우주에서 오는 것은 빛만이 아니라, 여러 가지 파장의 전자파가 오고 있다.

일반적으로 천체의 온도가 낮으면, 에너지가 낮은 전자파인 전파가 방사되고, 천체의 온도가 높으면, 에너지가 높은 전자파인 자외선이나 X선, 또는 감마선이 방사된다.

빛은 전자파의 일종으로 수천도란 온도의 물체에서 능률좋게 방사되는 것이다. 따라서 이것은 항성의 표준적인 표면 온도에 상당한다.

이러한 우주로부터의 전자파를 관측하는 데는 전파망원경이나 탐지기를 쓴다.
태양의 8배에서 30배 정도의 질량을 가진 별이 핵융합의 최종단계에 도달하면 ‘초혜성’이라고 부르는 대폭발이 일어난다.

이 폭발로 대부분의 물질은 우주에 날아 흩어져 버리지만, 중심부의 물질은 폭축(爆縮)에 의해 굉장히 높은 밀도의 별, ‘중성자성(中性子星)’이 된다.

중성자성은 1㎤당 2억 톤이라는 무거운 별로, 반지름 70만㎞의 태양을 불과 10㎞ 정도의 크기로 압축한 것과 같다. 이것은 원자핵 중에서 양자가 전자에 함몰되어 중성자가 되는 반응이 일어나 별전체가 중성자로 되어 있는 별이다. 이 중성자성의 존재는 양자역학이 탄생한 금세기 초에 이미 예언된 바 있다.

1967년, 영국의 천문학자 휴이시 등이 전파망원경으로, 대단히 규칙적인 약 1초의 반복 펄스상(狀)의 전파를 관측, 그것이 중성자성에서 오는 것이라는 것을 알고 중성자성의 존재를 확인했다. 이렇게 규칙적인 펄스를 내는 별을 펄사라고 부르는데, 그 후 빛이나 X선으로도 확인되었다.

그러면 어째서 이런 펄스가 지구로 보내지는 것일까. 실은 중성자성은 강력한 자장을 갖고 고속도로 회전하고 있다는 것을 알게 되었다. 중성자성 표면의 전자가 별의 남북 양극의 강력한 자장에 충돌하면 고속으로 가속화된 전파를 방사하게 된다.

이 전파의 빔은 중성자성의 회전과 함께 등대빛처럼 우주를 가로지른다. 그 때문에 규칙적인 펄스가 관측될 수 있는 것이다.

또 중성자성의 질량에도 한계가 있어서 태양 질량의 약 3배 정도까지밖에 안정적으로 존재할 수 없다. 이보다 무거운 것은 자신의 중력으로 제한없이 수축해서 예의 블랙 홀이 되어버린다.

