[무선통신 시스템 설계] 11강. 비선형성: 고조파 왜곡(distortion) 및 스펙트럼 성장(growth)

[무선통신 시스템 설계] 11강: 고조파 왜곡(distortion) 및 스펙트럼 성장(growth)

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[일러두기] 이 글은 아래 강좌를 토대로 작성되었습니다. 일부 내용은 저의 생각 담아 첨삭하였습니다. 오류가 있을 수 있으니 강좌 원본을 꼭 함께 봐주시기 바랍니다.

[Radio System Design] Module 11. Non-Linearity: Harmonic Distortion and Spectral Growth / David S. Ricketts

함께 공부한다고 여기시고 아래 글에 오류가 있다면 가차없는 지적 바랍니다.
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개요

• 고조파 왜곡 (Harmonic distortion)
• 스펙트럼 성장 (Spectral Growth)

변조와 증폭의 품질 평가 용도의 계량법이다. 이번 강의에서는 개념만 살펴보고 자세한 계산법은 앞으로 혼변조(inter modulation) 시간에 다룬다.

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고조파 왜곡(Harmonic distortion)

비선형 시스템의 출력에 나타나는 고조파 특징:

• 입력 신호의 주파수에 정수배 주파수를 갖는 신호가 출력에 포함됨
  - 짝수배 고조파(even harmonics)
  - 홀수배 고조파(odd harmonics)
• 홀수배와 짝수배 고조파로 구분하는 이유
  - DC 성분은 짝수배 고조파다.
  - 고조파의 세기는 짝수배 또는 홀수배 끼리 모인다.
• 고조파 배수가 높아질 수록 크기(고조파의 전압 진폭)는 감소한다.
• 고조파 배수가 클 수록 입력 전압 진폭에 빠르게(크게) 반응 한다.
  Ain → (Ain)^n

• 고조파를 제대로 억제하지 않으면 인접 정수배 대역에 혼신을 야기한다.
  - 그건 알겠는데 굳이 정수배 대역을 정해놓고 사용하는 이유는 또 뭐여? (뭔가 잇점이 있을 것 같지 않아?)

• 인접 대역은 필터로 억제하긴 하는데,
  - LC 필터(GHz 대역은 디지털 필터 불가!)라 그리 날카롭지 않다.
  - 고조파는 입력에 빠르게 반응(약간의 입력 전압 변동에 크게 반응)하는 특성이 있다.

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스펙트럼 성장 (Spectral Growth)

비선형 시스템의 출력에 고조파 이외의 주파수 성분이 생겨난다.

• 부 주파수의 확장 및 증가
• 포화되는 경우

출력 감소운영(Back-Off Power)

• 1dB 점까지 선형성 구간이라고 할 수 있지만 스펙트럼 왜곡(팽창과 성장)에서 자유롭지 않다.
• 선형성 구간 이내로 출력을 줄여 운용하는 경우 왜곡을 피할 수 있으나 효율이 떨어진다.

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결론

효율인가? 왜곡 방지인가?

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