네트워크 및 스펙트럼 분석기 결합을 통한 증폭기 특성분석

목표

수많은 애플리케이션을 보유한 증폭기는 가장 일반적인 RF 구성요소이지만, 측정이 가장 복잡한 DUT이기도 합니다. 더욱 완벽한 특성분석을 진행하려면, 특정 주파수 또는 전력에서 선형 S-파라미터를 결정하고, 하모닉 왜곡, TOI(Third-Order Intercept), 압축점, 노이즈 지수 등 다양한 파라미터 측정을 위한 테스트를 수행해야 하는데, 기존의 벡터 네트워크 분석기로는 이처럼 폭넓은 작업을 수행하지 못할 수도 있습니다. 실제로 이러한 파라미터를 테스트할 경우 주로 고급 장비가 사용되며, 일반적인 저가형 벡터 네트워크 분석기를 사용할 때는 복잡한 설정 과정 및 시간이 소요되는 후처리 과정을 거친 후에야 올바른 형식으로 사용할 수 있습니다.

벡터 네트워크 분석기와 스펙트럼 분석기를 사용하기 위해 여러 테스트 스테이션을 사용하는 것도 가능한 방법이지만, 시공간의 제약이 있는 경우에는 이마저도 이상적인 방법이 아닙니다. 테스트 스테이션을 이동할 때마다 DUT, 벡터 네트워크 분석기, 케이블, 교정용 키트 또는 장치 등을 함께 옮겨야 하기 때문입니다.

로데슈바르즈 솔루션

R&S®ZNL의 스펙트럼 분석, 신호 발생 및 노이즈 지수 측정 기능(R&S®ZNLx-B1, R&S®ZNL-K14 및 R&S®ZNL-K30 옵션으로 활성화)을 사용하면 모든 문제를 해결하는 동시에 여러 스테이션에 설치된 테스트 셋업 사이를 이동해야 하는 번거로움을 완전히 해소할 수 있습니다.

R&S®ZNL은 다양한 기능을 갖춘 경제적인 휴대용 테스트 기기입니다. 실제 스펙트럼 분석 하드웨어(R&S®ZNLx-B1 옵션)로 업그레이드될 수 있는 벡터 네트워크 분석기가 포함되어 있으며, 증폭기 특성분석에 필요한 모든 도구 및 성능을 하나의 경량 소형 상자로 제공합니다. 이동성을 극대화하기 위해 배터리 팩(R&S®FPL1-B31 옵션)까지 상자에 함께 보관할 수 있습니다. 네트워크 분석기와 스펙트럼 분석 모드 사이를 전환하는 방법도 매우 간단합니다. R&S®ZNL Multiview에서는 편리한 데이터 표시 및 포괄적인 보고를 위해 한 화면에 두 가지 모드의 결과가 동시에 제공됩니다.

애플리케이션

R&S®ZNL을 사용하면 벡터 네트워크 분석 모드에서 증폭기 이득, 입력 반사 손실(또는 VSWR) 및 출력 반사 손실을 정확하게 측정할 수 있습니다. 주파수 대역과 소인에 필요한 포인트의 수를 정의하고 측정에 적합한 대역폭을 선택한 후 필요한 동적 범위 및 측정 속도를 조정하면 측정 준비가 완료됩니다. R&S®ZNL 포트는 +27 dBm의 입력까지 견딜 수 있지만, 테스트 대상 증폭기와 R&S®ZNL 내부 수신기가 압축(또는 파손) 상태가 되지 않도록 하는 것도 중요합니다. 따라서 R&S®ZNL 출력 파워를 신중하게 선택하고 필요하다면 외부 감쇠기를 사용하십시오. 측정 수신기에 과부하가 걸리면 측정 정확도와 장비 무결성을 보장하기 위해 시스템 알림 메시지가 사용자에게 표시됩니다. 추가적인 보호를 위하여 포트 1(R&S®ZNLx-B31 옵션) 및 포트 2(R&S®ZNLx-B32 옵션)에 수신기 단계 감쇠기를 활성화할 수 있으며, 전력 출력을 –40 dBm(R&S®ZNLx-B22 옵션)까지 낮게 설정할 수 있습니다.

마지막으로, 테스트를 시작하기 전 두 개의 포트를 완전히 교정해야 합니다. 메뉴에서 제공하는 교정 워크플로우는 수동 교정 키트 또는 로데슈바르즈의 자동 교정 장치를 선택하는 단계부터 표준 연결 및 측정 단계까지, 프로세스의 단계별 가이드를 제공합니다.

"모드" 메뉴를 통해 스펙트럼 분석 모드로 이동할 수 있습니다. 스펙트럼 분석 모드에서는 다양한 측정을 수행하고 관련 정보를 편리하게 조회할 수 있습니다. 측정 설정에서 옵션을 변경할 필요가 없습니다.

증폭기에는 다음 항목의 측정이 권장됩니다.

• 제로 스팬
• 하모닉 왜곡
• TOI(Third-Order Intercept)

"제로 스팬"은 동일한 주파수에 자극이 전달될 때 특정 주파수에서 증폭기 압축점을 측정할 수 있습니다. 일반적으로 외부 신호원이 필요하지만, R&S®ZNL-K14 옵션을 사용하면 독립적인 지속파(CW) 신호를 제공하는 별도의 추가 장비를 사용할 필요가 없습니다. 수신기에서 테스트 주파수와 적절한 감쇠를 선택하면 필요한 설정이 완료됩니다. 그다음, 동일한 DUT가 압축 상태가 되지 않을 정도의 낮은 신호 레벨 및 테스트 주파수를 입력하여 발생기를 설정합니다.

