타임 도메인 반사계 (r1)

타임 도메인 반사계의 핵심 작동 원리는 매우 짧은 전기 펄스 신호를 측정 대상 전송선로에 주입하고, 그 반사파를 분석하는 데 있다. 펄스 발생기에서 생성된 고속 계단파 또는 직사각파 펄스는 테스트 포트를 통해 케이블이나 도파관과 같은 피측정 장치로 전송된다.

이 펄스는 특성 임피던스가 균일한 선로를 따라 진행하다가, 단락이나 개방 결함, 연결기 불량, 케이블 변형 또는 임피던스가 다른 두 선로의 접합점과 같은 불연속점에 도달하면 일부 에너지가 반사된다. 반사 신호는 다시 TDR 장치의 수신부로 되돌아온다. 반사가 발생하는 원리는 전송선 이론에 기초하며, 선로의 임피던스 변화 지점에서 전압과 전류의 관계가 변하기 때문이다.

측정 과정을 요약하면 다음과 같은 단계를 거친다.

결과적으로, 오실로스코프 화면에는 시간 축을 따라 주입 펄스와 그 뒤를 따르는 여러 반사 펄스가 나타난다. 반사 펄스의 극성(위 또는 아래 방향)은 임피던스 변화의 특성을, 반사 펄스가 나타나는 시간은 결함 지점까지의 거리를, 반사 펄스의 진폭은 임피던스 불일치의 크기를 각각 나타낸다.

펄스 신호가 결함 지점에서 반사되어 돌아오기까지 걸리는 시간을 시간 지연이라고 부른다. 이 시간 지연은 펄스가 출발한 시점과 반사파가 수신된 시점의 차이로 측정된다. 타임 도메인 반사계는 이 시간 지연 값을 근거로 결함까지의 거리를 정확히 계산한다.

거리 계산은 신호가 매질 내를 전파하는 속도, 즉 전파 속도에 의존한다. 전파 속도는 케이블의 유형과 절연체의 유전율에 따라 결정된다. 일반적으로 전파 속도는 빛의 속도 대비 비율인 속도 계수로 표현된다. 거리(D)는 시간 지연(Δt)과 전파 속도(Vp)를 이용해 D = (Vp * Δt) / 2 공식으로 구한다. 공식에 2로 나누는 요소가 포함되는 이유는 신호가 왕복 거리를 이동하기 때문이다.

정확한 거리 측정을 위해서는 사용 중인 특정 케이블의 정확한 속도 계수를 장비에 입력하는 것이 필수적이다. 속도 계수 설정이 잘못되면 측정된 거리에 오차가 발생한다. 현대의 TDR 장비는 일반적인 케이블 유형에 대한 속도 계수 값을 내장하고 있어 사용자가 쉽게 선택할 수 있다.

임피던스 불일치는 타임 도메인 반사계가 결함을 감지하는 핵심 물리적 원리이다. 전송선로를 따라 진행하는 전기적 신호는 선로의 특성 임피던스가 일정하게 유지될 때 손실 없이 전송된다. 그러나 케이블이 훼손되거나, 접속이 불량하거나, 종단이 적절하지 않을 경우, 그 지점에서 특성 임피던스가 갑자기 변화한다. 이러한 임피던스 불연속점에 도달한 신호의 일부는 반사되어 발신점으로 되돌아오게 된다.

반사되는 신호의 크기와 극성은 불연속점에서의 임피던스 변화 방향에 의해 결정된다. 이 관계는 반사 계수(Γ)로 정량화된다. 반사 계수는 반사된 전압(Vr)과 입사된 전압(Vi)의 비율로 정의되며, 불연속점의 임피던스(Z_L)와 선로의 특성 임피던스(Z_0)를 사용하여 계산할 수 있다.

반사 계수는 다음 공식으로 나타낼 수 있다:

Γ = (Z_L - Z_0) / (Z_L + Z_0)

이 공식에 기반하여 다음과 같은 현상이 관찰된다:

• 개방 결함(Open): Z_L이 Z_0보다 매우 큰 경우(예: 케이블 단선). Γ는 양의 값에 가까워지며, 반사 신호는 원래 펄스와 같은 극성을 가진다.

