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스펙트럼 애널라이저 MS2840A/MS2830A에 새로운 회로 구성의 도파관 믹서가 등장
-100dBc/Hz를 초과하는 뛰어난 위상 잡음 성능으로 새로운 밀리미터파 기술 시험에 최적

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 밀리미터파 스펙트럼 분석을 위한 새로운 디자인 믹서 솔루션

60 GHz~80 GHz 대역에 걸친 무선 백홀(Backhaul)과 60 GHz 대역의 WiGig WLAN 모듈(IEEE 802.11ad), 77 GHz 및 79 GHz 대역의 자동 레이더 등과 같이 더 많은 서비스들에 광대역 밀리미터파 무선통신을 이용하고 있습니다.
종래의 밀리미터파 측정에서는 하모닉 믹서나 다운 컨버터를 사용하지만, 광대역 신호를 측정하기 위해 이들 설정을 사용할 때 여러 가지 문제들이 있습니다. 고성능 도파관 믹서 MA2806A와 MA2808A는 이런 문제들을 해결하는 새로운 솔루션입니다.

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*1: High noise floor level and narrow dynamic range due to high mixer conversion order
*2: Low IF frequency depending on spectrum analyzer causes occurrence of image response generated in measurement range
*3: Narrow dynamic range due to mixer P1dB performance of only -10 to -5 dBm
*4: Different calibration procedure depending on spectrum analyzer used
*5: Requires mixer conversion loss data for measurement range because any IF frequency can be set

 

 MS2840A 와의 조합으로 밀리미터파대에서 뛰어난 위상 잡음 성능을 실현

77 GHz/79 GHz 대 차재 레이더의 경우, 근거리 검출이나 사람, 물체 등 천천히 이동하는 대상물의 검출을 위해 위상 잡음 성능이 중요합니다.
MA2806A/MA2808A는 시그널 애널라이저 MS2840A와 조합함으로써 뛰어난 위상 잡음 성능을 실현합니다. 예를 들면, 79 GHz 의 주파수로 10kHz 오프셋, 100 kHz 오프셋과 함께 위상 잡음 성능은 -100 dBc/Hz 이하의 실력을 갖추고 있습니다.
또한, Opt.010 위상 잡음 측정을 사용함으로써 시간이 걸리는 위상 잡음 측정을 고속으로, 간단한 조작으로 실현합니다.

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 안리쓰의 고성능 도파관 믹서 다섯 가지 특징

1. 우수한 최소 감도 성능

2. 더 넓은 측정 스팬(Span)을 위해 높은 IF Frequency를 사용

3. 우수한 P1dB 성능

4. 간단한 구성

5. 믹서 변환 손실 데이터 제공

 

 현재 사용하고 계신 시스템은 밀리미터파 스펙트럼 분석을 지원하고 있습니까?

지금까지 밀리미터파 무선 장비의 Tx 특성을 평가하기 위해서는 스펙트럼 분석기와 하모닉 믹서를 결합해서 사용해왔는데, 채널 밴드 폭 확장으로 인해 두 가지 문제를 일으킵니다.

문제1: 빈약한 최소 감도 성능
문제2: 측정 범위에서 이미지 신호 발생

하모닉 믹서 연결도
하모닉 믹서 연결도

안리쓰의 새로운 밀리미터파 솔루션이 이런 문제들을 해결

문제1: 빈약한 최소 감도 성능
예를 들면, IEEE 802.11ad WLAN (WiGig) 모듈의 정확한 Over-The-Air (OTA) 측정을 위해서는 우수한 최소 감도 성능을 가진 측정기를 이용합니다. 왜냐하면, 넓은 자유 공간 전파 손실로 인해 측정기에 입력되는 신호의 레벨이 매우 작기 때문입니다.
또한, 연결된 도파관을 사용하는 무선 백홀 외부 유닛 (ODU) 의 RF Spectrum Mask 테스트*1에서 하모닉 믹서의 큰 연결 손실로 인해 측정 표준에 부합하는 충분한 측정 마진을 보장할 수 없습니다. 향후 채널 밴드 폭이 1 GHz~2 GHz로 넓어짐에 따라 최소 감도가 필수 측정 마진 확보 불능에 영향을 미치는 핵심 이슈가 될 것입니다.
*1: ETSI EN 302 217-2-2 4.2.4 RF Spectrum Mask

솔루션1: 우수한 최소 감도 성능을 얻기 위해 고성능 도파관 믹서 MA2806A/MA2808A를 사용
전용 멀티플라이어, 저잡음증폭기(LNA), 대역통과여파기(BPF) 등을 사용함으로써 MA2806A와 MA2808A는 종래의 하모닉 믹서보다 최소한 10 dB 이상 더 우수한 변환 손실 특성을 갖습니다. 스펙트럼 분석기/신호 분석기 MS2840A/MS2830A와 조합해서 사용할 경우, 평균 노이즈 성능 레벨이 75 GHz에서 -150 dBm/Hz (meas)*2 로 우수합니다. 이렇게 우수한 최소 감도 성능으로 인해 점점 넓어지는 밴드의 밀리미터파 장비를 평가하는데 많은 마진을 갖습니다.
*2: 설계 측정값으로 사양을 보장하는 것은 아님

