KR100693315B1 - Multi-factor Test Apparatus and Method Using Phase Detection Device in Continuous Wave Mode - Google Patents
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Abstract
Description
도 1 및 도 2는 종래 기술에 의한 멀티팩터 시험장치를 나타낸 블럭도,1 and 2 is a block diagram showing a multi-factor test apparatus according to the prior art,
도 3은 본 발명에 의한 멀티팩터 시험장치의 일실시예를 나타낸 블럭도,3 is a block diagram showing an embodiment of a multi-factor test apparatus according to the present invention;
도 4는 도 3의 테스트-에이드 A의 구성을 나타낸 회로도,FIG. 4 is a circuit diagram showing the configuration of Test-A of FIG. 3;
도 5는 도 3의 테스트-에이드 B의 구성을 나타낸 회로도,5 is a circuit diagram showing the configuration of the test-ade B of FIG.
도 6은 본 발명에 의한 멀티팩터 시험 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 블럭도, 6 is a block diagram schematically showing the configuration of a multi-factor test apparatus according to the present invention;
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티팩터 시험 방법을 나타낸 흐름도,7 is a flow chart showing a multi-factor test method according to an embodiment of the present invention;
도 8은 본 발명에 의한 멀티팩터 시험 테스트 대상의 사진, 그리고,8 is a photograph of a multi-factor test test subject according to the present invention, and
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 믹서의 DC 검출신호의 전압값을 나타낸 그래프이다.9 is a graph showing the voltage value of the DC detection signal of the mixer according to an embodiment of the present invention.
** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **** Description of symbols for the main parts of the drawing **
100 :테스트에이드 A 200 :테스트에이드 B100: test aid A 200: test aid B
300 :테스트에이드 C 400 :진공챔버300: Test Aid C 400: Vacuum Chamber
110 :RF 발생 신호원 111, 112, 210 :RF 파워미터110: RF generating
211, 330 :스펙트럼 분석기 113 :DC 전압계211, 330: Spectrum Analyzer 113: DC Voltmeter
411 :전자총 제어기 410 :미세전류측정기411: electron gun controller 410: micro current measuring instrument
412 :온도센서감지기 440 :전자총412: temperature sensor detector 440: electron gun
430 :자유전자수집기(Faraday cup) 420 :피검체430: Faraday cup 420: Subject
120, 121, 250 :아이솔레어터 130 :고출력증폭기120, 121, 250: Isolator 130: High power amplifier
140, 240, 310 :대역통과필터 160, 161, 280 :감쇄기140, 240, 310:
260, 320 : 저잡음증폭기 270, 271, 230 : 부하저항기260, 320:
170 : RF 믹서 500 : 위상 검출 장치도170: RF mixer 500: phase detection device diagram
150, 151, 220, 221 : RF 커플러150, 151, 220, 221: RF Coupler
본 발명은 위성용 RF 수동소자들에 대한 멀티팩터(Multipactor) 시험 장치 에 관한 것으로, 특히 연속파 모드(continuous wave mode)의 시험에 대하여 RF 커플러와 믹서를 사용하여 피검체(device under test)로 입력되는 RF 신호와 피검체로부터 반사되는 RF 신호의 차이를 DC 전압으로 변환하여 멀티팩터 현상을 검출하는 연속파 모드에서 위상검출장치를 이용한 멀티팩터 시험 장치 및 그 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a multipactor test apparatus for satellite passive passive elements, and is particularly input to a device under test using an RF coupler and a mixer for a continuous wave mode test. The present invention relates to a multifactor test apparatus using a phase detector and a method thereof in a continuous wave mode in which a difference between an RF signal and an RF signal reflected from an object is converted into a DC voltage to detect a multifactor phenomenon.
본 발명에 의한 멀티팩터 시험 장치 및 방법을 통하여 위성용 RF 수동 부품 에 대한 정확한 멀티팩터 인증시험을 수행할 수 있게 된다.Through the multi-factor test apparatus and method according to the present invention, it is possible to perform an accurate multi-factor certification test on a satellite RF passive component.
