되는 송신기를 구체적으로 지칭할 때 더 많이 사용된다. 이러한 용법에는 일반적으로 송신기 본체뿐만 아니라 안테나, 그리고 그것이 수용된 건물까지 포함되는 경우가 많다.

## 설명
[섬네일|upright=1.5|무선 송신기는 보통 [전자기파(전파)를 사용하여 정보를(이 경우 소리) 멀리 떨어진 곳으로 운반하는 무선 통신 시스템의 일부이다.]]

송신기는 별개의 전자 장비일 수도 있고, 다른 전자 기기 내부의 전기 회로일 수도 있다. 송신기와 수신기가 하나의 장치로 결합된 것을 트랜시버라고 부른다. 대부분의 송신기의 목적은 정보를 먼 거리까지 무선 통신하는 것이다. 정보는 마이크의 오디오 신호(소리), 비디오 카메라의 영상 신호(TV), 또는 무선 네트워크 기기의 컴퓨터 디지털 신호와 같은 변조 신호라고 불리는 전자 신호의 형태로 송신기에 제공된다. 송신기는 무선주파수 신호를 생성하며, 이것이 안테나에 인가되어 전파를 생성하는데, 이를 반송파라고 한다. 송신기는 반송파와 변조 신호를 결합하는데, 이 과정을 변조라고 한다. 정보는 송신기의 종류에 따라 여러 가지 방식으로 반송파에 추가될 수 있다. 진폭 변조(AM) 송신기에서는 정보가 무선 신호의 진폭을 변화시켜 추가된다. 주파수 변조(FM) 송신기에서는 무선 신호의 주파수를 미세하게 변화시켜 추가된다. 이 외에도 많은 다른 유형의 변조 방식이 사용된다.

송신기의 무선 신호는 안테나에 인가되어 에너지를 전파로 복사한다. 안테나는 휴대전화, 워키토키, 차고 문 개폐기와 같은 휴대용 장치처럼 케이스 내부에 들어 있거나 외부에 부착될 수 있다. 더 강력한 송신기에서는 안테나가 건물 꼭대기나 별도의 타워에 위치할 수 있으며, 전송선로인 급전선을 통해 송신기에 연결된다.

## 작동

[섬네일|upright=1.2|[전기장 선을 보여주는 반파장 다이폴 안테나의 전파 송신 애니메이션. 중앙의 안테나는 두 개의 수직 금속 막대로, 무선 송신기(표시되지 않음)로부터 중앙에 교류 전류가 인가된다. 전압은 안테나의 양쪽을 번갈아 가며 양전하(+)와 음전하(−)로 충전한다. 전기장의 고리(검은 선)가 안테나를 떠나 빛의 속력으로 멀어지며, 이것이 곧 전파이다. 이 애니메이션은 작용을 매우 느리게 보여준다.]]

전자기파는 전하가 가속될 때 복사된다. 무선 주파수의 전자기파인 전파는 시간에 따라 변하는 전류에 의해 생성되는데, 이는 안테나라고 불리는 금속 도체를 통해 흐르는 전자가 속도를 바꾸며 가속됨으로써 발생한다. 안테나에서 앞뒤로 흐르는 교류는 도체 주위에 진동하는 자기장을 형성한다. 또한 교류 전압은 도체의 양 끝을 번갈아 가며 양과 음으로 충전하여 도체 주위에 진동하는 전기장을 형성한다. 진동의 진동수가 약 20&nbsp;kHz 이상의 무선 주파수 범위로 충분히 높으면, 진동하며 결합된 전기장과 자기장이 전자기파인 전파로서 안테나를 떠나 우주로 복사된다.

무선 송신기는 배터리나 전원망과 같은 전원으로부터 오는 전력을 안테나에 인가할 무선주파수 교류로 변환하는 전자 회로이며, 안테나는 이 전류의 에너지를 전파로 복사한다. 송신기는 또한 오디오 신호나 영상 신호와 같은 정보를 전파가 실어 나를 수 있도록 무선 주파수 전류에 인코딩한다. 이 파동이 라디오 수신기의 안테나에 닿으면 수신기 내부에 유사한(그러나 훨씬 약한) 무선 주파수 전류를 유도한다. 라디오 수신기는 수신된 파동에서 정보를 추출한다.

