벡터네트워크분석기기초 (VNA) PRIMER

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미령 팽
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1 벡터네트워크분석기기초 (VNA)

2 Introduction to VNA Basics Vector 네트워크분석기또는 VNA는수많은최신무선기술을가능하게하는중요한테스트장비입니다. 오늘날 VNA는광범위한 RF 및고주파애플리케이션에사용됩니다. 설계애플리케이션에서시뮬레이션은물리적프로토타입반복을줄임으로써출시기간을단축하는데사용됩니다. VNA는이러한설계시뮬레이션을검증하는데사용됩니다. 제조응용분야에서 RF 구성요소또는장치는특정사양세트를기반으로조립및테스트됩니다. VNA는이러한 RF 구성요소및장치의성능을빠르고정확하게검증하는데사용됩니다. 이백서에서는 VNA가사용되는이유와다른 RF 테스트장비에비해VNA가고유한방법에대해설명합니다. 우리는 S-Parameters, 기본 VNA 측정및 Device-Under-Test 또는DUT를평가할때이를사용하는가장좋은방법을정의합니다. 다양한 VNA 교정기술을검토하고 VNA 사용자교정이가능한최고의정확도를달성하는방법을보여줍니다. 마지막으로, 스윕주파수측정, 시간도메인측정및스윕전력측정과같은일반적인 VNA 측정과사용방법및중요한이유를검토합니다. 내용 벡터네트워크분석기개요...3 VNA가필요한사람... 4 기본 VNA 작동... 6 주요사양... 6 VNA와스펙트럼분석기... 8 S- 파라미터이해...9 측정오류유형 일반적인 VNA 측정...15 스윕주파수측정 시간영역측정 스윕전력측정 멀티포트구성요소테스트 요약...18 교정기법...12 사용자교정이란 VNA 교정방법 교정표준

WiFi 네트워크측정용이아님 휴대전화네트워크드라이브테스트용이아님 컴퓨터네트워크또는클라우드용이아님 그림 1. 오늘날자체네트워크분석기가있는다양한네트워크가있습니다.

벡터네트워크분석기개요 오늘날 " 네트워크분석기 " 라는용어는다양한 " 네트워크 " 를위한도구를설명하는데사용됩니다 ( 그림 1).

또한대부분의가정, 사무실및상업용장소에는 Wi-Fi 또는무선 LAN " 네트워크 " 가있습니다.

이러한각 네트워크 에는성능을확인하고적용범위영역을매핑하며문제영역을식별하는데사용되는특정네트워크분석기도구가있습니다.

3 WiFi 네트워크측정용이아님 휴대전화네트워크드라이브테스트용이아님 컴퓨터네트워크또는클라우드용이아님 그림 1. 오늘날자체네트워크분석기가있는다양한네트워크가있습니다. 이문서에서설명하는벡터네트워크분석기는다른종류의네트워크에사용되며이러한네트워크가존재하기오래전에정의되었습니다. 벡터네트워크분석기개요 오늘날 " 네트워크분석기 " 라는용어는다양한 " 네트워크 " 를위한도구를설명하는데사용됩니다 ( 그림 1). 예를들어오늘날대부분의사람들은 3G 또는 4G " 네트워크 " 에서실행되는셀룰러또는휴대폰을가지고있습니다. 또한대부분의가정, 사무실및상업용장소에는 Wi-Fi 또는무선 LAN " 네트워크 " 가있습니다. 또한많은컴퓨터와서버가모두 " 네트워크 " 에설정되어있으며모두클라우드에연결되어있습니다. 이러한각 네트워크 에는성능을확인하고적용범위영역을매핑하며문제영역을식별하는데사용되는특정네트워크분석기도구가있습니다. 그러나이백서에서관심있는네트워크분석기는다른종류의네트워크에사용되며이러한네트워크가존재하기오래전에정의되었습니다. Tektronix 2016 그림 2. 벡터네트워크분석기또는 VNA 는 1950 년대에발명되었으며오늘날전세계적으로활발하게사용되고있습니다. 첫번째 VNA는 1950 년경에발명되었으며전기네트워크의네트워크매개변수를측정하는도구로정의되었습니다 ( 그림 2). 실제로, VNA 는위에서언급한모든네트워크를가능하게하기위해수년에걸쳐사용되었다고말할수있습니다. 휴대전화네트워크, Wi-Fi 네트워크, 컴퓨터네트워크및클라우드에이르기까지오늘날가장일반적인기술네트워크는 60 년전에처음개발된 VNA를사용하여가능했습니다. 3

그림 3. VNA 는대부분의최신기술을가능하게하는데사용됩니다. VNA 가필요한사람 모든무선솔루션에는송신기와수신기가있으며각 RF 및마이크로파구성요소가포함되어있습니다.

또한오늘날컴퓨터네트워크는 RF 및마이크로파주파수로신호를전달하는고주파에서작동합니다. 그림 3은 VNA의도움으로오늘날존재하는다양한예제애플리케이션을보여줍니다.

R & D 엔지니어와제조테스트엔지니어는일반적으로다양한제품개발단계에서 VNA를사용합니다.