멀티팩터(Multipactor;MP)는 진공상태의 고주파 부품 표면에서 발생하는 방전현상이다. 멀티팩터 현상은 10-4 Torr 이하의 진공 상태에서 나타나며, 적정 수준 이상의 RF 에너지가 고주파 수동소자(특히 cavity, 도파관 등의 형태를 갖는 소자)들을 통과 할 때 소자 내 자유전자들과 공진 현상을 일으켜, 2차 전자 방전(Secondary electron emission)을 일으키는 것이다. 이로 인해 급격하게 가속되어 증가된 전자들은 소자 내부의 벽면과 충돌하여 또 다른 2차 전자들을 방출하여 electron의 수를 급격히 증가시킨다. 이러한 현상을 멀티팩터(multipactor) 방전이라 하며, 이로 인하여 부품 표면을 부식시켜 위성용 RF 수동 부품들의 성능저하와 물리적인 구조적 파괴 뿐만 아니라, 나아가서는 인공위성의 임무를 제대로 수행하지 못하게 되는 문제점을 야기할 수 있다. Multipactor (MP) is a discharge phenomenon occurring on the surface of a high frequency component in a vacuum state. Multi-factor phenomena occur in a vacuum of 10 -4 Torr or less and cause resonances with free electrons in the device when RF energy above an appropriate level passes through high-frequency passive devices (especially devices having a cavity, waveguide, etc.). And a secondary electron emission. As a result, the rapidly accelerated and increased electrons collide with the inner wall of the device to release other secondary electrons, thereby rapidly increasing the number of electrons. This phenomenon is called multipactor discharge, which causes corrosion of the surface of the component, which can cause performance degradation and physical structural damage of satellite RF passive components, as well as the inability to perform satellite missions. have.
따라서 이 현상을 사전에 방지하기 위하여 인증시험을 통한 RF 우주 부품을 검증하고 있다.Therefore, in order to prevent this phenomenon, RF space components are verified through certification tests.
도 1은 유럽우주국(ESA: Europeon Space Agency)에서 멀티팩터 민감도 시험에 대한 표준화된 시험 방법을 나타낸 도면이다. 멀티팩터 발생에 대한 검출이 쉽지 않기 때문에 ESA에서는 2가지 이상의 방법을 동시에 사용하도록 권고하고 있다. 도 1에 멀티팩터 시험은 주(主) 검출 방법으로 위상 nulling system을 적용하고 있으며, 부가적으로 입력/반사 전력, 제3 하모닉 검출, 전자 미터 등을 적용하고 있다. 또한 ESA에서는 위상 nulling system에서 펄스 형태의 RF 신호원에 대한 멀티 팩터 발생/검출이 용이하기 때문에 RF 신호원으로 펄스형태의 신호를 사용할 것을 권고하고 있다. 멀티팩터가 발생하면 위상 nulling system에서 스펙트럼 분석기 상에 나타나는 노이즈는 펄스 모형의 포락선 부근에 spark/burst noise 형태로 나타난다. 이 방식은 연속파(continuous wave) 형태의 RF 신호원을 사용할 경우 검출 이 어려운 문제점이 있다. 따라서 종래의 위상 nulling system을 적용한 멀티팩터 시험 방법은 연속파 모드의 RF 신호원에 대한 멀티팩터 시험에는 그 검출이 용이하지 않으며, 멀티팩터 발생 전의 위상 변화를 측정하기 불가능하고, 그 검출이 용이하지 않은 문제점이 있다.1 is a diagram showing a standardized test method for multi-factor sensitivity test in the European Space Agency (ESA). Because detection of multifactor occurrences is not easy, ESA recommends using two or more methods simultaneously. In FIG. 1, the multi-factor test applies a phase nulling system as a main detection method, and additionally applies input / reflective power, third harmonic detection, and an electronic meter. In addition, the ESA recommends the use of pulse-type signals as RF signal sources because it is easy to generate / detect multi-factors for pulse-type RF signal sources in phase nulling systems. When multifactor occurs, noise appearing on the spectrum analyzer in the phase nulling system appears in the form of spark / burst noise near the envelope of the pulse model. This method is difficult to detect when using a continuous wave (RF) signal source. Therefore, the multi-factor test method using the conventional phase nulling system is not easy to detect in the multi-factor test for the RF signal source in the continuous wave mode, it is impossible to measure the phase change before the multi-factor generation, and the detection is not easy. There is a problem.
