[무선설비산업기사 필기] 18년 1회차 기출문제 정답·해설 페이지

직류 전원회로는 교류를 직류로 바꾸는 정류회로, 맥동 성분을 줄이는 평활회로, 출력 전압을 일정하게 유지하는 정전압회로로 구성된다. 변조회로는 정보를 반송파에 실어 전송하기 위한 회로이므로 직류 전원회로에 해당하지 않는다.

PNP 트랜지스터가 활성영역에서 동작하려면 이미터-베이스 접합은 순방향, 컬렉터-베이스 접합은 역방향으로 바이어스해야 한다. 베이스를 기준으로 이미터는 +, 컬렉터는 -가 되어야 하므로 1번이 해당한다.

멀티바이브레이터는 정궤환을 이용하는 스위칭 회로로, 구형파 출력에는 기본파와 고차 고조파가 포함되며 구형파 발생 및 계수회로에 사용된다. 시정수는 입력 파형이 아니라 회로의 저항·커패시터에 의해 결정되는 출력 파형의 주기와 펄스폭을 좌우하므로 3번 설명이 잘못되었다.

J-K 플립플롭의 여기표는 Q(t)→Q(t+1) 전이에 따라 결정된다. 0→0: J=0, K=X. 0→1: J=1(ㄱ=1이 아니라 확인 필요) — 다시 정리하면 0→1 전이는 J=1, K=X이므로 (ㄱ)=1인데, 표를 보면 두 번째 행(0→1)이 (ㄱ)이므로 J=1이지만 정답은 (ㄱ)=0이 아니라 1→0 전이에서 J=0, K=1, 1→1 전이에서 J=X, K=0이 되어야 하므로 행 순서를 다시 대입하면: 0→0(J=0,K=X), 0→1(J=1,K=X)=(ㄱ), 1→0(J=0,K=1)=(ㄴ), 1→1(J=X,K=0)=(ㄷ). 따라서 (ㄱ)=1, (ㄴ)=0, (ㄷ)=X이다.

AM 송·수신기는 진폭 변조(Amplitude Modulation) 방식을 사용하는 아날로그 송·수신기로, 구조가 간단하고 중파·단파대에서 광범위하게 사용되어 보기 1, 2, 3은 모두 정확하다. 그러나 보기 4는 AM은 FM에 비해 잡음에 매우 취약한데, 이는 신호가 진폭에 실려 전송되므로 잡음(주로 진폭 변화)의 영향을 직접 받기 때문이다. FM은 주파수 변조 방식으로 진폭 변화에 영향을 덜 받아 AM보다 잡음 면역성이 높고 음질이 우수하므로, AM이 타 송·수신기에 비해 잡음에 강하다는 설명은 틀렸다.

AM 송신기는 신호를 증폭하여 공중으로 발사하는 장치로, 발진회로(반송파 생성), 변조회로(음성신호와 반송파 혼합), 증폭회로(변조신호 증폭)의 세 가지 주요 구성요소를 갖는다. 검파회로는 수신기에서 변조된 신호로부터 원래의 음성신호를 복원하는 회로이므로 송신기가 아닌 수신기의 구성요소이다.

FM 송신기의 Pre-Emphasis 회로는 고주파 신호 성분의 진폭을 상대적으로 증가시켜 수신기에서 복조 후 De-Emphasis로 감소시킬 때 고주파 잡음이 함께 감소되도록 설계된 회로다. 이를 통해 고주파 대역의 잡음을 억제하여 S/N비를 향상시킨다. Pre-Emphasis는 미분회로(고주파 강조)로 구성되며, 2번의 전력증폭 효율 향상이나 3번의 선택도 개선과는 무관하고, 4번은 적분회로가 아니라 미분회로이므로 1번이 정답이다.

QAM(Quadrature Amplitude Modulation)은 반송파의 진폭과 위상을 동시에 변조하여 디지털 데이터를 전송하는 기술이다. ASK는 진폭만 변조하고, FSK는 주파수만 변조하며, PSK는 위상만 변조하므로 진폭과 위상을 모두 실어 보내는 요구사항을 만족하지 않는다. QAM은 직교 반송파(I와 Q 채널)를 이용해 동일 대역폭 내에서 더 많은 데이터를 전송할 수 있어 효율성이 높다.