### 구성 요소
실제적인 무선 송신기는 주로 다음과 같은 부분으로 구성된다.

* 고출력 송신기에서, 입력 전력을 필요한 전력 출력을 내는 데 필요한 더 높은 전압으로 변환하는 전원 공급 장치 회로.
* 무선주파수 신호를 생성하는 전자 발진기 회로. 이것은 보통 일정한 진폭의 사인파를 생성하는데, 정보를 공간을 통해 "운반"하는 전파를 만들기 때문에 반송파라고 불린다. 대부분의 현대 송신기에서는 주파수가 수정 진동자의 진동에 의해 정밀하게 제어되는 결정 진동자를 사용한다. 반송파의 진동수가 곧 송신기의 주파수로 간주된다.
* 발진기에서 생성된 반송파에 송신할 정보를 추가하는 변조기 회로. 이는 반송파의 일부 특성을 변화시킴으로써 수행된다. 정보는 변조 신호라고 불리는 전자 신호의 형태로 송신기에 제공된다. 변조 신호는 소리를 나타내는 오디오 신호, 움직이는 이미지를 나타내는 영상 신호, 또는 비트의 시퀀스를 나타내는 이진법 디지털 신호인 비트스트림 데이터일 수 있다. 송신기의 종류에 따라 정보를 전송하기 위해 서로 다른 변조 방식을 사용한다.
** AM(진폭 변조) 송신기에서는 반송파의 진폭(세기)이 변조 신호에 비례하여 변화한다.
** FM(주파수 변조) 송신기에서는 반송파의 진동수가 변조 신호에 의해 변화한다.
** 디지털 데이터를 전송하는 FSK(주파수 편이 변조) 송신기에서는 반송파의 주파수가 두 개의 이진수 0과 1을 나타내는 두 주파수 사이에서 전환된다.
** OFDM(직교 주파수 분할 다중 방식)은 최소한의 무선 스펙트럼 대역폭을 사용하여 디지털 데이터를 전송하기 위해 와이파이 네트워크, 휴대전화, 디지털 텔레비전 방송, 디지털 오디오 방송(DAB)과 같은 고대역폭 시스템에서 널리 사용되는 복잡한 디지털 변조 방식군이다. OFDM은 AM이나 FM보다 스펙트럼 효율이 높고 페이딩에 대한 저항력이 강하다. OFDM에서는 주파수 간격이 좁은 여러 개의 무선 반송파가 무선 채널 내에서 전송되며, 각 반송파는 입력되는 비트스트림의 비트로 변조되어 여러 비트가 동시에 병렬로 전송된다. 수신기에서는 반송파들이 복조되고 비트들이 올바른 순서로 결합되어 하나의 비트스트림이 된다.
:이 외에도 많은 다른 유형의 변조 방식이 사용된다. 대형 송신기에서는 발진기와 변조기를 함께 익사이터(exciter)라고 부르기도 한다.
* 무선 신호의 범위를 넓히기 위해 신호의 전력을 높이는 무선주파수(RF) 증폭기.
* 송신기의 출력 임피던스를 안테나(또는 안테나까지의 전송선로)의 임피던스와 일치시켜 전력을 안테나로 효율적으로 전달하기 위한 임피던스 매칭(안테나 튜너) 회로. 만약 이 임피던스들이 같지 않으면 정상파라고 불리는 상태가 발생하여 전력이 안테나에서 송신기 쪽으로 반사되어 에너지가 낭비되고 때로는 송신기가 과열되기도 한다.
극초단파 및 마이크로파 범위의 고주파 송신기에서는 자유 실행 발진기가 출력 주파수에서 불안정하다. 과거 설계에서는 더 낮은 주파수의 발진기를 사용하고 이를 주파수 체배기로 배가하여 원하는 주파수의 신호를 얻었다. 현대 설계에서는 일반적으로 수정 진동자와 같은 매우 안정적인 저주파 기준 신호에 위상 고정을 통해 안정화된 작동 주파수 발진기를 사용한다.

## 규제
동일한 지역에 있는 두 개의 무선 송신기가 동일한 주파수로 송신하려고 하면 서로 간섭을 일으켜 수신이 엉망이 되고, 어느 쪽의 송신도 명확하게 수신되지 않을 수 있다. 무선 송신에 대한 간섭은 막대한 경제적 손실을 초래할 뿐만 아니라 비상 통신이나 항공 교통 관제를 방해하는 경우 생명을 위협할 수도 있다.