도 2는 RF 입력전력인(Pin)과 피검체를 통과한 출력전력(Vout)을 커플러와 가변 저항기, 가변 위상천이기를 통과시켜 믹서를 거친후 스펙트럼 분석기를 통해 두 신호의 노이즈를 검출하는 방식을 나타낸 도면이다. RF 소자의 전기적 특성 중 멀티팩터 현상이 일어났을때 가장 민감한 부분은 피검체로부터 반사되어 나오는 신호(Vre)의 진폭 및 위상이 급격한 증가는데 반해, 피검체를 통과한 출력전력(Vout)은 멀티팩터 발생시 그 변화량이 미약하고 출력 전력이 포화(saturation) 되는 현상으로 나타난다. 따라서 도 2에 도시된 멀티팩터 시험 방법으로는 멀티팩터 발생 전의 미약한 변화 및 초기 발생 단계를 진담함에 있어 어려움이 있으며, 이로 인해 정확한 멀티팩터 발생 RF 입력전력을 규명하기 어려운 문제점이 있다. 또한, 도 2의 멀티팩터 시험 방법은 RF 수동소자중 2 port를 갖는 구조만 시험 가능하며, 안테나와 같이 1 port 수동 소자를 대상으로는 멀티팩터의 측정이 불가능한 문제점이 있다.2 illustrates a method of detecting noise of two signals through a spectrum analyzer after passing a coupler, a variable resistor, and a variable phase shifter through an RF input power (Pin) and an output power (Vout) passing through an object. The figure shown. When the multi-factor phenomenon of the RF device occurs, the most sensitive part is a sharp increase in the amplitude and phase of the signal Vre reflected from the subject, whereas the output power (Vout) passing through the subject is multi-factor. When it occurs, the amount of change is weak and the output power is saturated. Therefore, the multi-factor test method illustrated in FIG. 2 has a difficulty in talking about the weak change and the initial generation step before the multi-factor is generated, which makes it difficult to identify the accurate multi-factor generated RF input power. In addition, the multi-factor test method of FIG. 2 can test only a structure having two ports among RF passive elements, and there is a problem in that multi-factor measurement is impossible for a 1-port passive element such as an antenna.
즉, 도 1의 멀티팩터 시험 방법으로는 연속파(continuous wave) 모드 RF 신호원에 대한 멀티팩터 발생 현상을 검출하기 어려우며, 도 2의 방법으로는 1 port RF 소자에 대한 멀티팩터 시험이 불가능하며 피검체 출력전압을 측정하기 때문에 정확한 멀티팩터 발생 RF 입력전력을 규명하기가 어려운 문제점이 있다.That is, it is difficult to detect the multi-factor generation phenomenon for the continuous wave mode RF signal source by the multi-factor test method of FIG. 1, and the multi-factor test on the 1 port RF device is impossible by the method of FIG. 2. Since measuring the output voltage of the sample, it is difficult to determine the exact multi-factor generated RF input power.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, RF 커플러와 믹서를 멀티팩터 검출방법의 주(主)로 사용하여 연속파 모드(continuous wave mode) RF 신호원에 대한 정확한 멀티팩터 시험 장치 및 방법을 제공하고, 1포트 소자 뿐만 아니라 2이상의 포트로 구성되는 모든 형태의 RF 수동 소자들에 대한 멀티팩터 민감도 시험을 가능하게 하는 연속파 모드에서 위상검출장치를 이용한 멀티팩터 시험 장치 및 방법을 제공함에 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention is to solve the above problems, using an RF coupler and a mixer as the main of the multi-factor detection method, an accurate multi-factor test device for continuous wave mode RF signal source and To provide a method and a multi-factor test apparatus and method using a phase detection device in a continuous wave mode that enables multi-factor sensitivity testing of all types of RF passive devices consisting of two or more ports as well as one port device. The purpose is.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 멀티팩터 시험 장치에 있어서, 멀티팩터 발생 시험 대상인 피검체가 실장되는 진공챔버; 상기 진공챔버 외부에서 상기 피검체에 연속파 형태의 RF 신호를 인가하는 RF 신호발생장치; 상기 RF 신호발생장치와 상기 피검체 사이에 전기적으로 연결되어 상기 RF 신호발생장치에서 인가되는 RF 입력신호와 상기 피검체에서 반사된 RF 반사신호를 추출하는 RF 커플러; 및 상기 RF 커플러에 의해 추출되는 상기 RF 입력신호와 상기 RF 반사신호를 믹싱 하여 상기 RF 입력신호와 상기 RF 반사신호의 위상차이를 검출하는 RF 믹서;로 구성된 것을 특징으로 하는 멀티팩터 시험 장치를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a multi-factor test apparatus, comprising: a vacuum chamber in which a subject to be subjected to a multi-factor generation test is mounted; An RF signal generator configured to apply a continuous wave form RF signal to the subject under the vacuum chamber; An RF coupler electrically connected between the RF signal generator and the subject to extract an RF input signal applied from the RF signal generator and an RF reflected signal reflected from the subject; And an RF mixer which detects a phase difference between the RF input signal and the RF reflection signal by mixing the RF input signal and the RF reflection signal extracted by the RF coupler. do.
상기 진공챔버는, 10-4 Torr이하의 진공상태를 유지하는 것을 특징으로 한다.The vacuum chamber is characterized in that to maintain a vacuum state of less than 10 -4 Torr.