• 단락 결함(Short): Z_L이 0에 가까운 경우. Γ는 음의 값(-1)에 가까워지며, 반사 신호는 원래 펄스와 반대 극성을 가진다.

• 임피던스 정합(Match): Z_L이 Z_0와 정확히 일치하는 경우. Γ는 0이 되어 반사가 발생하지 않는다.

TDR 장비는 반사되어 돌아오는 펄스의 극성, 크기, 도달 시간을 분석하여 불연속점의 성질(개방인지 단락인지, 임피던스가 증가했는지 감소했는지)과 정확한 위치를 판단한다. 따라서 반사 계수의 이해는 TDR 측정 결과를 해석하는 데 필수적이다.

펄스 발생기는 타임 도메인 반사계의 핵심 구성 요소로, 측정 대상 전송선로에 짧은 전기 펄스를 생성하여 주입하는 역할을 한다. 이 펄스는 계단 펄스 또는 가우시안 펄스 형태로, 매우 빠른 상승 시간을 가지는 것이 일반적이다. 발생기의 성능, 특히 출력 펄스의 상승 시간과 폭은 전체 시스템의 거리 해상도를 직접적으로 결정한다.

펄스 발생기의 주요 설계 요구사항은 원하는 대역폭과 임피던스를 만족시키는 것이다. 대부분의 TDR 시스템은 측정 대상 동축 케이블이나 트레이스의 특성 임피던스(예: 50Ω, 75Ω)와 정합되도록 설계된다. 이를 통해 펄스가 발생기에서 선로로 효율적으로 전달되고, 불필요한 초기 반사를 최소화할 수 있다. 발생기는 종종 스텝 펄스 발생기라고도 불리며, 고속 반도체 소자를 활용하여 나노초 또는 피코초 단위의 매우 짧은 펄스를 생성한다.

펄스 발생기의 출력 특성은 응용 분야에 따라 조정될 수 있다. 다음은 일반적인 특성과 그 영향이다.

고성능 TDR 장비에서는 펄스 발생기와 샘플링 오실로스코프가 하나의 모듈로 통합되어 있으며, 내부 발진기에 의해 동기화되어 정밀한 시간 측정을 가능하게 한다.

타임 도메인 반사계의 핵심 구성 요소 중 하나인 샘플링 오실로스코프는 매우 짧은 시간 동안만 존재하는 반사 펄스 신호를 포착하고 정확하게 분석하는 역할을 한다. 이 장치는 펄스 발생기에서 케이블로 주입된 고속 펄스와 그 반사파의 시간적 변화를 전압 신호로 변환하여 측정한다. 일반적인 오실로스코프와 달리, 샘플링 오실로스코프는 매우 높은 대역폭과 빠른 샘플링 속도를 가지며, 반복되는 신호의 각 주기에서 한 점씩 순차적으로 샘플링하여 전체 파형을 재구성하는 방식을 사용한다[3]. 이를 통해 실제로는 나노초 또는 피코초 단위의 매우 빠른 단일 이벤트를 마치 저속으로 발생하는 신호처럼 정밀하게 관측할 수 있다.

샘플링 오실로스코프의 성능은 타임 도메인 반사계의 전체적인 성능을 직접적으로 결정한다. 주요 성능 지표로는 대역폭, 샘플링 레이트, 수직 해상도(비트 수), 그리고 잡음 수준이 있다. 높은 대역폭은 더 짧은 펄스의 상세한 모양을 포착할 수 있게 하여 측정 공간 해상도를 향상시킨다. 빠른 샘플링 레이트는 시간 축에서 더 촘촘한 데이터 포인트를 제공하여 결함 위치를 더 정밀하게 계산할 수 있게 한다.

이러한 고성능 샘플링 오실로스코프는 펄스 발생기와 통합되어 하나의 장비로 구성되는 경우가 많다. 측정된 파형 데이터는 이후 표시 장치로 전송되어 사용자에게 직관적인 그래픽 형태로 케이블의 임피던스 프로파일을 보여준다. 파형 상의 돌출부나 함몰부 위치와 진폭을 분석함으로써, 기술자는 결함의 정확한 위치와 그 성질(개방, 단락, 임피던스 불일치 등)을 판단할 수 있다.

