로이엔텍 - EMC Amplifier의 기초 - Part 2 / 로데슈바르즈

EMC Amplifier의 기초 - Part 2

 

안녕하세요. 오늘은 저번 포스팅에 이어 EMC Amplifier(증폭기)의 중요하게 고려되어야 할 몇 가지 사항들에 대해 알아보고자 합니다.

지난 Part 1에서는 EMC 테스트에서 Amplifier를 사용하는 이유와 Conduction angle에 따라 Amplifier를 분류하는 Class 등에 대해 알아보았는데요, 해당 내용은 아래 링크를 참고해주시면 될 것 같습니다.

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로이엔텍 - EMC Amplifier의 기초 - Part 1 / 로데슈바르즈

 

 

로이엔텍 - EMC Amplifier의 기초 - Part 1 / 로데슈바르즈

 

 

 

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Output power

Amplifier의 성능 측면에서 가장 기본적인 척도는 Amplifier가 생성할 수 있는 출력 파워이며 일반적으로 W(와트)나 dBm 단위로 표현됩니다. 모든 Amplifier는 최대 출력 파워가 정해져 있으며, 순간 출력 파워는 주로 입력 파워와 함수 관계에 있습니다. EMC 내성 테스트에서는 일반적으로 각 규격에서 요구되는 전계 강도를 생성하기 위해 수 백 또는 수 천 W의 출력 파워가 필요하게 됩니다. 이러한 Amplifier의 출력 파워는 Amplifier의 주파수 별 gain(이득)과 밀접한 관련이 있습니다.

Amplifier의 이득은 간단히 표현하면 입력 파워에 대한 출력 파워의 비율이며, 이는 dB 단위로 표현됩니다.

로이엔텍 - EMC Amplifier의 기초 - Part 1 / 로데슈바르즈

 

로이엔텍 - EMC Amplifier의 기초 - Part 1 / 로데슈바르즈

 

 

Amplifier의 gain

 

 

Amplifier에서 생성되는 출력 파워의 크기는 Amplifier의 gain에 따라 달라집니다. 즉, 주어진 입력 파워 레벨은 Amplifier의 gain에 따라 그에 상응하는 출력 파워 레벨이 생성됩니다. 예를 들어 특정 주파수에서 Amplifier의 gain이 50 dB라 가정하면, 0 dBm의 입력 신호는 50 dBm의 출력 신호로 생성됩니다. 경우에 따라 Amplifier의 gain은 주어진 범위에서 사용자가 조정할 수도 있습니다.

EMC 방사 내성 테스트에서 Amplifier의 목적은 안테나로부터 주어진 거리에서 특정한 전계 강도를 생성하는 것입니다. 전계 강도는 다양한 변수에 따라 영향을 받으며, 주어진 전계 강도를 생성하는 데 필요한 Amplifier의 출력 전력은 일반적으로 주파수에 따라 크게 달라집니다. 예를 들어 주어진 테스트 환경에서 10 V/m의 전계 강도를 생성하려면 한 주파수에서 100 W, 다른 주파수에서 1000 W가 필요할 수 있습니다. 따라서 전체 주파수 범위에 걸쳐 요구되는 전계 강도를 생성하는 데 필요한 파워를 잘 전달할 수 있는 Amplifier를 사용해야 합니다.

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Linearity

또 다른 중요한 고려사항은 바로 Linearity(선형성) 입니다. 주어진 입력 파워 증가에 따라 출력 파워가 고정적으로 증가할 때 Amplifier는 “선형”영역에서 동작한다고 말합니다. 즉, 입력 파워가 X dB 증가할 때마다 출력 파워도 X dB 증가하는 것을 뜻합니다. 이러한 “지속적인 이득(gain)”은 ideal(이상적인)한 상태라 볼 수 있습니다.

그러나 모든 Amplifier는 입력 파워 증가와 출력 파워 증가 사이에 더 이상 선형 관계가 없는 지점에 도달하게 됩니다. 이 지점에서 Amplifier는 Compression 상태에 있다고 말합니다. 따라서 Amplifier의 선형성은 Compression point 측면에서도 고려되어야 합니다. Compression point에서는 입력 파워와 출력 파워 사이에 더 이상 선형 관계가 없습니다. 가장 일반적으로 사용되는 Compression point는 P1dB(1 dB Compression point)로, 실제 출력 파워가 예상되는 선형 출력 파워보다 1 dB 낮은 지점으로 정의됩니다.

P1dB (1dB copression point)

 

 

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P1dB는 EMC Amplifier 뿐만 아니라 모든 유형의 Amplifier의 선형성에 대한 표준 측정값이며, 이 값을 통해 Amplifier의 선형성을 쉽고 유효하게 비교할 수 있습니다. P1dB의 값이 높을수록 Amplifier는 더 “선형적”이므로 EMC Application에서는 P1dB가 높은 Amplifier가 선호됩니다.

그렇다면 이러한 Linearity과 Compression이 중요한 이유는 무엇일까요?

그 이유는 바로 Amplifier가 Compression 상태에 있을 때 발생하는 결과 때문입니다. 첫 번째로는 입력 파워를 추가로 증가시키면 더 이상 출력 파워가 동일하게 증가하지 않으며, 결국 입력 파워에 관계없이 최대 출력 파워에 도달하게 됩니다. 포화 상태로 구동된 후에는 Amplifier에서 추가적인 파워를 얻을 수 없습니다.

두 번째로는, Compression 상태의 Amplifier는 기본 주파수 이외의 주파수에서 하모닉 및 혼변조 왜곡 신호와 같은 스퓨리어스 신호를 생성할 수 있습니다. 이러한 원하지 않는 신호들은 Amplifier가 Compression 단계로 갈수록 빠르고 예측할 수 없게 증가하게 됩니다. EMC 내성 테스트 중 Amplifier가 Compression 상태에 있고 스퓨리어스 신호를 생성하는 경우 EUT가 기본(의도하거나 원하는) 주파수의 에너지에 독점적으로 반응하기 보다는 하모닉 및 혼변조 왜곡 신호의 에너지에 반응할 가능성이 발생합니다. 이 경우 하모닉 과 혼변조 왜곡 신호의 존재로 인해 어떤 주파수가 EUT에 영향을 주는 지 결정짓는 데 매우 어려울 수 있습니다. 하모닉 신호는 일반적으로 기본 주파수보다 낮은 파워이지만, 방사 안테나의 주파수 응답성으로 인해 실제로 더 높은 전계 강도를 생성할 수 있습니다. 이러한 이유로 EMC 규격에서는 주어진 테스트 시나리오에 대해 다양한 파워레벨에서 최대 하모닉 레벨을 정의하는 경우가 많습니다.

오늘은 Amplifier에서 중요하게 고려되는 사항들인 출력 파워, 선형성에 대해 알아보았습니다. 이와 관련해 더 자세한 내용이 궁금하시면 언제든 저희 Rohde-Schwarz Korea에 연락주시기 바랍니다.

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작성자: 로데슈바르즈코리아 EMC 기술지원팀

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작성자: 로데슈바르즈코리아 기술지원팀

 

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출처 - https://blog.naver.com/rohdeschwarzkorea/223468897746

 

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