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뛰어난 최소 감도 성능

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문제2: 측정 범위에서 이미지 응답 발생
가끔 믹서를 이용한 측정은 실제 입력 신호에서 나오는, 주파수가 다르지만 거의 같은 레벨에서 나타나는 신호 때문에 어려움을 겪습니다. 밀리미터파 신호를 다운컨버팅할 때 진짜 신호와 존재하지 않는 신호(이미지 응답)들이 두 곳에서 다운컨버팅되는데, 그 곳은 국부발진기 주파수가 ‘실제 입력 신호 – IF frequency’, 그리고 ‘실제 입력 신호 + IF frequency’인 곳이며, 이로 인해 입력 신호로부터 두 배의 IF frequency 지점에서 이미지 응답이 발생됩니다.
이미지 응답은 믹서 앞에 프리셀렉터를 삽입해서 제거할 수 있습니다. 하지만, 비록 프리셀렉터로 인해 어떠한 이미지 응답의 영향도 없이 전체 주파수 범위에 걸쳐 측정을 할 수 있지만, Rx 감도 성능이 큰 프리셀렉터 통과 손실로 인해 나쁘게 저하됩니다.
일반적으로 이미지 응답을 나타내지 않는 측정은 광대역 스퓨리어스 측정이나 목표 신호에 가깝게 측정하는 스펙트럼 마스크 측정입니다.
스퓨리어스 측정에서 측정된 폭은 부분으로 나눠져 측정으로 인한 이미지 응답을 피합니다. 그래서 각 폭이 IF frequency × 2를 넘지 않습니다.
스펙트럼 마스크 측정에서 입력 신호는 측정 스크린의 중앙 주파수에 위치하고, 이미지 응답의 영향 없이 측정될 수 있는 범위는 ±(IF frequency × 2 – Bn*3/2) MHz가 된니다.
예를 들면, 스펙트럼 분석기와 400 MHz의 하모닉 믹서 IF frequency를 이용한 2-GHz 밴드 폭 무선 백홀의 RF Spectrum Mask 테스트에서 이미지 반응이 입력 신호로부터 ±0.8 GHz의 주파수에서 표시되므로, 이미지 응답이 2-GHz 밴드 폭을 가진 목표 신호에 중첩되어 나타나 스펙트럼을 측정할 수 없습니다.
*3: 입력신호 밴드 폭[MHz]

솔루션2: 더 넓은 측정 스팬(Span)을 위해 높은 IF Frequency를 사용
안리쓰는 Rx 감도 성능의 중요성을 이해하고 있고, 1.875 GHz의 높은 IF frequency에서 작동하기 위해 MS2830A와 MA2806A/MA2808A를 조합하여 프리셀렉터를 사용하지 않고 가능한 한 이미지 반응 측정 문제를 줄이기 위한 방법을 개발해 왔습니다. 이미지 응답에 영향을 받지 않고 측정할 수 있는 폭은 IF 주파수 × 2의 범위입니다. MS2840A/MS2830A 및 MA2806A/MA2808A의 조합에서는 1.875  GHz의 높은 IF 주파수에서 작동하므로 IF 주파수 × 2 = 3.75 GHz 의 범위가 됩니다. 스펙트럼・마스크 시험에서는 대역(Bn)을 가지는 신호이므로 ±(3.75 GHz - Bn/2)의 범위가 됩니다.예를 들면, 무선 백홀 RF Spectrum Mask 테스트를 위한 Bn값이 1 GHz일 때 6.5 GHz에서 이미지 응답이 발생하는 것을 방지하기 위해 ETSI에 의해 규정된 4 GHz의 측정 폭은 이미지 응답에 영향을 받지 않습니다. 그렇지만, Bn값이 7 GHz의 규정된 측정 폭에서 2 GHz 또는 WiGig (802.11ad) 전송 마스크 테스트*4를 위한 6.12 GHz의 규정된 측정 폭에서 1.88 GHz 중의 하나인 경우, 이미지 응답의 영향 없이 측정할 수 있는 위의 등식으로 설명한 폭은 각각 5.5 GHz 또는 5.62 GHz로 표준을 만족하지 않습니다. 새로 개발된 PS 기능*5은 이미지 응답의 영향 없이 7.5 GHz (3.75 GHz × 2)의 폭에 걸쳐 측정할 수 있도록 지원합니다.
*4: IEEE Std 802.11ad-2012 21.3.2 Transmit mask
*5: 2015년 10월부로 특허 출원 중