표시 장치는 타임 도메인 반사계의 측정 결과를 사용자에게 시각적으로 제공하는 부분이다. 이 장치는 일반적으로 오실로스코프 화면과 유사한 형태로, 수평축은 시간(또는 거리)을, 수직축은 반사 신호의 진폭을 나타낸다. 수평축은 펄스가 전송된 후 반사파가 돌아오기까지의 왕복 시간에 비례하여 거리로 보정되어 표시된다.

표시 장치의 주요 기능은 반사 이벤트의 위치, 크기, 형태를 그래픽으로 보여주는 것이다. 케이블의 시작점부터 끝까지의 신호 변화를 추적한 트레이스가 화면에 나타나며, 정상적인 특성 임피던스를 유지하는 구간은 평탄한 선으로, 임피던스 불일치가 발생하는 지점(예: 결함, 커넥터, 케이블 끝)에서는 수직 방향의 피크나 딥으로 표시된다. 사용자는 이 곡선을 분석하여 결함의 정확한 위치와 그 성격(개방, 단락, 임피던스 변화)을 파악한다.

현대의 타임 도메인 반사계는 디지털 표시 장치를 채용하며, 측정 데이터를 저장하고 재분석하거나, 여러 트레이스를 중첩하여 비교하는 기능을 제공한다. 또한, 자동으로 결함 위치와 손실 값을 계산하여 수치로 표시하거나, 사전에 입력된 케이블의 전파 속도를 기반으로 시간을 거리로 자동 변환해 주는 기능을 포함하는 경우가 많다.

결함 위치 측정은 타임 도메인 반사계의 가장 기본적이고 핵심적인 응용 분야이다. TDR은 케이블이나 전송선로 상의 개방 회로, 단락 회로, 임피던스 불연속점 등과 같은 결함의 정확한 위치를 찾아내는 데 사용된다.

측정 원리는 펄스 신호가 결함 지점에서 반사되어 돌아오는 시간을 정밀하게 측정하는 데 기반을 둔다. 장비는 매우 짧은 폭의 전기적 펄스를 케이블에 주입한다. 이 펄스가 케이블을 따라 전파되다가 결함이 있는 지점에 도달하면, 그 지점의 임피던스가 특성 임피던스와 다르기 때문에 신호의 일부가 반사된다. 이 반사된 신호가 다시 측정 지점으로 돌아오는 데 걸리는 시간을 측정한다. 신호의 왕복 시간과 케이블 내 신호의 전파 속도를 알면, 결함까지의 거리를 계산할 수 있다. 일반적인 계산 공식은 거리 = (전파 속도 × 시간) / 2이다. 여기서 전파 속도는 케이블의 유전율에 의해 결정되며, 동축 케이블의 경우 빛의 속도 대비 약 66~83% 수준이다.

측정 결과는 일반적으로 수평축을 거리(또는 시간), 수직축을 반사 신호의 크기로 하는 트레이스 형태로 표시 장치에 나타난다. 정상적인 케이블의 끝단에서는 큰 반사 신호(개방 또는 단락에 따른)가 관찰된다. 만약 케이블 중간에 결함이 존재하면, 케이블 끝단보다 먼저 나타나는 추가적인 반사 피크가 트레이스 상에 나타난다. 이 피크의 위치를 읽음으로써 결함까지의 정확한 거리를 파악할 수 있다. 이를 통해 케이블을 파헤치지 않고도 지하 매설 케이블이나 벽 내 배선의 정확한 결함 위치를 수 미터 이내의 정밀도로 찾아낼 수 있다.

타임 도메인 반사계는 케이블의 총 연장 길이를 정확히 측정하는 데 핵심적인 역할을 한다. 이 측정은 펄스 발생기에서 발생한 신호가 케이블의 끝단(개방 또는 단락)에서 반사되어 돌아오기까지의 총 왕복 시간을 기반으로 이루어진다. 신호의 전파 속도(전파 속도 계수)를 알고 있다면, 측정된 시간 지연을 거리로 변환할 수 있다.

