마이크로웨이브 기술 - 무선 주파수 신호 체인 해독: 기능 및 성능 지표

위상 이동, 전기 저항, 소모, 소음, 복사, 반사 및 비선형을 포함한 무선 주파수의 두드러진 특성에 주목함으로써 다양한 의미를 포함하는 일관된 정의 기반을 구축 할 수 있습니다.1 이 기초는 현대 포괄적 인 정의를 나타내며 RF와 다른 용어를 구분하는 단일 측면 또는 특정 값에 의존하지 않습니다.용어 RF는 정의를 구성하는 특성을 가진 모든 회로 또는 어셈블리에 적용됩니다.

우리는 이미 토론의 배경을 설정했으며 이제 주제에 들어가 일반적인 RF 신호 체인을 분석 할 수 있습니다.여기서 분산 컴포넌트 회로 모델은 회로의 위상 이동을 반영하는 데 사용됩니다.짧은 RF 파장에서는 이러한 오프셋을 무시할 수 없습니다.따라서 이러한 유형의 시스템에는 설정된 PCB 총 회로의 근사 표현이 적용되지 않습니다.RF 신호 체인에는 감쇠기, 스위치, 증폭기, 검출기, 합성기 및 기타 RF 아날로그 장치, 고속 PCB 및 DAC과 같은 다양한 개별 구성 요소가 포함될 수 있습니다.특정 애플리케이션의 모든 구성 요소와 결합하면 전체 공칭 성능은 개별 구성 요소의 조합 성능에 따라 달라집니다.

그러므로 목표 응용을 만족시킬 수 있는 특정 시스템을 설계하기 위해서는 무선 주파수 시스템 엔지니어가 진정으로 시스템 차원에서 고려하고 기본적인 핵심 개념과 원리를 일치하게 이해할 수 있어야 한다.이런 지식의 비축은 매우 중요하다.이런 이유로, 우리는 이 토론 문장을 편찬했는데, 그것은 두 부분을 포함한다.첫 번째 섹션의 목표는 무선 주파수 장치의 특성을 식별하고 성능을 계량화하는 데 사용되는 주요 특성과 지표를 간략하게 소개하는 것입니다.두 번째 부분의 목표는 필요한 응용 프로그램을 개발하는 데 사용할 수있는 RF 신호 체인의 다양한 개별 구성 요소와 그 유형을 심도 있게 소개하는 것입니다.이 문서에서는 첫 번째 부분에 중점을 두고 무선 주파수 시스템과 관련된 주요 특성과 성능 지표를 고려합니다.

rf PCB 보드

1. 무선 주파수 용어는 다음과 같이 현재 전체 무선 주파수 시스템과 그 이산 모듈의 특성을 설명하는 데 사용되는 각종 매개 변수를 소개한다.애플리케이션이나 사용 사례에 따라 일부 기능은 중요하지만 다른 기능은 중요하지 않거나 중요하지 않을 수 있습니다.이 글만으로는 이렇게 복잡한 주제에 대해 전면적인 분석을 할 수 없을 것이다.그러나 우리는 일련의 복잡한 관련 내용을 가장 일반적인 무선 주파수 성능을 간단명료하고 포괄적으로 요약할 수 있는 균형 잡힌 이해하기 쉬운 무선 주파수 시스템 특성 및 특성 가이드로 전환하는 공통된 아이디어를 따르려고 합니다.

네트워크가 일치하는 경우 S21은 포트 1에서 포트 2로의 전송 계수와 동일합니다(S12도 비슷한 방식으로 정의할 수 있음).대수 눈금에 대한 폭/S21 은 출력 및 입력 출력의 비율을 나타내며, 이를 이득 또는 눈금 대수 이득이라고 합니다.이 매개변수는 증폭기 및 기타 RF 시스템의 중요한 지표이며 음수를 취할 수도 있습니다.마이너스 이득은 고유 손실 또는 미스매치 손실을 나타내며, 일반적으로 감쇠기와 필터의 전형적인 지표인 삽입 손실 (IL) 을 카운트다운으로 나타냅니다.

이제 동일한 포트의 입사파와 반사파를 고려한다면 그림 2와 같이 S11과 S22를 정의할 수 있습니다.다른 포트가 워크로드와 일치하여 종료되면 이 항목은 해당 포트의 반사 계수인 Isla 와 같습니다. 공식 1에 따라 반사 계수의 크기를 RL(리턴 손실)과 연관시킬 수 있습니다.