라디오는 어떻게 전파를 음성으로 바꾸나

안테나에는 여러 방송국의 전파가 들어온다. 그렇다면 그 여러 전파 중에서 자신이 희망하는 방송만을 선택하려면 어떻게 해야 할까. 그림에서 보면 안테나를 통해 들어온 전파는 동조회로(同調回路)를 거치게 되어 있다. 동조회로는 코일과 콘덴서로 구성된 공진회로(共振回路)로 특정한 주파수가 흐르기 쉬운 성질을 가지고 있다.
동조회로는 이 공진회로의 성질을 이용하여 구체적으로는 그림에서 보듯이 안테나와 어스를 고주파 트랜스의 1차 쪽에 연결하고 2차 쪽에 가변 콘덴서(바리콘)와 코일을 조합시킨다. 바리콘을 조정해서 동조주파수를 희망하는 국의 주파수에 맞춤으로써 선국하는데, 이것을 동조(튜닝)라고 한다. 동조회로에 의해 하나의 전파가 선정되면 고주파 상태 그대로 한번 증폭한다. 그런 다음 고주파 전류를 중간 주파수라는 455㎑로 낮추어서 증폭해주는 방법을 사용하고 있다. 이렇게 하면 선국 때의 혼신이 줄어들고, 분리가 잘 되기 때문이다. 이 방식을 수퍼 헤테로다인 방식이라고 한다. 즉 주파수변환을 하는 것으로, 이를 위해 내부 발진회로에서 발진시킨 981~2052㎑의 고주파를 혼합시킴으로써 주파수 변환을 행하는 것이다. 이것을 중간주파 증폭회로에 보내서 다시 증폭해 주면 충실한 음이 얻어진다. 다음에 검파회로(檢波回路)로 보내지면 여기에서 음성전류가 선별된다. 검파의 구조는 원리적으로는 정류회로와 같다. 다이오드와 콘덴서로 구성된 검파회로에 음성전류가 포함된 고주파가 들어오면 다이오드에 의한 반파정류파(半波整流波)가 얻어진다. 이 전파에서 음성전류 이외의 고주파 성분을 빼내는 작용을 하는 것이 콘덴서의 역할이다. 콘덴서는 고주파는 쉽게 통과시키고, 저주파는 잘 통과시키지 않는 성질을 가지고 있다. 그 때문에 고주파는 콘덴서로 흐르고, 음성전류와 같은 저주파는 저항 쪽으로 흐른다. 이렇게 해서 저항의 양 끝에서 음성전류를 출력으로 빼낼 수 있는 것이다. 이 음성전류는 다시 저주파 증폭회로에서 증폭되어 스피커로 보내져서 음성이 된다.

전파는 어떻게 공간에 전파되나

전파는 빛과 같은 전자파인 것은 사실이지만, 빛에 비해서 파장이 대단히 길다.
빛의 파장이 1백만분의 1㎜ 정도인 데 반해, 전파는 장파인 수백㎞ 정도에서부터 밀리파(坡인 수㎜ 정도까지의 범위에 있다. 전자파(電磁波)는 파장(또는 주파수)이 다르면, 물리적 성질도 대단히 다르다.
그러나 파동인 이상 어떠한 전자파도 다음에 말하는 반사, 굴절, 회절, 간섭 등의 파동의 기본적인 성질은 지니고 있다. 빛은 거울이나 잘 연마된 금속판에서 반사하지만 전파는 도체에 부딪치면 잘반사한다. 즉 금속판은 전파의 거울이라 할 수 있다. 전파의 거울은 눈이 가는 금속망도 좋고, 파장이 길기 때문에 표면이 약간 울퉁불퉁해도 충분히 좋은 거울이 된다. 전파는 산이나 건물에 부딪쳐도 반사하지만, 그 일부는 흡수되어 반사파는 약해진다. 또 해면에서는 잘 반사된다. 전파는 물 속이나 땅 속에서는 빨리 감쇠되나 파장이 긴 장파나 초장파(超長波)만은 땅 속이나 물 속에서도 수신이 가능하다.
따라서 잠수함의 통신은 장파나 초장파가 이용되고 있다. 또, 지구의 상층에 있는 전리층(電離層)은 단파나 중파를 반사하는 성질이 있기 때문에 이것을 이용해서 해외의 라디오 방송도 들을 수 있다.
전파는 매질을 통과할 때 굴절한다. 대기 속에서도 굴절하고 대기의 밀도가 클수록 또 수증기의 양이 많을수록 크게 굴절한다. 일반적으로 파동은 파장이 길어짐에 따라 장애물의 그늘을 돌아서 들어가는 형상이 생기는데, 이것을 회절이라고 한다. 전파도 회절에 의해 산의 그늘이나 건물의 그늘을 돌아 들어간다. 파장이 짧아짐에 따라 회절 현상은 약해지기 때문에 이러한 그늘에서의 수신은 곤란해진다. 빌딩가나 산간지대에서 TV의 수신이 잘 안되는 것은 이 때문이다. 밤에 해외 방송을 듣고 있으면 음이 커졌다 작아졌다 하는 일이 흔히 있다. 이런 현상을 페이딩이라고 하는데, 다른 경로를 통해서 들어온 전파가 간섭을 일으켜 서로 강하게 하거나 약하게 하기 때문이다.