측정 공식은 일반적으로 다음과 같다.

거리 = (광속 * NVP * 측정 시간) / 2

여기서 '측정 시간'은 펄스가 출발하여 반사되어 돌아오는 데 걸린 총 왕복 시간이며, '2'로 나누는 것은 신호가 실제 케이블 길이의 2배를 이동했기 때문이다. NVP는 케이블 유형과 절연체 재질에 따라 달라지는 값이다.

이 방법은 설치된 케이블의 남은 길이를 확인하거나, 드럼에 감겨 있는 케이블의 총 길이를 빠르게 평가하는 데 유용하다. 그러나 측정 정확도는 사용자가 입력한 NVP 값의 정확도와 샘플링 오실로스코프의 시간 측정 해상도에 직접적으로 의존한다는 점을 고려해야 한다.

임피던스 변화는 타임 도메인 반사계 측정에서 파형 상에 나타나는 반사 신호의 극성과 크기를 분석하여 추정한다. 반사 계수는 수식 Γ = (Z_L - Z_0) / (Z_L + Z_0)로 표현되며, 여기서 Z_0는 케이블의 특성 임피던스이고 Z_L은 측정 지점의 임피던스이다. 반사 신호의 극성은 임피던스 변화의 방향을 나타낸다.

반사 신호의 크기는 임피던스 불일치의 정도를 정량적으로 보여준다. 큰 진폭의 반사는 개방이나 단락과 같은 심각한 불연속을 의미하는 반면, 작은 진폭의 반사는 접속부의 미세한 불일치나 케이블 변형을 시사한다. 이를 통해 기술자는 결함의 심각성을 판단하고, 네트워크에서 임피던스 정합이 중요한 전압 정재파비를 저하시키는 원인을 식별할 수 있다.

반사 손실은 타임 도메인 반사계 측정에서 중요한 파라미터 중 하나로, 임피던스 불일치 지점에서 발생하는 신호 반사의 크기를 정량화한 값이다. 이는 주로 데시벨 단위로 표현되며, 반사 계수와 밀접한 관계가 있다. 반사 계수가 클수록, 즉 임피던스 불일치가 심할수록 반사 손실 값은 작아진다. 반사 손실은 케이블이나 전송선로의 품질, 연결부의 상태를 평가하는 지표로 활용된다.

반사 손실은 일반적으로 입력 신호의 진폭 대 반사 신호의 진폭 비율로 계산된다. 타임 도메인 반사계는 화면에 펄스 신호의 전송 파형과 반사 파형을 함께 표시하며, 두 파형의 진폭 차이를 측정하여 반사 손실 값을 도출할 수 있다. 반사 손실이 낮다는 것은 상대적으로 큰 신호가 반사되어 되돌아왔음을 의미하며, 이는 커넥터 불량, 케이블 손상, 종단 저항 불일치 등의 결함을 암시한다.

이 측정은 특히 고주파 RF 시스템이나 고속 디지털 회로에서 중요하다. 큰 반사 신호는 원래 신호에 간섭을 일으켜 위상 왜곡을 발생시키거나, 정재파를 형성하여 전송 효율을 저하시킬 수 있다. 따라서 네트워크 설치 및 유지보수 과정에서 반사 손실을 측정함으로써 시스템의 전반적인 신호 무결성을 보장하고 잠재적인 문제를 사전에 예방할 수 있다.

타임 도메인 반사계는 동축 케이블, 연선, 동축 케이블 등 다양한 유선 통신 케이블의 결함을 정확히 찾아내고 진단하는 데 널리 사용됩니다. 케이블에 고주파 펄스 신호를 주입하고, 케이블 길이를 따라 발생하는 반사파의 시간과 형태를 분석하여 결함의 위치와 종류를 판단합니다.

주요 진단 대상 결함은 다음과 같습니다.

