전자기학2? 마이크로파공학?

마이크로파공학, 전파공학, RF 공학, 초고주파공학..

 

앞으로 무엇을 공부할지지 고민하는 2학년 후배들을 위해 이 친구들에 대한 소개를 짤막하게 하고자 한다.

수강 인원을 보거나 주변 친구들을 봐도 전공 트리 중 마이크로파-광파 트리는 다소 기피? 외면? 되는 듯하다. 나는 무척 재미있게 공부하고 있고, 연구실 진학도 이쪽 계통을 고려하고 있다. 후배들을 유혹하고자 글을 쓴다.

 

 

 

 

 

1. 기초회로이론/전자회로는 새빨간 거짓말!

  학부 2,3학년 회로 분석에서 밥 먹듯이 쓰이는 테크닉은 아마 KCL, KVL일 것이다. 한 노드에서는 한 전압을 갖는다고 가정한다. 그런데 사실 이 가정을 항상 옳지 않다. 파장 대비 회로 길이가 충분히 작을 때만 이 가정을 사용할 수 있다. 구체적으로 예를 들어 3GHz 통신을 위한 회로를 만든다고 생각해보자. 그러면 파장은 3.0*10^8m/s / (3*10^9Hz) = 0.1 m = 10 cm 이다. 파장의 약 10도 (=10/360=3%) 정도, 즉 회로 크기가 0.3 cm  이내라면 기초회로이론의 공식들이 얼마간 유효하지만, 이를 벗어나면 영 써먹기가 힘들다. 그런데 스마트폰이 0.3 cm 보다 작은가? 기지국이 0.3 cm 보다 작은가? 그렇지 않다. 따라서 이 가정이 깨졌을 때, 회로를 어떻게 분석하고 설계해야 하는지 공부하는 분야가 전자기학2-마이크로파공학이다.

 

  더불어 회로에서 한 전선에서 다른 전선으로 넘어갈 때나, 한 전선에서 다른 소자로 넘어갈 때 전압이나 전류가 온전하게 넘어가지 못한다. 회로의 구조가 바뀌거나, 소자가 바뀌거나, 재료가 바뀌는 등 변화가 생기는 면에서는 일정량의 전압/전류는 반사가 일어나고, 일정량은 투과한다. 왜 이런 변화가 생기는가? 반사를 최소화하고 최대한 전압/전류/전력 등을 반대쪽으로 넘기려면 어떻게 해야하는가? 이러한 질문에 대해 관심 있다면 전자기학2 - 마이크로파공학을 강추한다.

 

* 참고로 4G는 주파수 2.1~2.6, 3.5GHz, 5G는 28GHz 활용한다.

* 설명의 편의를 위해 계산을 넣었으나, 부정확한 가정 위에서 세운 것이라 궁금한 사람은 깊게 공부해보면 좋겠다.

 

 

 

 

2.  인기 없는 전자기학2-마이크로파공학에 대한 고찰

  학부생으로서 크게 세 가지 이유가 있다고 본다.

(1) 첫 번째는 전자기학1에 대한 거부감이다. 전자기학1을 맡으신 교수님들의 에타 강의평과 별점을 보면 다른 2학년 과목에 비해 평균적으로 낮다. 어려움을 겪었거나 흥미를 못 느껴 후속 과목을 안 듣는 듯하다.

 

(2) 두 번째는 가르치시는 교수님이다. 최근 5년을 보면 전자기학2-마이크로파공학은 이용식, 육종관 교수님께서 가르치셨다. 보통 1년 동안 한 분이 맡고, 매년 번갈아 수업 하신다.  두 분 다 시험을 쉽게 내시는 분들도 아니고, 퀴즈/시험 횟수는 4번 이상이며, 영어 분반도 아니라 상대평가이다.

