지금 이 순간

1. RF 측정기 개념 및 상호 비교

   1.1 Oscilloscope

   1.2 Spectrum Analyser

   1.3 Network Analyser

   1.4 상호 비교

2. Spectrum Analyser의 용도

3. Spectrum Analyser의 안전한 사용 방법

4. Spectrum Analyser의 기본적인 조작

1. RF 측정기 개념 및 상호 비교

 - 고주파 신호의 분석과 측정에 흔히 사용하는 있는 측정기에는 Spectrum Analyser, Oscilloscope, Network Analyser 등이 있다

 1.1 Oscilloscope

    - 입력신호를 적당히 가공(증폭, 감쇠)하여 그 파형을 수평축은 시간, 수직축은 진폭으로 한 그래프를 CRT 화면상에 표시해주는 시간영역 측정기이고, 그 이용범위는 아주 넓음

    - 아날로그 오실로스코우프 구조

http://m.blog.naver.com/dolicom/10082897666

  1.2 Spectrum Analyser

    - 입력신호를 적당히 가공(증폭, 감쇠)하여 그 파형을 수평축은 주파수, 수직축은 진폭으로 한 그래프를 CRT 화면상에 표시해주는 주파수 영역 분석기임

    - 시간영역에서 측정 및 해석이 불가한 매우 복잡한 파형의 해석이 가능하고, Log 척도를 사용하는 넓은 다이내믹레인지를 가지고 있어서 아주 미약한 신호의 측정이 가능

    - 스펙트럼 분석기의 구성도

  1.3 Network Analyser

    - 미리 알고 있는 기준 신호를 고주파 시스템 회로의 입력에 인가하여 그 응답 특성을 주파수 영역에서 분석하는 측정기

    - 반사계수와 투과계수를 종합적으로 측정 가능

    - 방식에 따라 벡터 네트워크 아날라이저와 스칼라 네트워크 아날라이저로 구분됨

  1.4 상호 비교

2. Spectrum Analyser의 용도

 - 스펙트럼 아날라이저는 입력을 통하여 들어온 신호의 각 주파수 성분들을 분석하여 각 주파수별 신호의 크기를 표시하여 줌

 - 다음 항목의 측정에 응용되어 질 수 있음

  가. 각 신호의 주파수 & 레벨 측정

  나. 주파수 대역폭 측정

  다. 찌그러짐 측정(Distortion Measurement)

     - 상호변조(Inter-Modulation)

     - 고조파(Harmonics)

     - 변조도 & FM의 주파수 편이 측정

  라. 불요 방사신호(Sprious) 측정

  마. 송, 수신기 교정

3. Spectrum Analyser의 안전한 사용 방법

  - 측정할 신호의 레벨을 잘 모르는 경우에는 안전하게 사용하기 위한 몇 가지 방법이 있음

  - 항상 입력 감쇄기를 최대로 함  

  - 가능한 최대 기준 레벨로 함

  - 과조하게 큰 신호들이 화면에 나타나는지 주의깊게 살피면서 아날라이저의 입력단에 신호선을 시험적으로 접촉시켜봄

  - 신호선을 안전하게 연결한 후 화면의 가장 큰 신호가 기준 레벨에 일치하도록 기준 레벨을 줄여 나감

  - 파워미터를 가지고 있다면, 신호원을 아날라이저에 연격하기 전에 전력계를 이용하여 신호레벨을 점검함

4. Spectrum Analyser의 기본적인 조작

  - 기준 레벨(Reference Level)

  - 중심 주파수(Frequency)

  - 수평주파수 간격(Span/div)

