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EMC Amplifier의 기초 - Part 1
안녕하세요. 오늘은 EMC 내성 시험 시 사용하는 Amplifier(증폭기)에 대해 알아보고자 합니다. Amplifier는 다양한 운용 목적에 따라 여러 분야에서 사용되는데요, 이 글에서는 EMC 테스트에서 사용되는 Amplifier를 중점으로 알아보도록 하겠습니다.
EMC테스트에서 Amplifier가 사용되는 이유?
EMC 테스트는 전자기기나 부품이 전자파 환경에서 얼마나 잘 상호작용하는지 측정하는 데 목적을 두고 있습니다. EMC 테스트를 크게 두 가지로 분류했을 때, EMI(방출) 테스트와 EMS(내성)테스트로 나눌 수 있습니다. 이 중 내성 테스트를 살펴보자면, 높은 레벨의 RF 에너지에 노출되었을 때 기기나 부품의 성능 저하가 발생되지 않고 견딜 수 있는 정도를 검증하는 테스트입니다.
내성 테스트를 수행하려면 넓은 주파수 범위에 걸쳐 높은 레벨의 RF 신호를 생성해야 합니다. RF 신호는 시험 방법에 따라 케이블과 같은 전도체를 통해 EUT에 전달되거나, 안테나 등을 이용해 방사성으로 EUT에 전달됩니다. 방사 내성 시험은 전도 내성 시험에 비해 여러가지 어려운 점이 있습니다. 그 중 가장 큰 이유로는, 3~200V/m 가량의 매우 높은 전계 강도가 필요하다는 점입니다. 요구되는 전계 강도를 생성하려면 주파수, 거리, 안테나 유형에 따라 수 백 또는 수 천 와트의 출력 전력이 필요할 수 있습니다. 방사 테스트에 사용되는 안테나는 주파수에 따라 안테나 효율과 임피던스가 일정하지 않고 달라지는 특징이 있습니다. 이러한 점을 고려하면, 광범위하게 변화하는 부하 임피던스의 조건 속에서 넓은 주파수 범위에 걸쳐 높은 전계 강도의 방사 신호를 생성하기 위해서는 신호를 증폭시키는 Amplifier가 필요합니다.
Amplifier
Amplifier(증폭기)는 간단하게 표현하자면, 위의 그림과 같이 입력된 신호의 출력을 증폭하는 장치입니다. Amplifier는 입력단에서 신호를 수신하고 출력단에서 진폭이 증가된 신호를 생성합니다.
요구되는 파워 수준, 주파수 범위, 선형성, 비용 등에 따라 Amplifier를 제조하는 방법은 매우 다양합니다.
일반적으로 Amplifier는 TWTS(Traveling wave tubes), Klystron, Magnetron, Transistor 등을 사용하여 만들어집니다. 6 GHz 미만의 EMC 내성 테스트에 사용되는 대부분의 광대역 Amplifier 같은 경우에는 Solid-state RF Transistor를 사용합니다. 이러한 Amplifier는 구조 및 동작 특성에 따라 각각 Class로 분류됩니다. 여기서 말하는 이 “Class”가 Amplifier의 중요한 사양 중 하나인 "Amplifier Class"입니다. 이 Class는 Amplifier 성능의 여러 측면에 영향을 미치게 됩니다. 그럼 이러한 Amplifier Class가 무엇을 의미하는 지 알아보도록 하겠습니다.
Amplifier Class
Amplifier Class를 이해하려면 먼저 Conduction angle(전도각)이 무엇인지 알아야 할 필요가 있습니다.
전도각이란 “Amplifier가 전력을 증폭하거나 전도하는 시간의 백분율”을 의미합니다.
Conduction angle이 360°라는 것은 Amplifier가 입력 전력 Cycle의 전체를 증폭시키는 것을 의미합니다. 반면에 Conduction angle이 180°라는 것은 Amplifier가 입력전력 Cycle의 절반 이상만 증폭하는 것을 의미합니다.
Conduction angle이 360°인 Amplifier를 Class A, 180°인 경우면 Class B, 180° 에서 360°사이면 Class AB로 분류합니다.
Conduction angle에 따른 Amplifier Class의 분류를 그림으로 나타내면 다음과 같습니다.
그림3 Conduction angle에 따른 Amplifier class
이처럼, Conduction angle에 따라 Amplifier의 Class를 분류할 수 있으며, 위에 분류된 Class A, B, AB, C이외에도 D, E, F와 같은 다른 Amplifier Class도 있지만, 일반적인 EMC 내성 테스트에서는 사용되지 않습니다.
Class B Amplifier는 생성되는 왜곡의 양이 크기 때문에 일반적으로 EMC Application에 적합하지 않습니다. EMC 테스트에서 사용되는 Amplifier는 거의 Class A 또는 Class AB입니다. 각 Class 별 특징을 보자면, 다음과 같습니다.
Class A Amplifier는 가장 높은 선형성을 제공합니다. 즉, 왜곡이나 스퓨리어스 성분을 최소화하면서 입력 신호를 가장 충실하게 증폭합니다. 하지만 입력 파형의 순간적인 상태와 관계없이 항상 증폭하기 때문에 효율성이 낮은 단점이 있습니다.
Class AB Amplifier의 경우 Class A보다 효율성이 높고 비용이 저렴하다는 장점이 있지만, 높은 VSWR로 인한 손상에 더 취약하며 열 발산 능력이 떨어지는 단점이 있습니다.
대부분의 기존 Amplifier의 경우 전도각이 고정되어 있어 사용자가 변경할 수 없었습니다. 그러나 최근에는 기술 개발로 인해 최신 광대역 Amplifier 중 일부는 사용자에 의해 전도각을 가변 할 수 있습니다. 360° 전도 각도인 Class A로 작동하거나 180°~360° 사이의 임의의 전도각도를 사용해 Class AB에서 작동할 수 있습니다. 이를 통해 Amplifier의 선형성(Class A)과 효율성(Class AB) 사이의 균형을 사용자의 필요에 따라 조정하는 것이 가능하게 되었습니다.
오늘은 EMC 테스트에서 Amplifier가 사용되는 이유, Conduction angle에 따른 Amplifier Class의 구분 등에 대해 알아보았는데요, 다음 포스팅에서는 EMC Amplifier에서 중요하게 고려되는 몇 가지 사항들에 대해 더 알아보도록 하겠습니다.
EMC Amplifier의 기초 - Part 2
작성자: 로데슈바르즈코리아 기술지원팀
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