상기 RF 믹서에서 출력되는 신호는 상기 DC 전압계에 인가되고, The signal output from the RF mixer is applied to the DC voltmeter,
φre-φin = cos-1[Vout/α]에 의하여 상기 RF 입력신호와 상기 RF 반사신호의 위상차(φre-φin)가 검출되는 것을 특징으로 한다. 여기서 φin은 RF 입력신호의 위상, φre은 RF 반사신호의 위상,α는 검출신호의 진폭이다.The phase difference φ re -φ in of the RF input signal and the RF reflection signal is detected by φ re -φ in = cos −1 [V out / α]. Where φ in is the phase of the RF input signal, φ re is the phase of the RF reflection signal, and α is the amplitude of the detection signal.
한편, 본 발명의 목적을 달성하기 위한 상기 멀티팩터 시험장치를 이용하는 멀티팩터 시험방법은, a)RF 신호발생장치에 예상되는 멀티팩터 발생 전력 이하의 RF 파워를 인가하는 단계; b)RF 파워를 소정 dB 증가시키는 단계; c)인가한 RF 파워를 10분 동안 유지하면서 RF 믹서에서 입력되는 신호의 전압을 나타내는 DC 전압계의 전압값이 급격히 변화하는 지를 관찰하는 단계; d)상기 b)단계의 입력 RF 전압과 상기 c) 단계의 출력 DC 전압을 기록하는 단계; e)상기 c)단계의 관찰 결과 멀티팩터 발생 여부를 판단하는 단계; f)상기 e)단계에서 발생하지 않은 것으로 판단하면, 상기 b) 단계로 리턴하여 RF 입력 전력을 한 스텝 증가시키고 상기 과정을 반복는 단계; 및 g)상기 e)단계에서 발생한 것으로 판단하면 RF 파워를 낮추고, 진공 챔버 내의 피검물에 멀티팩터로 인한 변화를 검사하는 단계; 로 구성된 것을 특 징으로 한다.On the other hand, the multi-factor test method using the multi-factor test apparatus for achieving the object of the present invention, a) applying the RF power below the expected multi-factor generated power to the RF signal generator; b) increasing the RF power by a predetermined dB; c) observing whether the voltage value of the DC voltmeter representing the voltage of the signal input from the RF mixer changes rapidly while maintaining the applied RF power for 10 minutes; d) recording the input RF voltage of step b) and the output DC voltage of step c); e) determining whether a multi-factor occurs as a result of the observation of step c); f) if it does not occur in step e), returns to step b) to increase the RF input power by one step and repeat the process; And g) lowering the RF power when it is determined in step e) and inspecting a change in the vacuum chamber due to the multi-factor. It is characterized by consisting of.
상기 b) 단계에서 예상되는 멀티팩터 발생전력이 6 ~ 3dB 일 경우 1dB 씩 증가시키고, 예상되는 멀티팩터 발생전력이 3dB이하일 경우 0.5dB 씩 증가시키는 것이 바람직하다.When the expected multi-factor generation power in step b) is 6 to 3 dB, it is preferable to increase by 1 dB, and when the expected multi-factor generation power is below 3 dB, it is preferably increased by 0.5 dB.
상기 g)단계의 검사는 육안검사와 표면검사인 것을 특징으로 한다.The inspection of step g) is characterized by visual inspection and surface inspection.
본 발명의 실시 예로는 다수개가 존재할 수 있으며, 이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 바람직한 실시 예에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 이 실시예를 통해 본 발명의 목적, 특징 및 이점 들을 보다 잘 이해할 수 있게 된다.There may be a plurality of embodiments of the present invention, hereinafter with reference to the accompanying drawings will be described in detail a preferred embodiment. This embodiment allows for a better understanding of the objects, features and advantages of the present invention.
도 3은 본 발명에 의한 멀티팩터 시험장치의 일 실시예를 나타낸 블럭도이고, 도 4는 도 3의 테스트에이드 A 를 나타낸 도면, 도 5는 도3의 테스트에이드 B를 나타낸 도면이다. 도 6은 도 3의 멀티팩터 시험장치의 입력신호와 반사되는 신호의 흐름과 신호들의 위상차에 따른 DC 검출신호 결정 과정을 나타낸 도면, 도 7은 멀티팩터 시험방법을 나타낸 순서도, 도 8은 멀티팩터 시험 대상인 1pole 공진기의 사진, 그리고, 도 9는 믹서에서 출력되는 DC 검출신호의 전압 값을 나타내는 그래프이다.Figure 3 is a block diagram showing an embodiment of a multi-factor test apparatus according to the present invention, Figure 4 is a view showing a test aid A of Figure 3, Figure 5 is a view showing a test aid B of FIG. FIG. 6 is a view illustrating a DC detection signal determination process according to an input signal and a reflected signal flow and a phase difference between signals of the multi-factor test apparatus of FIG. 3, FIG. 7 is a flowchart illustrating a multi-factor test method, and FIG. 8 is a multi-factor test method. A photograph of a 1pole resonator under test and FIG. 9 are graphs showing voltage values of DC detection signals output from a mixer.