  - RBW(Resolution Bandwidth): IF 필터의 대역폭

                                            RBW를 줄이면 신호 분해능을 높아지고 노이즈 레벨이 떨어지나 측정속도는 느려짐

  - VBW(Video Bandwidth Resolution) : Video filter의 대역폭  

  - Dynamic Range: 측정기에 입력되는 신호의 정확한 측정이 가능한 최대 레벨과 최소레벨간의 범위를 말함

                            최대 레벨은 내부 믹서단의 입력 감쇄기에 의해 결정되며, 최소 레벨은 RBW에 의해 결정

시간영역과 주파수 영역에서 정보통신 신호를 각각 관찰할 수 있는 측정기기를 설명, 두 영역에서의 신호를 연결하는 수학적인 방법을 설명

1. 개요

2. 오실로스코프

3. 스펙트럼 아날라이져

4. 측정기 비교

5. 두 영역에서의 신호를 연결하는 수학적인 방법

1. 개요

  - 정보통신분야의 신호는 시간이나 주파수 함수를 표현할 수 있음

  - 시간영역에서 신호를 분석할 수 있는 오실로스코프와 주파수영역에서 신호를 분석할 수 있는 스펙트럼 아날라이져가 있음

2. 오실로스코프

  - 오실로스코프는 시간에 따른 입력전압의 변화를 화면에 출력하는 장치

  - 오실로스코프는 관측하는 신호가 시간에 대하여 어떻게 변화하는가를 조사하는 것이 주목적

  - 보통 브라운관의 수직축에 신호의 크기를 Volt로, 수평축은 시간을 나타냄

3. 스펙트럼 아날라이져

 - 스펙트럼 아날라이저는 입력을 통하여 들어온 신호의 각 주파수 성분들을 분석하여 각 주파수별 신호의 크기를 표시하여 줌

 - 수평축은 주파수, 수직축은 진폭으로 한 그래프를 CRT 화면상에 표시해주는 주파수 영역 분석기임

 - 시간영역에서 측정 및 해석이 불가한 매우 복잡한 파형의 해석이 가능

4. 측정기 비교

5. 두 영역에서의 신호를 연결하는 수학적인 방법

 - 시간영역의 신호를 주파수 영역으로 변화하는 알고리즘인 푸리에변환임.

 - 푸리에 변환은  알고리즘 구현의 복잡성 때문에 실제 구현 시에는 FFT알고리즘에 의해 시간영역의 신호를 주파수 영역의 신호로 표현됨

  - FFT(Fast Fourier Transform)에 의해 시간영역의 신호를 주파수 영역의 신호로 표현됨

[문제]

Link budget에 대하여 설명하고, 아래와 같은 사항을 만족하는 로켓트가 달에 착륙해 있을 때 수신 전력이 10dBm이 되기 위한 송신 전력[dBm]을 계산하시오(계산은 소숫점 둘째자리에서 반올림하시오)

       송신안테나 이득(Gt)=10dB

       수신안테나 이득(Gr)=45dB

       사용주파수(f)=1000MHz

       거리(r)=200,000km

1. Link budget

2. 주어진 조건에서 송신전력 계산

1. Link budget

  - 무선 통신시스템의 링크 설계에서 송수신이 완벽하게 이루어지도록 하기 위해 Link budget 계산

  - 송신측은 최대 가능 출력이 있고 수신측은 최소한의 수신 가능 입력, 수신 감도가 있을 때 이 양단간에 차이를 전송 경로상에 발생하는 감소에 대한 버짓(budget)이라고 함

  - 송수신 양단간에 경로 상의 각 단계에서 손실 감쇠 및 이득의 합이 링크버짓을 넘지 않도록 설계하는 것이 중요

  - 링크 버짓은 거의 모든 무선통신에서 전파의 전송경로를 평가하는 기본적인 기법으로 사용되어 왔으며, 또한 광통신에서도 적용되고 있음

<Background knowledge>

모든 방향으로 똑같은 전력밀도가 진행하는 등방성 안테나에서

  전력밀도 S

  송신(출력)전력 Pt 

위 전력밀도가 모든 안테나에 대해서 성립하는 건 아니지만, 전력은 전자파가 진행할 수록 1/r^2로 감소한다는 건 똑같다 

(전자파의 고유한 성질)

어느 지점에서 전자파의 전력을 측정했더니 P 였다고 하면, 거기서부터 r 만큼 더 진행한 거리에서 전력을 측정하면

 이 된다.

여기서 Gr은 수신안테나의 이득이다. 위 수식은 별로 복잡하지 않은 수학적인 증명을 통해 나왔으며, 여기서 직접 증명과정을 보여주진 않겠지만 매우 중요한 의미를 가지고 있다. 이제 안테나의 유효면적 또는 실효면적을 정의할 수 있으며 아래와 같이 쓴다.