4 그림 3. VNA 는대부분의최신기술을가능하게하는데사용됩니다. VNA 가필요한사람 모든무선솔루션에는송신기와수신기가있으며각 RF 및마이크로파구성요소가포함되어있습니다. 여기에는스마트폰및 WiFi 네트워크뿐만아니라연결된자동차및 IoT (Internet of Things) 장치도포함됩니다. 또한오늘날컴퓨터네트워크는 RF 및마이크로파주파수로신호를전달하는고주파에서작동합니다. 그림 3은 VNA의도움으로오늘날존재하는다양한예제애플리케이션을보여줍니다. VNA는구성요소사양을테스트하고설계시뮬레이션을확인하여시스템과해당구성요소가올바르게작동하는지확인하는데사용됩니다. R & D 엔지니어와제조테스트엔지니어는일반적으로다양한제품개발단계에서 VNA를사용합니다. 컴포넌트설계자는증폭기, 필터, 안테나, 케이블, 믹서등과같은컴포넌트의성능을검증해야합니다. 시스템설계자는자신이믿고있는시스템성능이서브시스템및시스템사양을충족하는지확인하기위해구성요소사양을확인해야합니다. 제조라인은 VNA를사용하여모든제품이고객이사용할수있도록배송되기전에사양을충족하는지확인합니다. 경우에따라 VNA는현장작업에도사용되어배포된 RF 및마이크로파시스템을확인하고문제를해결합니다. 4

5 How much stronger will a signal be after the amplifier? How efficient is the antenna for transitioning the signal to/from the air? How much signal is getting to the antenna? Antenna RF Front-End Filter Duplexer PA VCO Up-Mixer IF How well is the signal being converted to a new frequency and are any unwanted signals being generated? How well is the transmit signal isolated from the receive signal? LNA Filter Down-Mixer How well are unwanted signals going to be filtered out? 그림 4. VNA 를사용하여구성요소, 서브시스템및시스템레벨성능을검증할수있습니다. 예를들어, 그림 4 는 RF 시스템프론트엔드와시스템의다른구성요소및부품이 VNA 로테스트되는방법을보여줍니다. 안테나의경우, 안테나가신호를공중으로주고받는데얼마나효율적인지이해하는것이중요합니다. 나중에설명하겠지만이것은안테나의반 사손실또는 VSWR 을측정하기위해 VNA 를사용하여결정됩니다. 그림 4 의오른쪽을보면업믹서는 IF 신호를취해이를오실레이터 (VCO) 와혼합하여 RF 신호를생성합니다. 신호가새로운주파수로얼마나잘 변환되고있습니까? 원치않는신호가생성되고있습니까? 믹서를구동할때어떤전력레벨이가장효율적입니까? VNA 는이러한질문에답하는 데사용됩니다. 시스템설계관점에서볼때 RF 보드와안테나를통과하는신호의양은얼마입니까? 수신측에서듀플렉서는송신신호와수신신호를분리하는 데얼마나효과적입니까? 이러한모든질문은 VNA 를사용하여답변할수있습니다. 5

그림 5. VNA 에는자극소스와수신기가모두포함되어있어 DUT 평가를위한매우정확한폐쇄루프를제공합니다. 기본 VNA 작동 VNA 의고유한기능중하나는알려진자극신호를생성하는데사용되는소스와테스트대상장치또는 DUT 로인한이자극의변화를결정하는 데사용되는수신기세트를모두포함한다는것입니다. 그림 5 는 VNA 의기본작동을보여줍니다.

6 그림 5. VNA 에는자극소스와수신기가모두포함되어있어 DUT 평가를위한매우정확한폐쇄루프를제공합니다. 기본 VNA 작동 VNA 의고유한기능중하나는알려진자극신호를생성하는데사용되는소스와테스트대상장치또는 DUT 로인한이자극의변화를결정하는 데사용되는수신기세트를모두포함한다는것입니다. 그림 5 는 VNA 의기본작동을보여줍니다. 간단하게하기위해포트 1 에서나오는소스를 보여주지만오늘날대부분의 VNA 는다중경로계측기이며자극신호를두포트에제공할수있습니다. 자극신호가 DUT 에주입되고 VNA 는입력측에서반사된신호와 DUT 의출력측으로통과하는신호를모두측정합니다. VNA 수신기는결과신 호를측정하여알려진자극신호와비교합니다. 측정된결과는내부또는외부 PC 에의해처리되어디스플레이로전송됩니다. 자극신호가흐르는포트와경로가서로다른다양한 VNA가시중에나와있습니다. 1 포트 VNA의경우 DUT는그림 5의입력측에연결되며반사된신호만측정할수있습니다. 2- 포트 1- 경로 VNA의경우, 반사및전송된신호 (S11 및 S21) 를모두측정할수있지만역방향매개변수를측정하려면 DUT를물리적으로반전시켜야합니다 (S22 및 S12). 2- 포트 2-path VNA와관련하여계측기는신호흐름을역전시킬수있으므로두포트 (S11 및 S22) 뿐만아니라순방향및역방향전송 (S21 및 S12) 을측정할수있습니다. 주요사양 VNA에대한요구사항을결정할때고려해야할몇가지주요사양이있습니다. VNA 사양은많지만선택프로세스를안내하는데사용할수있는 4 가지최상위사양 ( 주파수범위, 동적범위, 추적노이즈및측정속도 ) 이있습니다. 주파수범위는가장먼저고려해야할가장중요한사양입니다 ( 그림 6a). 이를위해서는즉각적인요구뿐만아니라미래의잠재적요구도고려하는것이좋습니다. 또한모든 DUT에지정된작동주파수가있지만일부 DUT의경우고조파주파수도고려해야합니다. 앰프, 컨버터및믹서와같은능동부품은작동주파수의 2 ~ 5 배인고조파주파수에서테스트해야할수도있습니다. 필터와듀플렉서는통과대역의고조파에서테스트해야할수도있습니다. 더높은주파수범위가필요할수있지만최대주파수범위는 VNA의주요비용동인이될수있습니다. 6

