가까운 친구들과 단순히 “수다”를 떨고 싶을 때든, 다른 대륙의 먼 기지국과 연결하고 싶을 때든 – CB 무전기는 두 가지 모두를 제공합니다. 하지만 실제로 CB 무전기의 통신 범위에 영향을 미치는 요소는 무엇일까요? 여기서 그 점을 명확히 해보겠습니다.
어느 요소가 가장 중요한지 단정하기 어렵습니다. 거의 모든 요소가 서로 영향을 미치기 때문입니다. 그리고 모든 경우에 “무선통신과 사랑은 이상한 방식으로 움직인다”는 말이 적용됩니다. 때로는 최대 출력으로도 옆 마을에 닿지 못할 때가 있고, 다른 때는 고작 1와트로도 남미까지 닿을 수 있습니다. 왜 그럴까요?
전파의 전파 조건
무선파의 물리학은 100여 년 전 발견된 이래 활발한 연구 분야로 자리해 왔다. 오늘날에도 모든 효과가 완전히 이해되지는 않아 부분적으로만 예측 가능하다. 무선파의 전파는 주파수에 크게 좌우된다. CB의 경우 상단 단파 대역인 27MHz 주파수를 다룬다. 이 단파 대역에서는 지면파와 전파파라는 두 가지 전파 경로가 가능하다.
지상파
지상파는 지표면을 따라 전파됩니다. 지면, 암석 등이 전기 전도성이 낮기 때문에 강한 감쇠를 받습니다. 이로 인해 전파 거리가 수 킬로미터에서 수십 킬로미터로 크게 제한됩니다. 지상파 전파로 달성되는 실제 전파 거리는 기본적으로 송신 전력, 지형, 안테나 위치 또는 안테나 자체에 따라 달라집니다. 그러나 물리적 한계가 존재합니다. 극도로 높은 송신 출력과 완벽한 안테나를 사용하더라도 결국 더 이상 전파를 확장할 수 없습니다.
하지만 때로는 이 제한된 범위가 오히려 원하는 바일 때가 있습니다. 지역 클럽의 친구들과 대화할 때, 먼 거리에서 오는 신호는 뇌우로 인한 방해만큼이나 방해가 될 수 있습니다.
지상파 CB 라디오의 전형적인 전파 도달 거리는 조건에 따라 약 5~30km이다.
스카이 웨이브
반면 전파는 완전히 다른 규칙을 따르며, 중간 수준의 송신 전력으로도 수천 킬로미터에 걸친 통신이 가능합니다. 안테나에서 방출된 전파는 지표면을 따라 이동할 뿐만 아니라 위쪽으로 확산됩니다. 이 현상의 강도는 안테나의 종류와 설치 방식에 따라 달라집니다.
상승하는 전파는 결국 지구를 둘러싼 전리층의 반사 영역에 도달합니다. 이온권은 대기권 상공 약 80~400km 높이에 위치한 영역이다. 이 이름은 그곳에서 일어나는 “이온화” 현상에서 유래했다. 이는 강한 복사에 의해 분자가 전자를 “분리'당하는 물리적 현상이다. 분자는 전자를 보유할 때는 전기적으로 중성이었으나, 외부 전자껍질을 잃은 후에는 양전하를 띠게 된다.
그리고 이 “이온화”가 바로 전파를 반사하는 현상이다. 엄밀히 말하면 반사가 아니라 회절과 굴절 현상으로, 광학에서 잘 알려진 현상이다.
햇살이 길을 비춘다
분자를 이온화시키는 방사선은 어디에서 오는가? 태양에서 온다! 우리 태양은 매초 상상할 수 없을 만큼 엄청난 양의 에너지를 생산하며, 그 상당 부분이 방사선 형태로 지구에 도달한다. 다행히 이온권과 대기는 이 방사선의 유해한 영향으로부터 우리를 보호한다. 높은 고도에서는 이 에너지가 방해받지 않고 작용하여, 특정 조건 하에서 그곳에 존재하는 공기 분자의 이온화를 일으킵니다. 이러한 “조건'은 매우 복잡합니다. 이온화 정도는 공기 분자 밀도, 태양 활동, 태양 복사가 지구에 닿는 각도 등에 따라 달라집니다.