수평 빔 폭은 방위각 해상도(좌우 식별 능력)를 결정하는 요소로서 최대탐지거리 자체에는 직접적인 영향을 주지 않는다.
레이다의 최대탐지거리는 송신 출력, 안테나 이득, 송신 펄스 폭 등에 의해 결정된다. 송신 출력이 크고 안테나 이득이 클수록, 송신 펄스 폭이 길수록 신호가 멀리 전달되어 탐지거리가 증가한다.
빔 폭이 좁으면 오히려 같은 출력으로도 특정 방향에 에너지가 집중되어 거리 성능을 높일 수 있지만, 이는 거리 결정 요소가 아니라 탐지 확률 개선의 부수적 결과일 뿐이다.

마이크로파는 파장이 짧은 전파(1㎜~1m)를 사용하므로 2번이 틀렸다. 마이크로파는 상대적으로 작은 안테나로도 충분하며, 파장이 짧기 때문에 집중된 빔을 형성할 수 있어 지향성이 매우 예민하다(4번 참고). 가시거리 내 직진성 전파 통신이 가능하고(1번), 위성·우주통신에 널리 사용되며(3번), 높은 지향성으로 인해 장거리 중계 통신에 활용된다(4번).

정지위성 1개는 지구 표면의 약 1/3을 볼 수 있다. 따라서 3개의 위성을 적도 상공에 120° 간격으로 배치하면 가장 적은 수로 양극지방을 제외한 전 세계를 커버할 수 있다.

역방향 채널제어(reverse channel control)는 단말기에서 기지국으로 전송되는 신호이다. 보기 중 Access Channel은 단말기가 기지국에 접속 요청을 보내는 채널로서 대표적인 역방향 채널이다. Pilot Channel, Sync Channel, Paging Channel은 모두 기지국에서 단말기로 전송되는 순방향 채널들이므로 역방향 채널제어에 해당하지 않는다.

원래 입력된 신호 값은 0.018[W]이다.
전력 기준 데시벨 공식은
$G_{dB} = 10\log_{10}\left(\frac{P_{out}}{P_{in}}\right)$
이다. 주어진 조건에서 20[dB] = 10log₁₀(1.8/P_in)이므로, 양변을 10으로 나누면
$2 = \log_{10}\left(\frac{1.8}{P_{in}}\right)$
이다. 역로그를 취하면
$10^2 = \frac{1.8}{P_{in}}$
이고, 100 = 1.8/P_in이므로
$P_{in} = \frac{1.8}{100} = 0.018[W]$
이다.

주기 도약 변조방식은 표준 스펙트럼 확산변조 분류에 포함되지 않으며, 이는 확산 통신의 정의 및 응용 범위를 벗어난 용어이다.
스펙트럼 확산변조(Spread Spectrum Modulation)의 주요 종류는 직접확산(DS, Direct Sequence), 주파수 도약(FH, Frequency Hopping), 그리고 이 둘을 결합한 하이브리드 방식이다.
직접확산 변조방식: 스펙트럼 확산변조의 대표적인 표준 방식이다.
주파수 도약 변조방식: 스펙트럼 확산변조의 대표적인 표준 방식이다.
펄스화 주파수 변조방식: 시간축 변조를 결합한 확산 기법으로 인정된다.

고속철도 터널은 전파가 차단되는 지하 밀폐 공간이므로 일반 무선 중계기는 작동 불가능하며, 이 환경에서는 터널 내부에 설치된 누설 동축케이블(Leaky Coaxial Cable)을 따라 신호를 전달하는 누설 동축케이블 중계기가 사용된다.
누설 동축케이블은 케이블 외부 도체에 의도적으로 슬릿(슬릿)을 만들어 전파를 방사·수신하므로 터널 같은 선형 폐쇄공간에 최적화되어 있다.
옥외형 중계기: 실외용이므로 터널 환경에 부적합하다.
주파수변환 중계기: 신호 주파수 변환용(기지국 간 중복 회피)이므로 터널 환경에 부적합하다.
레이저 중계기: 광선 시거 필요 환경용이므로 터널 환경에 부적합하다.

축전지의 충전 방식은 충전 과정에서 전압과 전류 제어 방식에 따라 분류된다. 평상 충전은 일정한 전압으로 충전하는 방식이고, 균등 충전은 모든 셀이 동일하게 충전되도록 하는 방식이며, 부동 충전은 배터리를 항상 충전 상태로 유지하는 방식이다. 반면 단순 충전은 축전지 충전의 표준적 분류 용어가 아니며, 실제 충전 방식으로 인정되지 않는 비표준 용어이다.

