네트워크 분석

벡터 네트워크 분석기는 신호 발생기이자 수신기이므로 많은 필수 사양을 가지고 있습니다. 이 섹션에서는 네트워크 분석기의 주요 사양 중 일부를 알아보겠습니다.

최대 주파수

VNA의 최대 주파수는 측정할 수 있는 가장 높은 주파수입니다. 네트워크 분석기 수신기에는 들어오는 신호를 디지털 형식으로 변환하는 아날로그-디지털 변환기(ADC)가 포함되어 있습니다. 이러한 신호는 분석되고 표시될 수 있습니다. ADC는 무선 주파수 신호를 변환할 수 없으므로 입사 신호는 ADC의 작동 주파수로 하향 변환되어야 합니다. 이 작동 주파수를 중간 주파수(IF)라고 합니다.

다이내믹 레인지

동적 범위는 구성 요소의 응답이 측정되는 전력 범위입니다.

이 그림은 동적 범위가 정의되는 두 가지 다른 방식을 보여줍니다. 시스템 동적 범위는 장비 사양에 사용되는 값입니다.

• 시스템 동적 범위는 부스터 앰프 없이 계측기의 성능과 DUT 게인을 고려한 것입니다. 계측기의 최대 소스 전력은 최대 전력 레벨 Pref입니다.
• 수신기 동적 범위는 전력 증폭을 포함한 장비의 동적 범위입니다. 이 사양은 소스 전력을 최대 전력 레벨로 사용하는 대신, 장비의 수신기가 측정할 수 있는 최대 전력인 Pmax를 기반으로 합니다.

아래 왼쪽 그림은 장비의 동적 범위를 보여주는 대역 통과 필터 S21 측정 트레이스를 보여줍니다. 상한은 평탄하고 하한은 노이즈가 많습니다. 이러한 경계의 형태를 결정하는 요소를 살펴보겠습니다.

소스 전력 레벨의 상한과 수신기 압축점이 동적 범위의 최대 전력 레벨을 결정합니다.

수신기를 구성하는 믹서와 증폭기는 포화 상태에 도달하거나 최대 출력에 도달하기 전까지는 제한된 전력만 처리할 수 있습니다. 장치가 포화 영역에 있을 때 입력과 출력 사이에 더 이상 선형 관계가 존재하지 않습니다.

증폭기의 포화는 아래 오른쪽 그림에서 볼 수 있습니다. 1와트 이상의 입력 전력에서 실제 출력(빨간색)은 이상적인 출력(녹색)에서 벗어납니다. 이 현상을 압축이라고 합니다. 수신기는 수신기 압축점 이상의 장치 출력을 캡처할 수 없습니다. 이러한 입력 전력 제한은 동적 범위의 상한을 만듭니다.

출력 전력

출력 전력은 VNA의 신호 발생기 및 테스트 세트가 DUT로 전송할 수 있는 전력량을 나타냅니다. 이 값은 dBm으로 표시되며, 대부분의 RF 전송 라인 특성 임피던스와 일치하도록 50옴 임피던스를 기준으로 합니다.

높은 출력 전력은 측정의 신호 대 잡음비를 개선하거나 DUT의 압축 한계를 결정하는 데 유용합니다.

증폭기와 같은 많은 능동 소자는 네트워크 분석기의 전력 한계를 초과하는 까다로운 선형 및 비선형 고전력 측정을 요구합니다.

트레이스 노이즈

트레이스 노이즈는 시스템의 무작위 노이즈로 인해 DUT 응답에 중첩되어 나타나는 노이즈입니다. 이는 신호를 매끄럽지 않거나 심지어 불안정하게 보이게 할 수 있습니다.

트레이스 노이즈는 테스트 전력을 높이거나 수신기 대역폭을 낮추거나 평균화를 통해 완화됩니다.

정확한 측정을 위해서는 올바른 벡터 네트워크 분석기와 장비를 DUT에 연결하기 위한 케이블 및 커넥터가 필요합니다.

벡터 네트워크 분석기

벡터 네트워크 분석기는 간단한 S-파라미터 도구부터 전체 장비 랙을 대체할 수 있는 고도로 통합된 장비에 이르기까지 다양합니다. 현장, 계측 연구소 또는 생산 라인 어디에서든 속도, 성능 및 유연성의 적절한 조합을 제공하는 네트워크 분석기가 있습니다.

키사이트는 휴대형 FieldFox부터 고도로 통합된 PNA에 이르기까지 가장 광범위한 네트워크 분석기 모델과 폼 팩터를 제공합니다.