측정 과정에서는 먼저 정상 케이블의 기준 임피던스와 전파 속도를 설정합니다. 이후 테스트 대상 케이블을 측정하면, 결함 지점에서의 임피던스 불연속으로 인해 신호의 일부가 반사되어 돌아옵니다. 이 반사 신호가 도착하는 시간 지연을 계산하여 결함까지의 거리를 정확히 산출합니다. 예를 들어, 펄스가 10ns 후에 반사되어 돌아왔고 케이블 내 신호 속도가 빛의 속도의 66%라면, 결함 지점은 약 1미터 거리에 위치한다고 판단할 수 있습니다[5].

이 기술은 케이블을 물리적으로 절단하거나 해체하지 않고도 수 킬로미터 떨어진 결함 위치를 수 센티미터 수준의 정확도로 찾아낼 수 있어, 통신 네트워크의 가동 중단 시간을 최소화하는 예방 정비 및 신속한 복구에 필수적인 도구입니다.

타임 도메인 반사계는 네트워크 케이블링 인프라의 설치 과정과 지속적인 유지보수 작업에서 필수적인 도구로 활용된다. 설치 단계에서는 케이블의 총 길이를 정확히 측정하여 재고 관리와 배선 계획에 활용하며, 짧은 회로나 개방 회로와 같은 제조 결함이나 설치 중 발생한 물리적 손상을 신속히 찾아낸다. 또한, 커넥터의 불량 접속이나 과도한 케이블 꺾임으로 인한 임피던스 불연속 지점을 탐지하여 네트워크 성능 저하를 사전에 방지한다.

유지보수 단계에서는 네트워크 장애 발생 시 그 원인을 체계적으로 진단하는 데 핵심 역할을 한다. 갑작스런 통신 단절이나 신호 품질 저하가 발생하면, 타임 도메인 반사계를 이용해 문제의 정확한 위치와 성격(단선, 단락, 손상 등)을 파악할 수 있다. 이를 통해 광범위한 케이블 교체가 아닌, 표적 수리를 수행하여 다운타임과 비용을 최소화한다.

정기적인 예방 점검 프로그램에 타임 도메인 반사계 측정을 포함시키는 것도 일반적이다. 시간이 지남에 따라 케이블의 특성이 어떻게 변화하는지 추적하고, 열화의 초기 징후를 포착하여 장애가 발생하기 전에 선제적으로 조치를 취할 수 있게 한다. 이는 특히 대규모 LAN(근거리 통신망)이나 중요한 백본 회선의 신뢰성을 유지하는 데 중요하다.

타임 도메인 반사계는 동축 케이블을 포함한 다양한 RF 케이블의 무결성 평가에 필수적인 도구이다. 이 기술은 케이블 내부의 불연속점, 즉 개방, 단락, 눌림, 임피던스 변화 등을 정확히 찾아낼 수 있다. 테스트 과정에서는 케이블 한쪽 끝에서 빠른 상승 시간을 가진 계단 펄스 또는 너비 펄스를 주입하고, 반사되어 돌아오는 신호의 형태와 시간 지연을 분석한다.

동축 케이블 테스트에서 반사파의 형태는 결함의 성질을 직접적으로 나타낸다. 예를 들어, 개방(단선) 결함에서는 펄스가 같은 극성으로 반사되고, 단락 결함에서는 반대 극성으로 반사된다. 임피던스가 갑자기 변하는 지점, 예컨대 커넥터 불량이나 케이블 눌림 부위에서도 부분적인 반사가 발생한다. 타임 도메인 반사계는 이러한 반사 신호의 극성과 진폭을 측정하여 결함 유형을 식별하고, 신호 왕복 시간을 기반으로 결함 위치를 계산한다.

RF 시스템에서 케이블의 성능은 전체 시스템의 신뢰성에 직접적인 영향을 미친다. 따라서 타임 도메인 반사계는 단순한 결함 탐지뿐만 아니라 정재파비(SWR)를 악화시키는 원인 분석, 케이블 길이의 정확한 측정, 그리고 네트워크 설계 시 예상되는 신호 지연 시간 계산 등에도 활용된다. 특히 방송, 통신, 군사 및 항공 전자 장비와 같이 고품질의 신호 전송이 요구되는 분야에서 설치 전 검수 및 주기적 예방 정비 도구로 널리 사용된다.