이러한 이유로 대부분의 국가에서 송신기의 사용은 법률에 의해 엄격히 통제된다. 송신기는 방송, 해상 무선, 에어밴드, 아마추어 무선 등 용도에 따른 다양한 면허 등급에 따라 정부의 허가를 받아야 하며, 특정 주파수와 전력 수준으로 제한된다. 국제전기통신연합(ITU)이라는 기구가 무선 스펙트럼의 주파수 대역을 다양한 사용자 계층에 할당한다. 일부 계층에서는 각 송신기에 문자와 숫자의 조합으로 된 고유한 호출부호가 부여되며, 이는 송신 시 식별자로 사용되어야 한다. 송신기 운영자는 보통 안전한 무선 운용에 필요한 충분한 기술적 및 법적 지식을 갖추었음을 입증하는 시험을 통과하여 얻는 일반 무선 전화 운영자 자격증과 같은 정부 면허를 보유해야 한다.

위 규정에 대한 예외로 휴대전화, 코드리스 전화, 무선 마이크로폰, 워키토키, 와이파이 및 블루투스 장치, 차고 문 개폐기, 베이비 모니터와 같은 소비재 제품에 들어 있는 저전력 단거리 송신기는 면허 없이 사용할 수 있도록 허용된다. 미국에서는 이러한 장치들이 연방 통신 위원회(FCC) 규정의 Part 15에 해당한다. 비록 면허 없이 운영할 수 있지만, 이러한 장치들도 일반적으로 판매 전에 형식 승인을 받아야 한다.

## 역사

섬네일|1887년 하인리히 헤르츠가 그의 원시적인 초기 무선 송신기(배경)로 전파를 발견하고 있다.

최초의 원시적인 무선 송신기(불꽃 간격 송신기라고 불림)는 독일의 물리학자 하인리히 루돌프 헤르츠가 1887년 전파에 대한 선구적인 조사 과정에서 제작했다. 이 장치들은 두 도체 사이의 고전압 전기 불꽃을 통해 전파를 생성했다. 1895년부터 굴리엘모 마르코니는 이러한 송신기를 사용하여 최초의 실용적인 무선 통신 시스템을 개발했으며, 라디오는 1900년경부터 상업적으로 사용되기 시작했다. 불꽃 송신기는 오디오 신호(소리)를 전송할 수 없었고 대신 무선 전신으로 정보를 전송했다. 운영자가 전건을 두드려 송신기를 켜고 끔으로써 텍스트 메시지를 전보 코드(보통 모스 부호)로 나타내는 전파 펄스를 생성했다. 수신기에서 이러한 펄스들은 때때로 종이 테이프에 직접 기록되기도 했지만, 청음 수신이 더 일반적이었다. 펄스들은 수신기의 이어폰에서 비프음으로 들렸으며, 모스 부호를 아는 운영자가 이를 다시 텍스트로 번역했다. 이러한 불꽃 간격 송신기는 무선 전신 또는 "불꽃" 시대라고 불리는 라디오의 초기 30년(1887~1917) 동안 사용되었다. 이 송신기들은 감쇠파를 생성했기 때문에 전기적으로 "시끄러웠다". 에너지가 넓은 주파수 대역에 퍼져 있어 다른 송신기를 방해하는 무선 노이즈를 유발했다. 감쇠파 방출은 1934년 국제법에 의해 금지되었다.

세기가 바뀐 직후, 최초의 연속파 송신기인 두 가지 단명한 경쟁 송신기 기술이 사용되기 시작했다. 1904년의 아크 컨버터(폴센 아크)와 1910년경의 알렉산더슨 발전기로, 이들은 1920년대까지 사용되었다.

이러한 초기 기술들은 모두 1920년대에 진공관 송신기로 대체되었다. 이들은 1906년 리 디포리스트가 발명한 3극 진공관인 오디온(Audion)을 기반으로, 1912년경 에드윈 하워드 암스트롱과 알렉산더 마이스너가 발명한 귀환 발진기를 사용했다. 진공관 송신기는 저렴했고 연속파를 생성했으며, 진폭 변조(AM)를 사용하여 오디오(소리)를 전송하도록 쉽게 변조될 수 있었다. 덕분에 1920년경부터 AM 라디오 방송이 가능해졌다. 실용적인 주파수 변조(FM) 송신은 1933년 에드윈 하워드 암스트롱에 의해 발명되었으며, 그는 이것이 AM보다 노이즈와 정전기에 덜 취약함을 입증했다. 최초의 FM 라디오 방송국은 1937년에 허가를 받았다. 실험적인 텔레비전 송신은 1920년대 후반부터 라디오 방송국들에 의해 수행되었으나, 실용적인 텔레비전 방송은 1930년대 후반이 되어서야 시작되었다. 제2차 세계 대전 중 레이더의 개발은 마그네트론, 클라이스트론, 진행파관과 같은 새로운 능동 소자를 사용하는 극초단파 및 마이크로파 대역의 고주파 송신기 발전을 촉진했다.

