라디오는 어떻게 수많은 전파 중에서 원하는 방송만 골라내나요?

Question

공중에 여러 주파수의 전파가 동시에 떠다니는데 라디오가 원하는 채널만 선택해서 들려준다고 배우는데, 필터회로가 어떤 원리로 특정 주파수만 걸러내는지 궁금합니다.

Answer 1

앞의 답변들에 나온 코일과 콘덴서 공진 회로가 출발점인 건 맞는데요, 사실 그것만으로는 옆 채널이 그대로 새어 들어옵니다. 진짜 걸러내는 일은 그 다음 단계에서 일어납니다.

동조 회로 하나가 만드는 칼날이 생각보다 뭉툭해서 그렇습니다. 국내 에프엠은 88에서 108메가헤르츠 사이를 200킬로헤르츠 간격으로 쪼개 쓰는데, 100메가헤르츠 근처에서 그만큼 좁게 잘라내는 상태를 다이얼 돌아가는 내내 유지하기가 어렵습니다.

그래서 실제 라디오는 발상을 뒤집습니다. 필터를 신호 따라 움직이는 대신, 신호를 고정된 필터 자리로 끌어내립니다. 수신기 안에서 따로 만든 주파수를 받은 전파에 섞으면 두 주파수의 차이에 해당하는 신호가 생기는데, 그 차이값이 늘 같아지도록 맞춰 줍니다.

그 값이 중간 주파수입니다. 에이엠은 455킬로헤르츠, 에프엠은 10.7메가헤르츠가 표준처럼 쓰입니다. 1918년 암스트롱이 내놓은 슈퍼헤테로다인 방식인데 백 년 넘게 그대로 살아남았습니다.

필터가 늘 같은 주파수만 상대하면 되니 아주 예리한 세라믹 필터를 고정으로 박아 둘 수 있습니다. 다이얼을 돌린다는 건 필터를 조이는 게 아니라 안에서 만드는 주파수를 옮기는 일입니다.

옆 방송이 겹쳐 들리는 건 이 선택도가 모자란 탓이고, 폰이나 소형 라디오는 이어폰 줄이 안테나라 줄을 쭉 펴는 것만으로 잡음이 눈에 띄게 줄어드는 경우가 많습니다.

요즘 차량이나 폰 라디오는 칩 하나로 끝냅니다. 아날로그로 대강만 걸러 디지털로 바꾼 뒤 필터를 계산으로 처리하는 방식이라, 자동 검색이나 방송국 이름 표시가 되는 것도 이 덕분입니다.

직접 확인하시려면 두 방송 사이 어중간한 지점에 맞춰 보세요. 잡음만 나다가 조금 돌리는 순간 툭 걸리는데, 그 걸리는 폭이 곧 공진 곡선의 너비입니다.

Answer 2

라디오 주파수 핵심은 공진과 이를 이용한 LC 회로인데 간단하게 방안에 소리굽쇠 여러개 있고 그중 440Hz 떨리는 소리굽쇠 하나를 튕기게 되면 그 방에 있던 소리굽쇠 중 오직 440Hz 굽쇠만 공명해서 울리기 시작하고 다른 굽쇠는 아무런 반응 보이지 않는데 이처럼 라디오 주파수 전파가 동시에 많게 떠다니지만 내가 맞춘 Hz에 만 공명해서 반응하는 소리 만 들리게 됩니다. 라디오 안테나에는 각 주파수 전파 신호가 전부 섞여 들어오는데 그중 내가 원하는 방송 듣기 위해 Hz 맞추는데 이는 LC 회로 사용해서 흔히 말해 잡는다 표현하는 겁니다.

Answer 3

공중에는 수많은 방송국이 송출한 다양한 주파수의 전파가 동시에 섞인 채로 라디오 안테나에 도달합니다. 라디오 안테나는 이 모든 주파수의 교류 전류 신호를 한꺼번에 받아들여 내부의 동조 회로로 전달합니다. 동조 회로는 코이로가 가변 콘덴서라는 두 가지 핵심 부품이 연결되어 특정 주파수만 선택하는 필터 역할을 수행합니다. 코일은 주파수가 높을수록 전류를 통과시키지 않으려는 성질이 있고 콘덴서는 주파수가 높을수록 전류를 잘 통과시킵니다. 이 두 부품을 조합하면 특정 주파수에서 전류의 흐름을 방해하는 저항 성분이 서로 상쇄되어 없어지는 지점이 발생합니다. 이 현상을 공진이라고 부르며 공진이 일어나는 특정 주파수의 신호만 세기가 급격히 커져 전기적으로 선택됩니다.