스펙트럼 아날라이저

소개글

스펙트럼 아날라이저에 대한 보고서 자료입니다.

본문내용

파가 2GHz에서 6GHz의 범위를 발진한다고 하면, 2차의 고조파는 4GHz-12GHz, 3차는 6GHz-18GHz, 4차는 8GHz-24GHz등이 되며, 50차 정도 까지 이용할 수 있다. 그러므로 국부 발진기의 고조파들의 조합으로 2GHz에서 최고 300GHz까지도 스위프 할 수 있다. 그러나 여기에는 광대역까지 이용할 수 있으나 다른 문제가 발생한다.
모든 고조파들은 기본파와 항상 같이 존재하므로 여러개의 스펙트럼이 화면상에 나타나게 되어 어떤 신호가 진짜 인지를 알 수 없게 된다. 이 문제를 해결하는 방법으로서 프리셀렉터를 사용하거나, 신호 확인 절차를 이용하는 것이다.
프리셀렉터는 트랙킹 필터로서 1차 믹서앞에 위치하고 있다. 프리셀렉터는 아날라이저의 주파수를 따라가면서 측정 범위 내의 신호만 통과시켜 1차 믹서로 넣어준다.(즉, 아날라이저에서 선택한 대역의 주파수들만을 통과시킴) 필터의 전환에 의하여 아날라이저는 원하는 고조파의 주파수를 따라가게 된다. 이 방법으로 입력 신호들과 고조파들 사이의 상호 작용으로서 필요한 하나의 신호만을 검출할 수 있다. 또 다른 잇점으로 주파수 대역이 다른 큰 신호가 입력에 연결되어 1차 믹서에 도달하는 것을 예방할 수 있다. 즉 1차 믹서를 보호하는 추가적인 감쇄기의 역할을 한다.
프리셀렉터는 일반적으로 아날라이저의 최저 사용 대역(Band 1)을 제외한 동축대역(Coaxial Band)에서 사용하며, 1번 대역에서는 같은 목적으로서 저역 통과 필터(Low Pass Filter)를 이용한다. 프리셀렉터는 최고치(Peak)를 조정해 주어야 하며, 이는 전면판의 조정 단자로 한다.
최고치 조정(Peaking Control)은 아날라이저를 동조시킨 주파수의 중앙에 정확히 일치 시키는 것이다.(이것은 프리셀렉터가 트랙킹 필터이므로 필터의 중심 주파수를 아날라이저의 주파수에 대하여 일치하도록 미세조정하는 것이다.) 만약 필터가 완전히 벗어나 있으면(동조 주파수에서 너무 멀게되면), 아날라이저는 선택한 주파수 대역에 아무 신호가 없다고 표시할 것이다. 일반적으로 신호 스펙트럼이 올바른 대역에서는 수직이나 대각선 반향으로 각 스위프 때 마다 번갈아 이동되지만, 적절하지 못한 대역에서는 항상 일정하다.
고조파 변환을 사용시에는 2개의 또 다른 문제점이 발생된다.
첫째, 고조파의 차수가 증가할때마다 3dB씩의 신호 감쇄가 발생된다.(5차의 고조파는 기본파에 비하여 15dB의 손실이 나타난다.) 이 감쇄를 보상하기 위하여 이득을 추가시키게 되는데 이로 인하여 아날라이저의 바닥 잡음(Noise Floor)이 함께 상승하게 된다.
둘째, 국부 발진기의 불안정이 고조파의 차수만큼 곱해져서 더욱 커지게 된다. 즉, 국부 발진기의 기본파가 약 2kHz의 흔들림(Jitter 또는 FM's)이 있을때 10차 고조파에 의한 흔들림은 20kHz가 된다.
● 트랙킹 제너레이터(Tracking Generator)
트랙킹 제너레이터는 어느 시점에 출력 주파수가 스펙트럼 분석기에 의해 분석되는 주파수를 추적하거나 동기되는 신호발진기이다.
트랙킹 제너레이터는 스펙트럼 분석기와 같이 사용될 때, 필터, 증폭기, 결합기등의 주파수 특성을 매우 광범위한 동작밤위에서 측정할 수 있다. 트랙킹 제너레이터의 출력 을 실험기기의 입력과 연결하고, 실험기기의 출력을 분석기로 관찰함으로서 측 정할 수 있다. 아날라이저의 화면상에 나타난 상태는 추적 발진기/스펙트럼 아 날라이저의 "비평탄성"과 실험되는 기기의 특성을 나타낸다. 측정 시스템의 평 탄하지 못함은 분석기의 기능인 B-SAVE A 또는 B, C MINUS A를 사용해 서 제거할 수 있다.
우선 트래킹 제너레이터를 스펙트럼 아날라이저와 직접 연결하고, SAVE 기능을 사용해서 A 메모리의 평탄성(또는 비평탄성)을 저장한다. 측정에 사용될 동일한 수직 화면 모드를 사용하고 있는지를 확인 한 후, 트랙킹 제너레이터를 실험기기(DUT:Device Under Test)에 연결하고 아날라이저로 관측한다. 분석화면은 전체 시스템의 응답을 나타낸다.(트랙킹 제너레이터+실험기기+스펙트럼 아날라이저) B-SAVE A모드 작동으로, 저장된 측정시스템의 비평탄성은 측정기를 부가한 실험기기의 응답에서 유출할 수 있고, 올바른 화면은 실험하는 기기의 주파수 특성에서만 볼 수 있다.
● 오실로스코프(Oscilloscope) VS 스펙트럼 분석기(Spectrum Analyzer)
모든 전자파, 또한 모든 자연 현상은 시간이나 주파수 함수로 표현할 수 있다.
오실로스코프의 기본 동작은 전기 신호 현상에 대한 시간 특성을 표시해 주는 것이고, 스펙트럼 아날라이저의 동작은 전기 신호 현상에 대한 주파수 특성을 나타내 준다.
동일한 현상에 대한 2가지 표현 방법 즉, 오실로스코프의 시간 영역 표시(Time Domain)와 스펙트럼 아날라이저의 주파수 영역표시(Frequency Domain)은 상호 보완적인 것으로서, 각각 독립적인 것은 아니다. 이들 중 어느 한가지를 알게 되면 수학적 계산이나 법칙을 이용하여 다른 것을 유도해 낼 수 있다.
시간영역의 해석 방법과 주파수 영역의 해석 방법중 어느 것이 기본인가를 묻는다면, 이것은 대답하기가 매우 곤란하다. 그러나 시간의 영속성을 생각하지 않는 우주는 상상할 수 없고, 시간은 자연 현상의 기본이며, 주파수 개념은 시간에서부터 유도해 낼 수 있다고 말할 수 있다.
오실로스코프는 입력 신호를 증폭하여 바로 화면에 표시하도록 설계되어 있으나, 스펙트럼 아날라이저는 시간 영역의 입력 신호를 수학적 또는 다른 동작을 추가하여 주파수 영역의 특성을 얻도록 설계되어 있다.
오실로스코프는 일반적으로 계통도(Black Diagram)에서 쉽게 이해가 되지만, 스펙트럼 아날라이저는 수학적 계산식이나 아날로그 동작에서 파생되어진 다양한 의미를 포함하여 구성되어 있으므로 이해가 쉽지 않다.
오실로스코프의 시간 영역 표시는 수평축(X축)이 시간(Time)이고 수직축(Y축)이 진폭(Amplitude)이고, 스펙트럼 아날라이저의 주파수 영역 표시는 수평축(X축)이 주파수(Frequency)이고 수직축(Amplitude)이다.

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