전파로 음성이 전달되는 이유

반송파(搬送波)라는 고주파 전류와 음성전파를 결합시키는 것을 변조라고 하는데, 변조에는 진폭변조인 AM과 주파수변조인 FM이 사용되고 있다.
그러면 이번에는 실제로 어떠한 회로에 의해 변조되며 또 수신한 전파에서 어떻게 해서 음성이 얻어지는가를 진폭변조를 예로 구체적으로 살펴볼까 한다.
발진기(發振器)의 원리를 보면 코일 L과 콘덴서 C를 병렬로 연결한 공진회로(共振回路)에는 진동전류가 흐르는 성질이 있다. 따라서 여기에 증폭기를 결합시키면 전류의 진동을 지속시킬 수가 있는 것이다.
이때 주파수는 L과 C의 값으로 결정된다. 발진기에서 만들어진 고주파 전류를 반송파로, 변조회로에 넣는다. 안테나에 탄소 마이크로폰을 삽입해 음파와 접촉시키면 마이크로폰의 접촉 저항이 음압(音壓)에 의해서 변하면서 안테나에 흐르는 반송파의 진폭이 변화한다. 이렇게 해서 진폭변조된 진동전류는 안테나에서 전파로 방사된다.
안테나에 들어간 모든 전파는 고주파전류로 변하게 되는데, 바리콘이라고 불리우는 가변(可變)콘덴서를 조정해 동조(同調)주파수를 바꾸어 희망하는 방송을 선국(選局)한다.
고주파전류는 다이오드에 의해 검파(檢波) 즉 정류(整流)되고 콘덴서에 의해 고주파 전류가 제거되어 음성 전류가 된다. 이렇게 해서 이어폰을 꽂으면 AM 방송을 들을 수 있게 되는 것이다.

전파의 주파수, 파장이란?

1초간에 3억m(30만㎞)의 속도로 진행하는 전파는 안테나에 흐르는 고주파 전류에 의해서 만들어지므로 전파의 파형은 고주파의 파형과 같게 된다.
전파가 한 번 진동하는 길이, 즉 하나의 산에서 이웃 산까지, 또 골짜기에서 이웃 골짜기까지의 거리를 파장이라고 한다. 파동이 일으키는 한 파장의 진동을 1사이클이라고 하고, 1초간에 이 사이클이 몇 번 반복하는가를 주파수(周波數)라고 한다. 주파수의 단위로는 헤르쯔(Hz)가 사용된다. 
파동의 속도는 1초간에 파동이 진행하는 거리이므로 파장과 주파수를 곱한 것이 전파의 속도가 된다.
또 파동의 최대값 즉, 그림에서 라인으로부터의 산의 높이를 진폭이라고 한다. 그렇다면 방송 등에서는 이 전파에 음성신호를 어떻게 해서 싣는 걸까?
음성전류를 전파로 바꾸기 위해서는 반송파(搬送波)란 고주파전류에 음성전류를 실어야 한다. 규칙적인 반송파에 음성신호를 실어주면 이 반송파의 진폭은 음성전류의 파형에 따라 변화한다. 이것을 변조(變調)라고 하는데, 이처럼 진폭을 변화시키는 방법으로 변조하는 것을 진폭변조(AM)라고 한다. 또 이와는 다른 방식으로 진폭은 변하지 않고 주파수만 변화시키는 방법이 주파수변조(FM)이다.

