로드풀 - Part 1. Load Pull 테스트의 의미와 종류 / 로데슈바르즈

Load Pull 테스트란?

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무선 주파수 세계에서 표준 임피던스는 일반적으로 50옴이며, Soure 임피던스와 Load 임피던스가 일치할 때 최대 전력 전송 조건이 됩니다. 문제는 양 단의 임피던스가 일치하지 않을 경우에 발생되는데, 주로 신호에 대한 반사를 발생시키고 전송 파워 감소 및 왜곡 및 발열 문제를 발생시키기 때문에 일반적으로 전력 전송을 위한 바람직한 조건이 아니라고 할 수 있습니다. 따라서 경우에 따라 일치하는 임피던스 조건을 만들어주기 위해, (그림 1)과 같이 "매칭 네트워크"를 사용하기도 합니다.

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추가로 흔히 벡터 네크워크 분석기를 통해 측정이 가능한 S-Parameter는 DUT의 특성을 파악하는 데 주로 사용되고 있지만, S-Parameter는 "Small Signal" 조건 즉, DUT가 이미 매칭된 Load로 작동 중이거나, DUT가 상대적으로 낮은 파워로 작동 중일 때 유용한 지표라고 할 수 있습니다. 즉, S-Parameter는 DUT가 Harmonic 또는 IMD(Intermodulation)성분이 없는, 선형 영역에서 동작하는 경우에서만 유용할 수 있다는 점을 염두하여야 합니다.

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그림1) 입력 및 출력 매칭 네트워크

 

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그러나 "PA(전력증폭기)"와 같이 일반적으로 비선형 조건으로 설계 및 작동되는 디바이스도 있습니다. 예를 들어, PA는 최대 출력 파워 조건을 얻기 위해 Compression 조건에서 동작하도록 설계되나, 이는 앞서 설명한 "Small Signal" 조건이 아닌, "Large signal" 조건이기 때문에 S-Parameter를 통한 특성화에는 어려움이 있습니다. 또한 입력 및 출력 임피던스가 반드시 50옴이 아닐 수도 있으며, 일반적으로 이 경우 해당 임피던스는 10옴 이하로 매우 낮으므로, 매칭 네트워크를 이용하여 50옴 디바이스와 연동해야 하는 경우가 많습니다.

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이러한 디바이스 성능은 입력 또는 드라이브 파워과 Load 임피던스에 따른 출력 파워, Gain, 전력 효율 등의 측면에서도 달라집니다. 따라서 "Large signal" 조건에서 최적의 Load 임피던스를 어떻게 결정할 것이며, 그렇다면 Load 임피던스가 변화함에 따라 성능은 어떻게 변화하는지에 대한 질문을 던져볼 수 있습니다.

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그림2) Source 및 Load Tuner Block Diagram

 

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이러한 질문을 "Load Pull"이라고 하는 방법을 통하여 답할 수 있습니다. (그림 2)와 같이 Load Pull 방법에서는 Tuner는 DUT 출력 부분에 위치하여, Load 임피던스를 가변할 수 있습니다. 이를 통해 Load 임피던스 변화에 따른 "Large signal" 또는 비선형 조건에서의 디바이스 성능 측정을 수행할 수 있습니다. 경우에 따라 DUT 입력 부분에 Tuner를 위치하여, Source 임피던스 변화에 따른 디바이스 성능 변화을 검증하는, 이른바 "Source Pull" 측정을 수행할 수도 있습니다.

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Load Pull 측정의 첫 번째 단계는 임피던스 값의 범위를 지정하는 것이며, 이 범위는 종종 Smith Chart의 영역으로 정의됩니다. 다음으로 Tuner를 사용하여 DUT에 표시되는 임피던스를 변경 및 조절하며 출력 파워, 전력 효율, Gain 등과 같은 관심있는 파라미터를 측정하게 됩니다. 또한 다양한 입력 파워 레벨 및 주파수 등의 조건에서 이를 반복하고, 이러한 측정 결과를 Smith Chart에 표시하여 DUT의 모델을 만드는 데 사용됩니다.