 위 실효면적의 정의는 수신 안테나의 이득이 크면, 수신전력이 크다는 의미이다. 즉, 실효면적이 크면 클수록 수신 전력이 크다는 것을 뜻한다. 전파망원경 내지 우주망원경을 왜 그렇게 크게 만드는지 생각해보면 직관적인 이해가 가능하다.

2. 주어진 조건에서 송신전력 계산

  - Pt로 발사된 송신전파가 이상적인 진공 매질 상태에서 d[m] 떨어진 지점에서의 수신 전력 Pr은 다음과 같음

  - 달까지의 자유공간 손실

  - 달까지의 Link equation은

  - 수신전력이 10dBm이 되기 위한 송신전력[dBm] Pt[dB]

1. 개요

2. 스퓨리어스 복사 방지대책

   2.1 고조파

   2.2 저조파

   2.3 상호 변조(Inter modulation)

   2.4 기생 발진

1. 개요

  - 스퓨리어스 발사는 허가주파수대역외의 불요파 발사

  - 고조파 발사, 저조파 발사, 기생발진 및 상호 변조 등이 있음

  - 이러한 불요파가 발사되면 다른 방송이나 통신에 혼신 방해를 야기하기 때문에 전파법규에서 정한 스퓨리어스 발사 강도의 허용치를 초과하지 않아야 함

참조> 주기성 왜곡파는 기본 주파수 f 이외에 2f, 3f, 4f, ... 등 고조파(harmonics) 성분과 f/2, f/3, f/4,... 등 저조파 성분이 포함

2. 스퓨리어스 복사 방지대책

 2.1 고조파

    가. 원인

        - 증폭기의 비직선성에 의하여 생기는 찌그러짐이 원인이 됨 

<출처> http://www.rfdh.com/

        - 비선형 소자를 통과하고나면 위와 같이 원래 주파수의 배수에 해당하는 harmonic들이 튀어 나옴

        - 비선형소자는 다음과 같은 특성을 지니고 있음

<출처> http://www.rfdh.com/

    나. 대책

        - 대출력 방송용 송신기(단파송신)의 양극 동조회로의 실효 Q를 높게 함

        - 안테나 결합단에 π형 결합회로 사용함(저역 여파기 역할로 스퓨리어스 제거 효과가 있음) 

        - 출력 증폭기로 Push-pull 증폭기를 사용(우수차 고조파 상쇄시킴)

<출처> http://www.rfdh.com/

π형 결합회로, trap회로   ????????????

   2.2 저조파

       가. 원인

          - 주파수 체배를 행하면 입력 주파수 성분이 출력에 생겨 저조파로 발사됨

          - 주파수 체배기

<출처> http://www.rfdh.com/

       나. 대책

          - 각 단간의 차폐를 완전히 함

          - 출력 결합회로의 실효 Q를 높임

          - 송신기 출력에 BPF나 Trap을 삽입하여 제거함

  2.3 상호 변조(Inter modulation)

     가. 상호 변조란

         - 복수의 전파가 증폭기 등 비직선성을 가진 회로에 입력된 경우, 입력주파수의 조합에 의해 새로운 주파수들이 발생하는 현상임

         - 비선형 소자를 통한 RF 신호처리 과정에서 두 개의 다른 입력 주파수 신호의 Harmonic 주파수들끼리의 합과 차로 조합된 출력 주파수 성분이 나오는 현상

<출처> http://www.rfdh.com/

        나. 대책 

          - 타국의 전파가 송신기에 들어오지 않도록 안테나의 배치나 지향성을 고려하여 안테나 상호간의 결합을 약하게 함

     2.4 기생 발진

        가. 발진이란

           - 원하지 않은 주파수 대역에서의 정체불명의 공진신호가 뜨는 경우

           - 출력성분이 입력성분으로 돌아갈 여지가 있는 feedback loop를 통해, 모종의 불안정 미세주파수성분이 결국 그 loop를 돌면서 gain을 가지고 하나의 뚜렷한 주파수출력 성분으로 나타나는 현상

