고주파

섬네일|전자기 스펙트럼에서 HF의 위치.

고주파(高周波, high frequency, HF)는 3~30 메가헤르츠(MHz) 사이 진동수를 갖는 전파의 대역에 대한 ITU 명칭이다. 파장이 1에서 10 데카미터(10~100미터) 범위이므로 데카미터 대역 또는 데카미터파라고도 알려져 있다. HF 바로 아래 주파수는 중주파(MF)로 표시되고, 그 다음 고주파 대역은 초단파(VHF) 대역으로 알려져 있다. HF 대역은 단파 대역의 주요 부분이며, 따라서 이 주파수에서의 통신은 종종 단파 라디오라고 불린다. 이 대역의 전파는 대기 중 전리층에 의해 지구로 반사될 수 있는데, 이를 "스킵" 또는 "공중파" 전파라고 하며, 이 주파수는 대륙 간 장거리 통신과 가시선 전파를 방해하는 산악 지형에서 사용될 수 있다. 이 대역은 국제 단파 방송국(3.95–25.82 MHz), 항공 통신, 정부 시각 방송국, 기상 관측소, 아마추어 무선 및 시민 밴드 라디오 서비스 등 다양한 용도로 사용된다.

전파 특성
섬네일|해상 HF 무선 통신용 현대식 아이콤 M700Pro 양방향 무전기.

이 대역에서 장거리 통신의 주요 수단은 공중파("스킵") 전파인데, 이 방식에서는 하늘로 일정한 각도로 향한 전파가 전리층의 이온화된 원자 층에서 지구로 다시 굴절된다. 이 방법을 통해 HF 전파는 수평선을 넘어 지구의 곡선을 따라 이동할 수 있으며, 대륙 간 거리에서 수신될 수 있다. 그러나 이 스펙트럼 부분이 그러한 통신에 적합한지는 여러 복잡한 요인들의 조합에 따라 크게 달라진다.
 송신 및 수신 지점의 일조량/암흑 여부
 송신기/수신기에서 명암 경계선까지의 근접성
 계절
 태양활동주기
 태양 활동
 극 오로라
어느 시점이든, 두 지점 간의 특정 "스킵" 통신 경로에 대해 통신이 가능한 주파수는 다음 매개변수에 의해 지정된다.
 최대 사용 주파수 (MUF)
 최저 사용 가능 주파수 (LUF) 및
 최적 전송 주파수 (FOT)
최대 사용 주파수는 겨울철 야간에는 10 MHz 아래로 정기적으로 떨어지는 반면, 여름철 주간에는 쉽게 30 MHz를 초과할 수 있다. 이는 전파의 입사각에 따라 달라지며, 전파가 곧바로 위로 향할 때 가장 낮고, 예각이 작을수록 높아진다. 이는 전파가 전리층을 매우 둔각으로 스쳐 지나가는 장거리에서는 MUF가 훨씬 높을 수 있음을 의미한다. 최저 사용 가능 주파수는 전리층 하층(D-층)의 흡수에 따라 달라진다. 이 흡수는 저주파에서 더 강하며 태양 활동이 증가할수록(예: 주간) 더 강하다. 낮 동안에는 5 MHz 미만의 주파수에서 종종 총 흡수가 발생한다. 이 두 가지 요인의 결과로 사용 가능한 스펙트럼은 겨울밤 동안 저주파 및 중주파 (MF) 범위로 이동하는 반면, 한여름 낮에는 고주파가 더 사용 가능하며 종종 낮은 초단파 (VHF) 범위까지 도달한다.

모든 요소가 최적일 때 HF에서 전 세계 통신이 가능하다. 다른 많은 시간에는 대륙 간 또는 대양을 가로질러 연락을 취할 수 있다. 최악의 경우, 대역이 "죽었을" 때는 아무리 강력한 전력, 안테나 또는 다른 기술을 사용하더라도 제한적인 지상파 경로 외에는 통신이 불가능하다. 특정 주파수에서 대륙 간 또는 전 세계 경로가 열려 있을 때, 디지털, SSB 및 모스 부호 통신은 놀라울 정도로 낮은 송신 전력, 종종 밀리와트 수준으로도 가능하며, 양 끝단에 적절한 안테나가 사용되고 인공 또는 자연적 간섭이 거의 또는 전혀 없을 경우 가능하다. 이러한 개방 대역에서는 광범위한 지역에서 발생하는 간섭이 많은 잠재적 사용자에게 영향을 미친다. 이러한 문제는 HF 대역의 군사, 안전 및 아마추어 무선 사용자에게 중요하다.

