RF의 범위는 어디까지인가?

 RF는 아날로그!

한 가지 확실히 짚고 넘어갈 수 있는 것은, RF는 분명히 아날로그 단입니다. 디지털 RF라는 식의 용어가 가끔 쓰이는 것이 보이는데, 다른 의미에서 그런 용어가 붙여진 것일 뿐 RF는 아날로그 입니다.

아날로그 신호라면 자연상태의 Sine파형태의 연속적인 주기신호성분을 말합니다. 일반인들은 디지털 하면 1,0으로 구성된 신호라고 생각하는 경우가 많겠지만, 틀린 정의입니다. 디지털 신호란 시간축으로 Sampling되고, 각각 신호의 크기가 연속적으로 분포하는 것이 아니라 단계별로 구분되는 신호를 말하지요. RF신호는 실제로 공기중에 내뿜어서 자연상태에서 진행되어 수신됩니다. 원천신호를 처리하는 Baseband까지만 디지털로 처리되고, 그다음부터는 아날로그 신호로 변환되어 각종 증폭과 믹싱, 필터링이 일어나는 것입니다. 이것 역시 통신이라는 관점에서 주로 생각한 문제이고, RF는 통신 이외에도 많은 응용분야가 있습니다.

그렇다고 RF가 철저하게 아날로그만 포함하고 있는 것은 아닙니다. 중심은 아날로그이지만, PLL이나 LPA처럼 디지털적인 Control이 필요한 경우도 분명히 존재합니다. 그 외 기지국 RF단 관리시에도 디지털 스위치등의 Control이 필요하기도 하고 급기야 SDR(Software Defined Radio)와 같은 분야로 인해 RF에 디지털부가 접목되는 예가 점점 많아지고 있습니다. 그래서 디지털에 대한 기본적인 지식도 필요한 경우가 있습니다.

하지만 분명한 것은, RF는 철저히 아날로그신호가 중심입니다. 그러한 신호들에 대한 주변적인 Control개념으로 주로 디지털이 삽입될 뿐입니다. RF엔지니어링이란 점, 그리고 아무리 모든 기술이 점차 디지털화되어 가고, SDR같은 개념이 나오더라도 기본적으로 RF와 같은 아날로그 기술은 디지털로 완전 대치 될 수는 없습니다. 아무리 LP판이 사라지고 CD가 판을 친다해도, 결국 그것을 해독하여 우리의 귀로 전달되는 소리는 아날로그인 것과 마찬가지입니다.

무선 및 이동통신에서의 RF

현대의 거의 모든 통신시스템은 IF를 사용하는 (수퍼)헤테로다인 방식을 사용하고 있습니다. 그래서 통신 시스템은 아래와 같이 3단계 구조로 되어 있습니다. Baseband는  실제 음성, 영상 등의 정보를 직접 다루는 신호영역을 말하며, 최근에는 대부분 디지털화되어 있지요. 그것을 전송하기 위해 우선 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환시킨후, 직접 전송 주파수를 올리지 않고, IF(중간주파수)로 한번 올린 후 다시 RF주파수로 올리게 됩니다.

우리가 통신에서 말하는 RF부라는 것은 바로 IF단 이후의 실제 캐리어 주파수를 다로는 고주파 송수신단을 지칭합니다. 수십MHz 대역을 주로 사용하는 IF부에 비해 RF부는 보통 수백MHz에서 GHz이상의 각종 캐리어 주파수를 다루게 되지요. 실제로 저주파 전자회로라고 부를 수 있는 IF단보다 주파수가 높아서 구현하기가 훨씬 까다롭습니다. 바로 이러한 이유로 RF단 = 고주파 신호단으로 자연스럽게 분류되기도 해서 RF는 기본적으로 최소 수백MHz ~ 수GHz의 초고주파 영역처럼 여겨집니다.

이러한 RF부는 기본적으로 아래와 같은 구조를 가지게 됩니다.

이것이 바로 우리가 주로 언급하는 RF입니다. IF단에서 넘어온 신호는 고주파 캐리어로 변환한 후 높은 전력으로 증폭, 처리해서 안테나로 송신하고, 안테나에서 수신된 신호는 잡음을 줄이면서 신호크기를 키운후 주파수를 하향 변환하여 IF부로 보내줍니다. 실제로 전자파로 변환되어 공기중으로 신호를 쏘고 받는, 무선통신의 핵심 Part입니다.

위의 각종 회로들은 RF부를 구성하기 위한 핵심회로들입니다. 통신의 RF부는 Amp와 Mixer, Filter, Antenna등 구성형식은 거의 동일하며, 많은 종류의 부품으로 구성되지는 않습니다. 하지만 수백MHz에서 수십 GHz에 달하는 각종 캐리어 주파수를 소화해야 하고, 다양한 통신규격과 방식을 소화해야 하지요. 그래서 저런 동일한 구조를 가지면서도 굉장히 다양한 종류의 통신용 RF부가 구성될 수 있습니다.