지난 호에서 이어지는 내용입니다.

 

23. RC의 역사(1960년대)         

1950년 중반 이후 본격적으로 부품 제조 기술이 발전하기 시작했다. 특히 1950년대 RC 시스템에 트랜지스터를 적용한 게 발전의 중요한 이정표라고 할 수 있다. 트랜지스터 활용이 가능해진 건 1960년대에 들어서며 RC 시스템이 점차 소형화되는 반면 기능은 오히려 다양해졌기 때문이다.

 

간단해진 설계로 인해 RC 비용도 점차 낮아져 이는 본격적인 RC 시장 확대의 원동력이 된다. 이를 계기로 미국과 유럽, 일본 중심의 RC 관련 전문 제조업체가 본격 등장했다.

 

▲ PWM 방식

 

▲ PPM 방식

 

▲ 단일 채널 펄스 비례 RC 송신기

 

라디오 신호를 이용한 무선 제어의 등장과 발전으로 다양한 변조 방식이 개발ㆍ개선됐다. 진폭변조(AM)와 결합한 펄스 위치 변조 PPM(Pulse Position Modulation) 비례제어 송수신기의 등장은 1960년대의 특징이다. 

 

펄스 폭 변조(PWM) 방식이 펄스 폭(또는 듀티 사이클)을 변화시켜 신호를 전달하는 방법이라면 PPM은 각 펄스의 시간 간격(위치)을 조절해 정보를 인코딩하는 방식이다. PWM과 달리 채널 수가 많더라도 범위 내 모든 채널을 동시 전송할 수 있어 복잡한 시스템을 통합해 단순화하는 데 매우 유리하다. 

 

PWM과 PPM 기술 모두 아날로그 신호를 펄스 기반의 디지털 형식으로 변환한다. 그러나 PPM 방식의 경우 펄스의 위치 신호 변경이 명시적으로 표현되지 않아 송신기와 수신기의 표본화 시간 클럭 타이밍을 재구성해 데이터를 정확하게 샘플링(동기화)해야 한다.

 

PPM은 보통 4~10채널까지 여러 채널을 동시에 처리할 수 있다는 장점이 있다. 기존의 단일 채널 시스템에서는 여러 서보 모터의 정밀 제어에 어려움이 있었다.

 

그러나 PPM 비례 제어 시스템 도입으로 여러 서보 모터를 동시에 작동시킬 수 있게 되면서 조종사의 조종 입력에 따라 모델 항공기의 움직임이 더 부드럽고 민감하게 반응할 수 있게 됐다.

 

반면 단점도 있다. 이 기능은 여러 서보 모터를 신속하게 제어하기 위해 높은 대역폭을 요구하며 이는 더 복잡한 회로 설계 과정을 거쳐야 한다.

 

▲ 1960년대 일본 RC 관련 전문 잡지 일본의 경우 1950년대 중반쯤 RC가 처음 시작됐다. 1950년대 일본에는 경찰 차량에 무전기를 설치한 지 얼마 되지 않아 RC 전용 주파수도 할당이 되지 않았을 시기다. 일본은 RC를 라디오 컨트롤러의 준말인 라지콘(ラジコン)이라 부르기 시작했다. 당시 일본에서는 엔진을 동력으로 한 비행기와 보트가 주를 이뤘으며 단일 채널이었기에 버튼을 누르는 횟수로 좌우 방향과 엔진을 제어했다.1960년대에는 미국에서 비례제어 시스템을 적용한 RC가 출시되면서 일본도 Kondo Kagaku, Ogawa Seiki 등의 제조회사에서 RC를 발 빠르게 판매하기 시작했다. 그로 인해 일본 정부에서도 27㎒ 대역의 6종과 40㎒ 대역의 2종, 총 35개(비행기 15, 보트 20)의 RC 주파수를 승인해 주면서 RC 분야가 빠르게 발전할 수 있었다.