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Load Pull 테스트의 종류 : Scalar vs Vector Load Pull

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그림3) Scalar Load Pull Test Setup

 

 

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Load Pull 테스트는 크게 두 가지 유형으로 나뉘어집니다. 먼저 Scalar Load Pull은 주로 RF 파워 센서를 사용하여 수행되며, Vector Load Pull은 주로 벡터 네트워크 분석기를 사용하여 수행됩니다. 먼저 Scalar Load Pull은 위상 정보를 포함하지 않기 때문에 말 그대로 "Scalar" 측정이라고 볼 수 있으며, 파워 센서는 주파수 선택형 계측기가 아니므로 Harmonic, IMD성분 등이 포함된 대역폭 내 모든 파워를 측정하게 됩니다. 이러한 경우 특별히 Harmonic, IMD 특성을 개별적으로 보고 측정하기 위해서, 스펙트럼 분석기를 테스트 셋업에 추가할 수도 있습니다.

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Scalar Load Pull은 수동(Passive) 임피던스 Tuner를 사용하여 수행되며, 이 Tuner를 디임베딩하기 위해, 사용하기 전에 해당 특성을 사전 정의해주어야 합니다. 또한 테스트 전, 측정 케이블 등의 다른 구성 요소의 특성 또한 사전 정의를 통해 보정 해주어야 합니다.

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위 (그림 3)은 Scalar Load Pull 테스트 구성을 표현한 그림이며, Tuner가 DUT의 입력 및 출력에 연결되고, 신호 발생기가 입력신호를 생성합니다. 파워 센서는 입력 파워과 출력 파워 모두 측정하는 데 사용되며, 앞서 설명드린대로 선택적으로 스펙트럼 분석기를 통해 Harmonic 또는 IMD와 같은 특정 주파수에서의 선택적 측정 또한 수행할 수 있습니다.

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그림4) Vector Load Pull Test Setup

 

 

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Vector Load Pull은 벡터 네트워크 분석기를 사용하여, 입력 파워와 반사 파워를 동시에 측정하는 방식을 사용합니다. 해당 측정은 High-end 벡터 네트워크 분석기 모델에서 볼 수 있는 Direct Access 라고 하는 별도 Port 에 연결하여 수행됩니다. Full-2 port Calibration을 통해 커넥터, 케이블 등의 영향을 제거하고 측정할 수 있으므로, 가장 정확한 Load Pull 테스트 유형이라 할 수 있습니다. Scalar Load Pull과 달리 Tuner의 사전 보정 작업이 필요하지 않으며, Tuner의 반복성에도 의존하지 않습니다. 또한 측정을 실시간으로 수행할 수 있고, 벡터 네트워크 분석기를 이용하여 별도의 스펙트럼 분석기 없이도 Harmonic 특성을 측정할 수 있습니다.

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따라서 벡터 네트워크 분석기는 Vector Load Pull 테스트 셋업의 핵심이라고 할 수 있습니다. (그림 4)에서 볼 수 있듯이, DUT 입력 신호는 벡터 네트워크 분석기에 의해 출력되며, 종단의 50옴 Load에 의해 Termination됩니다. DUT 입력 및 출력 신호는 저손실 커플러를 통해 벡터 네트워크 분석기의 Direct Access Port에 연결됩니다. Vector Load Pull은 보다 정확한 결과를 제공할 뿐만 아니라 Scalar Load Pull 보다 간단한 테스트 구성으로 측정할 수 있다는 장점이 있습니다.

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앞서 설명드린 두 가지 유형의 Load Pull 테스트 모두 다양한 타입의 Tuner를 사용하여 진행하게 되며, Tuner에 대한 보다 자세한 설명은 다음화를 통해 이어 설명드리겠습니다.

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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

로이엔텍 - Load Pull - Part 2. Tuner에 대한 모든 것 / 로데슈바르즈

 

 

작성자 : 로데슈바르즈코리아 기술지원팀

이메일 : sales.korea@rohde-schwarz.com

 

 

 

출처 - https://blog.naver.com/rohdeschwarzkorea/223153119033

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