트랜시스터의 발명으로 1960년대에는 무선 마이크로폰, 차고 문 개폐기, 워키토키와 같은 소형 휴대용 송신기의 개발이 가능해졌다. 1970년대 집적 회로(IC)의 발전은 오늘날 휴대전화와 와이파이 네트워크와 같은 무선 기기의 확산을 가능하게 했다. 이러한 기기들에서는 휴대용 장치 내의 통합 디지털 송수신기(무선 모뎀)가 배경에서 자동으로 작동하여 무선 네트워크와 데이터를 교환한다.

점점 더 혼잡해지는 무선 스펙트럼에서 대역폭을 보존해야 할 필요성은 분산 스펙트럼, 트렁킹 무선 시스템 및 인지 무선과 같은 새로운 유형의 송신기 개발을 이끌고 있다. 관련 추세로는 아날로그 신호에서 디지털 무선 전송 방식으로의 지속적인 전환이 있다. 디지털 변조는 데이터 압축 알고리즘을 사용하여 주어진 대역폭 내에서 아날로그보다 더 많은 정보(데이터 전송률)를 전송할 수 있는 등 아날로그 변조보다 더 큰 스펙트럼 효율을 가질 수 있다. 디지털 전송의 다른 장점으로는 향상된 노이즈 내성, 그리고 디지털 신호 처리 집적 회로의 더 큰 유연성과 처리 능력이 있다.


파일:Hertzian spark radio transmitter 1902.jpg|헤르츠의 것과 유사한 1902년의 불꽃 발진기. 금속판(E)으로 끝나는 2개의 전선으로 된 안테나, 불꽃 간격(D), 유도 코일(A), 자동차 배터리(B), 전건(C)이 보인다.
파일:Marconi 1897 spark gap transmitter.jpg|굴리엘모 마르코니의 불꽃 간격 송신기. 그는 1895~1897년에 이 장치로 실용적인 모스 부호 무선 전신 통신의 첫 실험을 수행했다.
파일:Powerful spark gap transmitter.png|1910년경 호주의 고출력 불꽃 간격 무선 전신 송신기.
파일:Poulsen arc 1MW transmitter.jpg|자기장 내의 전기 아크를 사용하여 연속파를 생성했던 1 MW 미 해군 폴센 아크 송신기. 1903년부터 20년대에 진공관이 보급되기 전까지 짧은 기간 동안 사용된 기술이다.
파일:Alexanderson Alternator.jpg|1910년경부터 제2차 세계 대전까지 초저주파 무선 송신기로 사용된 거대한 회전 기계인 알렉산더슨 발전기.
파일:First vacuum tube AM radio transmitter.jpg|1914년 리 디포리스트가 제작한 최초의 진공관 AM 라디오 송신기 중 하나. 오른쪽에 초기 3극 진공관(Audion)이 보인다.
파일:Blythe House Science Museum stores tour 99.JPG|1920년대 초 런던에 설치된 BBC의 첫 방송 송신기 중 하나. 발진기를 형성하기 위해 병렬로 연결된 4개의 3극 진공관은 각각 양극에 1만 2천 볼트가 인가되어 약 4킬로와트를 생산했다.
파일:Armstrong prototype FM transmitter 1935.jpg|1934~1935년 비밀 테스트에 사용된 뉴욕 엠파이어 스테이트 빌딩의 암스트롱의 첫 실험용 FM 방송 송신기 W2XDG. 41&nbsp;MHz 주파수에서 2&nbsp;kW의 출력으로 송신했다.
파일:Magnetron radar assembly 1947.jpg|1947년의 20&nbsp;kW, 9.375&nbsp;GHz 항공 교통 관제 레이더의 송신기 조립체. 두 자석 사이에 장착된 마그네트론 튜브(오른쪽)가 마이크로파를 생성하며, 이 마이크로파는 개구부(왼쪽)를 통해 도파관으로 들어가 접시 안테나로 전달된다.


## 같이 보기

* 수신기

## 각주

분류:무선
분류:전기통신
분류:레이더