[해양경찰 무선공학개론] 26년 2회차 기출문제 정답·해설 페이지

파장이 $1\,\mathrm{m}$인 전파의 주파수는 $300\,\mathrm{MHz}$이다.
전파의 속도·주파수·파장 사이에는 $c=f\lambda$ 관계가 성립한다.
$f=\dfrac{c}{\lambda}=\dfrac{3\times10^{8}\,\mathrm{m/s}}{1\,\mathrm{m}}=3\times10^{8}\,\mathrm{Hz}=300\,\mathrm{MHz}$

위성통신은 보안성이 우수하지 않다는 점에서 통신의 보안성이 우수하다는 설명이 틀렸다.
위성 전파는 넓은 지역에 동시에 도달하므로 제3자가 수신하기 쉬워 도청에 취약하고, 별도의 암호화가 필요하다.
전송 지연 문제: 전파가 위성까지 먼 거리를 오가므로 지연이 발생할 수 있어 옳다.
광대역 통신: 높은 주파수 대역을 사용해 넓은 대역폭을 확보할 수 있어 옳다.
다원접속: 주파수·시간·코드로 자원을 나누는 FDMA, TDMA, CDMA를 모두 적용할 수 있어 옳다.

이 무선 채널의 경로손실은 $60\,\mathrm{dB}$이다.
경로손실은 송신전력과 수신전력의 전력비를 $10\log$로 나타낸 값이다.
$L=10\log_{10}\dfrac{P_t}{P_r}=10\log_{10}\dfrac{100\,\mathrm{W}}{0.1\times10^{-3}\,\mathrm{W}}$
$=10\log_{10}10^{6}=60\,\mathrm{dB}$

위성의 수신전력은 $-70\,\mathrm{dBm}$이다.
송신전력을 먼저 dBm으로 바꾼 뒤 이득은 더하고 손실은 뺀다.
송신전력: $10\log_{10}\dfrac{1000\,\mathrm{W}}{1\,\mathrm{mW}}=10\log_{10}10^{6}=60\,\mathrm{dBm}$
수신전력: $60+50+40-220=-70\,\mathrm{dBm}$

이 증폭기 출력의 SNR은 $80\,\mathrm{dB}$이다.
전압 실효값의 비가 주어졌으므로 전력비의 $10\log$가 아니라 전압비의 $20\log$를 쓴다.
$\mathrm{SNR}=20\log_{10}\dfrac{V_s}{V_n}=20\log_{10}\dfrac{10\times10^{-3}\,\mathrm{V}}{1\times10^{-6}\,\mathrm{V}}$
$=20\log_{10}10^{4}=80\,\mathrm{dB}$

최소 지연 시간은 $0.2$초이다.
신호는 업링크와 다운링크를 모두 거치므로 전파 거리는 위성 고도의 2배이다.
거리: $d=2\times3\times10^{7}\,\mathrm{m}=6\times10^{7}\,\mathrm{m}$
시간: $t=\dfrac{d}{c}=\dfrac{6\times10^{7}\,\mathrm{m}}{3\times10^{8}\,\mathrm{m/s}}=0.2\,\mathrm{s}$

필터를 통과한 후의 출력 전력은 $10\,\mathrm{dBm}$이다.
$1\,\mathrm{mW}$는 $0\,\mathrm{dBm}$이며, dB 단위에서는 이득을 더하고 손실을 뺀다.
$P_{out}=0+13-3=10\,\mathrm{dBm}$

단일모드 광섬유가 다중모드 광섬유보다 장거리 전송에 유리하다는 설명이 옳다.
단일모드는 빛이 하나의 모드로만 진행해 모드 간 분산이 없으므로 펄스 퍼짐이 작다.
정보전송 용량: 분산이 작은 단일모드 쪽이 더 크므로 다중모드가 크다는 설명은 틀렸다.
코어 직경: 여러 모드를 전파시키는 다중모드 쪽이 더 크므로 작다는 설명은 틀렸다.
접속: 단일모드는 코어가 가늘어 정밀한 정렬이 필요하므로 더 쉽다는 설명은 틀렸다.

올바른 순서는 RF 증폭기 → 혼합기 → IF 증폭기 → 포락선검파기이다.
수신 신호를 RF 단에서 증폭한 뒤 혼합기에서 국부발진 신호와 섞어 중간주파수로 바꾸고, 이를 IF 단에서 증폭한 다음 포락선검파기로 음성 신호를 복원한다.
혼합기 뒤에 포락선검파기를 두고 IF 증폭기를 마지막에 둔 순서: 검파 후에는 IF 신호가 남지 않으므로 틀렸다.
IF 증폭기 뒤에 포락선검파기를 두고 혼합기를 마지막에 둔 순서: 중간주파수는 혼합기에서 만들어지므로 틀렸다.
IF 증폭기를 혼합기보다 앞에 둔 순서: 주파수 변환 전에는 증폭할 IF 신호가 없으므로 틀렸다.

정합된 부하의 반사계수가 1이라는 설명이 틀렸다. 정합 시 반사가 없으므로 반사계수는 0이다.
판단 기준은 $\mathrm{VSWR}=\dfrac{1+|\Gamma|}{1-|\Gamma|}$이다.
반사계수 $0.5$: $\mathrm{VSWR}=\dfrac{1.5}{0.5}=3$이므로 옳다.
급전선의 반사계수 $0$: $\mathrm{VSWR}=\dfrac{1}{1}=1$이므로 옳다.
개방회로: 전반사로 $|\Gamma|=1$이 되어 분모가 $0$이므로 전압정재파비가 무한대라는 설명은 옳다.