따라서 전파의 전파파 효과는 80km에서 약 400km 고도에서의 반사로 인해 발생한다. 이러한 반사는 명확히 정의되지 않으며 시간에 따라 변화한다. 반사가 존재할 경우, 전파 신호는 반사되어 지구 표면으로 다시 돌아올 수 있다. 그리고 거기서? 다시 위로 반사되어 이온권의 반사층에 다시 부딪히고, 아래로 향하며, 이런 식으로 반복된다. 이러한 “홉”이 약 7회 반복되면 지구 한 바퀴를 돌게 되며, 이로 인해 단파를 통한 전 세계적 무선 통신이 이루어집니다.
27MHz 대역의 CB 라디오 주파수 범위에서는 태양 활동이 활발할 때 약 80~100km 고도에 반사층(소위 E층)이 형성되는 현상이 빈번히 발생합니다. 상대적으로 낮은 고도 때문에 통신 거리는 약 2000~3000km로 제한되며, 다중 반사 전파 현상은 거의 발생하지 않습니다. 그러나 반사 강도가 매우 우수하여 불과 몇 와트에 불과한 극히 낮은 출력으로도 완벽한 통신이 가능합니다. 이런 날에는 모스크바의 택시 무전 신호가 세 블록 떨어진 이웃집 소리만큼 선명하게 들리기도 합니다. 이러한 효과는 때때로 매우 짧고 산발적으로 발생하기 때문에, 이 스카이 웨이브 현상은 산발적 E층(Sporadic-E)이라고도 불립니다.
고고도에서의 반사(소위 F층)로 인한 다른 효과들도 존재하지만, 훨씬 더 드물게 발생하며 대개 태양 활동이 활발할 때만 나타난다. 또한 원인이 아직 완전히 밝혀지지 않은 효과들도 있는데, 예를 들어 소위 적도횡단전파(TEP)가 그러하다. 이 현상은 종종 CB 라디오에 북쪽에서 남쪽으로, 예를 들어 유럽에서 남미로 향하는 우수한 신호를 제공한다.
실제로 얼마나 멀리 전송할 수 있는지를 결정하는 요인은 무엇인가?
요약해 보자. 지상파는 안테나와 위치에 따라 약 5~30km까지 도달한다. 천파는 대략 400~2,300km까지 도달하며, 드물게는 그 이상도 가능하다. 천파는 태양 활동에 크게 좌우되지만 지상파는 그렇지 않다. 그리고 항상 그렇듯 – 제대로 된 독립형 안테나가 없다면 거의 아무것도 작동하지 않는다.
당신의 신호가 흔적도 없이 사라질 때
지상파가 더 이상 도달하지 못하고 전파파가 아직 도달하지 못한 영역을 “스킵 존”이라 부릅니다. 내 위치 주변의 이 고리 모양 영역에서는 최대 출력으로도 내 신호를 수신할 수 없습니다.
안테나와 그 주변의 모든 것
많은 사용자에게 안테나 기술은 흑마술과 다를 바 없습니다. 하지만 몇 가지 기본 규칙만 따르면 그리 복잡하지 않습니다.
안테나는 지향성 안테나와 무지향성 안테나로 구분됩니다. 지향성 안테나의 경우, 설계상 전자기장이 특정 방향으로 집중(뭉침)되도록 합니다. 안테나 이득을 논할 때도, 안테나가 투입된 에너지보다 더 많은 에너지를 생성하지는 않습니다. 에너지가 특정 방향으로 집중될 뿐입니다. 반면 무지향성 안테나는 모든 에너지를 주변으로 고르게 분배합니다. 이제 어느 한 설계가 다른 것보다 낫다고 말할 수는 없습니다. 무엇을 하려 하느냐에 달려 있기 때문입니다.
내 주변에 흩어져 있는 친구들에게 균등하게 도달하려면 전방향성 안테나가 더 적합합니다. 이것이 장거리 연결이 불가능하다는 뜻은 아닙니다. 가능하지만, 빈도는 낮아지고 어려움은 커집니다.