(a) Frequency Range (b) Dynamic Range (c) Trace Noise (d) Measurement speed 그림 6.

원하는 DUT 성능에따라최대 DUT 감쇠사양의크기가 VNA 다 이내믹레인지사양보다최소 3 ~ 6dB 작아야합니다.

트레이스노이즈는 VNA에의해생성된랜덤노이즈의양을측정하여측정에전달합니다. 일반적으로밀리 db (0.001 db) 단위로측정됩니다.

필터를통한신호의정확성을결정하기위해특정수준의성능이필요한경우추가된 VNA 추적노이즈기여가요인이될수있습니다. 마지막으로고려해야할다른사양중하나는측정속도입니다 ( 그림 6d).

7 (a) Frequency Range (b) Dynamic Range (c) Trace Noise (d) Measurement speed 그림 6. 최상위레벨 VNA 사양을사용하여애플리케이션에필요한계측기클래스를신속하게결정할수있습니다. 동적범위는지정된주파수범위에대해측정가능한감쇠범위입니다 ( 그림 6b). 원하는 DUT 성능에따라최대 DUT 감쇠사양의크기가 VNA 다 이내믹레인지사양보다최소 3 ~ 6dB 작아야합니다. 오늘날대부분의 VNA 는매우우수한동적범위 (~ 120dB) 를제공하므로많은응용분야 에충분합니다. 일부고성능구성요소에는더비싼 VNA 솔루션이필요할수있습니다. 트레이스노이즈는 VNA에의해생성된랜덤노이즈의양을측정하여측정에전달합니다. 일반적으로밀리 db (0.001 db) 단위로측정됩니다. 트레이스노이즈는특정구성요소의정확도를결정하는핵심요소가될수있습니다 ( 그림 6c). 필터의통과대역에서허용가능한리플레벨이한예일수있습니다. 필터를통한신호의정확성을결정하기위해특정수준의성능이필요한경우추가된 VNA 추적노이즈기여가요인이될수있습니다. 마지막으로고려해야할다른사양중하나는측정속도입니다 ( 그림 6d). 측정속도는단일스위프또는측정을수행하는데걸리는시간입니다. 이는대량제조응용분야에서가장중요한요구사항이될수있습니다. 스마트폰에사용되는구성요소를고려하면매년수십억개의구성요소가만들어질수있습니다. 매우높은볼륨에서테스트시간을줄이는것은해당구성요소의성공에중요합니다. 그러나많은 R&D 및소량생산응용분야의경우 VNA 측정속도는문제가되지않습니다. 7

표 1. VNA 와스펙트럼분석기비교 VNA VS. 스펙트럼분석기 일부설계엔지니어는 VNA 또는스펙트럼분석기에대한사전경험이있을수있습니다. 다른사람들은 RF 테스트를처음접했을수도있고익숙하지않을수도있습니다. VNA 및스펙트럼분석기는가장일반적으로사용되는 RF 테스트장비중하나입니다. 그러나네트워크분석기와스펙트럼분석기의차이점은무엇입니까?