광섬유 결함 위치를 측정하는 데는 타임 도메인 반사계와 유사한 원리를 사용하지만, 광 신호를 활용하는 광시간영역반사계가 전용으로 사용된다. TDR은 주로 동축 케이블이나 트위스티드 페어 케이블과 같은 전기적 전송 매체의 결함을 찾는 데 적합하다. 반면, 광섬유는 빛을 전달하는 유전체 매체이므로, 광 신호의 반사를 측정하는 OTDR이 표준 장비로 자리 잡았다.

두 기술의 핵심 원리는 신호를 보내고 반사파를 분석한다는 점에서 동일하지만, 측정 대상과 신호 특성에서 근본적인 차이가 있다. TDR은 전기적 펄스를 사용하여 임피던스 불일치 지점을 탐지하는 반면, OTDR은 레이저 광 펄스를 광섬유에 주입하고, 레이리 산란과 프레넬 반사로 인해 뒤돌아오는 빛의 양과 시간을 측정한다. 이 시간 지연을 통해 결합부, 곡절 손실, 파단점 등의 위치와 손실량을 정밀하게 계산할 수 있다.

다음은 TDR과 OTDR의 주요 비교 사항이다.

결론적으로, 광섬유 네트워크의 설치, 유지보수, 결함 진단에는 OTDR이 필수적인 도구이다. TDR은 광 신호를 처리할 수 없으므로 광섬유 테스트에 직접 적용되지 않는다. 그러나 두 장비 모두 시간 도메인에서 반사 신호를 분석하여 결함 위치를 정확히 파악한다는 공통된 철학을 공유한다는 점에서 비교 대상이 된다.

타임 도메인 반사계는 결함 위치를 정확하게 파악할 수 있다는 점이 가장 큰 장점이다. 반사된 펄스의 시간 지연을 측정하여 결함 지점까지의 거리를 직접 계산할 수 있으므로, 케이블을 파헤치지 않고도 정확한 위치를 특정할 수 있다. 이는 통신 네트워크나 전력 케이블의 유지보수 시간과 비용을 크게 절감시킨다.

사용법이 비교적 단순하고 측정 결과를 실시간으로 확인할 수 있다는 점도 장점이다. 복잡한 설정이나 분석보다는 펄스를 주입하고 반사파의 형태를 표시 장치에서 직접 관찰하여 이상 유무를 빠르게 판단할 수 있다. 이는 현장 작업자가 손쉽게 활용할 수 있게 한다.

다양한 종류의 전송 매체에 적용 가능한 범용성도 중요한 장점이다. 동축 케이블, 꼬임쌍선, 전력선 등 다양한 유형의 전기적 케이블에서 임피던스 불연속점을 찾는 데 사용될 수 있다. 또한, 케이블의 총 길이를 측정하거나 여러 개의 결함 지점을 한 번에 탐지하는 것도 가능하다.

타임 도메인 반사계는 높은 정밀도를 제공하지만 몇 가지 고유한 단점과 한계를 지닌다. 가장 큰 제약은 데드 존 현상이다. 매우 짧은 거리에서 발생하는 반사 신호는 송신 펄스와 겹쳐 구별이 어려워, 케이블 시작 부분 근처의 결함이나 커넥터 문제를 탐지하지 못할 수 있다.

측정 정밀도는 사용된 펄스의 폭에 직접적으로 의존한다. 좁은 펄스는 높은 공간 해상도를 제공하지만, 신호 에너지가 작아져 측정 가능한 거리가 짧아진다. 반대로 넓은 펄스는 더 먼 거리를 측정할 수 있지만, 인접한 두 결함을 구분하는 능력인 해상도가 떨어진다. 또한, 장거리 측정 시 신호 감쇠가 커져 약한 반사 신호는 배경 잡음에 가려져 검출되지 않을 수 있다.

마지막으로, 타임 도메인 반사계는 주로 큰 임피던스 불연속점(예: 단선, 단락)을 찾는 데 효과적이다. 임피던스가 서서히 변화하는 구간이나 매우 작은 결함은 반사 신호가 미약하여 탐지하기 어렵다. 또한, 복잡한 배선망에서 발생하는 다중 반사 신호는 서로 겹쳐 원래 결함의 위치와 크기를 정확히 판단하는 것을 어렵게 만든다.

