로이엔텍 - RBW에 따른 Pulse 신호 분석, 첫 번째 시간 (Freq Vs. Time) / FSW , FSVA3000 / 로데슈바르즈

스펙트럼 분석기를 활용하여 RF 신호를 분석할 때 RBW의 설정은 스펙트럼 분석기를 사용하는 데 있어 매우 중요한 부분입니다. 일반적으로 RBW 크기는 주파수 분해능과, 노이즈 레벨에 대한 영향, 측정 속도에 대한 영향을 준다는 것은 대부분 알고 있는 사실입니다.

예를 들어, 주파수 측에서 RBW 가 작을수록 신호에 대한 분해능이 좋아지고, 장비 노이즈 특성이 RBW 사이즈에 비례해서 줄어드는 것을 알 수 있습니다. 따라서 일반적으로는 RBW 사이즈가 작을수록 분해능이 좋아진다고 말합니다. 하지만 시간에 따라 변화하는 신호, 대표적으로 Pulse 신호 같은 경우 RBW 가 커짐에 따라서 시간축에서 분석 정확도가 높아집니다. 우선 Pulse 신호 같은 경우 스펙트럼 분석기로 주파수 측에서 분석하기에는 상당히 어려운 부분이 있어, 시간축(Zero SPAN)에서 분석을 합니다. 이때 RBW 가 커짐에 따라서 분석 정확도가 높아지는 것인데 이를 이해하기 위해서는 Pulse 신호에 On/Off 타임에 따른 주파수 특성을 알아합니다.

- 그림 1 - 출처: 1MA240_0e Pulse RF Calculator

 

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"그림 1"에서 보시는 바와 같이 시간축에서 On/Off 타임을 가지는 신호는 주파수 측으로 보았을 때 싱크 함수 형태에 파형을 가지는 것을 보실 수 있습니다. PRI(펄스 반복 주기) 값은 싱크 함수를 구성하는 라인 스펙트럼 주파수 차이로 계산되며, PW(펄스 폭) 같은 경우에는 Main Lobe에 주파수 대역 및 Side lobe 대역폭을 결정하게 됩니다.

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- 측정 예시 1-

 

 

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예를 들어, PW 2 us, PRI 10 us Pulse 신호를 주파수 측에서 분석하면 "측정 예시 1" 같이 주파수 측에서는 PRI는 100kHz(델타 마커 2)에 Spacing를 가진 라인 스펙트럼으로 나타나며, PW는 Main Lobe에 절반 이 되는 500kHz(델타 마커 3)에 싱크 함수가 발생하는 것을 볼 수 있습니다.

즉, PRI 값은 각 Pulse 신호에 라인 스펙트럼에 스페이싱을 결정짓고, PW 값이 Pulse 신호에 대역을 결정한다고 보실 수 있습니다. 이때 싱크 함수는 Main Lobe 외에 Side Lobe 가 (Main Lobe BW) / 2으로 반복적으로 중심 주파수를 기준으로 양쪽으로 발생하는 것을 보실 수 있습니다. 이는 메인로부와 사이드 로브에 주파수 성분들이 모두 합쳐져야만 시간축에서 정상적인 펄스 신호가 형성되는 것을 의미합니다.

어도 Pulse 형태에 신호를 분석 이 부분에서 시간축(Zero Span)에서 RBW 설정이 어떻게 영향을 미치는지 답이 나옵니다. 최소 Main Lobe BW 이상에 RBW 설정을 해야만 적할 수 있으며, 펄스 신호를 구성하는 Side Lobe BW까지 커버할 수 있는 RBW 설정 시 정상정인 Pulse 신호가 분석되는 결론이 나옵니다.

그럼 지금부터는 Zero SPAN에서 RBW에 따른 펄스 신호가 어떻게 분석되는지 측정 화면을 통해 알아보도록 하겠습니다. (신호 소스는 위에 사진과 동일하게 PW 2us, PRI 10us 즉 Main Lobe BW 1MHz를 사용)

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- 측정 예시 2-

 

우선 "측정 예시 2" 와 같이 Main Lobe BW 보다 10배 작은 RBW = 100kHz를 설정 후 측정 화면인데요, 정상적인 Pulse 신호로 보기가 어렵습니다.

