RF Spectrum Analyzer 의 기본이해

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1 RF Spectrum Analyzer 의 기본이해
RF :Radio Frequency Spectrum : 통신 시스템에 사용되는 주파수와 이에 해당하는 파장의 총연장을 이름 주파수 : 매질의 한점이 1초 동안에 진동하는 횟수, 즉 1초동안에 만들어지는 파장의 수를 가리킴, 단위는 Hz 파장 : 매질의 한점이 한번 진동함에 따라 파동이 진행한 거리 주파수와 파장의 관계는 상호 반비례 관계이다. 다음 페이지 참조

2 주기 신호의 성질 이해를 위한 삼각함수 곡선

3 왜 스펙트럼을 측정하는가 ? 시간 영역과 주파수 영역과의 관계

4 시간 영역에서의 신호 측정 :일반적으로 신호 는 시간에 따라 변하는 전압 또는 전류 등
으로 생각 할 수 있다. 즉 가로축은 시간을, 세로축은 전압 또는 전류 또는 그 밖의 적당 한 단위의 크기를 나타낸다. 슬라이드 2장 참조 주파수 영역에서의 신호측정 :신호를 시간과 신호의 크기로 표현하는 것이 신호를 정확 히 표현하는 유일한 방법은 아니다. 이와 동등한 표현 방법은 가로축을 주파수 값으로 세로축을 각 주파수 성분의 크기로 나타내는 것이다. 슬라이드 2장 참조 푸리에 변환 : 푸리에 변환은 시간 영역의 함수를 주파수 영역에 대한 연속적인 일련의 지수 함수의 성분으로 표현하는 한 방법이다. 즉 일반적인 통신 application 에서는 측정하려는 신호의 성분은 주파수에 대한 신호의 크기 라고 할 수 있겠다. 다음장의 슬라이드에서 실제적인 통신 application 에서의 주파수 스펙트럼의 형상을 예로 들어 스펙트럼을 측정해야 하는 이유를 알아보겠다.

5 SSB : Single side band , 즉 반송파를 기준으로 하여 신호의 상측파 또는 하측파만을 이용한
Harmonic : 고조파, 어떤 주파수의 정현파와 그 정수배의 주파수를 갖는 정현파 들을 합하면 비정현파가 발생 된다. 즉 fi(t), I =1,2,3… 이때 f1(t)= 기본파, 그리고 f2,3,4(t)= 2,3,4 고조파라고 한다. SSB : Single side band , 즉 반송파를 기준으로 하여 신호의 상측파 또는 하측파만을 이용한 통신,AM 변조에서 이용하는 방법이다.

6 Fourier series를 이용해서 주기신호의 시간-주파수 관계를 설명할 수 있었는데, 그 개념을 비주기신호에 대해 확장하여 유도한 식이 Fourier transform이다. 주기신호의 주기 T를 무한대로 접근시키면 주기란 개념이 없어지게 되는데, 수학적 표현으로 주기신호에 T가 무한대로 가도록 limit을 취해서 얻어지는 결과를 비주기신호라고 할 수 있다. Exponential form으로 표시되는 Fourier series 식에 위의 개념을 적용하여 얻어진 식이 Fourier transform이다. 주파수영역에서 주기신호 및 비주기신호의 차이를 살펴보면, 주기신호는 기본주파수 및 그의 harmonics 성분만을 가지게 되므로 스펙트럼을 살펴보면 discrete 하게 line 형태로 나 타나게 된다. 반면에, 비주기신호에서는 주기 또는 기본주파수의 개념이 없어지므로 특정 정 현파 주파수 성분이 독립적으로 존재할 수 없게 되고 (따라서 Fourier series 전개도 불가능 하며), Fourier tansform을 적용하여 얻어지는 스펙트럼은 그 신호가 포함하고 있는 주파수 성분의 크기 분포를 연속적으로 보여주게 된다. 그러므로 Fourier transform을 amplitude spectral density function 이라고도 한다. (probability density function을 생각하면 서로 비 슷한 비교를 할 수 있다. pdf f(x)를 x1, x2의 영역에 대해서 적분하면 그 변수가 x1, x2내 에 포함될 확률값이 얻어진다. 마찬가지로, Fourier transform X(w)를 w1, w2 영역에 대해 적분하면 신호 x(t)가 주파수영역 w1, w2에서는 얼마만큼의 스펙트럼 성분을 가지고 있는 가에 대한 값을 주게 된다. 즉, w에 대해 적분을 하면 그 영역에서의 (확률값이 아닌) 스펙 트럼 값이 구해지게 된다. 따라서, amplitude spectral density function이란 이름이 붙여진 것이다.) 본 section에서는 Fourier transform의 유도과정 및 특성, Fourier series와의 차이점에 대 한 이해가 요구된다.

7 VDE : 독일 전기 기술자 협회, 또는 독일에서 부여하는 전기 분야의 안정성 인증제도
EMI : electro magnetic interference, 전자방해 전자회로에서는 도선을 따라 흐르는 전기신호가 전자파가 되어 공중에 날아가거나 전원라인이나 접지라인에 흘러들기도 한다 . 이로 인한 오동작 을 이르는 말이다. VDE : 독일 전기 기술자 협회, 또는 독일에서 부여하는 전기 분야의 안정성 인증제도

8 SPECTRUM ANALYZER 9 kHz - 26.5 GHz
Spec.point of Spectrum analyzer #주파수 대역 #정확도 : 주파수와 진폭 #분해능 #민감도 #왜곡도 #수평축 주파수 조정 (Span function)

9 # 주파수 대역 Low frequencies for baseband and IF Measuring harmonics
50 GHz and beyond! 실제 측정하려는 메인 frequency 가 저주파 대역이라 하더라도 harmonics 성분까지 고려했을 때는 메인 frequency 의 10 배를 셈해야 실제적인 frequency bandwidth 를 결정 할 수 있을 것이다.

10 # 분해능 IF FILTER Input Spectrum IF Bandwidth (RBW) Display
분해능 주파수 대역이 좁을수록 더 정밀한 스펙트럼을 관측할 수 있음을 알 수 있다.

11 #민감도 Effective Level of Displayed Noise is a Function of RF Input Attenuation signal level 10 dB Attenuation = 20 dB Attenuation = 10 dB RF input 감쇄폭이 증가 할 수록 신호대 잡음비가 증가한다. 즉 S/N 으로 이해되어지며, 가장 이상적인 신호대 잡음비를 측정하려면 즉 RF input 감쇄폭을 가장낮게 해야 할 것이다.

12 #수평축 주파수 조정 Span function 이라고도 할 수 있는 이 기능은 사용자가 Spectrum Aanlyzer의 수평축 크기를, 즉 주파수 대역폭을 정의 할 수 있는 기능이라 하겠다. 예를 들어서 사용자가 20MHz/div. 으로 span 을 설정하였다면 Spectrum Analyzer 의 전체 수평 축 범위는 20MHz/div. * 10= 200MHz 로 정의 될 것이다. 20MHz/div.*10=200MHz

13 #수평축 주파수 조정 Start frequency 는 75MHz Stop frequency 는 275MHz
예: Center frequency 가 175MHz 이고 span/div. 20MHz 일때 start frequency 와 stop Frequency는 얼마일까 ? Start frequency 는 75MHz Stop frequency 는 275MHz

14 계측기 사업부 사원 유 대 영 THE END