8 표 1. VNA 와스펙트럼분석기비교 VNA VS. 스펙트럼분석기 일부설계엔지니어는 VNA 또는스펙트럼분석기에대한사전경험이있을수있습니다. 다른사람들은 RF 테스트를처음접했을수도있고익숙하지않을수도있습니다. VNA 및스펙트럼분석기는가장일반적으로사용되는 RF 테스트장비중하나입니다. 그러나네트워크분석기와스펙트럼분석기의차이점은무엇입니까? 언제하나또는두개의기기가필요합니까? 표 1은각기기의비교를제공합니다. 첫째, 어떤유형의신호를측정해야하는지고려해야합니다. 스펙트럼분석기는디지털변조신호를측정할때선택하는기기입니다. 예를들어 Wi-Fi 및 LTE 신호의성능을측정하는것이목표라면스펙트럼분석기만이러한측정을수행할수있습니다. 앞에서언급했듯이 VNA에는소스와수신기가모두포함되어있습니다. 이를통해알려진자극을사용하여 DUT를자극하고여러수신기가응답을측정할수있습니다. VNA에는여러채널과포트가있어수신기가 DUT의입력과출력을동시에측정할수있습니다. 스펙트럼분석기는일반적으로알수없는신호를측정하는데사용되며, 이는안테나또는구성요소의출력을통해무선으로전송될수있습니다. 또한단일채널계측기인경향이있어한번에하나의 DUT 출력만측정할수있습니다. 반면에 VNA는신호를측정하지않습니다. 수동또는능동장치의고유한 RF 특성을측정합니다. 알려진자극및다중수신기를통해 VNA 는 DUT 의크기및위상특성을정확하게측정할수있습니다. 이벡터정보는완전한장치특성화를가 능하게합니다. 벡터오류수정을사용하여더높은정확도와동적범위를얻을수도있습니다. 나중에설명할이고유한사용자교정기능을통해 VNA 는케이블, 어댑터및고정장치의영향을제거할수있습니다. 일부스펙트럼분석기는내장추적생성기 (SA w / TG) 를제공하므로 VNA와동일한기능을제공합니다. 기본적으로 VNA는 TG가있는 SA와거의같은방식으로작동합니다. 그러나두계측기솔루션의주요차이점은여러수신기를사용하여비율측정을측정할수있는 VNA의기능입니다. SA w / TG는 1 포트반사측정에적합하며오류수정도수행할수있습니다. 그러나 SA w / TG를사용한전송측정의경우 VNA의정확도로는측정할수없지만측정할수있습니다. 이중대부분은나중에설명하겠지만전체 2 포트오류수정은 VNA에서만가능하기때문입니다. 또한대부분의 SA w / TG는위상데이터를표시하지않으므로많은 RF 테스트애플리케이션에필수적입니다. 8

9 그림 7. S- 파라미터이해 S- 파라미터이해 고주파에서전류또는전압을측정하는것은일반적으로어렵기때문에산란파라미터또는 S- 파라미터가대신측정됩니다. RF 구성요소또는구성요소네트워크의전기적특성또는성능을특성화하는데사용되며게인, 손실및반사계수와같은익숙한측정과관련이있습니다. VNA를사용하여 DUT를특성화하는방법을이해하려면 S- 파라미터의기본사항을이해하는것이중요합니다. 그림 7은 S- 파라미터를설명하는간단한과정을보여줍니다. 9

10 외부보기로시작하면 VNA에는일반적으로직접또는케이블및어댑터를사용하여 DUT에간단히연결하는두개이상의포트가있습니다. 이포트는이경우포트 1 및포트 2로표시됩니다. 다음은내부도를살펴보겠습니다. 다중포트네트워크의동작을평가하는데사용되는일반적인관행은각포트에서입사파를여기로사용하고전원이공급되거나포트를통해장치를통해나머지로전송되는포트에서반사되는결과적인종료파를측정하는것입니다. 일반적으로말하자면, 네트워크또는 DUT에들어가는파를입사파라고하고, 네트워크나 DUT를나가는파를반사파라고합니다. 각파는다른포트로부터의반사와전송의조합으로구성될수있습니다. 입사파는 an으로지정되고반사파는 bn로지정되며여기서 n은포트번호입니다. a 및 b 파는모두위상이며, 네트워크포트의지정된터미널에서크기와위상이모두있습니다. VNA는양방향계측기이므로포트 2는알려진자극이방출되는곳일수있으며 ( 이경우 a2) 측정프로세스는반대방향으로진행됩니다. 이제 VNA의작동방식에대해더자세히알았으므로 Inside View를 S-parameter Theory View로변환해보겠습니다. ( 사고 ) 및 b ( 반사 ) 파를사용함으로써, 선형네트워크또는 DUT는모든포트에서입사파로각포트로부터의반사파를설명하는일련의방정식으로특징지어질수있습니다. 이러한조건에서네트워크특성을나타내는상수를 S-파라미터라고합니다. 도 7에도시된순방향경우에, 포트 1은 a1 신호를전송하고매칭된부하가포트 2에적용되어, 부하에서신호반사가 0이된다 (a2 = 0). S11은포트 1의반사계수또는 a1에대한 b1의비율에해당합니다. S21은 DUT를통한순방향전송계수이며 a1에대한 b2의비율입니다. 두개의 VNA 포트커넥터뒤에는방향성결합기 ( 그림 7의녹색상자 ) 가있습니다. 이방향성결합기는알려진자극신호를 DUT의한쪽 (a1 또는 a2) 으로전달합니다. 먼저, 자극신호의일부가기준신호로취해진다. S- 파라미터는이기준에대한다양한포트에서나오는신호의비율로정의됩니다. 동시에일부자극신호는 DUT (b1) 에들어갈때반영됩니다. 반사되는입력신호부분은 VNA 내부의포트 1에연결된수신기로측정됩니다. DUT에들어가는입력신호부분은일반적으로통과할때크기와위상의변화를경험합니다. 포트 2에서방출되는부분은포트 2 (b2) 의 VNA 수신기로측정됩니다. 반대의경우, 포트 2는 a2 신호를전송하고일치하는로드가포트 1에적용됩니다 (a1 = 0). S22는포트 2의반사계수또는 a2에대한 b2의비율에해당합니다. S12는 DUT를통한역전송계수이며 a2에대한 b1의비율입니다. S-파라미터명명법 Syx에서두번째숫자 (x) 는원래포트를나타내고첫번째숫자는대상포트 (y) 입니다. 이론적으로말하면, S- 파라미터이론은무한한포트를가진네트워크에적용될수있습니다. 예를들어, 4 포트 VNA는 16 개의 S-파라미터 (S11, S12, S13, S14, S21 ) 를갖습니다. 이 S-파라미터는동일한이론을따르며지정된각포트간의비율측정입니다. 10