도 3에 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 멀티팩터 시험장치는 피검체(DUT:Device under test;420)가 실장되는 진공챔버(400), 피검체(420) 전단에 위치하여 위상 검출을 위한 테스트에이드A(Test Aid A;100), 3차 하모닉 성분과 피검체(420)로부터 출력되는 신호의 변화량을 분석하기 위한 테스트에이드B(Test Aid B;200), 3port를 가지는 피검체의 경우 여분의 포트에서 노이즈 레벨을 검출하는 테스트에이드C(Test Aid C;300)를 포함한다.As shown in FIG. 3, the multi-factor test apparatus according to the present invention is a
진공챔버(400)는 피검체(420)를 실장하여 진공상태를 유지한다. 10-4 Torr 이하의 진공상태를 유지하여야 멀티팩터 현상이 발생하므로 10-4 Torr로 진공 상태를 유지하며, 우주환경을 모의하기 위해 전자총제어기(411)를 통해 전자총(440)으로 일정량은 자유전자들을 생성시켜 주며, 만약 멀티팩터 발생 시 피검체(420)에 부착된 온도센서(450,451), 온도센서감지기(412)를 이용하여 온도변화를 검출하며, 자유전자수집기(430)을 통해 진공챔버(400)내에 분포된 자유전자들을 수집하고, 자유전자수집기(430)에 연결된 미소전류측정기(410)로 전자량을 전류값으로 변환하여 그 변화량을 검출한다. 피검체(420)는 인공위성의 RF 수동 부품들로서 멀티팩터 현상으로 인한 성능 저하와 물리적 구조적 파괴를 방지하기 위하여 멀티팩터 인증 시험 대상 RF 우주 부품이다. 도 8의 사진과 같이 1 port RF 수동소자도 포함된다.The
RF 신호발생기(110)는 기준신호인 연속파(Continuous Wave) 형태의 기준신호를 발생하는 장치이다. The
테스트에이드A(100)는 위상 검출 시스템으로 도 4에 도시된 바와 같이 RF 커플러(151)와 믹서(170)로 구성되어 피검체(420) 앞단에 전기적으로 연결된다. 즉, RF 신호발생기(110)와 피검체(420) 사이에 연결되어 입력되는 RF 신호와 피검체에서 반사되는 RF 신호의 위상차를 검출하여 멀티팩터 발생여부를 검출하는 것이다. 피검체(420) 앞단에 위치하여 반사 신호를 이용하므로 1port RF 소자의 경우에도 멀티팩터 시험이 가능하게 된다. As shown in FIG. 4, the
테스트에이드A(100)는 기준 신호인 연속파(continuous wave) RF 신호원(Vin)의 위상과 피검체(420)로부터 반사되어 나오는 신호(Vre)를 RF 커플러(151)를 통하여 추출하고, RF믹서(170)를 위상 검출기(phase detector)로 사용하여 두 입력신호의 위상 차이를 DC 전압계(113)를 이용하여 출력 전압(Vout)으로부터 검출한다. RF 커플러(150)은 입력 기준전압(Vin)과 피검체(420)로부터 반사되어 나오는 신호(Vre)를 분배하여 Vin은 JA3 라인으로 출력되어 RF파워미터(111)에 인가하여 입력전압의 크기가 검출되도록 하고, Vre은 JA4라인으로 출력되어 RF파워미터(112)에 인가하여 반사전압의 크기가 검출되도록 한다. 도면부호 120, 121은 아이솔레이터, 130은 고출력 증폭기, 140은 대역 통과 필터, 그리고 160,161은 감쇄기이다.The
RF 신호 발생기(110)에서 발생된 연속파 모드 RF 신호인 RF 입력신호(Vin), 피검체로부터 반사되는 RF 반사신호(Vre) 및 위상차이에 의한 DC 검출신호(V out )의 관계는 아래 수식으로 나타낼 수 있고, 신호의 흐름은 도 6에 도시된 바와 같다.The relationship between the RF input signal V in , the continuous wave mode RF signal generated by the
즉, RF 입력신호(Vin)가 Vin=A1cos(ωint+φin)이고, RF 반사신호(Vre)가 Vre=A2cos(ωret-φre) 이면,That is, when the RF input signal V in is V in = A 1 cos (ω in t + φ in ) and the RF reflection signal V re is V re = A 2 cos (ω re t-φ re ),
이 둘의 합성파(Vmix)는, Vmix= αcos(φre-φin)+βcos(2ωt)+ HOT라 할 수 있다.The combined wave (V mix ) of the two may be referred to as V mix = αcos (φ re −φ in ) + βcos (2ωt) + HOT.