낮은 대역의 주요 전파 모드인 지상파에 의한 전파도 일부 있지만, 지상에서의 흡수가 커지면서 전송 거리는 주파수에 따라 감소한다. 대역의 상단에서는 지상파 전송 거리가 10~20마일로 제한된다. 단거리 통신은 가시선 (LOC), 지면 반사 및 지상파 경로의 조합으로 발생할 수 있지만, 다중 경로 간섭은 페이딩을 유발할 수 있다.

사용법
섬네일|두 개의 HF 송수신기를 포함하는 아마추어 무선국.
섬네일|캐나다 아마추어 무선사가 장거리 통신을 위해 사용하는 일반적인 야기 안테나
섬네일|보잉 707은 꼬리 날개 상단에 장착된 HF 안테나를 사용했다

고주파 스펙트럼의 주요 사용처는 다음과 같다.
 군사 및 정부 통신 시스템
 항공기 공대지 통신
 아마추어 무선
 단파 국제 및 지역 방송
 해상 해안-선박 및 선박-선박 서비스
 초지평선 레이더 시스템
 전 세계 해상 조난 및 안전 시스템 (GMDSS) 통신
 전 세계 시민 밴드 라디오 서비스 (일반적으로 26-28 MHz, HF 대역의 상위 부분으로, 낮은 초단파와 더 유사하게 작동)
 해안 해양 역학 응용 레이더

고주파 대역은 직접적이고 장거리(종종 대륙 간) 통신 및 변화무쌍한 조건에서 연락을 취하는 "스릴 요인"을 활용할 수 있는 아마추어 무선 운영자들에게 매우 인기가 많다. 국제 단파 방송은 이 주파수 대역을 사용하며, 최근 몇 년간 덜 변동적인 통신 수단(예: 인공위성을 통한 통신)으로 전환되었지만 백업 목적으로 HF 기지국을 유지할 수 있는 "유틸리티" 사용자(해양, 항공, 군사 및 외교 이익)의 수가 점차 감소하고 있다.

그러나 자동 연결 및 주파수 선택을 위한 MIL-STD-188-141 기반의 자동 링크 설정 기술 개발과 위성 사용의 높은 비용으로 인해 정부 네트워크에서 HF 사용이 다시 활성화되었다. MIL-STD-188-110C를 준수하는 것과 같은 고속 모뎀 개발은 최대 120kbps의 데이터 속도를 지원하여 데이터 통신 및 비디오 전송을 위한 HF의 사용성을 높였다. STANAG 5066과 같은 다른 표준 개발은 ARQ 프로토콜을 사용하여 오류 없는 데이터 통신을 제공한다.

연속파 모스 부호 전송(특히 아마추어 무선 운영자) 및 단측파대 음성 전송과 같은 일부 통신 모드는 대역폭 절약 특성 때문에 다른 주파수보다 HF 범위에서 더 일반적이지만, TV 전송과 같은 광대역 모드는 HF의 비교적 작은 전자기 스펙트럼 공간 조각으로 인해 일반적으로 금지된다.

소음, 특히 전자 장치로 인한 인공 간섭은 HF 대역에 큰 영향을 미치는 경향이 있다. 최근 몇 년 동안 "전력선 광대역"(BPL) 인터넷 액세스로 인해 HF 스펙트럼의 특정 사용자들 사이에서 우려가 커졌는데, 이는 HF 통신에 거의 파괴적인 영향을 미치기 때문이다. 이는 BPL이 작동하는 주파수(일반적으로 HF 대역과 일치)와 BPL 신호가 전력선에서 새어 나가는 경향 때문이다. 일부 BPL 제공업체는 스펙트럼의 특정 부분(주로 아마추어 무선 대역)을 차단하기 위해 노치 필터를 설치했지만, 이 액세스 방법의 배포에 대한 많은 논란이 여전히 남아 있다. 플라즈마 TV를 포함한 다른 전자 장치도 HF 스펙트럼에 해로운 영향을 미칠 수 있다.