그림 8. VNA 측정오류유형 측정오류의종류 VNA 로측정을수행하기전에측정에영향을줄수있는오류를줄이도록교정해야합니다. 모든방법으로오류를최소화할수있는것은아니기 때문에 VNA 를보정하기전에측정오류를이해하면유용합니다. 측정오류에는세가지주요유형이있습니다 ( 그림 8). 측정오류유형에는시스템오류, 임의오류및드리프트오류가있습니다.

11 그림 8. VNA 측정오류유형 측정오류의종류 VNA 로측정을수행하기전에측정에영향을줄수있는오류를줄이도록교정해야합니다. 모든방법으로오류를최소화할수있는것은아니기 때문에 VNA 를보정하기전에측정오류를이해하면유용합니다. 측정오류에는세가지주요유형이있습니다 ( 그림 8). 측정오류유형에는시스템오류, 임의오류및드리프트오류가있습니다. 체계적인오류는테스트장비또는테스트설정의결함이며일반적으로예측가능합니다. 일부예에는 VNA 수신기의주파수범위에서출력전력변동또는리플이포함됩니다. 주파수와함께증가하는 DUT를 VNA에연결하는 RF 케이블의전력손실도중요합니다. 이러한오차는예측가능하고장비에결함이있기때문에사용자교정으로쉽게분해할수있습니다. 두번째측정오류소스는임의오류로인해발생합니다. 테스트장비에서발생하는소음이나시간에따라달라지는테스트설정에서발생하는오 류입니다. 이오차량은사용자보정이수행된후에도측정결과에남아있고측정에서달성할수있는정확도의정도를결정하므로중요합니다. 앞에서설명한추적노이즈는임의오류의예입니다. 세번째오류원인은시간에따른측정드리프트와관련된드리프트오류입니다. 이는사용자교정이수행된후테스트장비및테스트설정에서 발생하는차이입니다. 예는온도변동, 습도변동및설정의기계적움직임입니다. 온도및습도제어실은때때로시간에따른드리프트오류를 줄이기위해사용됩니다. 테스트설정이시간이지남에따라표류하는정도에따라테스트설정을다시교정해야하는빈도가결정됩니다. 11

교정기법 사용자교정이란무엇입니까 RF 및마이크로파테스트장비중에서 VNA에는고유한보정기술이있습니다. VNA는다른 RF 및마이크로웨이브테스트장비와유사하지만공장에서교정되고종종제대로작동하는지확인하기위해매년점검이필요하지만 VNA는추가 " 사용자교정 " 이있다는점에서다릅니다. 측정하기전에사용자가수행해야합니다. 그림 9는공장및사용자교정에대한다양한기준면을보여줍니다.

12 교정기법 사용자교정이란무엇입니까 RF 및마이크로파테스트장비중에서 VNA에는고유한보정기술이있습니다. VNA는다른 RF 및마이크로웨이브테스트장비와유사하지만공장에서교정되고종종제대로작동하는지확인하기위해매년점검이필요하지만 VNA는추가 " 사용자교정 " 이있다는점에서다릅니다. 측정하기전에사용자가수행해야합니다. 그림 9는공장및사용자교정에대한다양한기준면을보여줍니다. 공장교정은테스트포트커넥터에서 VNA 의성능을다룹니다. 계측기성능은정의된파라미터세트 ( 주파수, 전력등 ) 를충족하는입력신호를 기반으로합니다. VNA 의경우, 수신기의관점에서정확하게측정하도록교정될뿐만아니라 VNA 의알려진자극이지정되고올바르게작동하는 지확인하기위해공장교정이있습니다. 기본적으로출력신호가사양을충족하고입력신호가정확하게표현되도록합니다. 이공장교정은추적생성기를사용하여스펙트럼분석기에 서수행한공장교정과유사합니다. 동일한기기내에알려진자극및수신기가내장되어있어 VNA는추가적인 " 사용자교정 " 을수행할수있는고유한기능을제공합니다. 앞에서설명한것처럼 VNA는크기와위상을모두측정하므로사용자교정은벡터오류수정을수행합니다. 이것이 VNA를가장정확한 RF 테스트기기중하나로만드는이유입니다. 사용자교정을통해 VNA는케이블, 어댑터및 DUT 연결에사용되는대부분의효과를제거할수있습니다. 액세서리의영향을제거함으로써사용자교정으로 DUT 성능만정확하게측정할수있습니다. 이를통해설계자는 DUT가서브시스템에배치될때 DUT 성능을더잘이해할수있습니다. 그림 9. VNA 는공장및사용자교정을모두제공합니다. 12