도 4와 도 6을 참조하면 RF 신호 발생기(110)에서 발생된 연속파 모드 RF 신 호인 RF 입력신호와 피검체로부터 반사되어 출력되는 증폭기, 필터, 감쇄기 등을 통해 처리되어 RF 믹서에 입력되므로 도6에서 RF 입력신호를 Vin' RF 반사신호를 Vre' 으로 표시하였으나 아래 설명에서는 편의상 RF 입력신호(Vin), RF 반사신호 (Vre)로 칭한다. 이러한, RF 입력신호(Vin)와 RF 반사신호 (Vre)를 합성하는 RF 믹서(170)에서 출력되는 위상차에 따른 DC 검출신호(V out )는 무한대의 신호들이 있지만, 그 중 가장 큰 신호인 입력의 두 신호의 위상차이에 대한 DC 출력신호 전압값(Vout)과, 도 4와 도6에 도시된 바와 같이 커플러(151), 감쇄기(160,161), 대역통과필터(140)에 의해 필터링되어 거의 제거된 두배의 주파수 성분의 진폭값과 고차항(HOT: higher order term) 성분들의 값이다. 따라서 DC 검출신호 전압(Vout)은 대부분 RF 입력신호(Vin)과 RF 반사신호(Vre)의 위상차에 의한 값이며, 두 신호의 진폭 값에 대한 변화분은 거의 무시할 정도의 값이다. 4 and 6, the
따라서, DC 검출신호(Vout)은 Vout ≒ αcos(φre-φin)이라 할 수 있고, RF 입력신호와 RF반사신호의 위상차(φre-φin)는, φre-φin = cos-1[Vout/α]가 된다.Therefore, the DC detection signal Vout can be referred to as V out ≒ αcos (φ re -φ in ), and the phase difference (φ re -φ in ) between the RF input signal and the RF reflection signal is φ re -φ in = cos. -1 [V out / α].
여기서, Vin은 RF 입력신호, A1은 RF 입력신호의 진폭,ωin은 RF 입력신호의 주파수, φin은 RF 입력신호의 위상이다. Vre은 RF 반사신호, A2은 RF 반사신호의 진폭,ωre은 RF 반사신호의 주파수, φre은 RF 반사신호의 위상이다. Vmix는 Vre와 Vin 합성파의 수학식이고, Vout은 RF 믹서(170)에서 출력되는 검출신호, HOT는 고차항(HOT: higher order term)을 나타낸다.Where V in is the RF input signal, A1 is the amplitude of the RF input signal, ω in is the frequency of the RF input signal, and φ in is the phase of the RF input signal. V re is the RF reflection signal, A2 is the amplitude of the RF reflection signal, ω re is the frequency of the RF reflection signal, φ re is the phase of the RF reflection signal. V mix is a formula of Vre and Vin synthesized wave, V out is a detection signal output from the
따라서, 도 3과 같은 회로 구성 후 시험을 실시하면, 연속파 RF 신호 발생기(110)의 RF 전력을 증가시켜도 멀티팩터 현상이 발생하기 전에는, DC 검출신호(Vout)가 고차항에 대하여 완벽하게 필터링되어 제거되지 않으므로 멀티팩터 발생 여부 판단에 영향을 미치지 않을 정도로 약간의 DC 검출신호(Vout)가 증가한다. 그러나 멀티팩터가 발생되면 기준신호인 RF 입력신호(Vin)는 일정하게 유지되지만, 피검체내부의 자유전자들과의 공진현상으로 인해 피검체(420) 내에서 반사되는 신호(Vre)의 위상(phase)이 깨짐으로써 DC 검출신호(Vout) 값이 급반전을 하게 되며, 더하여 전 주파수 대역에 걸쳐 임의의 위상을 갖는 잡음 신호의 증가로 인해 DC 검출신호(Vout) 값이 또한 변화한다. 본 발명에서 제안한 기준신호 대비 변화되는 신호의 위상(phase) 성분만이 DC 검출신호 전압 변화량으로 검출되므로, 순수한 멀티팩터 발생에 따른 RF 반사신호(Vre)의 위상을 검출할 수 있다. 시험자는 상기 DC 검출신호를 확인함으로써 멀티팩터 발생을 인지할 수 있고, 멀티팩터 발생 시의 RF 파워미터 111을 확인하여, 멀티팩터가 발생하는 입력 RF 파워를 확인 할 수 있다. 또한, DC 전압계(113),와 RF 파워미터 111의 신호를 PC 등의 프로세서로 출력하여 멀티팩터 발생을 자동으로 확인할 수 있다. Therefore, if the test is performed after the circuit configuration as shown in FIG. 3, even if the RF power of the continuous wave
테스트에이드B(200)는 3차 하모닉 성분과 실제 신호의 출력의 변화량을 분석 하여 멀티팩터 발생을 검출하는 것으로, 피검체(420)로부터 나온 높은 전력을 가지는 출력신호를 하이파워부하저항기(230)로 종단하고, 커플러(220)로 40dB로 신호세기를 감쇄시켜 3차 하모닉 필터(420)로 필터링하여 아이솔레이터(250)와 LNA(260)을 통해 신호를 증폭하여 3차 하모닉 성분의 변화량을 검출하며, 또한 커플러(221)를 통한 신호의 세기를 추가적으로 감쇄기(280)로 낮추어 출력의 신호세기를 검출하는 기능을 한다. The
