릴레이에 요구되는 고주파 특성

고주파 회로에 사용되는 릴레이에는 일반적인 릴레이 특성 이외에 고주파 특성이 요구됩니다.
요구되는 값은 사용되는 기기에 따라 다르므로 사용자에게 충분히 확인해야 합니다.
릴레이 종류에 따라서 고주파 특성이 다르기 때문에 사용자의 요구 사양에 따라 권장 릴레이가 달라집니다.
먼저, 고주파를 논하는 데 필요한 최소한의 특성을 설명하겠습니다.
고주파 특성으로는 아래의 5가지가 있습니다.

1. 아이솔레이션
2. 삽입 손실
3. 복귀 손실
4. VSWR
5. 특성 임피던스

1.아이솔레이션

아이솔레이션은 크로스 토크라고도 하며, 일반적인 릴레이의 절연 저항에 해당합니다.
고주파에서는 접점이 열려있을 때 접점 간에 신호 누설이 발생합니다.
신호의 누설 정도를 아이솔레이션이라고 하며, 입력 전력 Pin과 누설 전력, 즉 출력 전력 Pout의 비로 dB(데시벨) 표시됩니다.
아래 계산식을 통해 얻어지는 아이솔레이션 값은 클수록 누설이 적고 양호한 특성을 나타냅니다.
주파수가 커지면 누설이 커지고, 아이솔레이션 값은 작아집니다.
아이솔레이션(dB)=

2. 삽입 손실

삽입 손실이라고도 하며, 일반적인 릴레이의 접촉 저항에 상당합니다.
고주파에서는 접점이 닫혀있을 때 접점 간에 신호 손실이 발생합니다.
신호의 손실 정도를 삽입 손실이라고 하며, 입력 전력 Pin과 출력 전력 Pout의 비로 dB(데시벨) 표시됩니다.
아래 계산식을 통해 얻어지는 삽입 손실 값은 작을수록 손실이 적고 양호한 특성을 나타냅니다.
주파수가 커지면 손실이 커지고, 삽입 손실 값이 커집니다.

3. 복귀 손실

고주파 회로에서는 신호가 한 방향으로만 흐르는 것은 아닙니다. 임피던스(자세한 내용은 이후 설명)의 불일치(미스매칭)가 발생하면 신호는 그 지점에서 반사됩니다.
임피던스 불일치는 수도관에 비유하면 쉽게 이해할 수 있습니다.
수도관 굵기(임피던스)가 중간에 바뀌면 물(신호)이 원활하게 흐르지 않습니다.
고주파 회로에서는 임피던스 정합이 중요한 포인트가 됩니다.
일반적인 릴레이의 특성 중에는 반사에 해당하는 특성은 없습니다.

신호의 반사 정도를 복귀 손실이라고 하며, 접점 ON일 때의 입력 전력 Pin과 반사 전력 Pref의 비로 dB 표시됩니다.
아래 계산식을 통해 얻어지는 복귀 손실 값은 클수록 반사가 적고, 양호한 특성을 나타냅니다.
주파수가 커지면 반사가 커지고, 복귀 손실 값이 작아집니다.
또한 반사가 커지면 당연히 정확한 신호 전달이 불가능하기 때문에 삽입 손실 값도 커집니다.

예)
10dB=1/10의 반사(10%의 신호 반사)
20dB=1/102의 반사(1%의 신호 반사)
30dB=1/103의 반사(0.1%의 신호 반사)
60dB=1/106의 반사(0.0001%의 신호 반사)

4. VSWR

반사의 정도를 나타내는 또 다른 특성으로 VSWR이 있습니다.
이 VSWR의 값이 1에 가까울수록 반사가 적다고 할 수 있으며, 양호한 특성을 나타냅니다.
VSWR은 Voltage Standing Wave Ratio의 약자로 정재파비라고도 불립니다.
주파수가 커지면 반사가 커지고, VSWR 값은 커집니다.
또한 VSWR은 복귀 손실과 다음과 같은 관계식이 있습니다.

예)
VSWR:1.1=복귀 손실: 약 26dB
VSWR:1.2=복귀 손실: 약 21dB
VSWR:1.5=복귀 손실: 약 14dB

5. 특성 임피던스

임피던스란 쉽게 말해 저항이라고 생각하면 되며, 고주파 회로에서는 회로 상에 작은 저항 Zn이 많이 늘어서 있다고 생각해야 합니다.
회로 상에 늘어선 이 Zn 값이 모두 같으면 임피던스가 일치해 반사가 일어나지 않지만, 서로 다르면 반사가 발생하여 정확한 신호 전달이 불가능해집니다.
단, 고주파 회로에서는 회로 전체의 임피던스는 단순한 저항처럼 덧셈으로는 계산되지 않습니다.
따라서 75Ω계 고주파 회로에 특성 임피던스 50Ω의 릴레이를 사용하면 반사가 커져 버립니다.
임피던스는 사용 기기에 따라 정해지며, 대표적인 것으로 50Ω계와 75Ω계가 있습니다.

예)
50Ω계: 통신, 계측기
5Ω계: TV, CATV

릴레이의 경우 완전히 50Ω계, 75Ω계에 일치하는 것은 현재의 기술로는 매우 어렵지만, 릴레이에 따라 50Ω에 가까운지 75Ω에 가까운지는 알아두어야 합니다.

고주파 디바이스란?