그림 10. VNA 교정방법 VNA 캘리브레이션방법 이제측정오류를고려할때 " 사용자교정 " 의중요성을이해했으므로다양한사용자교정방법에대해논의할수있습니다. VNA 교정에는여러 가지방법이있으며필요한복잡성은필요한정확도와예산에따라다릅니다 ( 그림 10). 이섹션에서는더일반적인방법중일부를검토합니다. 가장간단한방법은응답교정입니다.

13 그림 10. VNA 교정방법 VNA 캘리브레이션방법 이제측정오류를고려할때 " 사용자교정 " 의중요성을이해했으므로다양한사용자교정방법에대해논의할수있습니다. VNA 교정에는여러 가지방법이있으며필요한복잡성은필요한정확도와예산에따라다릅니다 ( 그림 10). 이섹션에서는더일반적인방법중일부를검토합니다. 가장간단한방법은응답교정입니다. 빠르고쉬운방법이지만다른방법보다정확도가떨어집니다. 예를들어 S 또는반사측정만필요한경우 개방또는단락을사용하여테스트설정응답을측정할수있습니다. S12 또는전송측정만필요한경우스루표준만사용할수있습니다. 응답 보정은수행하기쉽고필요한정확도에따라충분할수있습니다. 다음으로, 보다정확하지만전체 2 포트 2 경로교정보다연결수가적은 2 포트 1 경로방법이있습니다. 이방법은관심이있을때잘작동합니다. 제한된 S- 파라미터세트 ( 예 : S11, S21, a2 = 0). 이경우 VNA 는포트 1 에서만전송합니다. 보정하는동안연결수가줄어듭니다. 2 포트 2 경로교정방법은 2 포트 1 경로교정과본질적으로동일하지만포트 2 측에서개방형짧은부하측정이추가되었습니다. 이방법은정확한전체 S- 파라미터측정기능을제공합니다. 단점은많은연결이필요하다는것입니다. 추가단계를수행하면표준을여러번측 정하고교체해야하므로잠재적인프로세스오류가발생할수있습니다. 마지막으로전자교정방법이있습니다. 전자교정표준을연결하기만하면 VNA 는단일연결세트로 S11, S21, S12 및 S22 에대해간단하고빠 르고정확한교정을수행합니다. 이단일연결은교정과정에서잘못된표준을삽입할가능성을줄이므로유용합니다. 일반적으로전자교정표 준은가장비싼교정방법입니다. 그러나교정프로세스를크게단순화하면서매우정확한결과를제공함으로써엄청난가치를제공합니다. 13

교정표준교정방법의유형에따라사용자교정에사용되는여러유형의 VNA 교정표준이있습니다. 가장일반적인보정표준세트를 Short, Open, Load 및 Thru (SOLT) 라고합니다.

이를통해 DUT 또는교정표준이교정과측정사이의유일한변경이될수있습니다. 교정표준은여러가지방법으로물리적으로실현될수있습니다 ( 그림 12). 개별기계적표준이먼저도입되었으며각표준은개별적으로제조및특성화되었습니다.

VNA는특정보정키트에대한데이터를저장하고이러한결함을자동으로수정합니다. 특정교정키트의표준정의는 VNA의주파수범위에따라다릅니다.

14 교정표준교정방법의유형에따라사용자교정에사용되는여러유형의 VNA 교정표준이있습니다. 가장일반적인보정표준세트를 Short, Open, Load 및 Thru (SOLT) 라고합니다. VNA 사용자교정은단락, 개방회로, 정밀부하 ( 일반적으로 50 옴 ) 및스루연결로알려진표준을사용하여수행됩니다. 교정표준이 DUT와동일한커넥터유형및성별을갖는것이가장좋습니다. 이를통해 DUT 또는교정표준이교정과측정사이의유일한변경이될수있습니다. 교정표준은여러가지방법으로물리적으로실현될수있습니다 ( 그림 12). 개별기계적표준이먼저도입되었으며각표준은개별적으로제조및특성화되었습니다. 개별표준은뛰어난정확도와다양한테스트설정을위한유연성을제공합니다. 불행히도완벽한교정표준을만들수는없습니다. 단락에는항상인덕턴스가있습니다. 개방회로는항상약간의프린징용량을갖습니다. VNA는특정보정키트에대한데이터를저장하고이러한결함을자동으로수정합니다. 특정교정키트의표준정의는 VNA의주파수범위에따라다릅니다. 일부교정키트에서수커넥터의데이터는암커넥터와다르므로사용자는교정하기전에 VNA의사용자인터페이스내에서커넥터의성별을지정해야할수있습니다. 개별기계표준 그림 12. VNA 교정표준의유형 4-in-1 기계적표준 오늘날, 4-in-1 기계식교정키트는개방형짧은부하로단일기계장치에통합되어제공됩니다. 앞에서설명한것처럼컴퓨터와 USB에의해구동되는자동전자교정표준도있습니다. 이는단일연결세트로교정을줄임으로써매우정확하고인적오류가적은자동교정을제공합니다. 그림 11. 캘리브레이션표준에는종종짧고개방된로드및쓰루가포함됩니다. 14