테스트에이드C(300)는 피검체(420)가 3 port 형태일 경우 입력, 출력을 제외한 나머지 포트에서의 noise level를 필터(310)로 필터링하여 미약한 신호를 저잡음 증폭기(320)로 증폭한 후 스펙트럼분석기(330)로 멀티팩터가 발생할 경우 noise level를 확인하는 장치이다.When the
테스트에이드B,C를 테스트에이드A와 함께 사용함으로써 실험결과의 신뢰성을 제고할 수 있다.By using test aids B and C together with test aids A, the reliability of the test results can be improved.
상기와 같이 구성된 본 발명의 멀티팩터 시험장치를 이용한 연속파 모드에 대한 멀티팩터 시험 방법인 RF 믹서(170)를 사용한 위상 검출 방법을 도 3 내지 도 9를 참조하여 상세히 설명하기로 한다. The phase detection method using the
도 3과 같이 연속파 모드에 대하여 멀티팩터 시험 장치를 구성하고, 각각의 테스트에이드 A,B,C(100, 200, 300)에 대한 검증(verification) 과정으로, RF 신호발생장치(110)와 각각의 RF 파워미터(111, 112, 210)들에 대하여 측정 (calibration)하고, 각각의 cable loss 측정 및 보정하고, 스펙트럼 분석기(spectrum analyzer;211, 330)를 셋팅하고, 저잡음 증폭기(LNA)(260, 320)와, 고출력 증폭기(PA;130)를 셋업한다. 또한 진공 챔버(400)에 대한 진공도를 체크하고, 전자총(electron gun;440)과 자유전자수집기(faraday cup;430)를 장착한다.As shown in FIG. 3, the multi-factor test apparatus is configured for the continuous wave mode, and each of the test aids A, B, and C (100, 200, 300) is verified. Calibrate, calibrate and calibrate respective cable loss, set
한편, 도 7은 본 발명에 의한 인공위성 RF 소자 인증 방법을 디스플레이한 흐름도로서, 멀티팩터 시험 방법은 S140단계로서 상세한 동작 흐름을 S141 내지 S149로 순차적으로 나타낸다. On the other hand, Figure 7 is a flow chart displaying the satellite RF device authentication method according to the present invention, the multi-factor test method is a step S140 shows a detailed operation flow in sequence S141 to S149.
멀티팩터 시험이 시작되면(S141), RF 신호발생장치(110)의 파워를 인가한다(S142). 예상되는 멀티팩터 발생 전력인 6dB 이하부터 RF 파워를 인가하여 시험을 시작하는 것이 바람직하다. When the multi-factor test is started (S141), the power of the
RF 파워를 1 dB 또는 0.5dB 증가시킨다(S143). 예상되는 멀티팩터 발생전력이 6 ~ 3dB 일 경우 1dB 씩 증가하고, 예상되는 멀티팩터 발생전력이 3dB이하일 경우 0.5dB 씩 증가하는 것이 바람직하다. The RF power is increased by 1 dB or 0.5 dB (S143). If the expected multi-factor generation power is 6 ~ 3dB, it is preferable to increase by 1dB, and if the expected multi-factor generation power is less than 3dB, it is desirable to increase by 0.5dB.
인가한 RF 전력에 대하여 10분 동안 유지(S144)하면서 멀티팩터 발생 징후인 DC 출력전압, RF 입출력 전력, 노이즈 레벨(noise level) 등의 급격한 변화를 관찰한다. 각 항목별 레벨을 측정하여 기록하고(S145), 멀티팩터 발생 증후 발생 여부를 판단하여(S146) 발생 하지 않으면, S143단계로 리턴하여 RF 입력 전력을 한 스텝 증가시키고 상기 과정을 반복한다.While maintaining the applied RF power for 10 minutes (S144), a sudden change in DC output voltage, RF input / output power, noise level, etc., which are signs of multi-factor generation, is observed. Measure and record the level of each item (S145), determine whether or not the multi-factor generation symptoms occur (S146), if not generated, return to step S143 to increase the RF input power by one step and repeat the above process.