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이미지 응답에 영향을 받지 않는 넓은 측정 폭

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 하모닉 믹서 대신 다운 컨버터 사용 시의 문제

하모닉 믹서 문제를 해결하는 한 가지 방법은 대신에 다운 컨버터를 사용하는 것입니다.
다운 컨버터는 믹서, LO 신호를 위한 신호발생기, 멀티플라이어를 이용한 고객 구성 측정 시스템이다. 1차 믹싱으로 인해 변환 손실이 적고, 높은 IF frequency로의 변환은 이미지 반응 영향을 쉽게 억제합니다.
그러나, 다운 컨버터는 다음과 같은 세 가지 문제점이 있습니다:

문제3: 낮은 P1dB 성능으로 인한 낮은 최소 감도 성능
문제4: 복잡한 장비 구성
문제5: 변환 손실 데이터 보정에 많은 작업

다운 컨버터 연결도
다운 컨버터 연결도

안리쓰의 새 밀리미터파 솔루션이 이 세 가지 문제점도 해결

문제3: 낮은 P1dB*6 성능으로 인한 낮은 최소 감도 성능
P1dB 성능은믹서 변환 손실을 최소화 할 뿐만 아니라, 우수한 최소 감도 성능을 보장하는 핵심 포인트가 된다. P1dB는 출력 신호 이득이 입력 레벨보다 1 dB 더 낮을 때의 입력 레벨입니다. 정확한 측정을 위해서는 입력 레벨이 초과되지 않도록 레벨을 조정하기 위해 외부 감쇠기 같은 것을 삽입하는데, 이는 감쇠량에 따라 측정 시스템의 노이즈 플로어를 저하시킵니다. 따라서, 우수한 P1dB 성능을 가진 믹서는 이 노이즈 플로어 저하를 억제할 수 있습니다. 가장 일반적으로 쓸 수 있는 다운 컨버터의 P1dB 성능은 대략 -10~-5 dBm이며, 이는 광대역 신호를 측정하기에는 충분하지 않습니다.
*6: 1 dB 이득 압축에서의 입력 레벨

솔루션3: 우수한 P1dB 성능을 가진 고성능 도파관 믹서
MA2806A과 MA2808A는 0 dBm 이상의 월등한 P1dB 성능을 가지고 있습니다. 종래의 다운 컨버터와 비교하여 외부 감쇠기 값에서 5~10 dB 감쇠를 시키므로 측정 시스템의 최소 감도 저하를 막아 준니다.

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문제4: 복잡한 장비 구성
다운 컨버터를 사용하기 위해서는 믹서, LO 신호발생기, 멀티플라이어를 동축 코드로 연결해야 하고, 각 장비가 올바르게 작동해야 하는 등 테스트를 시작하기 전에 많은 설정시간이 소요된니다. 게다가, LO 신호에서 스퓨리어스를 막기 위해 멀티플라이어 비율을 많이 줄여야 하고, 또 비싼 초고주파 신호발생기가 필요하고, 높은 장비 비용이 필요합니다.

솔루션4: 고성능 도파관 믹서를 이용한 간단한 장비 구성
MA2806A와 MA2808A는 멀티플라이어가 내장되어 있기 때문에 동축 코드 하나만 이용하여 MS2830A로 연결하면 되므로 쉽게 시스템을 구성할 수 있습니다. 더욱이, MS2830A LO 신호원이 이용되기 때문에 비싼 초고주파 신호발생기가 필요 없습니다.

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고성능 도파관 믹서 MA2806A/MA2808A를 이용한 간단한 장비 구성

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문제5: 변환 손실 데이터 보정에 많은 작업
종래의 다운 컨버터로 고객 구성 측정 시스템을 사용할 때, 측정 데이터를 보정하기 위해 측정 전에 변환 손실 데이터가 있어야 한니다. 이 보정 데이터 준비에 시간이 필요하며, 측정 시작이 늦어져 효율이 떨어집니다.

솔루션5: 믹서 변환 손실 데이터 제공
전 주파수 범위에 걸친 MA2806A/MA2808A 변환 손실 데이터는 출하검사에서 USB 메모리에 미리 저장된다. 정정된 측정 결과는 간단한 버튼 조작 작동으로 MS2830A USB 포트에서 바로 읽을 수 있습니다.

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 필요한 최소 구성

Model No. Name Notes
MS2840A
MS2840A-046
Signal Analyzer
44.5 GHz Signal Analyzer
Main Unit
 
MS2830A
MS2830A-044
MS2830A-045
Signal Analyzer
26.5 GHz Signal Analyzer
43 GHz Signal Analyzer
Main Unit
Select upper frequency
Select one of MS2830A-044 or MS2830A-045 options
MA2806A High performance Waveguide Mixer (50 to 75 GHz) Select mixer model
Select one of MA2806A or MA2808A
MA2808A High Performance Waveguide Mixer (60 to 90 GHz)

 

 스펙트럼 분석기/신호 분석기 MS2830A에 관한 자세한 정보

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