그림 13. VNA 는투과및반사측정을수행합니다. 일반적인 VNA 측정 VNA는투과와반사의두가지유형의측정을수행합니다 ( 그림 13). 전송측정은 DNA를통해 VNA의자극신호를통과한다음다른쪽의 VNA 수신기에의해측정됩니다. 가장일반적인전송 S-파라미터측정값은 S21 및 S12입니다 (2 포트이상인경우 Sxy). 스윕전력측정은전송측정의한형태입니다.

15 그림 13. VNA 는투과및반사측정을수행합니다. 일반적인 VNA 측정 VNA는투과와반사의두가지유형의측정을수행합니다 ( 그림 13). 전송측정은 DNA를통해 VNA의자극신호를통과한다음다른쪽의 VNA 수신기에의해측정됩니다. 가장일반적인전송 S-파라미터측정값은 S21 및 S12입니다 (2 포트이상인경우 Sxy). 스윕전력측정은전송측정의한형태입니다. 이유형의필터측정은신호가구성요소를통과할때발생하는상황을보여줍니다. S21 측정은 6dB 응답으로정의된통과대역대역폭성능을나타냅니다. 저지대역성능은 60dB 감소사양과비교하여표시됩니다. 그런다음측정결과를필터설계목표또는시스템설계자의관점에서필터제조업체의사양과비교할수있습니다. 전송측정의다른예로는이득, 삽입손실 / 위상, 전기적길이 / 지연및그룹지연이있습니다. 비교적반사측정은 DUT에입사하지만통과하지않는 VNA 자극신호의일부를측정합니다. 대신, 반사측정은반사로인해소스쪽으로다시이동하는신호를측정합니다. 가장일반적인반사 S-파라미터측정값은 S11 및 S22입니다 (2 포트이상인경우 S xx ). 스윕주파수측정스윕주파수측정은사용자정의주파수세트와스텝포인트에서내부소스를스윕하기때문에특히유용합니다. S-파라미터, 개별입사및반사파 ( 예 : a1, b2), 크기, 위상등을포함하여다양한측정을수행할수있습니다. 그림 14는수동필터의스위프주파수전송측정의예를보여줍니다. 0dB Response Example: Passive Filter 6dB Stopband Frequency Passband Real filter response 60dB Stopband 그림 14. 수동필터의스위프주파수전송측정예 S 21 = b 2 ] a 1 a 2 =0 Forward Transmission 15

스윕주파수측정은또한 DUT에입사하지만 DUT를통해전송되는것과달리반사되는자극신호의반사를측정할수있습니다. 이 S11 ( 또는 Sxx) 측정을통해사용자는 DUT의성능을사양과확인하고비교할수있습니다. 예시적인 DUT는안테나, 필터및듀플렉서를포함합니다. 그림 15는안테나반사손실측정의예를보여줍니다. 안테나통과대역에서대부분의신호가전송되고있으므로반사측정결과에널이표시됩니다.

16 스윕주파수측정은또한 DUT에입사하지만 DUT를통해전송되는것과달리반사되는자극신호의반사를측정할수있습니다. 이 S11 ( 또는 Sxx) 측정을통해사용자는 DUT의성능을사양과확인하고비교할수있습니다. 예시적인 DUT는안테나, 필터및듀플렉서를포함합니다. 그림 15는안테나반사손실측정의예를보여줍니다. 안테나통과대역에서대부분의신호가전송되고있으므로반사측정결과에널이표시됩니다. 주파수영역에서수집된데이터는연속적이지않지만유한한수의개별주파수포인트입니다. 이것은주파수샘플간격의역수이후에시간도메인데이터가반복되게합니다. 이현상을앨리어싱이라고합니다. 앨리어싱이발생하기전에 DUT의성능을평가하기위해필요한거리를정확하게측정하려면주파수샘플간격을올바르게설정하는것이중요합니다. 그림 16은여러어댑터가있는케이블의 VNA 측정을보여줍니다. 이것은베이스스테이션서브시스템에서해당안테나로실행되는베이스스테이션케이블일수있습니다. 시간영역측정은케이블의다른어댑터또는잠재적불연속점까지의물리적거리를찾아문제영역이나결함을찾는데도움이됩니다. Example: Antenna Return Loss (db) S 11 = b 1 ] a 1 a 2 =0 Forward Reflection Frequency (GHz) 그림 15. 안테나의스윕된주파수반사측정예 시간도메인측정일부 VNA는스위프주파수측정을시간영역으로변환하기위해역푸리에변환을사용할수있습니다. 이러한방식으로시간영역에표시되는데이터를통해신호가 DUT를통과할때임피던스불일치또는불연속위치를감지하여 VNA를사용하여케이블및연결에서문제를찾을수있습니다. 시간영역측정의경우두신호를분석하는기능은측정된주파수범위에반비례합니다. 따라서주파수범위가넓을수록 VNA가밀접하게이격된불연속을구분할수있는능력이커집니다. 최대주파수범위는사용자가설정하며 VNA의주파수범위또는 DUT의실행가능한대역폭에의해정의될수있습니다. 그림 16. VNA 는스윕주파수측정을수학적으로시간영역으로변환합니다. 측정은라인에서임피던스불일치또는결함을찾는데유용할수있습니다. 스윕전력측정 스위프주파수대신 VNA 가자극신호의출력전력레벨을스위핑할 수도있습니다. 이러한측정의경우주파수는일정하게유지되고출 력전력은정의된전력범위에서점차적으로증가합니다. 이는낮은 전력레벨에서시작하여분수 db 단계로전력을증가시키는증폭기 의일반적인측정입니다. 16

