学校で部活が進めているプロジェクトについて 

-학교 동아리에서 진행하는 프로젝트에 관하여-

研究テーマ:HF電波通信の効率性に影響を与える地球科学的要因の研究 

연구주제 : HF 전파통신의 효율성에 영향을 미치는 지구과학적 요인 연구

본 연구는 HF 전파통신의 전파 특성에 영향을 미치는 지구과학적 요인을 분석하는 것을 목적으로 한다. 이를 위해 태양 흑점 활동, 이온층 상태, 대기 조건 등 다양한 환경적 요인과 HF 대역(7MHz, 21MHz) 전파 간의 관계를 탐구한다. WSPR 디지털 통신방식을 활용하여 일정한 조건에서 비콘 신호를 송신하고, 이를 통해 HF 전파가 최적으로 전파되는 환경적 조건을 규명하고자 한다. 연구 결과는 HF 전파통신의 효율성을 높이는 데 기여할 뿐만 아니라, 태양 활동과 전리층 변동이 전파통신에 미치는 영향을 이해하는 데에도 중요한 자료가 될 것이다. 

WSPR(Weak Signal Propagation Reporter)란?

WSPR(약한 신호 전파 리포터)은 극히 낮은 전력으로도 먼 거리까지 신호를 전송할 수 있도록 설계된 디지털 통신 방식이다. 이 방식은 전파 전파 특성을 연구하는 데 최적화되어 있으며, 특히 HF(고주파) 대역에서의 전파 전파 경로를 분석하는 데 많이 활용된다.

WSPR의 가장 큰 특징은 초저전력으로도 안정적인 통신이 가능하다는 점이다. 일반적으로 1W 이하의 전력으로도 수천 km 떨어진 곳까지 신호가 도달할 수 있으며, 이는 전파가 전리층에서 어떻게 반사되고 굴절되는지를 연구하는 데 중요한 자료가 된다. 또한, WSPR은 자동화된 신호 전송 및 수신 시스템을 갖추고 있어, 송신된 신호가 전 세계의 WSPR 네트워크에 등록된 수신기들에 의해 수집되고 데이터베이스에 기록된다. 이를 통해 연구자는 신호가 전파된 거리, 시간대, 신호 강도 등을 분석하여 전파 특성을 정량적으로 평가할 수 있다.

WSPR은 디지털 변조 방식을 사용하며, 좁은 대역폭(약 1Hz)에서 신호를 전송하기 때문에 매우 약한 신호도 감지할 수 있다. 또한, FEC(전진 오류 수정) 기법을 적용하여 신호가 약하거나 잡음이 많은 환경에서도 신호 복원이 가능하다. 이러한 특성 덕분에 WSPR은 태양 활동, 이온층 상태, 시간대, 계절적 요인 등 다양한 환경적 변수에 따른 전파 특성을 연구하는 데 매우 유용하다.

특히, 태양 흑점 수 변화, 전리층 변동, 자기 폭풍 등의 지구과학적 요인이 HF 전파통신에 미치는 영향을 연구하는 데 적합한 도구로 활용될 수 있다. 연구자는 특정 주파수 대역(예: 7MHz, 21MHz)에서 일정한 시간 간격으로 WSPR 신호를 송신하고, 수신된 데이터를 분석하여 전파가 가장 원활하게 이루어지는 조건을 탐구할 수 있다. 이를 통해 HF 전파통신의 최적 환경을 규명하고, 지구과학적 현상과 전파 특성 간의 상관관계를 밝히는 데 기여할 수 있다.

위와 같은 데이터를 사용하여 시간대 별로 분류하고, 아래와 같은 요소를 대입하고 종합하여 가장 통신이 잘되는 시기를 정리하는게 최종목표입니다

다음과 같은 요인들로 인해 전리층의 밀도가 변화한다.

1. 태양 활동(Solar Activity)

• 태양 흑점(Sunspots): 태양 흑점 수가 많아지면 태양 복사 에너지가 증가하여 전리층의 이온화가 활발해진다.

• 태양 플레어(Solar Flares): 강력한 X선과 자외선을 방출하여 전리층을 급격하게 변화시킬 수 있다. 특히 D층이 강하게 이온화되면서 HF 전파가 흡수될 수 있다.

• 코로나 질량 방출(CME, Coronal Mass Ejection): 태양에서 방출된 대량의 플라즈마가 지구 자기권과 상호작용하며 전리층을 교란시킨다.

2. 지구 자기장(Earth’s Magnetic Field)과 우주 환경

• 자기폭풍(Geomagnetic Storms): 태양에서 방출된 고에너지 입자가 지구 자기권과 충돌하면 전리층의 밀도와 구조가 급격히 변화할 수 있다.

• 극광(Aurora): 자기폭풍이 심할 때, 특히 고위도 지역에서 전리층 밀도가 증가하거나 불규칙한 전리층 구조가 형성될 수 있다.

• 우주 방사선(Cosmic Rays): 고에너지 우주선이 지구 대기와 충돌할 때 일부 이온화 작용을 일으킬 수 있다.

3. 태양과 지구의 상대적 위치

• 일주 변화(Diurnal Variation): 태양 복사량이 낮 동안 증가하고 밤에 감소하면서 전리층 밀도가 변화한다.

• 계절 변화(Seasonal Variation): 여름과 겨울의 태양 복사량 차이로 인해 전리층의 밀도가 다르게 형성된다.

• 태양 주기(Solar Cycle, 약 11년 주기): 태양 활동이 강할 때 전리층 이온화가 증가하고, 태양 활동이 약해질 때 전리층 밀도가 감소한다.

4. 대기 상태 및 기상 요인

• 중력파(Gravity Waves): 대류권과 성층권에서 발생한 중력파가 전리층에 영향을 미칠 수 있다.

• 대류권-전리층 결합(Thermosphere-Ionosphere Coupling): 낮은 대기층에서 발생한 기상 현상(예: 태풍, 폭풍)이 전리층에 영향을 줄 수 있다.

• 플라즈마 버블(Plasma Bubbles): 저위도 지역에서 발생하는 플라즈마 밀도의 불균형이 HF 통신을 방해할 수 있다.