Load Pull(로드풀) - Part 3. Load Pull 측정 결과의 해석 / 로데슈바르즈

Load Pull - Part 3. Load Pull 측정 결과의 해석

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앞서 Part.1, Part.2를 통해 Load Pull이 무엇이고 종류는 어떤 것이 있는지, 그리고 Tuner 의 역할에 대해서 알아보았습니다.

이번 화에서는 Load Pull 측정 결과와 해석 방법에 대해 알아보겠습니다.

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Load Pull 측정 결과의 표시

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앞선 화에서 알아보았듯이 Load Pull 테스트는 각기 다른 임피던스 지점에서 하나 또는 그 이상의 특성 및 파라미터 값을 측정해내는 절차를 의미합니다. 일반적으로 Load Pull 테스트를 통해 측정되는 대표값들은 전력 부가 효율(Power Added Efficiency: PAE), 출력 전력(Pout), 이득(Gain) 등이 있으며, 이러한 파라미터들은 임피던스 축에서 측정이 됩니다. 따라서 이러한 측정값들은 Smith Chart 상에 표시 될 수 있으며, 값이 동일하거나 유사한 지점을 연결하여 결국 하나의 등고선 형태로 만들어 해석할 수 있습니다.

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아래 (그림1)은 최상의 PAE 를 가지는 임피던스 지점을 찾는 예시입니다.

먼저 첫번째로 PAE가 65%가 되는 임피던스 지점을 이은 하나의 원으로 표시하였습니다.

그 다음 PAE가 64%가 되는 임피던스 지점을 이어 또 하나의 원으로 표시하였으며, 63%가 되는 지점 또한 또 다른 원으로 표시할 수 있습니다.

그리고 62% 이하가 되는 임피던스 지점 또한 차례로 이어 하나의 원 형태로 표시할 수 있으며, 결국 가장 우측의 그림과 같이 하나의 등고선 형태로 나타낼 수 있게 됩니다.

 

그림1) PAE를 통한 최적의 임피던스를 찾는 예시

 

 

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이러한 등고선을 통해, 복소 임피던스 축에서 측정되는 파라미터 값을, Smith Chart 상에 표시하고 시각화함으로써, 주어진 파라미터에서 최적의 임피던스 지점을 찾고 결정할 수 있습니다. 여기서 PAE가 가장 높은 지점을 최적의 임피던스라고 한다면, 등고선의 중심에 위치한 임피던스가 자로 해당 지점이 될 것 입니다.

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최적의 임피던스란?

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그러나 최적의 임피던스라 함은 각 파라미터에 따라 다른 값을 가질 수 있습니다. 예를 들어, 최상의 PAE를 만족하는 지점의 임피던스라고 하더라도, 가장 높은 파워를 출력할 수 있는 임피던스는 다를 수 있습니다.

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그렇다면 어떤 임피던스를 사용하는 것이 맞는 것이지, 그리고 이러한 최적의 임피던스를 찾기 위한 방법에는 어떤 것이 있을까요?

첫 번째는 Load Pull 테스트를 통한 데이터를 활용하여, 몇 개의 대표 파리미터 중 하나만 선택하여 해당 파라미터에서의 최적화된 임피던스를 채택하는 방법이며, 두번째는 각 파리미터 간 절충점을 찾아 해당 구간 안에서의 적절한 임피던스를 선택하는 방법이 있습니다.

예를 들어, PA 설계 시 최소 출력 파워와 최소 PAE를 모두 고려하여야 하는 경우, 등고선 데이터를 활용하여 Smith Chart 상에서 해당 등고선이 겹치는 영역 중 한 지점을 선택하여 두 가지 요구 사항이 모두 충족할 수 있는지 확인할 수 있습니다. 따라서 최적의 임피던스란, 설계 시 고려하여야하는 파리미터나 그 우선순위에 따라 달라질 수 있으며, Load Pull 테스트를 통한 결과 데이터를 통해 이를 확인하고 선택할 수 있게 됩니다.

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그림2) 등고선 데이터를 활용한 최적의 임피던스 찾기 예시

 

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Load Pull 데이터를 이용한 모델링

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Load Pull 테스트를 통한 등고선 데이터를 통해, 측정된 파라미터에 대한 최적의 임피던스를 쉽게 시각화할 수 있기 때문에, 보통 매칭 네트워크를 설계할 때 주로 사용됩니다. 그러나 Load Pull 테스트의 또 다른 목적으로는 50옴이 아닌 DUT의 Large signal 모델을 만들기 위함이 있습니다.

이 부분을 설명하기 전에 Load Pull 데이터를 통해 도출할 수 있는 두 가지 유형의 모델을 알아보겠습니다.

첫번째는 Compact 모델입니다. Compact 모델은 DUT가 R, L, C 컴포넌트, 전압에 따라 달라지는 전류원 및 전류에 따라 달라지는 전압원의 형태로 표현되는Small signal 모델이라고 할 수 있습니다. 두번째는 Behavioral 모델입니다. 해당 모델이 Harmonic과 Distortion을 모두 고려한 Large signal 모델이며, (그림3)과 같이 대표적으로 Cardiff Model Plus 방법을 활용하면 측정된 데이터를 기반하여 다항식의 곡선 형태로 모델링이 가능합니다. 이러한 Behavioral 모델은 종종 Polyharmonc distortion 또는 PHD 모델이라고 불리며, X-Parameter 라고 불리기도 합니다. 최종적으로 이러한 Load Pull 데이터를 통해 모델링이 이루어 지면, RF 설계 Tool 에서 이러한 데이터를 쉽게 가져와 사용할 수 있게 됩니다.

그림3) Cardiff Model Plus 모델링 예시

 

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이상으로 Load Pull 테스트에 대한 포스팅을 마치겠습니다. Load Pull 솔루션 관련하여 보다 자세한 사항은 아래 홈페이지 링크를 통해 확인하실 수 있습니다.

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https://www.rohde-schwarz.com/kr/solutions/test-and-measurement/rf-microwave-components/load-pull-testing/load-pull-testing_257257.html

 

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== Load Pull 관련 시리즈 게시물 ==

​Load Pull - Part 1. Load Pull 테스트의 의미와 종류​

Load Pull - Part 2. Tuner에 대한 모든 것

Load Pull - Part 3. Load Pull 측정 결과의 해석

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작성자 : 로데슈바르즈코리아 기술지원팀

​출처 - https://blog.naver.com/rohdeschwarzkorea/223478558297

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