커넥터

장비와 DUT 간의 연결은 신뢰할 수 있는 측정에 매우 중요합니다. RF 측정은 매우 민감하므로 커넥터 사양을 반드시 고려해야 합니다. 커넥터는 특성 임피던스, 주파수 범위, 품질의 세 가지 주요 사양으로 특징지어집니다.

특성 임피던스와 주파수 범위는 커넥터의 도체 치수로 근사화할 수 있습니다. 특성 임피던스는 내부 및 외부 도체 직경(그림에서 각각 d 및 D)의 비율 함수입니다. 반사를 최소화하려면 케이블 및 커넥터의 특성 임피던스를 DUT와 일치시키는 것이 중요합니다.

주파수 범위는 외부 도체(D)의 내부 직경과 관련이 있습니다. 동축 케이블의 최대 주파수는 다음 공식을 사용하여 근사할 수 있습니다.

최대 주파수 (GHz) = 120/D (mm)

예를 들어, 이는 3.5mm 도체가 약 120 / 3.5 = 34GHz의 최대 주파수를 가진다는 것을 의미합니다. 테스트해야 하는 주파수를 하드웨어가 처리할 수 있는지 확인해야 합니다. 30GHz 이상의 밀리미터 주파수에는 더 작은 도체를 가진 커넥터와 케이블이 필요합니다.

커넥터를 찾을 때 자신에게 적합한 품질 수준이 무엇인지 알아야 합니다. 품질은 커넥터가 생산되는 우수성의 정도를 측정하는 것입니다. 품질에는 생산, 장비 및 계측의 세 가지 등급이 있습니다.

• 생산 등급: 범용 등급으로도 알려진 이 커넥터는 제한된 연결 및 낮은 반복성이 허용되는 경제적인 애플리케이션에 사용됩니다.
• 장비 등급: 장비 등급 커넥터는 반복성과 긴 수명이 주요 고려 사항인 정밀 테스트 및 측정 장비용으로 제작되었습니다.
• 계측 등급: 계측 등급은 최고의 성능과 반복성이 요구되는 교정 애플리케이션에 가장 적합합니다. 이 정밀 커넥터는 커넥터 임피던스에서 최고의 확실성을 제공합니다.

벡터 네트워크 분석기 액세서리

주파수 확장기부터 테스트 세트 컨트롤러에 이르기까지, 네트워크 분석기 액세서리는 장비를 완벽한 솔루션으로 전환할 수 있습니다.

하드웨어 액세서리는 다음을 지원합니다:

• 유전체 재료 특성화
• 온웨이퍼 디바이스를 테스트합니다.
• 고출력 증폭기 및 믹서 측정

그 외 다수.

벡터 네트워크 분석기는 매우 다재다능한 장비입니다. 다음은 몇 가지 애플리케이션의 예시입니다.

스펙트럼 분석

네트워크 분석기에 스펙트럼 분석 기능을 통합하면 스퓨리어스 검색 속도를 높이고, 장비 간 전환을 없애고, 단일 연결 다중 측정(SCCM) 기능을 활용함으로써 테스트 시간을 크게 단축할 수 있습니다.

펄스 측정

네트워크 분석기는 표준 작동 시 연속파(CW) 신호를 사용합니다. 이는 많은 애플리케이션에 유용하지만, 펄스형 RF 신호가 더 선호되는 특정 시나리오가 있습니다. 예를 들어:

• 펄스 작동을 위해 설계된 안테나 테스트
• CW 신호의 열이 문제가 되는 온웨이퍼 측정
• 시간 영역 반사 측정(TDR)

PNA와 같은 고급 네트워크 분석기는 이러한 애플리케이션 등을 위한 펄스형 RF 측정을 지원합니다.

능동 소자 테스트

최신 RF 시스템은 증폭기, 믹서 및 주파수 변환기와 같은 능동 소자로 가득합니다. 이러한 유형의 소자를 테스트하려면 전체 장비 랙이 필요했습니다. 이제 네트워크 분석기는 추가 하드웨어 없이도 능동 소자 특성화를 처리할 수 있을 만큼 정교합니다.

기존 RF 테스트 시스템 대신 네트워크 분석기를 사용하면 모든 측정을 하나의 장비로 통합하여 테스트 시간을 크게 단축할 수 있습니다. PNA와 같은 통합 네트워크 분석기를 사용하여 다음을 테스트하십시오.

• S-파라미터
• 비선형 파라미터(X-파라미터)
• 이득 압축
• 상호 변조 왜곡(IMD)
• 스퓨리어스
• 잡음 지수

그 외 다수.