통신 시스템에서의 측정

통신 시스템에서 선형 및 비선형 시스템의 차이는 꼭 이해해야 할 부분 중 하나입니다.
선형 시스템은 신호의 스펙트럼 구성 요소의 진폭이나 위상 관계를 변경하여 통과하는 신호의 시간 파형을 변경할 수 있습니다. 반면에, 비선형 장치는 입력 신호의 주파수를 변화시키거나, 조화 파 및 잡음 신호와 같은 다른 주파수 구성 요소를 추가할 수 있습니다.

어떤 통신 시스템에서도 신호 왜곡의 영향을 고려해야 합니다.
우리는 일반적으로 비선형 효과로 인한 왜곡(예를 들어, 원하는 캐리어 신호로부터 생성된 상호변조 생성물)을 생각하지만, 순수한 선형 시스템도 신호 왜곡을 일으킬 수 있습니다.

선형 시스템은 신호를 구성하는 스펙트럼 구성 요소의 진폭이나 위상 관계를 변경하여 그것들을 통과하는 신호의 시간 파형을 변경할 수 있습니다. 선형 및 비선형 행동의 차이를 좀 더 자세히 살펴봅시다. 선형 장치는 입력 신호에 크기와 위상 변화를 가합니다(그림 1).
입력에서 나타나는 모든 사인파는 출력에서도 같은 주파수로 나타납니다. 새로운 신호는 생성되지 않습니다. 능동 및 수동 비선형 장치는 입력 신호의 주파수를 변화시키거나 조화 파 및 스프리어스 신호와 같은 다른 주파수 구성 요소를 추가할 수 있습니다. 큰 입력 신호는 보통 선형으로 작동하는 장치를 압축하거나 포화시켜 비선형 작동을 일으킬 수 있습니다.

선형 왜곡 없는 전송을 위해, 시험 중인 장치(DUT)의 진폭 응답은 평탄해야 하고 원하는 대역폭에 걸쳐 위상 응답은 성형이어야 합니다. 예를 들어, 고주파 구성 요소가 풍부한 정사각형 신호가 선택된 주파수를 거의 감쇠 없이 통과시키고 패스밴드 밖의 주파수를 다양한 양으로 감쇠시키는 밴드패스필터를 통과한다고 가정해 봅시다.



필터가 선형 위상 성능을 가지고 있더라도, 정사각형 파의 밴드 밖 구성 요소는 감쇠되어, 이 예에서는 더 자연스러운 파형의 출력 신호가 됩니다(그림 2).
만약 같은 정사각형 입력 신호가 세 번째 조화 파의 위상만 반전시키고 조화 파의 진폭은 동일하게 유지하는 필터를 통과한다면, 출력은 더 충격적인 성격을 띠게 됩니다(그림 3). 이는 예제 필터에 대한 것이지만, 일반적으로 출력 파형은 진폭과 위상의 비선형성에 따라 임의의 왜곡으로 나타납니다.



비선형 장치도 왜곡을 도입합니다(그림 4).

예를 들어, 증폭기가 과부하 되면, 증폭기가 포화하여 출력 신호가 클립 됩니다. 출력 신호는 더 이상 순수한 사인파가 아니며, 입력 주파수의 배수에 해당하는 조화 파가 존재합니다. 높은 전력 수준에서 수동 장치도 비선형 행동을 보일 수 있으며, 자기 코어를 사용하는 L-C 필터가 좋은 예입니다. 자기 재료는 종종 매우 비선형인 히스테리시스 효과를 나타냅니다. 통신 시스템에서의 또 다른 기본적인 관심사는 전력의 효율적인 전달입니다. RF 전력을 효율적으로 전달, 전송 또는 수신하기 위해, 전송선, 안테나, 증폭기와 같은 장치는 신호 소스에 적절한 임피던스 매칭을 제시해야 합니다. 임피던스 불일치는 두 연결 장치 사이에서 실제 및 상상 부분의 입력 및 출력 임피던스가 이상적이지 않을 때 발생합니다.

 

 

1. 신호 왜곡의 중요성: 통신 시스템에서는 선형이든 비선형이든 신호 왜곡의 영향을 고려해야 합니다. 선형 시스템은 시간 파형의 진폭이나 위상 관계를 변경할 수 있으며, 비선형 시스템은 원하지 않는 고조파나 스퓨리어스 신호를 생성할 수 있습니다.
2. 선형 대 비선형 동작의 차이: 선형 장치는 입력 신호에 대해 크기와 위상 변화만을 적용합니다. 즉, 선형 장치를 통과하는 모든 정현파는 동일한 주파수로 출력됩니다. 반면 비선형 장치는 입력 신호의 주파수를 이동시킬 수 있고, 고조파나 다른 주파수 성분을 추가하여 신호를 왜곡시킬 수 있습니다.
3. 왜곡 없는 전송을 위한 조건: 선형 왜곡 없이 신호를 전송하기 위해서는 테스트 중인 장치(예: DUT)가 원하는 대역폭에 걸쳐 평탄한 진폭 응답과 선형 위상 응답을 가져야 합니다. 이는 통신 시스템에서의 전력 전달 효율과도 밀접한 관련이 있습니다.

 

 

 

 

Understanding the Fundamental Principles of Vector Network Analysis.pdf

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