항공에서는 모든 대양 횡단 비행에 HF 통신 시스템이 필수적이다. 이 시스템은 2182kHz 국제 조난 및 호출 채널을 포함하여 2MHz까지의 주파수를 포함한다.

HF의 상위 부분(26.5-30 MHz)은 VHF의 하위 부분과 많은 특성을 공유한다. 아마추어 무선에 할당되지 않은 이 부분은 지역 통신에 사용된다. 여기에는 27 MHz 주변의 CB 라디오, 스튜디오-송신기 (STL) 무선 링크, 모델용 무선조종 장치 및 무선 호출 송신기가 포함된다.

일부 무선 주파수 식별 (RFID) 태그는 HF를 활용한다. 이러한 태그는 일반적으로 HFID 또는 HighFID (고주파 식별)로 알려져 있다.

안테나
이 대역에서 가장 일반적인 안테나는 와이어 다이폴 또는 능형 안테나와 같은 와이어 안테나이다. 고주파에서는 야기, 쿼드 안테나, 로그-주기 안테나와 같은 다중 요소 다이폴 안테나가 사용된다. 강력한 단파 방송국은 종종 큰 와이어 커튼 어레이를 사용한다.

공중파 전송용 안테나는 일반적으로 수평 다이폴 또는 하단 급전 루프로 만들어지며, 둘 다 수평 편파 파동을 방출한다. 수평 편파 전송을 선호하는 이유는 안테나에서 전송되는 신호 전력의 약 절반만 직접 하늘로 이동하고, 약 절반은 지면을 향해 아래로 이동하여 하늘로 "반사"되어야 하기 때문이다. HF 대역 상위 주파수의 경우, 지면은 수평 편파 파동을 더 잘 반사하고, 수직 편파 파동의 전력을 더 잘 흡수한다. 이 효과는 파장이 길어질수록 감소한다.

수신용으로는 랜덤 와이어 안테나가 자주 사용된다. 대안으로 송신에 사용되는 동일한 지향성 안테나는 대부분의 노이즈가 모든 방향에서 오지만 원하는 신호는 한 방향에서만 오기 때문에 수신에도 유용하다. 장거리(공중파) 수신 안테나는 전리층을 통한 굴절이 일반적으로 신호 편파를 뒤섞고 신호가 하늘에서 안테나로 직접 수신되기 때문에 일반적으로 수직 또는 수평으로 지향될 수 있다.

안테나는 원하는 주파수 범위를 커버할 수 있을 만큼 충분히 넓은 대역폭을 가져야 한다. 광대역 안테나는 더 넓은 주파수 범위에서 작동할 수 있는 반면, 협대역 안테나는 특정 주파수에서 더 효율적이다.

HF 안테나의 송수신 감도를 향상시키기 위해 공중에 노출되는 금속 부품이 많을수록 수신 감도 향상에 도움이 된다. 그러나 도시 지역과 같이 무선 신호 노이즈가 많은 곳에서는 주변 노이즈 신호도 함께 들리므로 지향성 HF 무선 안테나를 사용하거나 HF 노이즈 플로어 레벨이 낮은 외딴 지역에서 HF 안테나를 사용하여 HF 송수신기와 연결하는 설계 방식이 적용된다.

 같이 보기 
 고주파 오로라 활동 연구 프로그램
 고주파 방향 탐지
 고주파 인터넷 프로토콜
 전파의 전파
 우주 기후
 임계 주파수

 각주 

더 읽어보기
Maslin, N.M. "HF Communications - A Systems Approach". , Taylor & Francis Ltd, 1987
Johnson, E.E., et al., "Advanced High-Frequency Radio Communications". , Artech House, 1997

 
 
 
 

 외부 링크 
 토미슬라브 스티마츠, "주파수 대역 정의 (VLF, ELF... 등)". IK1QFK 홈페이지 (vlf.it).
 더글러스 C. 스미스, 고주파 측정 웹페이지; 색인 및 기술 정보. D. C. 스미스 컨설턴트, 캘리포니아 로스 가토스.
 고주파 전파 모델, its.bldrdoc.gov.
 고주파 파동 전파, cscamm.umd.edu.
 "고주파 노이즈" (PDF)
 "HF 라디오의 장점" Codan
 HF 라디오의 태양 조건

분류:주파수대
분류:무선