[인공위성] 전리층

인공위성 중 통신 목적을 위한 통신위성을 공부하다보면 '전리층'이라는 단어가 자주 나온다. 

 

전리층lonosphere 

태양에서 방출되는 자외선(UV)과 X선에 의해 대기 분자가 이온화(전자를 잃거나 얻는 과정) 되면서 
자유전자와 이온이 많이 존재하는 층 

 

• 지구 대기권의 상층부 (약 50~1,000km 고도)에 존재하는 영역 
• 자유전자와 이온이 많음 = 전기를 잘 통하고 전파에 영향을 주는 성질 

 

대기권 내 위치 

• 대류권(Troposphere) : 0-12km, 날씨 현상 발생 
• 성층권(Stratosphere) : 12 ~ 50 km, 오존층 발생 
• 중간권(Mesosphere) : 50 ~ 85km
• 열권(Thermosphere) : 85~600km, 여기 일부가 전리층 
• 외기권(Exosphere): 600km 이상 

전리층 = 주로 열권의 일부 + 중간권 상부 

(대략 50 ~ 1,000km, 특히 80~ 500km 사이에서 가장 활발) 

 

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전리층의 역할 

 

전파(특히 HF 주파수, 3~30MHz)와 상호작용하며 전파를 흡수, 굴절, 반사하는 특성이 있어 위성통신 및 무선 통신에서 중요한 영향을 준다. 

• 흡수(Absorption)
  : 낮 동안 태양 복사로 전자가 증가 → 일부 주파수(특히 저주파, 3MHz이하)는 전리층에 흡수됨
• 반사(Reflection) 
  : HF(3~30MHz) 파장은 전리층에서 굴절·반사되어 지표로 돌아오며 지구 반대편까지 도달 가능(단파 통신)
• 투과(Transmission)
  : 위성통신에서 주로 사용하는 VHF, UHF, SHF(300MHz이상) 파장은 전리층을 거의 직진 통과 

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전리층의 층별 구조 

전리층은 태양 복사량과 대기 밀도 차이에 따라 여러 층으로 나뉜다. 

층(고도)	특징	통신 영향
D층(50~90km)	낮 동안 강한 흡수층, 밤에는 거의 사라짐	장파(LF), 중파(MF) 흡수
E층(90~150km)	낮에 전리강도 높음, Sporadic-E발생	HF반사 기능(스포츠, 아마추어 무선)
F층(150~500km)	F1, F2층으로 분리되기도 함, 밤에도 존재	HF반사 주역, 원거리 단파통신 가능

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위성통신에서 전리층의 영향

• GNSS(위성항법) : 전리층 전자 밀도에 의해 신호 속도가 변해 위치 오차 발생 → 전리층 지연(ionospheric Delay) 보정 필요
• HF 무선통신 : 전리층 반사로 지구 반대편까지 통신 가능 
• 위성-지상 간 통신(마이크로파) : 주로 1GHz이상 사용 → 전리층 영향 거의 없음(직진 통과) 

 

 

전리층은 태양 복사로 인해 이온화된 대기층으로 주파수에 따라 전파를 흡수, 반사, 투과하여 특히 HF통신과 위성항법 정확도에 큰 영향을 주는 영역이다. 통신위성에서 빼놓을 수 없는 중요한 요소니 잘 공부해두기 ~