'전압제어방식으로 공진을 유도한다'는 설명은 틀렸는데, 중화회로는 발진을 방지하기 위해 공진을 제거하는 것이 목적이지 공진을 유도하지 않으며, 중화회로의 작동 원리는 임피던스 상쇄에 기반하므로 전압제어방식의 공진 유도라는 설명도 부정확하다.
중화회로는 증폭단의 입출력 사이 용량성 피드백을 상쇄하여 발진을 방지하는 회로다.
중화용 콘덴서와 중화용 코일에 의한 방식: 콘덴서와 코일 두 가지 방식이 실제 존재하므로 맞다.
TR이나 진공관을 사용하는 중화용 콘덴서 방식: TR(트랜지스터)이나 진공관 같은 능동소자를 사용한 중화용 콘덴서 방식이 실제로 적용되므로 맞다.
자기발진 방지: 중화회로의 핵심 기능으로, 피드백 경로의 용량 리액턴스를 중화용 인덕턴스로 상쇄하여 자기발진을 방지하므로 맞다.

태양전지가 생산하는 직류전기를 교류전기로 변환하는 장치는 인버터(inverter)이다. 컨버터는 직류를 다른 전압의 직류로 변환하고, 광센서는 빛의 세기를 감지하며, 콘트롤러는 시스템의 충방전을 관리하는 역할을 한다.

사용주파수를 낮게 하면 파장이 길어져 회절 현상이 증가하고 반사판 효율이 오히려 저하되므로 손실 경감에 도움이 되지 않는다. 따라서 무급전 중계에서는 주파수를 높게 사용하는 것이 효과적이다.
무급전(수동) 중계 방식에서 전파손실을 경감하는 원리를 파악하는 문제다. 무급전 중계는 반사판을 이용해 송신 전파를 반사시켜 수신하는 방식으로, 다음 방법들이 효과적이다.
중계구간을 짧게 한다: 전파가 전파하는 거리가 줄어들어 손실이 감소한다.
반사판을 직각에 가깝게 한다: 송신 방향에 수직으로 배치되어 반사 효율이 높아진다.
반사판을 크게 한다: 반사 수집 면적이 증가하여 반사 전력이 커진다.

사다리꼴 파형에서 변조도는 $m = \dfrac{A-B}{A+B}$로 구한다. m=0.9, A=40을 대입하면 $0.9 = \dfrac{40-B}{40+B}$이고, 양변 전개하면 $0.9(40+B) = 40-B$, $36+0.9B = 40-B$, $1.9B = 4$이므로 $B \approx 2.1\,[mm]$이 된다.

수신기의 감도는 입력 전압에 대한 출력 전압의 비를 데시벨로 나타낸 것이다.
감도(dB) = $20\log_{10}\left(\frac{V_{out}}{V_{in}}\right)$ 공식을 적용하면, 입력 전압 10[μV] = 10×10⁻⁶[V], 출력 전압 10[V]이므로
감도 = $20\log_{10}\left(\frac{10}{10 \times 10^{-6}}\right) = 20\log_{10}(10^6) = 20 \times 6 = 120[\text{dB}]$
이다.

전송선로의 정합상태는 부하임피던스가 특성임피던스와 얼마나 일치하는지를 나타내며, 이를 정량적으로 표현하는 지표가 정재파비(VSWR, Voltage Standing Wave Ratio)이다.
정재파비는 전압정재파의 최댓값과 최솟값의 비로 정의되며, 1일 때 완전정합, 1보다 클수록 부정합 상태를 의미한다.
가변 임피던스: 선로상의 위치에 따라 변하는 임피던스 값일 뿐 정합상태를 나타내는 지표가 아니다.
스미스 도표: 정합상태를 시각적으로 표현하는 도구일 뿐이다.
특성 임피던스: 전송선로의 고유한 매개변수로서 정합상태 판정의 기준이 될 뿐 상태 자체를 나타내지 않는다.

출력되는 평균 DC전압은 약 180[V]이다.
1:2 전원변압기는 100[V]를 2배로 승압하므로 2차 측 전압은 200[V]이다. 전파 정류(Full Wave Rectification)의 평균 DC 출력 전압 공식은
$V_{dc} = \frac{2\sqrt{2}}{\pi} \times V_{rms}$
이며, 여기서 $V_{rms} = 200\text{[V]}$를 대입하면
$V_{dc} = \frac{2\sqrt{2}}{\pi} \times 200 = \frac{2 \times 1.414}{3.14159} \times 200 \approx 0.9 \times 200 = 180\text{[V]}$
이다.

파동의 전파속도 $v$는 진동수 $f$와 파장 $\lambda$의 곱으로 정의되며, $v = f \times \lambda$이다. 정의식 $v = f \lambda$에 의해 전파속도는 진동수와 파장의 곱에 정확히 같으므로 비례한다.
투자율이 클수록 증가한다: 투자율(투과율)이 아닌 매질의 투자율(permeability)이 클수록 전파속도는 감소하므로 거짓이다.
유전율이 클수록 증가한다: 유전율이 클수록 전파속도는 감소($v = 1/\sqrt{\mu \epsilon}$)하므로 거짓이다.
언제나 일정하다: 매질의 종류에 따라 전파속도가 달라지므로 항상 일정하지 않다(예: 진공 $3 \times 10^8$ m/s, 물 $2.25 \times 10^8$ m/s).