반향 손실은 포트의 입사 전력과 소스의 반사 전력의 비율을 말합니다.우리가 이 비율을 추정하는 데 사용하는 포트에 근거하여 우리는 입력과 출력의 반향 손실을 구분할 수 있다.반향 손실은 네트워크의 입력 또는 출력 임피던스와 포트의 소스에 대한 임피던스가 일치하는 정도를 나타내는 항상 음수가 아닙니다. IL, RL 및 S 매개 변수 간의 이러한 간단한 관계는 모든 포트가 일치하는 경우에만 유효합니다.네트워크 자체의 S 행렬을 정의하기 위한 전제 조건입니다.네트워크가 일치하지 않으면 고유의 S 매개 변수는 변경되지 않지만 포트의 반사 계수와 포트 간의 전송 계수는 변경될 수 있습니다.

2.주파수 범위와 대역폭 우리가 설명하는 이 모든 기본량은 주파수 범위 내에서 끊임없이 변화할 것이다. 이것은 모든 무선 주파수 시스템의 공통된 기본 특징이다.이러한 시스템이 지원하는 주파수 범위를 정의하고 보다 중요한 성능 메트릭 대역폭(BW)을 제공합니다.

비선형

무선 주파수 시스템의 특성은 주파수뿐만 아니라 신호 출력 레벨에 따라 달라진다는 점을 지적해야 한다.우리가 이 글의 첫머리에 서술한 기본특성은 일반적으로 소신호 S매개 변수로 표시되며 비선형효과를 고려하지 않는다.그러나 일반적으로 무선 주파수 네트워크를 통해 전력 수준을 지속적으로 향상시키는 것은 일반적으로 더 뚜렷한 비선형 효과를 가져오고 결국 성능 저하를 초래합니다.

선형이 양호한 무선 주파수 시스템이나 구성 요소에 대해 이야기할 때, 우리는 일반적으로 비선형 성능을 설명하는 데 사용되는 관건적인 지표가 목표 응용 요구를 만족시키는 것을 가리킨다.무선 주파수 시스템의 비선형 동작을 계량화하는 데 자주 사용되는 이러한 핵심 지표를 살펴보겠습니다.

우리가 고려해야 할 첫 번째 매개변수는 출력 1dB 압축점 (OP1dB) 으로, 일반 장치가 선형 모드에서 비선형 모드로 전환하는 전환점, 즉 시스템 이득이 1dB를 낮출 때의 출력 레벨을 정의한다.이것은 장치의 작동 레벨을 포화에 가까운 출력(PSAT)으로 정의된 포화 레벨로 설정하는 데 사용되는 전력 증폭기의 기본 특성입니다.전력 증폭기는 일반적으로 신호 체인의 마지막 레벨에 있으므로 이러한 매개변수는 일반적으로 RF 시스템의 출력 범위를 정의합니다.

일단 시스템이 비선형 모드에 있으면 신호가 왜곡되고 잡다한 주파수 분량이나 잡산이 발생합니다.잡산은 반송파 신호의 레벨 (단위: dBc) 에 비해 측정되며, 고조파와 상호 조정 산물로 나눌 수 있다 (그림 3 참조).고조파는 기본 주파수의 정수 배의 신호 (예: H1, H2, H3 고조파) 이며, 상호 조정 산물은 비선형 시스템에 두 개 이상의 기파 신호가 존재할 때 나타나는 신호이다.만약 첫 번째 기파 신호가 주파수 f1에 있고, 두 번째 기파 신호가 주파수 f2에 있다면, 2단계 상호 조정 산물은 두 신호의 화주파수와 차주파수 위치, 즉 f1+f2와 f2–f1, 그리고 f1+f1과 f2+f2 (후자는 H2 고조파라고도 함) 에 나타난다.2 단계 상호 조정 결과물과 기저파 신호의 조합은 3 단계 상호 조정 곱셈을 생성합니다. 그 중 2 개 (2f1 – f2 및 2f2 – f1) 는 특히 원시 신호에 가깝기 때문에 필터링하기가 어렵습니다.잡다한 주파수 분량을 포함하는 비선형 무선 주파수 시스템의 출력 스펙트럼은 시스템의 비선형을 설명하는 중요한 용어인 상호 변조 왜곡(IMD)을 나타냅니다.이.

