RF 회로 기초

1. RF 신호를 기술하는 양

RF 에서 전력을 쓰는 이유는 임피던스(impedance)가 고정되어 있기 때문이다. 기준 임피던스가 정해지면 전압과 전력이 일대일로 대응하므로, 전달·반사를 전력비로 말하는 편이 간결하다.

비(比) [dB]      = 10 · log₁₀ ( P₂ / P₁ )
전압비 [dB]      = 20 · log₁₀ ( V₂ / V₁ )
절대 전력 [dBm]  = 10 · log₁₀ ( P / 1 mW )

여러 단을 이으면 앞단의 잡음 지수가 전체를 지배한다

열잡음 전력 = k · T · B          k = 볼츠만 상수, T = 절대 온도, B = 대역폭

대역폭을 넓히면 잡음이 함께 들어온다. 필요한 대역만 통과시키는 것이 잡음 대책의 출발점이다.

잡음 지수(noise figure) 는 그 단이 신호 대 잡음비를 얼마나 나쁘게 만드는지를 나타낸다.

NF [dB] = ( 입력 SNR ) − ( 출력 SNR )        모두 dB

여러 단을 이으면 앞단이 전체를 지배한다.

위치	영향
첫째 단	그 단의 잡음 지수가 거의 그대로 전체 값이 된다
둘째 단부터	앞단 이득으로 나뉘어 기여가 줄어든다

그래서 수신 경로의 맨 앞에 저잡음 증폭기를 둔다. 안테나와 증폭기 사이의 손실은 그대로 잡음 지수에 더해지므로, 그 구간의 배선(routing)과 커넥터가 성능에 직접 걸린다.

입력이 커지면 기본파는 압축되고 삼차 성분은 세 배 기울기로 오른다

증폭기는 입력이 커지면 비례 관계에서 벗어난다.

두 주파수를 함께 넣으면 원래 없던 주파수 성분이 생긴다.

차수	생기는 주파수	왜 문제인가
2 차	`f₁ + f₂`, `f₂ − f₁`	대개 대역 밖이라 걸러진다
3 차	`2f₁ − f₂`, `2f₂ − f₁`	원래 신호 바로 옆에 생겨 걸러지지 않는다

IP3 는 3 차 성분이 기본파와 같아지는 가상의 지점이며, 선형성을 비교하는 기준으로 쓴다. 실제로 도달하지 않는 외삽값이다.

관계	내용
입력을 1 dB 올리면	기본파는 1 dB · 3 차 성분은 3 dB 오른다
그러므로	구동 준위를 낮추면 왜곡이 급격히 줄어든다

이 거듭제곱 관계는 회로 해석으로 확인할 수 있다 — 해석 종류와 표본 회로 §11 에 표본 회로와 실행 결과가 있다.

RF 경로는 단마다 이득·잡음·선형성을 더해 경로 전체의 성능을 예측한다.

잡음은 앞단이, 왜곡은 뒷단이 정한다. 이 두 방향이 RF 경로 설계의 기본 긴장이다.