Impedance   임피던스

1. 임피던스 (Impedance) 이란?

  ㅇ 주파수에 따른 두 물리량의 比 
     - 주파수에 따른 저항적 성질의 정도를 나타냄

  ㅇ [물리계]
     - 파동이 매질을 통과할 때, 진동수에 따라 변화하는 저항적 성질

  ㅇ [전기계] 
     - 교류 전류의 방해라는 뜻으로 교류 저항이라고도 함
        . 전도성 매질(회로)에서, 주파수에 따른 전기적 저항(抵抗) 속성의 복합효과

  ※ 19세기 올리버 헤비사이드(Oliver Heaviside)에 의해 처음으로 사용되어짐


2. 임피던스 량의 의미

  ㅇ 주파수에 따라 변하는  옴(Ω)의 차원을 갖는 복소수량
     - 즉, 복소 주파수 영역에서 정의된 량이며, 시간 영역의 개념이 아님

  ㅇ 두 복소수량의 比이며, 시간 영역에서는 저항 이상의 물리적 의미는 없음
     - 예로써, 임피던스는 전압 페이저와 전류 페이저의 比로서, 
        . 그 각각은 시간영역에서 정현파 신호로써의 물리적인 의미를 가지지만,
        . 그 比인 임피던스는 시간영역에서는 단지 저항 정도 이상의 물리적 의미는 없음


3. 임피던스에 영향 주는 요소

  ㅇ 동작 주파수에 가장 크게 영향 받으나,
     - 파동은 매질과 불가분의 관계를 갖으므로, 
     - 결국, 임피던스나 주파수도 매질 물성, 주변 온도, 매질 크기 등에도 영향을 받음


4. 전기계 임피던스 표현 방식 둘

  ① 벡터 평면 상의 복소수로 표현 가능   : Z = R + jX
     - 실수부 R은 `저항` 성분, 허수부 X는 `리액턴스` 성분 이라고 함
     

  ② 두 전기적 복소수량의 比로 표현 가능 : Z = V/I
     - 교류회로에 가해지는  페이저 전압과 그 회로에 흐르는  페이저 전류의 비
        . 옴(Ω)의 차원을 갖는 복소수량 
    
     - 페이저 전류 I에 대한 페이저 전압 V의 比 표현
       

  ※ ☞ 페이저(Phasor) 참조


5. 임피던스의 여러 다른 표현들

  ㅇ 회로적 관점                               => 회로 임피던스 (Circuit Impedance)
     - 일반 회로에서 주파수 변화에 따라 함수 형태로 반응하는 `전압,전류의 比`
        . 구분 : 출력이 입력측(구동점) 단자에 있는가 또는 출력측(전달)에 있는가에 따라
           .. 구동점 임피던스 (Driving-point Impedance)
           .. 전달 임피던스/트랜스 임피던스(Trans Impedance)

  ㅇ 매질 전파 관점
     - 전송 선로 상에서의 전압파,전류파의 전파 => 특성 임피던스 (Charaterictic Impedance)
        . 전송선로를 따라 진동하며 진행하는 `전압파,전류파의 比` (Zo) 
     - 자유공간 상에서의 전자기파 전파         => 전파 임피던스 (Wave Impedance)
        . 전계와 자계와의 관계를 전압과 전류의 관계와 유사하게, 
        . 전기회로의 임피던스 개념을, 
        . 공간 매질 내를 진행하는 전자기파로 확장시켜 공간 내 한 점에서 `전계,자계의 比`
     - 전자기파 매질을 특징짓는 고유한 양(量)  => 고유 임피던스 
        . `매질에 따른 전기장 세기와 자기장 세기와의 比`   (Intrinsic Impedance)
           .. 전파 임피던스를 매질에 따라 특징짓고자 한 개념
     - 공기 중 소리의 전파                     => 음향 임피던스
        . 소리가 공기중으로 전파할 때, 음파의 움직임이 어려운 정도

  ㅇ 변환 효율 관점
     - 안테나 임피던스 (Antenna Impedance)
        . 얼마나 공간 방사를 잘 하는가에 대한 안테나 효율 파라미터
     - 음향 방사 임피던스 (Acoustic Radiation Impedance)
        . 스피커 등에서 전기 에너지를 공간 파동 에너지로 변환시키는 효율 관점

  ㅇ 역학적 임피던스 : 힘/속도 = F/v  [N s/m]


6. 임피던스 정합

  ㅇ 부하 및 공급원 간의 임피던스 일치 => 임피던스정합(최대전력전달) 참조

  ※ 주요 시스템의 특성 임피던스 정합 값
     - 스피커          :   8 [Ω]
     - RF,계측,안테나  :  50 [Ω]
     - 영상(방송,비디오) 케이블 :  75 [Ω]
     - 평행 피더라인(VHF TV 방송 수신을 위한 안테나 연결), 음성용 등 : 300Ω
     - 2선식 통신선로(전기통신) : 600 [Ω]