- 측정 예시 3 -

 

 

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"측정 예시 3" 화면은 Main Lobe BW 와 동일하게 RBW = 1MHz로 설정 후 측정한 화면입니다. 완벽한 Rectangular 형태에 Pulse 신호를 보긴 어렵지만 어느 정도 Pulse 신호에 윤곽 및 PRI 값을 확인할 수가 있습니다. Rectangular 형태에 파형이 안 보이는 이유는 아직 Main Lobe BW에 해당하는 1MHz로 RBW를 설정하여 Side Lobe까지 한 번에 측정하지 못해 발생하는 현상이라고 보시면 됩니다.

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- 측정 예시 4 -

 

 

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이번에는 Side Lobe 양쪽 1개씩을 한 번에 가져올 수 있는 RBW=2MHz 설정해서 측정해 보았습니다. "측정 예시 4" 화면을 보시면 육안으로 보기에도 RBW 가 작은 신호에 비해 좀 더 명확한 Pulse 신호가 측정되는 것을 보실 수 있습니다.

- 측정 예시 5 -

 

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마지막 측정 예시입니다. "측정 예시 5"를 보시면 Side Lobe 가 한 번에 양쪽 5개씩 가져올 수 있게 RBW = 10MHz로 설정 후 측정한 화면입니다. 완벽하게 Rectangular 형태에 Pulse 신호가 분석이 되는 것을 보실 수 있습니다. 결론적으로 시간에 따라 On/Off 타임을 가지는 Pulse 신호를 스펙트럼 분석기로 시간축(Zero Span)에서 분석할 시에는 Main Lobe 및 Side Lobe까지 한 번에 측정할 수 있게 RBW 사이즈를 설정해야만 정상적인 측정 및 정확도가 좋아지는 것을 확인하실 수 있습니다.

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최근 Pulse 신호를 사용하는 RADAR 및 UWB 애플리케이션을 보면 점점 Pulse 폭이 작아지는 추세입니다. 이는 주파수 측으로 보았을 때 점점 광대역 신호가 되며 이를 시간축에서 분석하기 위해서는 보다 넓은 RBW를 지원하는 장비가 필요함을 의미합니다. 일반적으로 범용적인 스펙트럼 분석기 같은 경우 10MHz로 RBW 가 제안되어 있습니다. 하지만 최신에 스펙트럼 분석기에서는 RBW를 10MHz 이상으로 확장하는 기능을 제공합니다. 로데 슈바르츠에서도 마찬가지로 RBW를 최대 80MHz까지 지원하는 설루션을 제공하여 보다 짧은 PW 신호에 분석을 완벽히 지원하고 있습니다.

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*FSW Signal & Sepctrum Analyzer

https://www.rohde-schwarz.com/kr/products/test-and-measurement/benchtop-analyzers/rs-fsw-signal-and-spectrum-analyzer_63493-11793.html

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*FSVA3000 Signal & Spectrum Analyzer

https://www.rohde-schwarz.com/kr/products/test-and-measurement/benchtop-analyzers/rs-fsva3000-signal-and-spectrum-analyzer_63493-601504.html

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작성자 : 김영서 매니저 (로데 슈바르즈 코리아 기술지원팀)

문의 : sales.korea@rohde-schwarz.com

 

== 시리즈 게시물 링크 ==

RBW에 따른 Pulse 신호 분석, 첫 번째 시간 (Freq Vs. Time)

 

로이엔텍 - RBW에 따른 Pulse 신호 분석, 첫 번째 시간 (Freq Vs. Time) / FSW , FSVA3000 / 로데슈바르즈

 

​RBW에 따른 Pulse 신호 분석 - Part2. (RBW Vs. Power)

 

로이엔텍 - RBW에 따른 Pulse 신호 분석 - Part2. (RBW Vs. Power) / 로데슈바르즈

 

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출처 - https://blog.naver.com/rohdeschwarzkorea/222959693996

 

 

 

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