Port의 정확한 의미는?

처음 RF를 접하는 사람들이 port라는 단어를 생소하게 여기는 경우가 많은 것 같습니다. 영어 사전에 보면 '항구'라고 나와 있죠? 항구라 하면 배가 들어가고 나오는 곳이죠. RF에서 port 역시 신호가 들어오고 나오는 곳을 그렇게 부릅니다.

그런데.. 저주파 설계를 자주 하시던 분이라면 약간 의아한 생각이 들겁니다. 왜 RF에선 입출력단을 'port'라고 부르는가? 실제로 저주파에서 전자회로 입출력단을 port라 부르는 경우는 별로 없습니다. 보통 단자 혹은 terminal로 부르는게 더 일반적이죠. 그렇다면 단자와 포트의 차이는 무엇인가라는 생각이 들지 않습니까?

일상에서의 예

보통 TV뒤에 보면 비디오와 주변 기기를 연결하는 단자가 있습니다. 바로 그거죠! '단자'라고 부르는 이유는?? 실제 오디오나 비디오 연결잭은 단자라고 부르게 되는 이유가 뭘까요? 모양도 비슷한데 왜 '포트'라고 부르지 않을까.. 이런 의문이 들게 됩니다.

그런데, 보통 LAN 같은 경우 입출력 부분을 '단자'라는 용어보다 '포트'라는 용어를 쓰게 됩니다. 그다지 고주파도 아닌데 왜 이건 또 멀티 포트니 5-포트니 하는 식으로 부르게 될까.. 역시 궁금해집니다. 그냥 선이 많아서 일까요?

공학적인 구분

단자나 포트는 일반적으로 구분할 수 있는 식의 말은 아니죠. 공학적으로 구분해야 합니다. 그럼 일단 오실로 스코프를 가정해보지요. 저주파회로는 오실로 스코프의 probe(측정용 탐침)을 그냥 갖다 대면 전압파형이 측정됩니다. 하지만 아시다시피 초고주파 RF에서는 그런 측정방법이 먹히지 않습니다. 그것에 대한 이유는 여러가지로 게시판에서 거론되었지요. 고주파에서는 교류전류측정이 매우 어려운 일이기 때문이라고 할수도 있고...

그렇다면, 이렇게 단순히 probe를 갖다 대는 것만으로 측정이 어려운 단자를 '포트'라고 부르는 것인가? 라는 의문이 생깁니다. 어느정도 맞는 말입니다만, 여기서 실제 '포트'의 정의는 무엇인지 알수는 없습니다. 또한 비슷한 관점에서 DC신호의 끝단은 '단자', AC 측정의 끝단은 '포트'라고 알고 계신 분도 있을 겁니다. 분명히 그것도 틀린 정의는 아닙니다.

'port'란?

본론입니다. 일반적으로 '포트'라 불리우는 것은, 신호선 + GND가 일정한 조건으로 유지되는 교류단자의 한 종류를 말하는 것입니다. 동축선의 예를 든다면, 동축선(coaxial cable)은 중심도체와 외곽도체사이에 일정한 유전체를 삽입하여, 단면에서 보았을 때 하나의 신호가 완전하게 전송될 수 있게 되어 있습니다. RF에서 신호를 전송하기에는 왼쪽과 같은 동축선 구조가 적합하고 무난하기 때문에 가장 많이 쓰이게 되죠. 일반적인 단자라고 부르는 것은, 그냥 금속선의 끝 또는 중간부위를 말합니다. 그것은 보통 GND가 아닌 신호선만을 지칭하며, 그런 이유로 DC와 저주파에서 통용되는 말입니다.

앞부분의 'microstrip'은 왜 쓰는가? 라는 단원에서 계속 강조된 것이 무엇인가요? 바로 고주파에서는 신호와 GND간의 조건이 명확해야 한다는 점입니다. 즉 신호선과 GND는 저주파에서 처럼 완전히 분리되어선 안됩니다. 고로 초고주파 RF에서는 신호선에 probe를 갖다댄다고 해서 신호파형측정이 잘 되지 않습니다.

그렇기 때문에 입출력단 역시 신호선과 GND가 한꺼번에 연결되어야만 정확한 신호전달 및 측정이 가능합니다. 바로 이렇게 신호선과 GND가 개념적으로 하나로 통일된 고주파용 입출력단을 우리는 'port'라고 부릅니다. Microstrip이건, Stripline이건, Waveguide이건 간에 RF에서는 port의 개념을 통해 완전한 하나의 신호를 보내거나 받게 됩니다.

LAN과 TV단자

그렇다면 왜 LAN 선류는 포트라고 부르느냐? 라는 질문이 생깁니다. LAN선은 특성상 GND선을 따로 쓴다기 보다는 두개의 신호선에 balanced 신호를 인가하고, 그 선로를 서로 꼬면서 진행하게 되어 있습니다. 즉 단자하나만 딱 연결하면 그 안에 GND와 신호선이 포함된, 즉 완전한 하나의 안정된 신호원을 받게 되어 있습니다.

또 왜 TV의 뒷편에 달린 것은 왜 단자이냐? 실제 오디오와 비디오는 각각 GND와 신호선이 포함된 형태이긴 합니다. 하지만 그것은 단지 한선에 뭉쳐놓았을 뿐이고, 그 주파수에서 신호선과 GND 간의 문제는 별로 영향이 없습니다. 그리고 실제 비디오와 오디오가 분리되어 연결되기도 하기 때문에 엄밀히 말해서 전달하고자 하는 신호를 분리해서 전달하고 있습니다. 그런 의미에서 보통 포트라는 말보다는 단자라고 말해버립니다.

결론

'port'란, 그냥 입출력단을 말한다.. 라고 알고 있어도 사실 설계에 큰 문제는 없습니다. 또한 실제로 포트와 단자는 구분없이 혼용하여 쓰기도 합니다.다만 이런 개념적인 부분을 이해하고 있으면, 조금이나마 RF 를 이해하는데 접근하는데 도움이 될 것입니다.