멀티팩터 발생 증후가 관찰되면, 연속파 RF 신호발생장치(110)의 RF power를 낮추고(S147), 진공 챔버 내의 피검물에 멀티팩터로 인한 변화를 육안검사와 표 면검사(S148)를 수행하여 이상 유무를 판단한다. When the multi-factor generation symptoms are observed, the RF power of the continuous wave
이와 같은 멀티팩터 시험 방법을 도 8의 사진과 같은 1 pole 공진기를 피검체로 수행한 실시예가 다음과 같다. 설계/제작된 샘플 피검체의 예상되는 멀티팩터 발생 RF 입력 전력은 약 0.76watt(28.8 dBm)이다. 따라서 예상 멀티팩터 발생 RF 전력보다 6dB 낮은 전력부터 시험을 시작하고 1dB씩 증가 시키면서 시험을 수행 하면, 그 결과 연속파 RF 입력전력에 의해 발생하는 RF 믹서(170)의 위상차에 따른 DC 검출신호 전압값의 변화는 도 9와 같다. An example in which the multi-factor test method is performed with a 1pole resonator as shown in FIG. 8 as a test object is as follows. The expected multifactor generated RF input power of the designed / fabricated sample subject is approximately 0.76 watts (28.8 dBm). Therefore, if the test is started with a power that is 6 dB lower than the expected multi-factor generated RF power, and the test is performed in 1 dB increments, as a result, the DC detection signal voltage value according to the phase difference of the
도 9에 도시된 값을 보면, 연속파 모드 RF 입력전력이 27 dBm이하에서는 본 발명에서 제시한 것 처럼 입력 신호의 진폭증가에 따른 변화가 완만한 특성을 보이고 있으며, 입력 전력을 27 dBm에서 28 dBm으로 증가시킨 후 RF 믹서에서 출력되는 DC 검출신호의 전압이 위상이 바뀌면서 급격하게 시간에 따라서 감소하였다. 또한 그 DC 검출신호 전압의 변화량은 멀티팩터 발생에 따른 자유전자와 RF 필드간의 공진현상이 일어나고 있음을 시간에 따라 관찰할 수 있었다. 따라서 본 발명에 의한 1 pole 공진기의 멀티팩터 시험결과 약 28 dBm 정도의 연속파 모드RF 입력일때 멀티팩터가 발생함을 알수 있다. In the continuous wave mode RF input power of 27 dBm or less, as shown in the present invention, the change in amplitude according to the amplitude of the input signal is shown to be smooth, and the input power is 27 dBm to 28 dBm. After increasing the voltage, the voltage of the DC detection signal output from the RF mixer decreased rapidly as the phase changed. In addition, the amount of change in the DC detection signal voltage was observed over time that the resonance between the free electrons and the RF field occurred due to the multi-factor. Therefore, as a result of the multi-factor test of the 1 pole resonator according to the present invention, it can be seen that the multi-factor occurs when the continuous wave mode RF input is about 28 dBm.
이와같이 본 발명에서는 기존의 phase nulling system의 경우 펄스 형태의 RF 신호원에 대한 멀티팩터 시험만 가능한 데에 비하여 연속파를 RF 신호원으로 사용한 경우에도 멀티팩터 발생 시점, 정확한 RF 입력 파워 등을 구명할 수 있게 된다.As such, in the present invention, in the case of the conventional phase nulling system, only the multi-factor test for the RF signal source in the form of pulse is possible, even when the continuous wave is used as the RF signal source, it is possible to determine the time of the multi-factor occurrence and the accurate RF input power. Will be.
또한, 검출 방법의 민감성이 제고되며 안테나와 같은 1 port 소자에 대한 멀 티팩터 시험도 가능하게 한다.It also improves the sensitivity of the detection method and enables multi-factor testing of 1 port devices such as antennas.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명은 연속파를 RF 신호원으로 사용하는 경우에도 멀티팩터 발생 시점, 정확한 RF 입력 파워를 검출할 수 있고, 적은 비용과 간단한 구성으로, 모든 형태의 RF 수동소자들에 대한 멀티팩터 시험이 가능하다.As described in detail above, the present invention can detect a multi-factor generation time and accurate RF input power even when using a continuous wave as an RF signal source, and can be applied to all types of RF passive devices with low cost and simple configuration. Multifactor testing is possible.
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