 

(3) 세 번째는 관련 산업이 인기 있는 분야는 아니기 때문이다. 전자기학, 마이크로파공학 전공자가 몸통을 이루는 산업 분야가 마땅히 없는 것 같다. 가장 직접적으로 떠오르는 것은 한화시스템을 비롯한 국방 분야인데, 선호되는 분야는 아닌 듯하다. RF를 통신의 하위 분과로 본다면, 통신사나 기지국/네트워크 회사들이 떠오르는데, 이 분야들이 취업/대학원 시장에서 학생들이 가장 선망하는 분야는 아닌 것 같다. ('인기'라는 워딩에 주목해주었으면 좋겠다. 산업의 유망성이나 잠재성이 아니라, 주변 학생들의 관심을 말하는 것이다.)

 

 

  여기에 대한 변명을 하자면,

 (1) 전자기학1의 지식이 필요한 것도 맞고, 전자기학1을 잘한 학생들이 전자기학2를 할 때도 잘할 가능성이 높긴 하나, 배우는 내용의 결이 상당히 다르다. 전자기학1은 공간 좌표계, 전기전자공학에서 사용하는 물리 전반에 대한 기초 지식이었다면, 전자기학2와 마이크로파공학은 transmission line, waveguide, reflection/transmission, flow of electromagnetic power, smith chart, impedance matching, linearity, amplifier, oscillator, mixer)처럼 공학적인 측면에 초점이 맞춰져있다. 수학, 과학보다는 공학적인 느낌이 강하다. 그러한 까닭에서 전자기학1의 후속과목보다는, 전자회로1의 후속 과목처럼 다가온다. 

 

 (2) 사실이다. 그런데 다른 시각에서 보자면 1년에 고작 10~20명 밖에 공부하지 않는 분야이므로, 듣기만 하면 전기전자 1년 200명 중 상위 5~10%이다. 거기서 A 받으면 상위 3%이다. 다른 사람들이 못 가진 기회와 시각을 갖는 것은 중장기적으로 굉장히 도움이 된다. Fundamental한 과목이다 보니 전자회로, 전기전자재료/반도체물성, 통신 등 다른 과목을 공부할 때도 총체적인 시각을 확립하는데 큰 도움이 된 것 같다.

 

 (3) 라이다, 센서, 위성통신, MEMs, 양자컴퓨터, 안테나, ... 이러한 분야들이 작다고 생각하지 않는다.

  모든 공학이 그렇지만, RF 분야 또한 다른 공학 분야와 긴밀하게 연관되어 있다.아무리 멋들어진 통신이론이 있어도, RF 기술이 받쳐주지 않으면 구현할 수 없다. 아무리 멋있는 신호처리, 인공지능 기술이 있어도 RF단에서 데이터를 적절히 수신하지 못하면 무용지물이다. 미국에서나 한국에서나 하려는 사람이 그다지 많지 않다고 한다. 즉, 잘하면 돋보일 기회가 있다는 의미 아닐까?

  RF 분야의 흥미로운 도전과 기회를 아래 첨부한다. 이 분야를 가지 않더라도, 학부 수준에서라도 공부하면 도움이 될만한 내용이 많다. 특히 통신에 관심 있거나, 물리단에서의 하드웨어 설계에 흥미를 느끼는 사람이라면 꼭 들어보면 좋겠다.

 

 

 

3. 유관 수업

이 트리의 학부 수업으로는 전자기학2 (1학기), 마이크로파공학 (2학기), 안테나공학 (1학기), 마이크로파광파실험(2학기)이 있으며, 시너지가 좋은 유관 수업으로  전자회로2, 통신이론/시스템 등이 있다.

 

 

 

 

RF Design House

http://www.rfdh.com/

   STUDY -> 일반 기초 -> RF 공부하기 / RF와 통신의 차이점 / 대학원에서 RF 연구하기

 

Key sight 유튜브 (RF 장비 전문 기업)

Intro to RF - EEs Talk Tech Electrical Engineering Podcast #21 - YouTube
https://www.youtube.com/watch?v=xZlpOXjaxTI&t=94s
Radar and Electronic Warfare - EEs Talk Tech Electrical Engineering Podcast #22 - YouTube
https://www.youtube.com/watch?v=ScwCCTozNuY&t=16s
Power Integrity and Signal Integrity - EEs Talk Tech Electrical Engineering Podcast #19 - YouTube
https://www.youtube.com/watch?v=Fg3miTJIA5M&t=678s