 

24. RC의 역사(1970년대)  

1970년대에도 RC 시스템의 발전은 멈추지 않았다. 개별 트랜지스터 기반 설계에서 벗어난 집적 회로(IC)와 디지털 전자 기술이 본격적으로 도입됐다. 이에 RC 시스템은 더욱 소형화되고 정밀해졌으며 제어 기능의 신뢰성도 크게 향상됐다.

 

디지털 신호 처리 기술에 컴퓨터 기술(마이크로프로세서ㆍ컨트롤러)이 통합된 제어 방식은 기존의 아날로그 기반 PWMㆍPPM 방식의 한계를 디지털 신호 처리 기술을 활용한 고급 디지털 변조 기법의 도입으로 보완했다. 송수신 간의 동기화와 데이터 처리의 정밀성, 신뢰성, 안정성도 대폭 개선했다.

 

▲ 펄스 부호 변조(PCM) 아날로그(파란색) 전송은 연속적이기 때문에 노이즈나 전자기 영향을 받고 오류 정정 기능이 제한적이라는 단점이 있다. 신호처리 효율도 떨어진다. 그러나 양자화(초록색)해 디지털 신호로 변환하면 노이즈와 더 쉽게 분리되며 감쇠에 대한 문제가 해결돼 비교적 정확한 전송을 할 수 있게 된다.

 

그중 1970년대에 한 가지 두드러진 개선은 펄스 부호 변조 PCM(Pulse Code Modulation)과 같은 디지털 인코딩 방법의 사용이다. PCM은 아날로그 신호를 일정한 간격으로 샘플링하고 양자화해 디지털 데이터로 변환하면서 더 정밀한 제어, 높은 해상도, 향상된 노이즈 면역성을 제공할 수 있다. 

 

복잡한 기계적 동작을 한층 부드럽고 신속하게 수행할 수 있게 됐으며 이 같은 기술발전은 이후 현대의 RC 장치와 무인 항공기(UAV) 기술의 기초를 마련하는 중요한 전환점이 됐다.

 

PCM 방식은 현대의 RC 시스템에서도 주파수 도약 확산 스펙트럼(FHSS)이나 직접 확산 스펙트럼(DSSS)과 같은 확산 스펙트럼 기법에 디지털 방식을 결합해 간섭을 완화하고 신뢰성을 더욱 높이는 중이다.

 

이처럼 1970년대는 전자 기술과 디지털 처리, 제어 메커니즘, 제조 기술이 하나로 통합돼 RC 시스템의 성능과 신뢰성이 크게 향상됐다고 정리할 수 있다. 그로 인해 새로운 회로 설계와 효율적인 에너지 관리 기술을 도입할 수 있었다.

 

그뿐만 아니라 전 세계 제조업체 간의 경쟁 심화와 생산 비용 절감, 부품 향상으로 이어져 RC 시스템이 전문가 계층의 마니아가 아닌 일반인도 쉽게 접할 수 있는 대중화 단계를 마련하는 계기가 됐다.

 

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참조

Unmanned Aviation(A Brief History of Unmanned Aerial Vehicles)

THE AIRCRAFT BOOK 비행기 대 백과사전

https://meisha.co.jp/?p=1547

http://www.gem.hi-ho.ne.jp/no-koshobu/cradiocontrol/rchistory/rchistory.htm

https://rc-f3a.tistory.com/8552800

https://www.modelaviation.com/article/history-radio-control

https://blog.naver.com/tonmeistersu/70082385673

https://www.eeweb.com/pulse-code-modulation-pcm/ 

 

서울 서대문소방서_ 허창식 : hcs119@seoul.go.kr

 

<본 내용은 소방 조직의 소통과 발전을 위해 베테랑 소방관 등 분야 전문가들이 함께 2019년 5월 창간한 신개념 소방전문 월간 매거진 ‘119플러스’ 2025년 3월 호에서도 만나볼 수 있습니다.> 

 

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