지금 이 순간, 여러분의 폰 안테나에는 온갖 전파가 다 들어오고 있습니다. 방송 전파도, 와이파이도, 근처 사람들의 통화도, 기지국이 다른 사람에게 보내는 신호도 전부입니다.
안테나는 그걸 가리지 않습니다. 들어오는 대로 다 받습니다.
그런데도 내 통화만 들리고 남의 통화는 들리지 않습니다. 누가 골라내는 걸까요. 지도 글에서 안테나 다음 정거장으로 잠깐 지나갔던 부품, 필터가 하는 일입니다.
먼저 흔한 오해부터
❌ “안테나가 내 주파수만 받는다”
안테나는 생각보다 너그럽습니다. 폰 안테나는 여러 밴드를 함께 감당해야 해서 넓은 범위를 받도록 만들어집니다. 그래서 골라내는 일은 안테나가 아니라 그다음 부품이 맡습니다.
❌ “잘 막는 필터가 무조건 좋은 필터다”
이 글의 핵심입니다. 잘 골라낼수록 대가가 따릅니다. 남의 신호를 매섭게 잘라내는 필터는 대개 내 신호도 그만큼 더 깎습니다. 어디서 멈출지를 정하는 게 설계입니다.
❌ “송신과 수신은 번갈아 한다”
밴드에 따라 다릅니다. 시간을 나눠 쓰는 방식도 있고, 주파수를 나눠서 동시에 주고받는 방식도 있습니다. 그리고 동시에 하는 쪽에서 듀플렉서가 필요해집니다. 뒤에서 보겠습니다.
필터가 골라내는 법
직구폰 글에서 필터를 벽에 뚫은 창에 비유했습니다. 이번엔 그 창을 조금 가까이서 봅니다.
가운데 볼록한 자리가 통과대역입니다. 내 신호가 쓰는 주파수가 여기 놓입니다. 양옆으로 뚝 떨어진 자리는 저지대역이고, 남의 신호는 여기서 걸립니다.
여기서 두 가지를 눈여겨볼 만합니다.
하나는 양옆으로 떨어지는 기울기입니다. 이 기울기가 급할수록 내 신호 바로 옆에 붙어 있는 남의 신호까지 잘라낼 수 있습니다. 실제로 주파수 구획은 서로 딱 붙어 있어서, 이 기울기가 곧 골라내는 실력이 됩니다.
다른 하나는 통과대역 꼭대기가 기준선에 닿지 않는다는 점입니다. 지나가라고 만든 자리인데도 지나가는 것만으로 조금 깎입니다. 이걸 삽입손실이라고 부릅니다. 통행료라고 생각하면 편합니다.
그리고 이 둘이 서로 반대 방향으로 움직입니다. 기울기를 급하게 만들수록 통행료가 비싸집니다. 잘 골라낼수록 손해가 커진다는 말이 이 뜻입니다.
📐 조금 더 깊이 알고 싶다면 — 왜 급하게 자를수록 손해가 날까 👉 클릭하면 펼쳐집니다
필터는 공진으로 골라냅니다. 그네가 제 박자에 맞춰 밀 때만 크게 흔들리듯, 특정 주파수에서만 유난히 잘 반응하는 성질을 이용하는 것입니다.
그런데 공진 하나로는 기울기가 완만합니다. 봉우리 하나짜리 산은 옆구리가 밋밋하니까요. 그래서 실제 필터는 공진을 여러 개 이어 붙여 만듭니다. 봉우리를 여러 개 겹쳐 옆구리를 가파르게 세우는 셈입니다.
대가는 여기서 나옵니다. 단이 늘어날수록 신호가 지나가야 할 관문도 늘어납니다. 관문마다 조금씩 깎이니 통행료가 쌓입니다. 부품이 커지고 자리도 더 먹습니다.
그리고 공진이 얼마나 날카롭게 서는지도 재료가 정합니다. 흔들림이 오래 유지되는 재료일수록 봉우리가 뾰족하고 손해가 적습니다. 이 성질을 Q라고 부릅니다. 좋은 필터를 만드는 일이 곧 Q가 높은 재료와 구조를 찾는 일인 이유입니다.
그래서 필터 고르기는 늘 흥정입니다. 옆 대역을 얼마나 잘라낼 것인가와 내 신호를 얼마나 덜 깎을 것인가 사이에서, 이 폰이 쓰는 대역 사정에 맞는 지점을 고릅니다.
안테나는 하나인데, 주고받기는 동시에
이제 듀플렉서입니다.
폰에는 주파수를 나눠서 주고받는 방식이 있습니다. 내보낼 때 쓰는 주파수와 받을 때 쓰는 주파수를 서로 떨어뜨려 놓고, 동시에 하는 것입니다. 통화 중에 상대 말을 들으면서 내 말도 보내는 상황을 생각하시면 됩니다.
문제는 안테나가 하나라는 점입니다. 나가는 신호와 들어오는 신호가 같은 문을 쓰는데, 둘을 갈라놓지 않으면 사고가 납니다.
사고가 나는 이유는 두 신호의 덩치가 너무 다르기 때문입니다. 지도 글에서 봤듯 내보내는 신호와 받아야 하는 신호의 차이는 2조 배에 이릅니다. 내 폰이 내보내는 신호가 내 폰의 수신 쪽으로 조금만 새어 들어가도, 그 약한 신호는 그대로 묻힙니다.