주파수 도메인 반사계(FDR)는 타임 도메인 반사계(TDR)와 마찬가지로 전송선로의 결함을 찾고 분석하는 기술이지만, 작동 원리가 근본적으로 다르다. TDR이 시간 영역에서 짧은 펄스를 보내고 그 반사를 분석하는 반면, FDR은 주파수 영역에서 동작한다. FDR은 일정 범위의 주파수를 가진 연속파(CW) 신호를 케이블에 보내고, 반사되는 신호의 위상과 크기 변화를 측정하여 결함의 위치와 특성을 계산한다[6].

FDR의 핵심 원리는 주파수 응답 분석에 기반을 둔다. 측정 장비는 넓은 대역에 걸쳐 주파수를 변화시키며 신호를 송신하고, 각 주파수에서의 반사 계수를 정밀하게 측정한다. 수집된 주파수 영역 데이터는 수학적 처리(역고속푸리에변환 등)를 거쳐 시간 영역의 임펄스 응답으로 변환된다. 이 변환된 결과는 마치 TDR의 파형처럼 표시되어, 결함 지점에서의 반사와 그 거리 정보를 제공한다.

두 기술의 주요 차이점은 다음과 같은 표로 정리할 수 있다.

FDR은 특히 매우 짧은 거리에서의 높은 해상도 측정이 필요한 분야, 예를 들어 집적회로의 패키징이나 인쇄회로기판(PCB) 상의 미세 선로 검사에 유리하다. 반면, 장거리 통신 케이블의 결함 위치를 빠르게 찾아내는 일반적인 현장 작업에는 TDR이 더 널리 사용된다.

광시간영역반사계(OTDR)는 타임 도메인 반사계의 원리를 광섬유에 적용한 장비이다. 이 장비는 광섬유의 결함 위치, 손실 분포, 총 길이 등을 측정하는 데 사용된다. 기본적으로 짧은 광 펄스를 광섬유에 주입하고, 광섬유 내부의 레이리 산란이나 프레넬 반사 등에 의해 후방으로 되돌아오는 빛의 강도와 시간을 분석하여 거리 정보를 얻는다.

OTDR의 주요 측정 파라미터로는 반사 손실, 삽입 손실, 산란 손실 등이 있다. 측정 결과는 거리에 따른 광파워의 감쇠를 나타내는 트레이스(Trace) 곡선으로 표시되며, 이 곡선에서 갑작스러운 감쇠 구간이나 피크는 접속점, 결함, 광섬유 단말 등을 의미한다. 일반적인 OTDR의 거리 해상도는 송신되는 광 펄스의 폭에 의해 결정된다[7].

OTDR은 주로 장거리 통신망, FTTH 네트워크, 광케이블 제조 및 설치 현장에서 필수적인 장비로 활용된다. 특히, 케이블의 정확한 결함 위치를 찾아 수리 시간을 단축하거나, 네트워크 구축 후 손실 분포를 문서화하는 데 유용하다. 그러나 측정 시 광섬유의 시작 부분에 있는 강한 반사 신호로 인해 일정 거리 동안 측정이 불가능한 데드 존이 발생할 수 있으며, 이는 측정 정확도에 영향을 미칠 수 있다.

펄스 폭은 타임 도메인 반사계의 공간 해상도를 결정하는 가장 중요한 파라미터이다. 해상도는 두 개의 인접한 결함을 구별할 수 있는 최소 거리를 의미한다. 일반적으로 더 짧은 펄스 폭은 더 높은 해상도를 제공한다. 이는 좁은 펄스가 시간 영역에서 더 날카로운 신호를 생성하여 반사파들이 서로 가까이 있어도 분리되어 관측되기 쉽게 만들기 때문이다.

해상도는 펄스가 매질을 통해 전파되는 속도와 펄스의 지속 시간에 의해 계산된다. 기본적인 관계는 다음과 같다.

