Part 1 / 전력 증폭기 선형성 측정의 이해 및 시험 방법

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안녕하세요? 이번 포스팅에서는 전자파 내성 시험에 필수 장비 중 하나인 전력 증폭기(Power amplifier)의 선형성(Linearity)에 대해 알아보겠습니다.

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전자파 내성 시험에서의 전력 증폭기 선형성

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내성 시험에 사용되는 전력 증폭기의 고조파(Harmonics), 포화(Saturation), 그리고 선형성(Linearity)은 내성 시험 결과에 영향을 줄 수 있습니다.

전력 증폭기 고조파, 포화 측정에 관한 내용은 아래 링크를 참고해 주세요!

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전력 증폭기 고조파[Amplifier Harmonics] 측정의 이해 및 시험 방법

 

전력 증폭기 포화[Amplifier Saturation] 측정의 이해 및 시험 방법

 

 

전력 증폭기 포화 측정 또한 선형성과 관련이 있다고 할 수 있지만 이 절차는 전력 증폭기 포화 상태를 확인하는 과정일 뿐, 전력 증폭기 선형성을 평가하기 위한 절차는 아닙니다.

방사성 내성(Radiated Susceptibility) 또는 전도성 내성(Conducted Susceptibility) 시험에서 균일장 영역(UFA, Uniform Field Area) / CDN, Clamp 등 시험 레벨 교정 과정에서 사용되는 전력 증폭기는 입력 신호 대비 출력 신호를 선형적으로 생성해야 합니다. 그러므로 시험 레벨 교정에서의 레벨이나 그 이하의 계산된 레벨에서 전력 증폭기가 올바른 전계 강도/방해 전압을 형성하는지 확인하기 위해 전력 증폭기의 선형성이 평가되어야 합니다.

 

 

 

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전력 증폭기 선형성 평가 방법

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선형성 평가 레벨의 범위

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전력 증폭기 선형성은 변조로 인한 레벨 감소/증가를 포함한 최소/최대 레벨을 포함해 시험에 사용되는 전력 증폭기의 증폭 범위 전체에 걸쳐 평가되어야 하는데요. 즉 선형성 평가를 위한 최대 레벨의 경우 진폭 변조를 고려해 측정된 CW 신호의 최대 레벨보다 5.1 dB 높은 레벨이어야 합니다.

또한 앞서 언급했듯이 한 전계 강도 또는 방해 전압으로부터 임의의 레벨로 계산하여 시험하는 경우에는, 시험 레벨 교정을 할 때와 계산된 레벨을 사용할 때의 전력 증폭기의 최소/최대 출력이 모두 선형성 평가 범위 안에 들어야 합니다. 예를 들어, 10 V/m(혹은 10 V) 시험을 위한 교정된 레벨 데이터로 3 V/m(혹은 3 V) 시험을 하는 경우 선형성 평가 범위는 전력 증폭기가 1.67 V/m(1.67 V)와 18 V/m(18 V)를 달성하는데 필요한 출력을 포함해야 합니다.

다른 안테나/결합 장비를 사용할 경우 요구되는 전계 강도/방해 전압을 형성하기 위해 필요한 전력 증폭기 출력이 다를 수 있어 이 또한 고려되어야 합니다. 예를 들어, Current probe의 경우 시험 레벨 10 V를 달성하기 위해 CDN보다 더 큰 출력이 필요할 수 있습니다.

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선형성 평가 절차

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아래 그림 1과 같이 전력 증폭기 선형성 평가를 위해서 EUT 시험에 사용되는 안테나, 챔버 및 Test system과 같은 실제 시험 환경을 사용하는 것이 중요합니다.

전력 증폭기 선형성은 적어도 전력 증폭기 주파수 범위의 최소, 중간, 최대 주파수에서 평가해야 합니다. 예를 들어 전력 증폭기 주파수 범위가 80 MHz ~ 1 GHz라면, 최소한 80 MHz, 500 MHz, 1 GHz에서 평가해야 합니다.

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그림 1. 전력 증폭기 선형성 측정 셋업의 예(방사성 내성 기준)

 

 

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선형성 평가는 평가를 진행할 각 주파수에서 아래와 같은 절차를 따라 수행합니다.

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1. 최소 및 최대 레벨을 생성하는데 필요한 신호 발생기의 레벨을 결정
2. 1단계에서 결정한 최소 레벨로 신호 발생기를 설정하고 신호 발생기의 출력 및 전력 증폭기의 순방향 전력을 기록
3. 신호 발생기의 레벨을 1 dB 증가시키고 신호 발생기의 출력 및 전력 증폭기의 순방향 전력을 기록
4. 신호 발생기의 출력이 1단계에서 결정한 최대 레벨이 될 때까지 3단계를 반복
5. 나머지 주파수에 대해 1~4단계 반복

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선형성 평가 기준

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위 절차에 따른 결과에 대해 측정된 전력 증폭기 출력의 전체 레벨 범위에 걸쳐 Gain error는 ± 1 dB 이내에 들어야 합니다. 예를 들어 신호 발생기 출력이 1 dB 증가했을 때 전력 증폭기 출력이 1 dB 증가한다면 Gain error는 0 dB, 신호 발생기 출력이 1 dB 증가했을 때 전력 증폭기 출력이 0.5 dB 증가한다면 Gain error는 – 0.5 dB가 됩니다.

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그림 2. Linearity Curve

 

 

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그림 3. Gain Deviation

 

 

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위의 그림 2와 그림 3은 선형성 특성의 예로써 이상적인 경우를 보여줍니다.

선형성 평가 절차를 따라 측정된 결과가 ± 1 dB 요구 조건을 만족한다면 해당 전력 증폭기는 선형성 평가 기준을 만족합니다.

만약 측정된 결과가 선형성 평가 기준을 만족하지 못한다면 다음 포스팅에서 소개할 두 가지 방법 또한 적용해야 합니다.

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이상으로 전력 증폭기 선형성 측정의 이해 및 시험 방법 - Part 1에 대한 포스팅을 마치며, 궁금한 내용이 있으시면 언제든지 문의해 주세요!

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* 다음 글: 전력 증폭기 선형성 측정의 이해 및 시험 방법 - Part 2

 

전력 증폭기 선형성 측정의 이해 및 시험 방법 – Part 2

 

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​출처 - https://blog.naver.com/rohdeschwarzkorea/223777727308

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