RF 분야에서 가장 많이 사용되는 출력의 단위 ‘dB’와 ‘dBm’에 대해서 알아보도록 하겠습니다. 항상 익숙하게 사용하고 있지만, 사실 그 경계가 상당히 모호한 용어입니다. RF 분야에서 이 두 가지 용어가 어떠한 관계를 가지고 있는지 두 용어의 특성과 차이를 확실히 숙지 시켜두지 않으면 추후 큰 혼란을 겪기도 합니다.
그럼 먼저, dB란 무엇인가에 대해 알아보도록 하겠습니다.
사실, ‘dB’는 검색 한 번을 통해서도 바로 그 정의를 알 수 있습니다.
10*log x = y
즉, dB 란 10^(y/10) = x 를 만족하는 y 값을 이야기하는 단위입니다. 여기서 중요한 사실은 dB가 단순히 수학적 개념이라는 것입니다. dB 자체는 그 어떠한 에너지나 물리적 성질을 가지는 물체를 대변하지 않습니다. log라는 수학 연산자를 사용했을 때 변화된 결과값을 나타내기 위해 사용하는 용어입니다. 흔히 엔지니어 분들이 ‘파워는 xxdB다’ 라는 표현을 쓰시지만, 그것은 잘못된 표현으로, 파워에 대한 올바른 단위는 W, mW이며 이것을 dB값으로 변환하면 dBW 또는 dBm을 사용해야 합니다.
그렇다면 여기서, 사람 헷갈리게 왜 dB를 사용하는가? 라는 질문을 할 수도 있습니다.
RF에서 dB를 사용하는 이유는 계산이 매우 간단하게 변하고 그 크기 또한 쉽게 알아볼 수 있기 때문입니다. 거의 대부분의 RF 회로에서 사용되는 계산은 입력 파워의 증폭 또는 감쇄입니다.
예를 들어, 입력신호가 amp와 mixer를 거쳐서 안테나로 방사되는 RF회로가 있다고 가정하고 우리가 알고 있는 수식으로 그 과정을 계산해보면 다음과 같이 표현됩니다.
입력신호세기*amp이득/mixer손실/안테나 효율 = 최종 방사 출력
이렇게 곱셈과 나눗셈을 사용해 최종 출력을 결정하게 됩니다. 물론 정확한 값을 가지고 계산을 한다면 크게 어려울 것 없는 계산이지만, 회로가 복잡해지고 단위가 커지게 된다면 계산에 실 수 또는 어려움이 발생할 수 있습니다. 바로 이러한 문제를 해결하기 위해 dB로 변환하여 계산을 한다면,
신호세기(dBW) + amp이득(dB) – mixer손실(dB) – 안테나 효율(dB) = 최종출력(dBW)
위와 같이, 간단한 덧셈형식으로 계산을 할 수 있습니다. 물론 이러한 경우 앞서 언급했던 바와 같이dB의 특성상 숫자의 단위도 매우 줄어들게 됩니다. 10000W 와 40dBW는 동일한 값을 나타내지만 숫자의 크기를 빠르고 정확하게 인식할 수 있는 것은 40dBW로 표현된 값일 것 입니다.
또한 앞선 수식에서 알 수 있듯이 dB계산은 곱셈을 덧셈으로 나눗셈을 뺄셈으로 변화시켜줍니다.
따라서 다음과 같은 식이 가능해 집니다.
10W=10dBW
20W=10dBW+3dB
40W=10dBW+3dB+3dB
파워 값이 두 배가 변하면 3dB 차이가 난다는 것을 바로 확인할 수 있습니다.
이러한 dB의 특징으로 인해 입력신호와 출력신호간의 파워비를 한번에 알 수 있게 해주기 때문에 RF 회로를 계산할 때 매우 유용한 단위이며 자주 쓰이고 있는 이유로 볼 수 있습니다.