라디오나 텔레비전을 듣거나 볼 수 있는 것은 말할 것도 없이 전파(電波)의 작용 때문이다. 전파는 진공 속에서도 공기 속에서도 잘 전달된다. 이러한 전파의 정체란 과연 무엇일까. 전파란 ‘전기의 파동’이란 말이 있듯이 본질적으로는 파동이다. 연못에 돌을 던지면 수면에 파문이 생기면서 그 파문은 둥근 물결을 이루며 퍼져 나간다. 둥근 물결은 돌이 던져진 부분의 물이 바깥쪽으로 차례로 이동하고 있는 것처럼 보이지만, 사실은 그렇지가 않다. 돌 때문에 높아진 물은 같은 장소에서 정착하려고 주위의 물을 밀어내게 되고, 그렇게 되면 옆의 물은 최초의 물에 밀려서 수위(水位)가 올라가는데, 이런 일이 반복되면서 물은 상하로 진동하는 것만으로 물결은 일정한 속도로 나아간다. 마치 줄넘기의 줄을 두 사람이 잡고 한 사람이 흔들어 손끝에서 파동을 만들면, 그것이 상대의 손 가까이까지 이동해 가는 것과 같은 이치이다. 전파도 어떤 장소에서 발생한 전류의 변화에 의해 그 주위에 전계와 자계의 변화를 차례로 야기시켜 이 두 가지가 조를 형성해 주위로 퍼져나가는 것이다. 그 속도는 빛과 마찬가지로 1초 사이에 30만㎞나 진행한다. 전파를 만들기 위해서는 진동하는 전계와 자계를 만들 필요가 있다.
전자유도의 실험에서 본 것처럼 자계가 변화하면 코일에 전류가 생긴다. 이것은 자계의 변화에 의해 코일이 있는 공간에 전계(電界)가 발생해 그 전계가 코일의 자유전자를 움직이기 때문이다. 반대로 전계가 변화하면 그 주위의 공간에 자계가 생기므로, 두 개의 전극을 서로 마주보게 해 콘덴서를 만들어 고주파의 교류전압을 가하면, 콘덴서의 두 극판 사이에서는 진동전계(振動電界)가 발생한다. 이 진동전계에 의해서 그 주위의 공간에도 진동전계가 생기고 이들은 전극을 떠나 공간으로 나오게 된다.

미래창조과학부 국립전파연구원은 국제전기통신연합 전기통신표준화 부문의 국제회의에서 한국 주도로 추진된 2건의 국제표준 제·개정(안)이 최종 승인되었다고 밝혔다.
‘무선국 설치 시 전자파 인체노출량 평가 방법’은 무선국을 새로 설치할 때, 이로 인한 주변의 전자파 환경 변화와 인체에 미치는 전자파의 세기를 측정하는 세부 절차로써, 전자파 환경 관리를 위한 제도 및 정책 수립 시 널리 활용될 수 있을 것으로 예상되며, 전자파 인체노출량 평가기술 분야에서 우리나라가 주도한 첫 번째 국제 표준이라는 데에 의의가 있다.
‘ICT 제품/네트워크/서비스의 환경영향 평가 방법’은 정보통신기술(ICT) 제품과 네트워크, 서비스에 대한 온실가스 배출량을 평가하는 상세 지침으로써, 2012년 3월부터 우리나라가 공동에디터로서 참여했고, 이번 회의에서 유럽연합의 표준 적용 시범사업 결과와 유럽전기통신표준협회(ETSI)의 환경영향 평가 방법이 반영돼 개정됐다.
아울러 이번 회의에서 우리나라가 주도한 ‘네트워크 단말의 에너지 효율 향상을 위한 네트워크 프록시 참조 모델’ 등 2건의 표준안이 승인준비과정으로 채택돼, 회원국들의 회람 후 표준으로 승인될 예정이다.
이번 성과는 국제 표준화기구의 전자파 환경 분야에서 우리나라의 입지를 다시 한 번 확인할 수 있는 기회가 되었으며, 앞으로도 해당 분야에서 우리나라가 주도적인 역할을 해나갈 수 있을 것으로 기대된다.