측정기의 주요 종류와 데시벨

주파수 측정기

 주파수계라고 불리기도 하는 주파수 측정기는 측정하는 주파수에 따라 여러 종류가 있습니다. 그중에서도 공진 현상을 이용한 측정기가 많이 사용되고 있습니다. 가정이나 공장 등지에서 사용하는 상용 주파수 등의 저주파에서는 금속의 진동판을 이용한 주파수 측정기가 사용됩니다. 무선전파와 같은 고주파에서는 흡수형 주파수 측정기, 동축형 주파수 측정기, 공동형 주파수 측정기가 사용됩니다. 저주파에서 매우 높은 주파수까지를 높은 정밀도로 측정할 수 있을 뿐만 아니라, 엔진의 회전수나 전기 펄스의 수를 세는 등의 응용범위가 매우 넓습니다.

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오실로스코프

 오실로스코프의 정식 명칭은 음극선 오실로스코프(Cathode Ray Osilloscope), 줄여서 CRO라고도 합니다. 오실로스코프는 엄청 빠르게 진행되는 자연현상이나 과도현상 등의 물리적 신호를 전기적 신호로 변환하여 관측하는 장치입니다. 시간상으로 변화하는 전기적 신호를 파형으로 스크린 위에서 묘사하여 전기적 변화를 측정하고 분석하는 데 사용되는 유용한 실용 계측기입니다. 오실로스코프는 기본적으로 전압, 전류를 측정할 수 있으며, 전기 신호의 주기 및 주파수뿐만 아니라 두 신호의 시간 값과 위상차까지 측정하고 비교할 수 있는 장치입니다.

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[그림 1] - 오실로스코프의 모습.스크린을 통해 형상을 볼 수 있습니다.

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스펙트럼 분석기 (Spectrum Analyzer)

 스펙트럼 분석기는 마치 프리즘이 빛을 파장별로 분해하여서 보여주듯이 신호의 스펙트럼 또는 주파수를 분해하여서, 그 크기를 화면에 표시해주는 측정기입니다. 스펙트럼이란 어느 주파수 성분의 신호들이 어느 정도의 세기를 가졌는지를 표시해 주는 것이며, 이러한 측정에 실용되고 있는 측정기로 스펙트럼 분석기와 FFT 분석기가 있습니다. FFT 분석기는 주로 100kHz이하의 주파수 분석에 사용됩니다. 스펙트럼 분석기는 실시간 처리 방식과 헤테로다인 방식 등과 같은 여러 방식의 제품이 있습니다. 스펙트럼 분석기는 각 신호의 주파수와 레벨과 주파수 대역폭을 측정합니다. 또한 잡음의 전력과 신호 대 잡음의 비율까지 측정하며 변조 도와 주파수 편이, 불요방사 신호, 찌그러짐까지 측정할 수 있습니다. 또한, 추적 발생기와 브리지를 이용하게 되면, 응용범위는 훨씬 확대되어 필터의 통과 대역폭, 증폭기의 주파수 응답 특성 및 정재파비 등으로 측정범위를 확대 적용할 수 있습니다.

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회로 시험기

 회로 시험기는 회로에서의 저항, 직류 전압, 직류 전류, 교류 전압 등을 측정할 수 있는 계측기입니다. 하나의 기기에서 여러 변수를 쉽게 측정할 수 있기 때문에 많이 쓰이지만, 유의해야 할 점이 있습니다. 측정하기 전에 계측기의 지침이 0점을 가리키는지 확인합니다. 그 후 범위 선택 스위치가 적합한 위치에 있는지 확인합니다. 측정 위치가 가늠이 되지 않으면, 제일 높은 범위에서부터 선택하여 측정합니다. 범위를 넘어서 측정하면 고장으로 이어지기 때문입니다. 측정이 끝나면 측정하는 대상의 전원을 차단한 뒤 반드시 범위 선택 스위치를 OFF에 둡니다. 고압을 측정하는 경우에는 안전 규칙을 반드시 준수해야 합니다.

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전계 강도 측정기

 수신지점에서의 전파의 세기를 측정하는 장치입니다. 측정하고자 하는 전파를 높이를 알고 있는 안테나를 사용해서 수신하여 수신기의 입력전압을 전압계로 지시하도록 합니다. 이어서 전파를 멈추고 국부 신호 발생기를 작동시킵니다. 그 후 전파와 동일한 주파수의 신호를 만들고, 그것을 안테나를 통해서 수신기에 가하여 앞서 전파에 의해 전압계가 지시한 것과 동일한 지시가 되도록 국부 신호 발생기와 안테나가 결합하는 정도를 조정합니다. 상호의 인덕턴스를 조정하는 것과 같습니다. 동일한 지시가 나타날 때, 국부 신호 발생기로부터 안테나에 가해지는 전압을 계산에 의해 구한 값은 그 전압이 전파에 의해서 생기는 전압과 같습니다. 따라서, 그 전압을 실효 높이로 나누면 1m당 전압이 구해집니다. 이것이 전계 강도가 됩니다.

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데시벨

 데시벨의 정의는 어떤 수치의 값 X에 대해서 10·log(X)의 식을 풀이하여 얻은 값을 의미하며 dB이라고 표기합니다. 로그를 사용하기 때문에 10dB=10·log(10)이지만, 20dB=10·log(100)가 됩니다. 이렇게 전송채널 내에서 종속적으로 연결된 이득과 감쇠의 계산을 복잡한 곱셈 및 나눗셈을 대신하여 간단한 덧셈과 뺄셈으로 간결하게 할 수 있고, 두 개의 신호전력을 비교하는데 큰 숫자 대신에 작은 숫자로 표현하므로 취급이 용이합니다. 이런 데시벨에도 여러 종류가 있습니다.

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 기준 전력 1mW에 대한 전력 레벨을 표시하는 단위로 dBm을 사용합니다. 신호나 잡음의 절대 전력 값을 나타내며, 이동통신 단말기 송신 전력과 같이 낮은 전력 레벨을 표시하는 데 사용합니다. 또한, 이동통신 기지국이나 통신위성의 송신 출력과 같이 높은 전력 레벨을 표시하는데 이용하는 dBw나 TV 영상신호의 레벨을 표시하는 데 사용하는 dBmV, 이동통신 단말기의 수신 전계 강도 등을 표시할 때 사용하는 dB μ V도 있습니다. 이외에도 dBc라는 것이 있습니다. dBc는 신호 대역 내부에 존재하는 총전력에 대한 측과 대역 전력의 비율을 나타내는 것이며, CDMA 시스템에 적용하는 경우 신호 대역 내부는 CDMA 신호의 중심 주파수를 기준으로 1.23 MHz 대역 내부를 말합니다. 또한 원하는 신호 대역의 전력과 인접하여 있는 대역의 불요 파 전력의 비율을 표시할 때도 dBc를 사용합니다.

 

 

 

측정과 오차, 그리고 최소제곱법

 

송수신기의 구조와 종류 - FM 송수신기