압축점을 쉽게 확인하려면 기준 오프셋을 조정하여 발생기 레벨을 증폭기 출력과 일치시켜야 합니다. CW 신호 레벨이 점진적으로 증가할 때 화면에 표시된 양에 대해서만 모니터링이 필요하나, 사용자는 표시된 양이 선택한 입력 레벨 이하의 dB로 떨어지지 않는지 주의 깊게 관찰해야 합니다.

DUT가 선형 영역(–1 dB 압축 전)에 있을 때 증폭되어 전송된 CW 신호를 정규화하고, 증폭기 입력으로 공급되는 신호의 전력이 점진적으로 증가할 때 0점에서 S21 곡선의 편차를 관찰하는 방식으로, 네트워크 분석 모드에서도 동일한 측정을 수행할 수 있습니다.

스펙트럼 분석 모드는 DUR 하모닉 왜곡 성능도 테스트할 수 있습니다. 스펙트럼 분석 측정 메뉴에서 "하모닉 왜곡"을 선택하면 선택한 반송파와 관련된 하모닉 값이 표시됩니다. 전체 하모닉 왜곡(THD)과 함께 처음 10개의 하모닉에 대한 데이터가 시스템에 자동으로 표시됩니다. 하모닉의 수 및 소인 시간은 관련 메뉴에서 조정할 수 있습니다.

측정 메뉴에서 "TOI(Third-Order Intercept)"를 선택하면 상호 변조 제품도 쉽게 표시할 수 있습니다. 하지만 이 특정 테스트를 수행하려면 DUT 입력이 외부 결합기를 통해 두 개의 다른 CW를 병합했을 때 얻을 수 있는 투톤 신호여야 합니다. R&S®ZNL-K14 옵션을 사용하면 R&S®ZNL의 포트 1에서 신호 한 개를 생성할 수 있고, 두 번째 신호는 신호 발생기나 다른 벡터 네트워크 분석기와 같은 외부 장치를 통해 생성되어야 합니다. 조건이 만족되면 설정에서 증폭기 TOI에 관한 정보를 제공합니다.

스펙트럼 분석 모드에서 전력 측정을 위한 더 폭넓은 측정 범위 또는 정밀 측정이 필요한 경우에는 R&S®FPL1-K9 옵션을 사용하여 R&S®NRP의 모든 파워 센서 지원을 활성화할 수 있습니다.

케이블에서 손실이 발생하므로, DUT 입력에서 R&S®ZNL의 신호 전력 레벨 확인을 통해 손실을 결정할 수 있습니다. DUT 입력과 연결된 케이블이 포트 2 또는 전력 센서에 연결되었을 때, 스펙트럼 분석 모드에서 발생기 전력 레벨과 계측기에 표시되는 레벨을 비교하여 입력 및 출력 차이를 분석할 수 있습니다. 발생기 오프셋은 DUT 입력 신호를 미세 조정하고, 케이블 손실을 보상하는 데 사용될 수 있습니다. 포트 1의 파동량 a1 및 포트 2의 b1 분석을 통해 네트워크 분석 모드에서 유사한 분석을 실행할 수 있습니다.

또한, R&S®ZNL의 "모드" 메뉴에서 "노이즈 지수"를 선택하고 증폭기 노이즈 지수(NF)를 테스트할 수 있습니다. 이 테스트 작업을 수행하려면 DUT의 요구 사항에 따라 R&S®ZNL-K30 옵션이 활성화되어야 하며, 외부 프리앰프와 함께 노이즈 소스를 사용할 수 있어야 합니다. R&S®FPL1-B5 옵션은 R&S®ZNL을 사용하여 노이즈 소스를 직접 제어할 수 있습니다. 간단하면서도 정확도가 높은 NF 측정을 위해서는 시스템이 자동으로 식별하여 사용자가 설정을 입력할 필요가 없는 R&S®FS-SNS Smart Noise Source를 사용하는 것이 좋습니다.

측정 설정도 직관적입니다. 사용자는 주파수 범위와 소인 지점만 선택하면 됩니다. 필요하다면 개별 지점에서 측정 및 정착 시간을 제어할 수도 있습니다. 증폭기 노이즈 지수의 특성분석을 하려면 다른 DUT 연결이 필요합니다. 중간에 프리앰프를 갖는 R&S®ZNL의 두 번째 포트에 노이즈 소스를 연결하여 시스템을 교정합니다. 교정이 완료되면 노이즈 소스와 프리앰프 사이에 DUT를 삽입(1페이지의 이미지 참고)하고 측정을 시작합니다. 모든 R&S®FS-SNS 모델은 불확도 계산을 지원하며, 해당 내용은 NF 다이어그램에 표시됩니다. 불확도를 활성화하고 정확하게 표시하는 방법은 간단합니다. 사용자가 해당 메뉴를 선택하여 프리앰프 사용 체크박스를 선택한 후 게인과 NF만 입력하면 됩니다.

요약

R&S®ZNL Vector Network Analyzer는 복잡한 설정이나 폭넓은 RF 지식을 보유하지 않아도 증폭기와 같은 까다로운 DUT를 간편하게 특성화할 수 있는 다목적 계측기입니다. 신호 발생기, 노이즈 지수 측정 지원과 같은 스펙트럼 분석 옵션은 계측기의 유연성을 보장하고, 배터리 팩과 같은 하드웨어 옵션을 사용하면 R&S®ZNL 솔루션을 실험실부터 야외 현장까지 모든 장소에서 간편하게 사용할 수 있는 다목적 장비로 만들어줍니다. R&S®NRP Power Sensors 및 R&S®FS-SNS Smart Noise Source를 사용하면 더욱 정확한 측정을 간편하게 수행할 수 있습니다.