주파수에서 파장으로: 전파가 가져야 하는 크기
이 변환이 하는 일
진공에서의 광속 299,792,458 미터 매 초를 주파수로 나누어, 파동이 한 주기에 이동하는 거리를 구합니다. 그 거리는 추상이 아닙니다. 신호를 효율적으로 내보내거나 받는 안테나의 크기를 정하므로, Wi-Fi 기기는 회로 기판에 인쇄한 안테나로 충분하고 방송 타워는 수백 미터가 됩니다.
답이 자주 밀리미터로 나오는 이유
파장은 주파수가 올라가면 줄어들므로 무선 스펙트럼 위쪽의 결과는 작습니다. 2.4 기가헤르츠 신호의 파장은 약 125 밀리미터로 작은 안테나에 알맞은 크기이고, 5.8 기가헤르츠는 약 52 밀리미터입니다. 이를 미터로 적으면 앞에 0이 두세 개 붙으므로 변환기는 밀리미터로 맞추고, 테라헤르츠 범위는 마이크로미터로 맞춥니다.
주파수-파장 변환표
방송 대역부터 마이크로파 링크까지, 흔한 무선 주파수와 각각에 대응하는 파장입니다.
| 메가헤르츠 (MHz) | 파장 (미터) |
|---|---|
| 1 | 299.8 m |
| 10 | 29.98 m |
| 100 | 2.998 m |
| 433 | 692.4 mm |
| 900 | 333.1 mm |
| 2400 | 124.9 mm |
| 5800 | 51.69 mm |
안테나 크기가 파장을 따라가는 이유
안테나는 지나가는 파동의 전기장에 결합하는 방식으로 동작하고, 그 결합은 안테나가 한 파장이나 그 단순한 분수에 맞먹을 때 가장 강합니다. 그래서 100 메가헤르츠의 반파장 다이폴은 약 1.5 미터이고, 같은 설계가 2.4 기가헤르츠에서는 약 62 밀리미터입니다. 이 한 가지 관계가 서로 다른 업무의 안테나가 눈에 띄게 달라 보이는 이유를 대부분 설명합니다.
들고 다닐 만한 근사
광속이 초당 3억 미터에 가까우므로, 미터 단위 파장은 메가헤르츠 단위 주파수로 300을 나눈 값과 비슷합니다. 100 메가헤르츠에서 약 3 미터가 나오고, 변환기의 계산을 검산하기에 충분히 정확합니다.
자주 묻는 질문
주파수를 파장으로 어떻게 바꾸나요?
광속 299,792,458 미터 매 초를 헤르츠 단위 주파수로 나눕니다. 100 메가헤르츠 신호의 파장은 약 2.9979 미터입니다. 변환기는 정확한 상수로 나누고 결과의 단위를 알맞게 맞춥니다.
2.4 기가헤르츠의 파장은 얼마인가요?
약 124.9 밀리미터입니다. Wi-Fi 안테나가 회로 기판에 새길 만큼 작은 이유가 여기 있습니다. 그 주파수의 4분파 소자는 길이가 약 31 밀리미터에 불과합니다.
주파수가 높을수록 파장이 짧은 이유는 무엇인가요?
파동이 정해진 속도로 나아가므로 초당 더 많은 주기를 마치는 신호는 한 주기를 더 짧은 거리에 밀어 넣어야 하기 때문입니다. 주파수를 두 배로 하면 파장이 절반이 되고, 두 양은 언제나 반대 방향으로 움직입니다.
변환기는 광속에 정확한 값을 쓰나요?
네. 미터가 광속으로 정의되므로 이 상수는 측정값이 아니라 정의에 따라 정확하고, 변환기는 반올림한 값이 아니라 전체 값으로 계산합니다. 반올림하면 모든 결과의 마지막 자리에 오차가 생깁니다.
케이블이나 물질 안에서 파장이 달라지나요?
네. 진공이 아닌 매질에서는 파동이 더 느리게 나아가므로 파장이 그 물질의 속도 계수만큼 줄어듭니다. 일반적인 동축 케이블에서는 약 3분의 2입니다. 변환기는 자유 공간 파장을 계산하며, 그것이 이 보정의 출발점입니다.