안테나 기저부에 코일을 직렬로 연결하는 방법이 옳다. 이 코일을 연장 코일이라 한다.
고유파장보다 긴 파장에서는 안테나가 전기적으로 짧아 용량성이 되므로, 직렬 인덕턴스로 이를 상쇄해 공진시킨다.
기저부에 병렬로 연결한 코일: 안테나 전류 경로에 직렬로 들어가 리액턴스를 보상하는 연장 코일 구성이 아니다.
기저부에 직렬로 연결한 콘덴서: 단축 콘덴서로서 전기적 길이를 줄여 더 짧은 파장에 공진시킬 때 쓴다.
기저부에 병렬로 연결한 콘덴서: 용량성 리액턴스를 상쇄하는 유도성 성분을 더해 주지 못한다.

반파장 다이폴 안테나의 길이는 $5\,\mathrm{cm}$이다.
안테나 길이가 파장의 절반일 때 공진하므로 먼저 파장을 구한다.
파장: $\lambda=\dfrac{c}{f}=\dfrac{3\times10^{8}\,\mathrm{m/s}}{3\times10^{9}\,\mathrm{Hz}}=0.1\,\mathrm{m}$
길이: $L=\dfrac{\lambda}{2}=0.05\,\mathrm{m}=5\,\mathrm{cm}$

반사계수의 크기는 $\dfrac{1}{3}$, 전압정재파비는 $2$이다.
반사계수: $\Gamma=\dfrac{Z_L-Z_0}{Z_L+Z_0}=\dfrac{100-50}{100+50}=\dfrac{1}{3}$
전압정재파비: $\mathrm{VSWR}=\dfrac{1+|\Gamma|}{1-|\Gamma|}=\dfrac{4/3}{2/3}=2$

거리가 $5\,\mathrm{km}$일 때 수신전력은 $16\,\mathrm{nW}$이다.
레이더 신호는 표적까지 왕복하므로 수신전력은 거리의 4제곱에 반비례한다($P_r\propto\dfrac{1}{R^{4}}$).
전력비: $\dfrac{P_2}{P_1}=\left(\dfrac{10\,\mathrm{km}}{5\,\mathrm{km}}\right)^{4}=2^{4}=16$
수신전력: $P_2=16\times1\,\mathrm{nW}=16\,\mathrm{nW}$

무선통신이 유선통신보다 전자파 간섭을 줄일 수 있다는 설명이 틀렸다.
무선 신호는 개방된 공간으로 퍼지므로 주변 기기와의 간섭이 오히려 커지기 쉽다.
할당된 주파수 대역 사용: 주파수는 한정된 자원이어서 용도별로 정해진 대역을 써야 하므로 옳다.
잡음: 전송 매체가 개방된 공간이어서 유선보다 잡음의 영향을 많이 받으므로 옳다.
반송파 사용: 아날로그 무선 통신은 신호를 변조해 반송파에 실어 보내므로 옳다.

이 안테나의 이득은 $6$이다.
안테나 이득은 최대 지향성과 방사효율의 곱이다.
$G=\eta D=0.6\times10=6$

장애물 뒤쪽으로 전파가 휘어져 들어가는 현상은 전파의 회절이다.
회절은 전파가 장애물의 가장자리를 지나며 그늘 영역까지 돌아 들어가는 현상이다.
감쇠: 전파가 진행하면서 세기가 약해지는 현상이다.
굴절: 전파가 성질이 다른 매질의 경계를 지나며 진행 방향이 바뀌는 현상이다.
편파: 전파의 전기장이 진동하는 방향을 나타내는 성질이다.

EIRP는 $30\,\mathrm{dBW}$이다.
EIRP는 방사 전력과 안테나 이득의 곱이므로 dB 단위에서는 더한다.
방사 전력: $10\log_{10}10=10\,\mathrm{dBW}$
EIRP: $10+20=30\,\mathrm{dBW}$
$30\,\mathrm{W}$: dB 값의 합에 W 단위를 잘못 붙인 값이다.
$200\,\mathrm{W}$: 이득 $20\,\mathrm{dB}$는 진수로 $100$배이므로 $10\times20$으로 곱하면 틀린다.
$200\,\mathrm{dBW}$: dB 값끼리는 곱하지 않고 더한다.

도플러 이동주파수는 $5{,}000\,\mathrm{Hz}$이다.
레이더 신호는 표적에 반사되어 돌아오므로 도플러 편이가 두 번 생겨 $f_d=\dfrac{2v}{\lambda}$를 쓴다.
속도: $v=\dfrac{180\,\mathrm{km/h}}{3.6}=50\,\mathrm{m/s}$
파장: $\lambda=\dfrac{3\times10^{8}\,\mathrm{m/s}}{15\times10^{9}\,\mathrm{Hz}}=0.02\,\mathrm{m}$
결과: $f_d=\dfrac{2\times50}{0.02}=5{,}000\,\mathrm{Hz}$

상대이득의 기준 안테나가 무손실 등방성 안테나라는 설명이 틀렸다.
상대이득의 기준은 반파장 다이폴 안테나이고, 무손실 등방성 안테나는 절대이득의 기준이다.
반전력빔폭: 전력이 최댓값의 절반이 되는 두 지점 사이의 각이므로 옳다.
EIRP: 송신전력에 송신 안테나의 절대이득을 곱한 값이므로 옳다.
안테나 이득: 최대 지향성에 방사효율을 곱한 값이므로 옳다.