17 Introduction to VNA Basics 증폭기의선형영역에서입력전력이증가함에따라출력전력은비례적으로증가합니다. 증폭기출력이선형기대치에서 1dB만큼벗어나는지점을 1dB 압축지점이라고합니다 ( 그림 17). 앰프가압축점에도달하면더이상이전과같이출력을증가시킬수없습니다. 증폭기의선형성능이필요한어플리케이션의경우이측정은해당사양을정의하는데도움이됩니다. 테스트멀티포트구성요소오늘날많은구성요소에는두개이상의포트가있습니다 ( 그림 18). 그것들은하나의입력과여러개의출력을가질수있습니다. 더복잡한구성요소는여러입력과여러출력을가질수있습니다. 포트간의상호작용이중요하지않은경우이러한구성요소중일부는일련의 2- 포트측정으로테스트될수있습니다. Balanced/Diff, 4-port Determining Output Power Nonlinear region Output Power (dbm) 1 db 그림 18. 오늘날많은구성요소에는 2 개이상의포트가있습니다. Linear region (slope - small-signal gain) Input Power (dbm) 그림 17. 스윕전력측정은일반적으로증폭기에서수행됩니다. 여러포트간의상호작용을측정해야할경우멀티포트 VNA가필요할수있습니다. 실제다중포트측정은 N2 S-파라미터를측정하며 N-포트가있는 VNA가필요합니다. 여기서 N은 DUT 포트수와같습니다. S-파라미터는예를들어 S11, S21, S12 및 S22 대신 S41 또는 S43 또는 S10 11도포함합니다. 진정한멀티포트 VNA는각포트에자극신호를제공할수있습니다. 멀티포트오류수정은측정에대한체계적인오류를제거하지만가능한모든포트조합에교정표준을연결해야하는복잡한교정프로세스가필요합니다. 17

18 Introduction to VNA Basics 요약 이제 VNA가많은현대기술을가능하게하는이유를쉽게이해할수있습니다. VNA는알려진자극신호를테스트대상장치또는 DUT에제공하고여러수신기가응답을측정함으로써폐쇄루프를형성하여구성요소의전기적크기와위상응답을매우정확하게측정할수있습니다. 또한고유한사용자교정으로인해 VNA는가장정확한 RF 테스트기기중하나입니다. 케이블, 어댑터및기타테스트보조장치의영향을줄임으로써 DUT 성능을신중하게격리할수있습니다. VNA 는구성요소사양을테스트하고설계시뮬레이션을검증합니다. 이정확한수준의특성화를통해시스템엔지니어는회로또는시스템수준 의설계를연구하고설계단계에서제조단계에이르기까지예상대로작동할것입니다. 18

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19 Contact Information: Australia* Austria Balkans, Israel, South Africa and other ISE Countries Belgium* Brazil +55 (11) Canada Central East Europe / Baltics Central Europe / Greece Denmark Finland France* Germany* Hong Kong India Indonesia Italy Japan 81 (3) Luxembourg Malaysia Mexico, Central/South America and Caribbean 52 (55) Middle East, Asia, and North Africa The Netherlands* New Zealand Norway People s Republic of China Philippines Poland Portugal Republic of Korea Russia / CIS +7 (495) Singapore South Africa Spain* Sweden* Switzerland* Taiwan 886 (2) Thailand United Kingdom / Ireland* USA Vietnam * European toll-free number. If not accessible, call: TEL: FAX: sales@nubicom.co.kr 대전지사대전광역시유성구덕명동로 22번길 10 TEL: FAX: mail: jbkim@nubicom.co.kr

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Vol.266 C O N T E N T S M O N T H L Y P U B L I C F I N A N C E F O R U M 2018.08Vol.266 C O N T E N T S 02 06 30 48 54 66 80 120 M O N T H L Y P U B L I C F I N A N C E F O R U M 2 2018.8 3 4 2018.8 1) 6 2018.8 2) 7 8 2018.8 3) 9 4) 5) 6) 10 2018.8 7) 8) 9) 10) 11 12 2018.8