바로 옆에서 누가 고함을 지르는 동안 먼 데서 오는 속삭임을 들어야 하는 상황입니다. 그것도 그 고함을 지르는 게 나 자신입니다.
그래서 듀플렉서는 필터 한 쌍으로 되어 있습니다. 내보내는 쪽 주파수만 통과시키는 필터와, 받는 쪽 주파수만 통과시키는 필터를 안테나 하나에 붙여 길을 갈라놓습니다. 얼마나 잘 막는지를 격리도라고 부릅니다.
흔히 50dB대를 확보합니다. dB는 앞선 글에서 설명했듯 10dB마다 열 배씩 뛰는 단위입니다. 50dB면 열 배가 다섯 번, 그러니까 십만 배입니다. 막는 쪽으로 쓰면 십만 분의 1로 줄인다는 뜻이죠.
그런데 이걸로 끝이 아닙니다. 앞서 본 차이가 2조 배였으니, 십만 분의 1로 줄여도 아직 한참 남습니다. 듀플렉서 혼자 감당하는 일이 아니라는 뜻입니다.
지도 글에서 봤듯, 나머지는 내보내는 주파수와 받는 주파수를 얼마나 떨어뜨려 놓았는지, 그리고 뒤따르는 부품들이 큰 신호가 섞여 들어와도 얼마나 견디는지가 함께 나눠 집니다. 폰 전체가 여러 겹으로 막는 셈이죠. 그 첫 겹을 듀플렉서가 맡습니다.
그런데 여기에도 통행료가 붙습니다. 듀플렉서의 삽입손실은 대략 1~2dB대입니다. 그리고 이 손해는 그냥 사라지지 않습니다. 내보내는 쪽에서 잃은 만큼은 배터리로 메워야 하고, 받는 쪽에서 잃은 만큼은 감도 손해로 남습니다. PA 글에서 본 발열과 배터리 이야기가 여기서도 이어집니다.
빼면 안 되고, 넣으면 비용을 치릅니다. 반드시 치러야 하는 비용을 최소한으로 깎는 일이 제 몫입니다.
📐 조금 더 깊이 알고 싶다면 — 듀플렉서와 다이플렉서는 다르다 👉 클릭하면 펼쳐집니다
이름이 비슷해서 자주 헷갈리는 두 부품이 있습니다. 하는 일은 둘 다 길을 가르는 것인데, 가르는 상황이 다릅니다.
듀플렉서는 같은 밴드 안에서 내보내는 쪽과 받는 쪽을 가릅니다. 두 주파수가 가까이 붙어 있습니다. 붙어 있는 것을 갈라야 하니 앞에서 본 급한 기울기가 필요하고, 그만큼 만들기 어렵습니다.
다이플렉서는 서로 멀리 떨어진 두 대역을 가릅니다. 낮은 대역과 높은 대역처럼요. 멀리 떨어져 있으니 낮은 쪽만 지나가게 하는 필터와 높은 쪽만 지나가게 하는 필터를 붙이는 정도로 해결됩니다. 갈라야 할 간격이 넓어서 훨씬 수월합니다.
정리하면 이렇습니다. 붙어 있는 것을 가르면 듀플렉서, 떨어져 있는 것을 가르면 다이플렉서. 어려움의 차이가 여기서 나옵니다.
그래서 우리가 겪는 일로 돌아오면
- 밴드가 많은 폰일수록 필터가 많이 들어간다. 필터는 밴드마다 따로 필요합니다. 지원 밴드 목록이 신중하게 정해지는 이유가 여기 있습니다.
- 신호를 키워준다는 스티커나 액세서리는 효과가 없다. 골라내고 키우는 일은 정해진 구조와 전원을 가진 부품이 합니다. 붙이는 것으로 될 일이 아닙니다.
- 통화 품질이 좋은 폰과 신호 막대가 잘 뜨는 폰은 다르다. 화면 맨 위 안테나 표시, 그러니까 신호 막대는 받은 세기만 보여줍니다. 얼마나 깨끗하게 골라냈는지는 보여주지 않습니다.
- 폰이 뜨거울 때 통화가 답답해지는 것도 무관하지 않다. 손실을 메우려면 내보내는 쪽이 더 일해야 하고, 그건 열로 돌아옵니다. 온도와 배터리 글에서 다룬 고리와 이어집니다.
정리하면
안테나는 다 받습니다. 그중 내 신호만 남기는 일을 필터가 합니다. 통과시킬 자리는 남기고 나머지는 떨어뜨리는데, 떨어뜨리는 기울기가 급할수록 잘 골라내지만 내 신호도 그만큼 더 깎입니다.
듀플렉서는 그 필터를 한 쌍으로 묶어 안테나 하나에서 내보내기와 받기를 갈라놓는 부품입니다. 내 송신이 내 수신을 덮지 않도록 십만 분의 1 수준까지 막아내면서, 동시에 통행료는 최소로 유지해야 합니다.
이 두 요구가 서로 반대라서 정답이 없습니다. 어느 대역에서 무엇을 얼마나 양보할지를 정하는 일이 남습니다. 부품 사양표를 늘어놓고 고르는 것처럼 보이지만, 실제로는 이 폰이 어디서 어떻게 쓰일지를 놓고 하는 판단에 가깝습니다.
다음 글에서는 이 통행료를 치르고 살아남은 약한 신호를 받아내는 부품, LNA를 다루겠습니다. 왜 안테나에서 이 부품까지의 짧은 구간을 0.1dB 단위로 다투는지, 그 이유를 설명하겠습니다.
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