Load Pull (로드풀) - Part 2. Tuner에 대한 모든 것 / 로데슈바르즈

Tuner의 역할과 특징

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앞서 Part1에서 설명한 Scalar 및 Vector Load Pull 방식 모두 Tuner를 사용하여 임피던스를 변경하게 됩니다.

즉, Tuner는 Load 임피던스를 조절하여 반사계수 (Reflection Coefficient (Γ))의 값을 변경하는 것을 의미하며, 이러한 방식으로 원하는 임피던스 조건을 찾는 과정을 튜닝이라고 합니다. 따라서 Tuner를 선택함에 있어 가장 중요하게 고려하여야 할 사항이 바로 튜닝 가능 범위이며, 이러한 튜닝 가능 범위는 Smith Chart 상에서 확인이 가능합니다. 또 다른 고려 사항으로는 지원 주파수 범위, 파워 레벨, 튜닝 속도, 튜닝 정확도 등이 있습니다.

Tuner의 이러한 특성을 활용하여 Load Pull 테스트뿐 만 아니라, 일치하지 않는 Load 임피던스로 인한 높은 수준의 반사 파워를 견딜 수 있는 능력을 테스트하는 용도로 활용되기도 합니다.

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Tuner의 종류: Passive vs Active vs Hybrid

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Tuner는 동작 방식에 따라 Passive, Active, Hibrid형으로 구분할 수 있습니다. 먼저 Passive Tuner는 Load Pull 테스트를 수행하기 위한 가장 기본적인 Tuner 종류입니다. 아래 (그림 1) 과같이 Passive Tuner는 내부의 X 및 Y 방향 모두로 이동할 수 있는 프로브를 물리적으로 이동 및 조절하여 임피던스를 가변 하는 방식을 사용합니다.

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Y 축 아래 방향으로 프로브를 신호 전송 라인 가까이 위치시키면 반사 신호가 생성되면서 진폭 응답을 변경 시킬 수 있으며, X축으로 신호 전송 라인에 따라 프로브를 이동시키면 신호의 위상을 변경시킬 수 있습니다. 따라서 Passive Tuner는 프로브를 위 두 X-Y 방향으로 물리적으로 이동시키며, Smith Chart 상 원하는 임피던스 조건을 만들 수 있습니다.

그림 1) Passive Tuner의 프로브 이동에 따른 임피던스 변화

 

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Passive Tuner의 장점으로는 상대적으로 적은 비용에 사용이 간단하고 견고하며, 일반적으로 넓은 입력 파워와 주파수 범위를 지원합니다. 다만, 단점으로는 프로브의 물리적 움직임에 따른 튜닝 시간이 상대적으로 오래 소요된다는 점과, 물리적 신호 전송 라인에서 약간의 파워 손실을 초래할 수밖에 없다는 점입니다.

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따라서 이러한 신호 전송 라인에 일어나는 물리적 파워 손실로 인해 반사계수(Γ)은 항상 1보다 작을 수밖에 없으며 즉, 출력 신호 대비 반사 신호의 파워는 항상 더 적게 됩니다. 이는 (그림 2)와 같이 Smith Chart 상에서의 튜닝 가능 범위를 축소시키는 원인이 됩니다.

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그림 2) Tuner 종류에 따른 튜닝 가능 임피던스 범위 차이

 

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Active Tuner는 앞서 설명한 Passive Tuner의 제한 사항을 보완할 수 있습니다. (그림 2)와 같이 Active Tuner는 Passive Tuner 와 달리, 반사계수(Γ) 가 1 혹은 그 이상의 조건도 생성할 수 있습니다. 이는 Active Tuner의 내부 피드백 증폭기로 인한 것이며, DUT로부터 출력 받은 신호의 위상과 파워 레벨을 모두 제어하여 시뮬레이션된 반사 신호를 DUT로 재 출력하게 됩니다. 이렇게 되면 임의의 임피던스 불일치 정도를 증폭기를 통해 자유롭게 시뮬레이션할 수 있으므로, 1보다 큰 반사계수 값을 포함하여 스미스 차트에서 원하는 임피던스 조건을 생성할 수 있습니다.

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따라서 Active Tuner의 가장 큰 장점은 반사계수가 1보다 큰 값을 포함하여, Smith Chart의 모든 임피던스 조건을 생성할 수 있다는 것이며, 또 다른 장점으로는 Passive Tuner 와 같이 기계적인 움직임이 아닌, 전자적인 동작이므로 튜닝 속도가 훨씬 빠르다는 점을 들 수 있습니다. 다만, 단점으로는 내부 증폭기 사용으로 인해 비교적 높은 비용이 소요되며, 상대적으로 낮은 입력 파워와 사용 가능한 주파수 범위가 제한될 수 있습니다.

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그림 3) Hybrid Tuner의 구조와 동작에 따른 임피던스 변화

 

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앞서 Passive Tuner의 가장 큰 제한점은 튜닝 가능 범위였으며, Active Tuner는 이러한 한계를 극복할 수 있지만 필요 전력 요구 사항이 상당히 높아 구성에 어려움이 있을 수 있습니다.

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따라서 (그림 3)과 같이 Passive 및 Active Tuner를 결합하여 소위 Hybrid 또는 Hybrid-Active Tuner 형태의 제품이 등장하였습니다.

이는 기존 Tuner 보다 비용과 복잡성이 다소 높을 수는 있지만, 훨씬 유연한 동작 및 사양을 제공하며 Passive Tuner와 Active Tuner의 적절한 조합을 통해, Active Tuner의 단점인 필요 전력을 획기적으로 줄일 수 있습니다.

(그림 3)의 Smith Chart 에서와 같이 일반적으로 Passive Tuner는 임피던스의 사전 매칭 작업을 진행하고, Active Tuner 가 그 밖의 임피던스 변화가 필요한 부분의 매칭 작업을 진행하는 방식으로 동작합니다.

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이상으로 Load Pull 테스트의 필수적인 Tuner의 역할과 특징, 그리고 종류에 대해 알아보았습니다. 관련된 추가적인 시리즈 게시물은 아래 링크를 통해 확인하실 수 있습니다.

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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 1. Load Pull 테스트의 의미와 종류 / 로데슈바르즈

 

 

작성자 : 로데슈바르즈코리아 기술지원팀

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출처 - https://blog.naver.com/rohdeschwarzkorea/223305761446

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