여기서 분모 2는 신호가 결함 위치까지 갔다가 돌아오는 왕복 시간을 고려한 것이다. 예를 들어, 펄스 폭이 10ns이고 전파 속도가 빛의 2/3인 케이블에서 측정할 경우, 이론적 해상도는 약 1미터가 된다[8].

그러나 매우 짧은 펄스를 생성하고 검출하는 것은 기술적 어려움이 따르며, 장비의 비용을 증가시킨다. 또한 펄스 폭이 너무 짧으면 신호 에너지가 감소하여 측정 가능한 최대 거리(동적 범위)가 줄어드는 트레이드오프가 발생한다. 따라서 실제 응용에서는 필요한 해상도와 측정 거리, 비용을 종합적으로 고려하여 적절한 펄스 폭을 선택한다.

동적 범위는 타임 도메인 반사계가 한 번의 측정에서 탐지할 수 있는 최대 반사 신호와 최소 반사 신호의 진폭 비율을 나타낸다. 일반적으로 데시벨(dB) 단위로 표현된다. 높은 동적 범위를 가진 장비는 매우 작은 불연속점에서 발생하는 미약한 반사 신호와 큰 결함이나 케이블 끝단에서 발생하는 강한 반사 신호를 동시에 정확하게 포착할 수 있다.

동적 범위는 측정 가능한 케이블의 최대 길이와 직결된다. 신호는 케이블을 따라 전파되면서 감쇠되므로, 먼 거리의 미세한 결함에서 반사되어 돌아오는 신호는 매우 약해진다. TDR의 동적 범위가 넓을수록 이러한 약한 신호를 배경 잡음으로부터 구별해 내어 더 먼 거리까지의 결함을 정확히 찾아낼 수 있다. 따라서 장거리 케이블의 테스트에는 높은 동적 범위를 가진 장비가 필수적이다.

동적 범위의 성능은 주로 펄스 발생기의 출력 진폭과 수신기의 감도 및 잡음 수준에 의해 결정된다. 출력 펄스의 진폭이 클수록, 그리고 수신기의 잡음이 낮고 감도가 높을수록 넓은 동적 범위를 확보할 수 있다. 그러나 과도하게 높은 출력은 케이블이나 연결된 장비에 손상을 줄 수 있으므로 적절한 균형이 필요하다.

사용자는 측정하고자 하는 케이블의 종류, 예상 길이, 최소 탐지해야 할 결함의 크기 등을 고려하여 필요한 동적 범위 사양을 가진 TDR 장비를 선택해야 한다. 일반적으로 동축 케이블 테스트용 TDR은 수십 dB, 장거리 트위스트 페어 케이블 테스트용은 더 높은 동적 범위를 요구한다.

데드 존은 타임 도메인 반사계가 펄스 신호를 송신한 직후 일정 시간 동안 또는 일정 거리 내에서 반사 신호를 정확하게 감지하지 못하는 영역을 의미한다. 이 현상은 주로 송신 펄스의 에너지가 수신 회로를 포화시켜 약한 반사 신호를 가려버리기 때문에 발생한다. 또한, 송신기와 수신기 사이의 커플러의 전기적 특성으로 인한 과도 현상도 데드 존을 형성하는 요인이다.

데드 존의 길이는 주로 사용된 펄스의 폭에 의해 결정된다. 일반적으로 펄스 폭이 넓을수록 데드 존은 길어진다. 이는 케이블의 시작 부분 근처에 존재하는 결함이나 연결부의 상태를 분석하는 데 제약을 준다. 예를 들어, 매우 짧은 펄스 폭을 사용하면 데드 존을 줄일 수 있으나, 이는 장거리 측정 시 신호 감쇠가 커지는 단점으로 이어질 수 있다.

따라서 측정 목적에 맞는 펄스 폭을 선택하는 것이 중요하다. 케이블 시작 부분의 결함을 검출해야 하는 경우 데드 존이 짧은 설정을, 장거리 케이블의 종단 상태나 먼 결함을 찾아야 하는 경우에는 더 긴 펄스 폭을 선택하여 더 넓은 동적 범위를 확보한다. 일부 고성능 TDR 장비는 데드 존을 최소화하기 위한 특수 회로 설계나 신호 처리 알고리즘을 적용하기도 한다.