<출처> http://www.rfdh.com/

       나. 대책

          - DC 바이어스 선로에 Bypass capacitor와 저항 삽입

          - 증폭단간 차폐를 완전하게 함

          - 부품의 접지를 완전하게 함

          - 회로의 배선을 되도록 짧게 함

          - 부품배치에 유의

참조>

http://www.rfdh.com/ 

1. 개요

2. 무선수신기의 성능지표

  2.1 감도(Sensitivity)

  2.2 선택도(Selectivity)

  2.3 충실도(Fidelity)

  2.4 안정도(Stability)

1. 개요

  - 무선수신기란 수신 공중선에 유기되는 무수한 신호 중 목적주파수를 선택하여 증폭한 후 복조하여 원래의 신호등으로 재현하는 장치를 말함

  - 무선수신기의 성능을 나타내는 지표로는 감도, 선택도, 충실도, 안정도 등이 있음

2. 무선수신기의 성능지표

 2.1 감도(Sensitivity)

    - 감도는 무선수신기가 얼마만큼 미약한 전파까지 수신할 수 있는 가의 능력을 나타내는 지표임

    - 수신기 입력에 신호전압을 가할 때, 정상적인 동작에 필요한 출력 또는 S/N을 얻기 위한 최소의 수신기 입력레벨로 감도를 표시함

    - 수신기의 감도는 내부잡음, 종합이득 등에 관계되기 때문에 증폭기의 이득이 크고, 내부잡음이 적을수록 수신기의 감도가 향상됨

 2.2 선택도(Selectivity)

    - 희망파 이외의 불요파를 얼마만큼 제거할 수 있는가의 능력을 선택도라고 함

    - 선택도 측정

        가. 1신호 선택도: 1개의 신호발생기를 이용하여 측정하는 선택도

             - 근접 주파수 선택도: 중간주파 증폭기의 선택도(Q)에 따라 결정

             - 영상 주파수 선택도: 고주파 증폭기의 선택도(Q)에 의해 좌우

        나. 2신호 선택도(실효선택도): 2개의 신호 발생기를 이용하여 측정하는 선택도

             - 희망 주파수로 동조시킬 경우 다른 주파수의 방해전파를 제거하는 능력

Background>

  실제로 무선수신기에서 RF에서 IF 주파수로 변환 후 Baseband로 내리는 이유는 선택도때문임

  선택도(Q)

   - 원하는 주파수 대역만 정확하게 골라낸다는 의미

    - 자기가 원하는 주파수 채널을 골라내기 위해서는 수신 받은 주파수를 Bandpass filtering해야 함

     - 이런 채널선택 과정을 수신된 RF 고주파수에서 하기는 무척 어려움(중심주파수가 무척 높아서 Q값이 매우 높은 필터를 사용해야함)

     - 하지만 IF 주파수 대역으로 내려서 처리하면 Q값은 작아짐

     - 결국 필터의 성능요구가 덜 심해지고, 채널 선택능력 개선됨 

http://www.rfdh.com/

영상주파수(Image Frequency>

 - 수신기 RF 증폭단이 비교적 광대역 주파수에 걸쳐 수신함에 따라, 믹서를 통과한 후에 음(-)의 중간주파수에 위치할 수 있는 원치 않는 주파수 성분

http://www.ktword.co.kr/

 2.3 충실도(Fidelity)

     - 전파된 통신 내용을 수신하였을 때 본래의 신호를 어느 정도 정확하게 재생시키느야 하는 능력을 표시하는 지표임

     - 충실도를 좌우하는 주요 요소로는 주파수 특성, 일그러짐, 잡음 등이 있음

     - 증폭기의 주파수 특성은 회로의 통과 대역폭과 그 대역 내의 이득 편차로 결정되며 주로 중간 주파 증폭기의 특성에 기여함

  2.4 안정도(Stability)

     - 안정도는 수신기에 일정한 주파수 및 진폭의 희망파를 가한 때에, 어느 정도 장시간 일정 출력이 얻어지는가의 능력을 표시하는 지표임

     - 수신기의 안정도는 국부발진기의 주파수 안정도로 결정

     - 높은 주파수 안정도가 얻어지는 PLL Synthesizer, 그리고 PLL Synthesizer의 안정도를 더욱 향상시킨 TCXO(Temperature Compensated Crystal Oscillator, 온도보상형 수정발진기)를 주로 사용