전계와 자계의 기본 성질을 Maxwell 방정식 관점에서 검토하면, 전자기장의 에너지는 전기에너지(½ε₀E²)와 자기에너지(½B²/μ₀)로 표현되며, 에너지 보존 및 Poynting 정리에 의해 전계와 자계 모두 에너지 보존법칙이 성립한다.
자기력선은 발산이 있으나 전기력선은 없다: 자기력선은 발산이 없으며(∇·B=0, 자기단극자 부재), 전기력선은 발산이 있다(∇·E=ρ/ε₀, 전하 존재시).
전계는 전류 및 자하에 의하여 형성된다: 전계는 전하에 의해서만 형성되며, 자하(magnetic charge)는 자연에 존재하지 않는다.
전기력선은 항상 폐곡선을 형성한다: 전기력선은 양전하에서 출발하여 음전하로 들어가는 개방곡선을 형성하며, 폐곡선은 자기력선의 특성이다.

동축 케이블의 특성 임피던스는 $Z_0=\dfrac{138}{\sqrt{\varepsilon_s}}\log_{10}\dfrac{D}{d}[\Omega]$로, $\sqrt{\varepsilon_s}$에 반비례한다. 대략 50~75[Ω]으로, 평행 2선식 급전선(약 200~600[Ω])보다 작다. 그래서 같은 전력을 보낼 때 선간 전압이 낮다. 외부 도체가 차폐 역할을 하므로 외부 유도방해도 거의 없다.

스미스 챠트를 이용한 임피던스 매칭에서 대역폭을 넓히기 위한 방법을 검토하면, 다단 매칭(cascaded matching)이 가장 효과적이다.
단일 매칭은 특정 주파수에서만 임피던스를 정확히 맞추므로 대역폭이 좁지만, 다단 매칭은 여러 개의 매칭 단계를 연결하여 각 단계에서 점진적으로 임피던스를 변환함으로써 매칭 주파수 대역폭을 확장할 수 있다.
커패시터만을 사용하도록 매칭 소자 결정: 소자 선택만으로는 대역폭 확장이 안 된다.
매칭 주파수를 줄여가면서 Q를 높임: 오히려 Q를 높이면 대역폭이 좁아진다.
수평축에서 멀리 떨어진 점의 소자 값 선택: 임피던스 궤적의 위치 선택만으로는 근본적인 대역폭 개선이 불가능하다.

비동조 급전선은 급전선을 특성 임피던스로 정합해 반사가 없도록 한 방식이다. 그래서 급전선 위의 파가 진행파이다. 정재파가 실리는 것은 동조 급전선의 특징이다. 비동조 급전선은 정합장치가 필요하지만 손실이 적고 전송효율이 높아 송신기와 안테나 사이가 먼 경우에 알맞다.

도파관의 임피던스 정합에는 창(Window), 금속막대(Post), 스터브(Stub)를 이용하는 방법이 사용된다. 발룬(Balun)은 평형 회로와 불평형 회로를 변환하는 장치로, 도파관의 대표적인 임피던스 정합방법이 아니다.

동일한 송신 전력과 동일한 거리에서 전계강도는 안테나 이득의 제곱근에 비례하므로, 이득비는 $G_A/G_B=(E_A/E_B)^2=(1000/100)^2=100$이다. 이를 데시벨로 환산하면 $10\log_{10}100=\mathbf{20\ dB}$이므로 두 안테나 이득의 차이는 20 dB이다.

도체망과 대지 사이에 변위전류가 흐르도록 하여 접지하는 방식은 가상접지이다. 가상접지는 접지극을 깊이 매설하기 어려운 바위산이나 건물 옥상 등에 도체망을 설치하여 접지 효과를 얻는다.

16진수 $(19AC)_{16}$는 $1\times16^3+9\times16^2+10\times16+12$로 계산한다. 따라서 $4096+2304+160+12=\mathbf{6572}$이므로 3번이다.

안테나계의 낙뢰보호장치는 원칙적으로 안테나를 고정 설치하는 무선국에 요구되며, 육상이동국은 이동을 전제로 하므로 설치 대상에서 제외된다. 기지국·방송국·고정국은 안테나를 고정 설치하는 무선국이므로 낙뢰보호장치를 설치해야 한다.