그러나 지향성 안테나는 장거리 통신에 도움이 되지만 특정 방향에서만 가능합니다. 즉, 최대한의 유연성을 확보하려면 안테나를 회전 가능하게 설치해야 합니다. 안테나 크기에 따라 이는 매우 복잡한 작업이 될 수 있습니다. 결국 안테나와 마스트는 폭풍우에도 견뎌내야 하기 때문입니다.
안테나 성능을 최대한 끌어내는 방법
일반적으로 더 나은 통신 범위를 보장하는 안테나 제작 규칙을 따를 수 있습니다.
안테나는 가능한 한 높고 독립적으로 설치해야 합니다. 따라서 집 지붕에 설치하는 것이 좋으며, 집이 언덕 위에 있다면 더욱 좋습니다. 안테나 근처에 크고 단단한 장애물이 없는 것이 좋습니다. 따라서 금속 벽으로 된 창고 건물 위쪽에 설치하는 것이 바람직하며, 어쨌든 모든 전기선, 금속 울타리 등으로부터 멀리 떨어져 있어야 합니다.
적합한 케이블로 더 많은 것을 얻으세요
안테나에 연결되는 케이블은 가능한 한 짧으면서도 필요한 만큼 길어야 합니다. 따라서 훨씬 더 좋은 위치에 설치할 수 있다면 오히려 더 긴 케이블을 선택하는 편이 낫습니다. 안테나가 지하실에 있다면 1미터짜리 케이블은 전혀 쓸모가 없습니다.
케이블은 품질이 우수하고 너무 얇지 않아야 합니다. 얇은 케이블은 감쇠율이 훨씬 높아 전송보다 수신 전계 강도에서 더 두드러지게 나타납니다. 양질의 케이블은 이중 차폐 구조를 갖추고 있어 타 TV의 간섭을 방지할 뿐만 아니라 주변 환경의 방해로부터도 보호해 줍니다. 커넥터 역시 절약해서는 안 되며, 이 부분에서도 품질 차이가 뚜렷합니다. 동축 커넥터 장착 경험이 없다면, 설치 서비스가 포함된 양질의 케이블에 투자하는 것이 분명히 가치 있는 선택입니다.
안테나 시스템이 어떻게 안정적으로 유지되는가
안테나 마스트와 접지도 반드시 적절히 설치해야 합니다. 이는 여러분의 안전과 직결된 문제입니다. 마지막으로, 안테나 시스템을 정기적으로 점검하는 것이 매우 유용하며 예상치 못한 장애를 방지할 수 있다는 점을 유념해야 합니다. 부식된 케이블 연결부가 강한 잡음을 유발하는 경우가 많습니다. 안테나 바로 근처에서 발생하는 경우 유용한 신호를 완전히 가릴 수 있습니다.
장기적으로, 오직 힘만이 도움이 되는가?
네, 소중한 송신 전력입니다. 많은 무선 통신사들이 높은 출력 전력을 가진 대형 송신 증폭기인 “큰 버너'를 계속 주시하고 있습니다. 법적 측면은 간단히 설명할 수 있습니다: 독일에서는 CB 채널과 변조 방식에 따라 4와트에서 12와트 사이의 출력이 허용됩니다. 출력 측정 방식도 PEP(피크-에너지원)와 ERP(등가전력)로 구분됩니다. 이에 대해서는 잠시 후 자세히 설명하겠습니다. 즉, 더 나은 통신 거리를 위해 매우 유용할지라도, 이보다 높은 출력은 허용되지 않습니다.
법적 측면 외에도 물리학은 단순한 한계를 설정합니다. 어떤 상황에서는 아무리 많은 전력을 쏟아부어도 소용없는 경우가 항상 존재합니다. 지형이 불리하다면 1000와트를 사용해도 산속의 인접 계곡에 도달할 수 없습니다. 전파 조건이 갖춰지지 않았다면 “애프터버너'를 가동해도 소용없습니다. 먼 나라와는 여전히 연락이 불가능합니다. 하지만 조건이 양호하다면, 법적으로 허용된 몇 와트만으로도 충분합니다.
앰프를 사용할 때 고려해야 할 다른 측면들이 있습니다. 이웃과의 간섭 가능성이 훨씬 높고, 장치가 크고 무거우며, 적절한 냉각이 필요하다는 점 등이 있습니다.