2단계 변조 왜곡(IMD2) 및 3단계 변조 왜곡(IMD3)과 관련된 분산된 컴포넌트는 대상 신호에 간섭을 일으킬 수 있습니다.간섭의 심각도를 계량화하는 데 사용되는 중요한 지표 중 하나는 상호 조정 지점 (IP) 입니다.2단계(IP2)와 3단계(IP3) 상호 조정점을 구분할 수 있습니다.그림 4와 같이 입력(IIP2, IIP3) 및 출력(OIP2, OIP3) 신호 전력 레벨의 가정점을 정의합니다.이러한 점에서 해당 분산 컴포넌트의 전력은 기본 컴포넌트와 동일한 레벨에 도달합니다.평평했어상호 조정점은 순수한 수학적 개념이지만 무선 주파수 시스템의 비선형 용인도를 측정하는 중요한 지표입니다.

noise 이제 각 RF 시스템 노이즈의 또 다른 중요한 특성을 살펴보겠습니다.노이즈는 다양한 측면을 포함하는 신호의 변동을 의미합니다.그 스펙트럼, 신호에 영향을 주는 방식, 그리고 소음을 발생시키는 메커니즘에 따라 소음은 많은 다른 유형과 형식으로 나눌 수 있다.그러나 다양한 노이즈 소스에도 불구하고 시스템 성능에 미치는 최종 영향을 설명하기 위해 물리적 특성을 깊이 연구할 필요는 없습니다.단일 이론적 노이즈 발생기를 사용하고 노이즈 계수의 중요한 지표 (NF) 에 의해 설명되는 단순화된 시스템 노이즈 모델을 기반으로 연구 할 수 있습니다.이는 시스템에서 발생하는 노이즈 비율(SNR)의 감소를 계량화할 수 있으며, 노이즈 비율은 출력 노이즈와 입력 노이즈 비율의 대수 비율로 정의됩니다.선형 척도로 표시되는 노이즈 계수를 노이즈 계수라고 합니다.이는 무선 주파수 시스템의 주요 특징으로 전체적인 성능을 제어할 수 있다.

단순한 선형 패시브 부품의 경우 노이즈 계수는

무선 주파수 신호 사슬의 처음 두 단계가 시스템 전체 소음 계수의 주요 원천이라는 결론을 내릴 수 있다.이것이 낮은 노이즈 증폭기와 같은 최소 노이즈 계수를 가진 컴포넌트가 수신기 신호 체인의 전면에 배치되는 이유입니다.

현재 신호를 생성하는 전용 장치나 시스템을 고려하고 있다면, 소음 성능 특성에 대해 이야기할 때, 그것은 일반적으로 소음원의 영향을 받는 신호 특성을 가리킨다.이러한 특성은 위상 디더링 및 위상 노이즈로, 시간 영역 (디더링) 및 주파수 영역 (상위 노이즈) 에서 신호 안정성을 나타냅니다.구체적인 선택은 일반적으로 응용 프로그램에 달려 있습니다.예를 들어, RF 통신 애플리케이션에서는 일반적으로 위상 노이즈를 사용하지만 디지털 시스템에서는 디더링을 사용합니다.위상 디더링은 신호 위상의 미세한 파동을 가리키며, 위상 소음은 그 스펙트럼 표시이다.이는 반송파 주파수에 비해 다른 주파수에서 오프셋되는 1Hz 대역폭 내의 노이즈 전력으로 정의됩니다.이 대역폭에서 전력이 균형을 이룬다고 생각합니다 (한마디로) 우리는 다양한 특성과 성능 지표를 사용하여 RF 신호 체인을 나타낼 수 있습니다.서로 다른 시스템 측면을 다루며 애플리케이션에 따라 중요성과 관련성이 다를 수 있습니다.비록 우리가 한 글에서 이 모든 요소를 완전히 해석할 수는 없지만, 만약 무선 주파수 엔지니어가 이 글에서 토론한 기본 특징을 깊이 이해할 수 있다면, 그들은 레이더, 통신, 측정 또는 기타 무선 주파수 시스템과 같은 목표 응용으로 쉽게 전환할 수 있을 것이다.주요 요구 사항 및 기술 사양. ADI는 업계에서 널리 사용되는 무선 주파수, 마이크로웨이브 및 밀리미터파 솔루션의 조합과 까다로운 무선 주파수 응용 프로그램의 요구 사항을 충족하는 깊은 시스템 설계 전문 지식을 바탕으로 합니다.안테나에서 비트에 이르기까지 이러한 광범위한 분리 및 완전 통합 ADI 솔루션은 직류에서 100GHz가 넘는 전체 스펙트럼을 켜고 통신, 테스트 및 측정 장비, 산업, 항공 우주를 지원하는 뛰어난 성능을 제공합니다. 다양한 RF 및 마이크로파 설계는 국방 및 기타 응용 프로그램에 사용할 수 있습니다.