스펙트럼 분석기(Spectrum Analyzer) - 2

스펙트럼 분석기에서 주의해야 할 입력 레벨

 

1. 최적 입력 레벨

 - Spectrum Analyzer의 최적 입력 레벨이란 입력 신호의 크기를 제작사에서 규정한 1st Mixer의 최적 입력 레벨에 RF Step Attenuator의 감쇠량을 더한 값.(1st Mixer의 최적 입력 레벨은 대부분 -30dBm이다.)

 - 만약 규정치 이상의 큰 입력 신호가 들어오게 되면 Mixer가 포화되어 출력신호의 찌그러짐(Distortion)이나 원치 않는 신호 성분이 발생된다. 이로 인하여 측정 결과에 심각한 오차가 발생하게 되며 최악의 경우 믹서가 파괴되어 Analyzer의 사용이 불가능해진다.

 

 - 최적의 측정 결과를 얻기 위해서는 입력 신호를 제작사에서 규정한 1st Mixer의 최적 입력 레벨만큼 감쇠 시켜주어야 한다.

 

Spectrum Analyzer 입력단 구조

 

2. 최대 허용 입력 레벨

 - 입력단의 파괴레벨로 규정되며 일반적으로 +20dBm에서 +30dBm 정도이다. 2.2V～7.07V, 50Ω의 입력 임피던스 입력에 걸리는 신호가 이 레벨을 초과할 때 RF Step Attenuator 혹은 Mixer가 파괴되어 Analyzer의 치명적인 고장을 초래할 수 있다.

 

 - 입력단에 연결된 모든 신호의 합(직류는 제외)으로서, 화면상에 신호가 있든지 없든지 관계없이 모두 포함한다.

 

3. DC 입력 레벨

 - 입력단에서 직류 전압을 허용하는 스펙트럼 분석기는, 최대 허용치가 입력단 부근의 전면판에 표시되어 있으며 이 허용치를 절대로 초과하면 안된다. 

 - 만약에 초과한다면 최대 허용 입력 레벨 초과시 보다 더 치명적인 고장을 초래 할 수 있다. 
 - 직류전압을 허용하지 않는 경우에는 직류 전압 차단용 콘덴서(BLOCKING CAPACITOR)를 외부에 장착하고 사용해야 한다.

 

 

★ 입력레벨을 초과하여 RF신호를 넣었을 때

 - 믹서는 입력신호를 중간주파수로 변환시키는 능동소자이다. 믹서에 규정치 이상의 큰 입력 신호가 들어오면 신호의 왜곡, 원치 않는 신호성분이 발생하거나, 믹서가 파괴된다. 입력레벨이 적어질수록 2,3차 왜곡에 의한 영향은 적어지지만 노이즈 레벨에 신호가 묻혀 측정 범위가 적어지고, 입력 레벨이 커질수록 노이즈 레벨에 의한 영향은 적어지지만 2,3차 왜곡신호가 증가되어 측정범위가 적어진다. 그렇기 때문에 노이즈 레벨과 왜곡 신호 영향을 충분히 고려하여 적절한 믹서 입력 레벨을 설정해야 한다.

 

 

스펙트럼 분석기 관련 기본 용어

 

1. 다이나믹 레인지(Dynamic Range)

 - 신뢰성을 가지고 동시에 측정할 수 있는 최대 레벨의 신호와 최소레벨 신호 사이의 범위 
 - 스펙트럼 분석기의 다이나믹 레인지는 규정된 정확도를 가지고 측정할 수 있는 입력단에 나타내는 두 신호의 최대의 비로써 범위를 벗어나면 측정이 불가능 하거나 심각한 오차가 발생함으로 매우 중요하다. 
 - 잡음이 Dynamic Range 를 제한한다면 스펙트럼 분석기의 RBW/VBW를 통해 입력 신호레벨 영향 없이 개선할 수 있다. 
 - 측정 시 입력 신호의 크기를 충분히 고려하지 않을 경우 Dynamic Range 의 제한으로 측정기 자체의 2차, 3차 왜곡에 의한 측정오차가 심각함으로 꼭 고려해야 할 사항이다. 

 

2. RBW(Resolution Bandwidth) 

 - 분해능 대역폭, 입력신호의 분리도
 - 스펙트럼 분석기의 3차 중간주파수 후단에 위치한 대역통과 필터. 
  -> 서로 인접한 신호들을 측정할 때 이 신호들을 분리해서 각각의 신호를 측정할 수 있도록 한다.
  -> RBW 를 좁게 할수록 선택도가 향상되지만 Sweep 속도가 저하된다. (Noise Floor(바닥잡음) 레벨 조
정) 

 

3. VBW(Video Bandwidth) 

 - 비디오 대역폭, 비디오 노이즈 성분, Noise 평탄화 
  -> 측정된 결과들이 화면상에서 얼마나 평활하게 보이게 하느냐를 결정한다.(고주파 잡음 제거) 
  -> Video Filter 차단 주파수를 변화 
  -> 통상적으로 VBW는 RBW 보다 3~5배 크게 설정 되어야 한다. 

 

4. 혼변조(Inter modulation) 

 - 비선형 소자를 통한 RF 신호 처리 과정에서, 두 개의 다른 입력 주파수 신호의 Harmonic 주파수들끼리의 합과 차로 조합된 출력 주파수 성분이 나오는 현상 
  -> 두개 이상의 주파수 신호가 동시에 처리될 때 나타나는 현상이고, 이는 원래 신호에 방해되는 왜곡 요소로서 그 결과물들을 IMD 라고 표현하기도 한다. 
  ※ 원인 : 믹서, 선형 동작에서 벗어난 증폭기 등의 비선형적 동작 때문이다. 스펙트럼 분석기 내에 믹서가 있어서 고려 해야 할 항목 중에 1개이다.