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Aug 12, 2023

RF 전력 측정 및 계단식 증폭기 이득에 대한 불일치 손실 효과

효과적인 전력 전달은 RF 설계의 주요 관심사입니다. 임피던스 이후

효과적인 전력 전달은 RF 설계의 주요 관심사입니다. 임피던스 불연속성은 전기파를 반영할 수 있기 때문에 일반적으로 불일치 손실(ML)이라고 하는 전력 손실을 일으킬 수 있으며, 이는 다양한 응용 분야에서 나타납니다. 예를 들어, RF 전력 센서로 측정된 전력과 RF 블록 캐스케이드의 유효 이득은 파동 반사의 영향을 받습니다. RF 블록 캐스케이드의 경우 불일치 손실을 최소화하여 최대한 많은 전력을 전송할 수 있도록 하는 것을 목표로 합니다. 또한 불일치 손실을 최소화하고 이 오류에 대한 적절한 통계 모델을 개발함으로써 시스템의 불확실성을 추정할 수 있습니다.

이 기사에서는 먼저 불일치 손실 방정식을 살펴보겠습니다. 그런 다음 이 현상이 RF 전력 측정에 미치는 영향과 계단식 증폭기의 유효 이득에 대해 논의하겠습니다.

입력 포트와 출력 포트 모두에서 불일치 임피던스(Zs ≠ Z0 및 ZL ≠ Z0)에 연결된 전송 라인을 보여주는 그림 1의 다이어그램을 살펴보겠습니다.

방정식 1은 위 회로의 불일치 손실을 정의하는 한 가지 방법을 보여줍니다.

\[ML = \frac{|1- \Gamma_1 \Gamma_2|^2}{\big ( 1-|\Gamma_1|^2 \big )\big ( 1-|\Gamma_2|^2 \big )}\]

이전 기사에서 자세히 검토한 이 방정식은 소스에서 사용 가능한 전력에 대한 전력 손실을 제공합니다. 예를 들어 소스에서 공액 정합 부하로 전달되는 전력이 -30dBW이고 실제 부하에 대해 ML이 1dB인 경우 부하로 전달되는 전력은 -31dBW입니다.

위의 정의에서 기준 전력은 소스에서 사용 가능한 전력입니다. 다른(실제로 더 유용한) 기준 전력을 사용하여 불일치 손실을 정의하는 것이 일반적입니다. 소스가 Z0 종단에 전달하는 전력(여기서 Z0은 라인의 특성 임피던스이고 50Ω은 표준 값임)

이를 염두에 두고 Z0 종단에 전달될 수 있는 전력이 왜 우리의 관심을 끄는지 궁금할 것입니다. RF 시스템에서 대부분의 회로는 알려진 특성 임피던스와 함께 사용된다는 가정하에 설계됩니다. 즉, 정상 작동 중에 대부분의 회로는 Z0 소스 저항과 Z0 부하 저항을 갖는 것으로 가정됩니다. 이것이 바로 RF 블록이 일반적으로 이러한 조건에서 특성화되는 이유입니다. 이 기능을 더 잘 이해하려면 2포트 네트워크의 S 매개변수를 측정하기 위한 테스트 설정을 고려해 보십시오(그림 2).

S-파라미터 측정의 경우 한 포트는 직렬 저항이 Z0인 소스로 구동되고 다른 포트는 Z0 부하로 종단됩니다. 위 다이어그램을 이용하여 입력 반사 계수(S11)와 포트 1에서 포트 2(S21)까지의 전송 계수를 측정할 수 있습니다.

출력 포트의 Z0 종단은 에너지가 부하(a2 = 0)에서 반사되지 않도록 보장하므로 b1 및 b2는 입력 포트(a1)에 입사되는 진행파의 결과로만 생성됩니다. . 네트워크 출력 임피던스 Zout이 Z0와 같을 필요는 없다는 점도 언급할 가치가 있습니다. 실제로 Zout = Z0인 경우는 거의 없습니다. a2 = 0이 되도록 하려면 ZL = Z0만 있으면 됩니다. 정의에 따라 S-파라미터는 일치하는 종료를 사용하는 테스트 설정을 기반으로 합니다. 이는 T-파라미터와 같은 다른 유형의 2포트 네트워크 표현에 비해 S-파라미터 측정을 크게 단순화합니다.

RF 블록의 응답은 일반적으로 Z0 환경(ZS = ZL = Z0, Z0 = 50Ω이 표준 값임)에서 특성화되므로 소스가 Z0에 전달하는 전력과 관련하여 불일치 손실을 찾는 것이 바람직합니다. 종료.

그림 1의 회로에서 "정합 부하"라는 일반적인 용어는 \(Z_L=Z_S^*\) 및 ZL = Z0라는 두 가지 다른 조건을 나타낼 수 있습니다. 첫 번째 조건은 최대 전력 전달 정리에 해당하는 반면, 두 번째 조건은 무반사 부하를 제공합니다. 일치된 부하라는 용어를 사용하면 때때로 혼란이 발생할 수 있습니다. 보다 명확하게 설명하기 위해 "켤레 일치"라는 용어를 사용하여 \(Z_L=Z_S^*\)를 참조하고 "Z0 일치" 또는 "무반사 일치"라는 용어를 사용하여 ZL = Z0을 설명할 수 있습니다.