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대역폭이 항공우주 및 방위 애플리케이션을 다스린다

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글/이안 비버스(Ian Beavers), 아나로그디바이스

LPI시스템의 성공에 가장 중요한 요인 중 하나는 복잡한 파형(waveform)을 잡음으로 위장할 수 있도록 최대로 넓은 신호 전송 대역폭을 사용하는 것이다. 
더 넓은 주파수 통신 대역은 시스템 아날로그-디지털 컨버터(ADC)로부터 더 큰 관찰된 대역폭(observed bandwidth)을 요구하는 것 외에도 보다 높은 전출력(full-power) 대역폭을 필요로 한다 . 이 는 전 자 전 (electronic warfare, EW) 및 능동 위상 배열 레이더(active phased array radar) 같은 일부 애플리케이션에서 더 고차(higher order)인 나이퀴스트 속도 대역(Nyquist rate band)의 사용을 요구할 수도 있다. 차세대 GSPS (gigasamples per second) ADC를 사용하면 제 3차 및 4차 나이퀴스트 대역에서 오버샘플링의 동적 범위 이점을 얻을 수 있는 데시메이션 옵션이 포함된 GHz 샘플링이 용이해진다. ADC의 입력 대역폭이 충분히 높으면 해당

IF(infrared) 신호를 언더샘플링(undersampling)함으로써 ADC에서 직접 하향변환(downconvert)을 할 수 있다. 보다 높은 대역폭의 입력 신호 및 샘플레이트(sample rate)를 사용하면 더 넓은 대역 신호의 직접 RF 샘플링(direct RF sampling)이 가능해지고, 더욱 낮은 시스템 전력 및 단순성(simplicity)을 위해 신호 체인의 전체 단계를 줄일 수 있다.

ADC 언더샘플링은 본질적으로 신호의 최대 주파수 성분의 두 배 미만에 해당하는 샘플링 주파수를 사용하는 기법이다. 이러한 기법은 고조파 샘플링(harmonic sampling), 대역 통과 샘플링(band pass sampling), 혹은 슈퍼 나이퀴스트 샘플링(super-Nyquist sampling)이라고도 불린다. 나이퀴스트-섀넌(Nyquist-Shannon) 샘플링 정리는 샘플링된 신호로부터 원래의 신호를 완벽하게 복원(reconstruction)하기 위해 샘플 레이트가 해당 신호 대역폭의 두 배가 되어야 한다는 것을 보여준다. 이 기법을 최대 IF 주파수 성분의 두 배인 샘플레이트와 혼동해서는 안 된다.

BW가 해당 신호 대역폭일 때 샘플 주파수의 조건은 FS > 2BW다. 이 때 가능한 해당 신호 대역폭은 DC~BW구간이거나, BW=A-B인 경우 A~B구간이다. 해당 대역폭이 샘플레이트(FS)의 절반인 ADC의 나이퀴스트 대역과 겹치지 않는 한, 언더샘플링은 개별 샘플레이트에 비해 상대적으로 높은 전출력 대역폭(high fullpower bandwidth, FPBW)의 ADC와 함께 더 높은 신호 대역을 대상으로 동작할 수 있다(그림 1)...(중략)