FWD Detector, RVS Detector의 설명과 설계 방법

FWD DET(Forward Detector)와 RVS DET(Reverse Detector)는 RF 시스템에서 전력 흐름을 감지하는 중요한 측정 회로입니다. 주로 송신기의 출력부나 HPA 모듈에 탑재되어 순방향 전력(Forward Power)과 반사 전력(Reflected Power)을 실시간으로 감지하여 VSWR(전압정재파비), 출력 모니터링, 보호 회로(Fault Detection) 등에 활용됩니다. 이러한 검출기는 주로 검출 회로의 구성, 주파수 특성, 정확도, 목적에 따라 다양하게 설계됩니다.

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1. 검출 방식에 따른 구분: 정류형 vs 샘플링형

① 정류형 검출기 (Diode Rectifier Type)

• RF 신호를 다이오드를 통해 정류하여 DC 전압으로 변환
• 전압 크기 ∝ 전력 수준
• 가장 단순하고 저가형 검출기
• 주로 검출 다이오드(Schottky)를 사용

설계 방법:

• RF 포인트에서 커플링 또는 directional coupler를 사용해 신호 일부를 추출
• 정류 다이오드 → RC 필터 → Buffer → ADC
• 로그 증폭기 (Log Amp)를 추가하면 넓은 동작 범위 구현 가능

장점: 구조 단순, 소형화 가능
단점: 온도 의존성 큼, 정확도 떨어짐

② 샘플링형 검출기 (Directional Coupler + Detector Amp)

• 직접 전압 측정이 아닌, RF 신호의 일정 비율만 추출하여 감지
• 고속 ADC 또는 Log Amp를 통해 측정
• 고정밀 및 고주파 시스템에서 사용

설계 방법:

• Directional Coupler (20~30 dB) 설계
• 출력 포트에 PIN 다이오드 또는 고속 디지털 검출기 부착
• 검출 전압을 MCU 또는 DSP로 전송

장점: 넓은 주파수 대역 지원, 정밀 측정 가능
단점: 부품 많고 회로 복잡

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2. 전력 방향에 따른 구분: FWD와 RVS

① Forward Detector (FWD DET)

• 송신기 또는 증폭기의 출력 방향으로 흐르는 정상 RF 전력 측정
• 안테나로 향하는 신호 감지

설계 팁:

• Directional Coupler의 Coupled Port를 FWD 방향으로 설정
• 감지 감도 0.5~1 V/W 기준
• 전압 비례형 또는 로그형으로 구성 가능

활용:

• 출력 전력 자동 조절(AGC), 출력 모니터링

② Reverse Detector (RVS DET)

• 부하 미정합 시 발생하는 반사파(RF Reflected Power) 측정
• 주로 VSWR 모니터링, Fault Detect, Mute 보호회로로 사용

설계 팁:

• Coupler의 반대 방향의 Coupled Port에 연결
• 리턴 손실 및 VSWR 연산용으로 MCU 연계
• 고전력 시스템에서는 손상 방지용 클램프 회로 추가

활용:

• 안테나 불량, 케이블 단선 감지, 보호 동작 트리거

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3. 출력 신호 형태에 따른 구분: 아날로그형 vs 디지털형

① 아날로그 출력형 (Analog Voltage Output)

• 전력 수준을 DC 전압으로 출력 (예: 0.1V ~ 2V)
• MCU의 ADC 입력으로 직접 사용
• 간단한 전압 분할 저항 또는 필터 회로와 결합

설계 팁:

• 검출 민감도 10mV/dBm 기준으로 설계
• 고정밀 측정을 위해 온도보상회로 포함 가능
• LOG Amp를 쓸 경우 log-linear 변환 필요

② 디지털 출력형 (Digital Serial Output)

• 고속 ADC 내장형 또는 MCU와 I2C, SPI 연동
• 출력 전력을 디지털로 정량화하여 전송
• 정밀 제어용, 네트워크 기반 시스템에 적합

활용:

• 자동 레벨 제어 (ALC), 원격 모니터링, 통신 상태 감시

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4. 주파수 및 전력 범위에 따른 구분: 저주파/고주파 & 저출력/고출력 대응

① 저주파, 저출력 대응형 (VHF/UHF, <10W)

• 주로 방송, 아마추어 무선, 산업용 장비에 사용
• 50~800 MHz 대역
• 소형 정류형 검출기 사용

설계 특징:

• 손쉬운 정합 (SWR 미세 튜닝 가능)
• TO-92 타입 검출기 사용 가능 (예: LT5534, AD8307)

② 고주파, 고출력 대응형 (SHF, GHz대, 수백 W~kW)

• HPA, 위성 지상국, 레이더 등 고전력 시스템
• 고전압 클램프, RF Isolator, 감쇠기(Attenuator) 병렬 사용 필요

설계 특징:

• Directional Coupler 자체도 도파관 구조 사용
• 10 kW급까지 검출 가능한 water-cooled detector도 존재
• 내부 RF short 또는 arc 발생 시 정전기 보호 회로 포함 필요

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요약

항목	Forward Detector	Reverse Detector
기능	송신 출력 측정	반사 전력, 부하 이상 감지
위치	PA 출력부	안테나 직전, 로드 직후
구조	커플러 + 다이오드	커플러 반대방향 + 검출
출력	DC 전압 또는 디지털	DC 전압 또는 디지털
보호요소	과전압 Clamp, 필터	ESD 보호, Isolator

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결론

FWD DET와 RVS DET는 RF 전력 흐름을 실시간으로 감시하는 핵심 부품으로, 단순한 출력 모니터링을 넘어서 시스템 보호와 제어 기능을 담당합니다. 검출 방식, 출력 형태, 전력 대응능력, 설계 정밀도 등에 따라 다양하게 구성되며, 시스템의 전력 수준, 주파수 대역, 회로 규모에 맞춰 최적의 구조를 선택하는 것이 중요합니다. 고정밀 디지털 검출기는 최근 5G, 위성, 군 통신 등에서 점점 보편화되고 있으며, 전통적인 아날로그 방식도 여전히 HPA 등의 아날로그 제어 회로에 널리 사용되고 있습니다.