요약하자면 – 네, 특정 상황에서는 송신 전력이 높을수록 도움이 되며 안정적인 통신 가능성을 높입니다. 하지만 고출력이 만능 해결책은 아닙니다. 허용 여부와는 별개로 말이죠. 입법자가 상호 간섭을 크게 피할 수 있도록 합리적인 이유로 전력 한계를 설정해 놓았습니다.
SSB가 통신 거리를 극대화하는 이유
변조가 정말 통신 거리에 영향을 미칠까? 그렇다, 그것도 아주 크게! CB 라디오에서는 음성 통신(디지털 데이터 제외)에 세 가지 다른 변조 방식이 사용된다: AM, FM, SSB. 자세히 설명하지 않더라도 – SSB가 가장 넓은 통신 거리를 보장하는 변조 방식이다. 이는 필요한 대역폭(SSB는 2.4kHz, AM과 FM은 6kHz 또는 10kHz) 때문이다. 그러나 좁은 대역폭은 음질 저하를 의미하기도 합니다. 이는 감수해야 할 대가입니다. AM과 비교하면 전력이 대역폭의 1/4에 집중되어 훨씬 더 멀리 도달합니다. FM과 비교하면 SSB의 비율이 더욱 유리합니다. 다만 FM의 탁월한 음질과 간섭 감소 효과는 포기해야 합니다.
따라서 SSB는 “DX” 통신(장거리)에 더 나은 선택입니다. 이는 AM이나 FM이 때로는 수천 킬로미터까지 도달할 수 없다는 의미는 아닙니다. 단순히 양호한 전파 조건의 영향이 변조 방식의 영향보다 훨씬 크기 때문입니다.
충분한 힘 – 하지만 누구라도 듣고 있을까?
무선 기술의 모든 영역에는 “악어” 같은 존재가 있다. 큰 입을 가졌지만 귀는 작다. 즉, 송신 출력은 매우 높지만 수신기는 “귀머거리'라는 뜻이다. 물론 수신기의 감도와 성능은 출력에 맞춰 조정되어야 한다. 아르헨티나에서 내 목소리가 잘 들리는데 거기서 오는 신호를 수신하지 못한다면 무슨 소용이 있겠는가?
오늘날의 CB 무전기는 일반적으로 감도와 AGC 제어 측면에서 우수한 수신기를 갖추고 있습니다. 실제 감도는 거의 영향을 줄 수 없으며, 가끔 확인하는 정도입니다. 근처의 낙뢰 방전으로 인해 수신기 입력이 손상되어 감도가 크게 저하될 수 있습니다. 프리앰프가 존재하지만, 고유 잡음이 크고 수신기 입력이 과도하게 구동되기 때문에 오히려 해가 될 수 있습니다.
수신 성능 차이는 노이즈 감소 기능이나 노이즈 블랭커 같은 추가 장치에 따라 달라집니다. 라디오에 해당 기능이 직접 탑재되지 않은 경우, 예를 들어 bhi의 필터 같은 추가 장치가 도움이 될 수 있습니다. 또한 안테나 위치 역시 매우 큰 영향을 미칩니다. 예를 들어 전력선 같은 간섭원 근처에 설치된 경우입니다.
최적의 사거리를 위한 정확한 정보
좋은 범위는 여러 요인에 달려 있으며, 그중 일부는 우리가 영향을 줄 수 있습니다.
- 방향성 안테나는 전방향성 안테나보다 더 넓은 범위를 제공하지만, 단 한 방향에서만 그렇습니다.
- 출력이 높을수록 통신 거리가 길어집니다 – 법적으로 허용되는 범위 내에서. 송신 출력이 12와트인 무전기도 있고 4와트인 무전기도 있습니다.
- 안테나 위치를 잘 잡으면 큰 도움이 됩니다 – 케이블 길이가 지나치게 길어지지 않는다면 말이죠.
- 좋은 케이블은 항상 도움이 된다 – 어떤 조건도 없이.
- 좋은 전파 조건이 가장 중요한 요소이지만, 우리는 이를 좌우할 수 없습니다. 그러나 우리는 현재 조건이 어떠한지, 그리고 앞으로 몇 시간 또는 며칠 동안 어떻게 변화할지 파악할 수 있습니다.