스펙트럼 분석기의 프리 앰프(pre-amplifier)의 장점

Spectrum Analyzer에서 Preamplifier의 기능을 보신 적이 있으신가요?

 

Preamplifier, 전치 증폭기는 스펙트럼 분석기에서 DANL을 줄여 사용자가 저전력신호와 노이즈를 구분할 수 있도록 합니다.

그럼 preamplifier의 장점을 보기 전에, 더 확실히 이해하기 위해 DANL에 대해 먼저 알아보도록 하겠습니다.

DANL (Displayed Average Noise Level, 표시된 평균 노이즈 레벨)은 스펙트럼 분석기의 감도를 정의하는데 사용되는 척도입니다. DANL은 테스트 장비 내에서 내부적으로 생성되는 노이즈입니다. 이 노이즈는 입력이 50옴에서 종료된 주어진 주파수 범위에 걸쳐 스펙트럼 분석기의 노이즈 플로우의 진폭으로 생각할 수 있습니다. DANL 은 1Hz를 참조하고 dBm/Hz로 표시되는 스펙트럼 분석기의 모든 내부 잡음을 지정합니다. DANL은 주파수에 따라 다르며 주파수에 따라 증가합니다. 따라서 계측기에서 지정된 DANL보다 낮은 입력 신호는 내부 잡음에 묻혀 측정할 수 없다고 생각하면 될 것 같습니다.

DANL값은 dBm으로 지정되고 최상의 감도를 얻기 위해 가장 좁은 분해능 대역폭(RBW)를 설정한 뒤에 측정하게 됩니다. 예를 들어, RSA5065N의 경우 DANL이 -165dBm입니다.

그림에 보듯이 DANL의 측정값은 preamp를 켰을 때와 켜지 않았을 때로 구분되는 것을 볼 수 있으며 preamp를 켰을 때 더 나은 DANL값을 갖는 것을 알 수 있습니다.

Preamplifier, 전치증폭기는 일반적으로 추가적인 증폭 또는 처리를 위해 사용되는 증폭기의 형태로 주로 Low Noise Amplifier, 저잡음증폭기를 사용합니다. 이렇게 저잡음 증폭기를 사용하면 내가 원하는 신호는 증폭을 시켜주면서 주변 노이즈는 최대한 증폭시키지 않도록 하기 때문에 원하는 신호를 조금 더 받아오는 효과가 있습니다. 노이즈가 적은 프리 앰프를 사용하여 전단의 노이즈를 프리앰프의 게인만큼은 줄이고, 프리앰프의 노이즈를 수신 신호에 직접 주입하게 되면 노이즈와 왜곡을 최대한 적게 추가하면서 신호 전력을 높이는 데 사용할 수 있습니다.

아래 그림은 Preamplifier를 사용하기 전의 측정된 값입니다. 원하는 신호는 -40dBm 정도, 그리고 주변 노이즈 플로우는 대략 -65dBm 정도에서 나오는 것을 알 수 있습니다.

그리고 Preamp를 켰을 때를 보면, 신호는 비슷하게 -40dBm이 나오지만 주변에 잡음들이 -80dBm정도로 떨어지기 때문에 확실히 원 신호가 더 잘 보이는 것을 확인할 수 있습니다.