네트워크 분석

벡터 네트워크 분석기는 신호 생성기이자 수신기이므로 필수 사양 수가 많습니다. 이 섹션에서는 네트워크 분석기의 몇 가지 핵심 사양에 대해 알아봅니다.

최대 주파수

VNA의 최대 주파수는 측정할 수 있는 가장 높은 주파수입니다. 네트워크 분석기 수신기는 수신 신호를 디지털 형식으로 변환하는 아날로그-디지털 변환기(ADC)를 포함합니다. 이러한 신호를 분석 및 표시할 수 있습니다. ADC는 무선 주파수에서 신호를 변환할 수 없으므로 입사 신호를 ADC의 작동 주파수로 하위 변환해야 합니다. 이 작동 주파수를 중간 주파수(IF)라고 합니다.

동적 범위

동적 범위는 구성 요소의 응답이 측정되는 전력 범위입니다.

이 그림에서는 동적 범위를 정의하는 두 가지 방식을 보여 줍니다. 시스템 동적 범위는 계측기 사양에서 사용하는 값입니다.

• 시스템 동적 범위는 부스터 앰프와 DUT 이득이 없는 계측기의 역량을 나타냅니다. 계측기의 최대 소스 전력은 최대 전력 레벨, Pref입니다.
• 수신기 동적 범위는 전력 앰프가 적용된 계측기의 동적 범위입니다. 소스 전력을 최대 전력 레벨로 사용하는 대신, 이 사양은 계측기의 수신기가 측정할 수 있는 최대 전력, Pmax를 기준으로 합니다.

왼쪽 하단 그림의 대역통과 필터 S21 측정값 트레이스는 계측기의 동적 범위를 보여 줍니다. 상한은 평평하고 하한에는 노이즈가 많습니다. 이러한 모양을 결정하는 요인에 대해 알아보겠습니다.

수신기의 압축 지점과 소스 전력 레벨의 상한이 동적 범위의 최대 전력 레벨을 결정합니다.

수신기를 구성하는 믹서와 앰프는 포화되기 전, 또는 최대 출력에 도달하기 전까지는 일정한 양의 전력만 처리할 수 있습니다. 디바이스가 포화 영역에 있으면 입력과 출력 사이 관계가 더 이상 선형이 아닙니다.

앰프의 포화 상태는 오른쪽 하단의 그림에서 확인할 수 있습니다. 1와트의 입력 전력 위에서 실제 출력(빨간색)이 이상적인 출력(초록색)으로부터 나뉩니다. 이 현상을 압축이라고 합니다. 수신기는 수신기의 압축 지점 위에 존재하는 디바이스 출력을 캡처할 수 없습니다. 이러한 입력 전력 제한이 동적 범위의 상한을 만들어 냅니다.

출력 전력

출력 전력은 VNA의 신호 생성기와 테스트 집합이 DUT로 전송할 수 있는 전력의 양을 나타냅니다. 이 양은 dBm으로 표현되며 RF 전송선 대다수의 특성 임피던스와 매칭되기 위해 50옴 임피던스를 참조합니다.

높은 출력 전력은 측정값의 신호 대 노이즈 비율을 개선하거나 DUT의 압축 한계를 판별하는 데 유용합니다.

앰프와 같은 활성 디바이스 중 다수가 네트워크 분석기의 전력 한계를 초과하는 까다로운 선형 및 비선형 고전력 측정값을 필요로 합니다.

트레이스 노이즈

트레이스 노이즈는 시스템 내 랜덤 노이즈로 인해 DUT 응답에 추가되는 노이즈입니다. 따라서 신호가 매끄러워 보이지 않거나 흔들리는 것처럼 보일 수 있습니다.

테스트 전력을 높이거나 수신기의 대역폭을 줄이거나 평균화를 수행하여 트레이스 노이즈를 완화할 수 있습니다.

정확하게 측정을 수행하려면 올바른 벡터 네트워크 분석기를 사용하고 올바른 케이블 및 커넥터로 계측기와 DUT를 연결해야 합니다.

벡터 네트워크 분석기

벡터 네트워크 분석기에는 간단한 S-매개변수 도구부터 모든 장비를 대체할 수 있는 고도로 통합된 계측기가 포함됩니다. 네트워크 분석기는 현장, 계측 실험실, 생산 라인을 비롯한 모든 곳에서 적합한 속도, 성능, 유연성 조합을 제공합니다.

키사이트는 휴대용 FieldFox부터 고도로 통합된 PNA에 이르기까지 가장 광범위한 종류의 네트워크 분석기 모델과 폼팩터를 제공합니다.

커넥터

계측기 및 DUT 간 연결은 신뢰할 수 있는 측정값의 핵심 요소입니다. RF 측정은 굉장히 민감하므로 커넥터 사양을 반드시 고려해야 합니다. 커넥터는 세 가지 주요 사양인 특성 임피던스, 주파수 범위, 품질을 기준으로 특성화됩니다.

특성 임피던스와 주파수 범위는 커넥터의 전도체 규모를 통해 근사값을 구할 수 있습니다. 특성 임피던스는 내부 및 외부 전도체 직경(각각 그림의 d 및 D)의 비율 함수에 해당합니다. 반사를 최소화하기 위해 케이블 및 커넥터의 특성 임피던스를 DUT와 매칭시키는 것이 중요합니다.

주파수 범위의 경우 외부 전도체의 내부 직경(D)과 관련이 있습니다. 동축 케이블의 최대 주파수는 다음 공식을 통해 근사값을 구할 수 있습니다.

최대 주파수(GHz) = 120/D (mm)

예를 들어 3.5 mm 전도체의 대략적인 최대 주파수는 120 / 3.5 = 34 GHz입니다. 테스트해야 하는 주파수를 하드웨어가 처리할 수 있는지 확인해야 합니다. 30 GHz를 넘는 밀리미터 주파수의 경우 전도체가 보다 작은 커넥터와 케이블을 필요로 합니다.

커넥터를 고를 때에는 적합한 품질 레벨을 알아야 합니다. 품질은 커넥터 생산과 관련된 우수성의 수준을 판단하는 척도입니다. 품질 등급은 생산, 장치, 계측으로 나뉩니다.

• 생산 등급: 범용 등급이라고도 알려져 있으며 여기에 속하는 커넥터는 제한된 연결과 낮은 반복정도가 허용되는 일반 부문에서 사용됩니다.
• 장치 등급: 장치 등급 커넥터는 반복도와 긴 수명이 주된 고려 사항인 정밀 테스트 및 측정 장비에서 사용됩니다.
• 계측 등급: 계측 등급은 가장 높은 수준의 성능과 반복도가 필요한 교정 부문에 가장 적합합니다. 이러한 정밀 커넥터는 커넥터 임피던스와 관련해 가장 높은 확실도를 제공합니다.

벡터 네트워크 분석기 액세서리

주파수 확장기부터 테스트 집합 컨트롤러까지, 네트워크 분석기 액세서리를 통해 계측기를 완전한 솔루션으로 탈바꿈할 수 있습니다.

하드웨어 액세서리는 다음과 같은 작업을 지원합니다.

• 유전체 소재 특성화
• 온웨이퍼 디바이스 테스트
• 고전력 앰프 및 믹서 측정

기타 등등

벡터 네트워크 분석기는 다목적성이 뛰어난 계측기입니다. 벡터 네트워크 분석기 관련 응용 부문을 몇 가지 소개합니다.

스펙트럼 분석

스펙트럼 분석을 네트워크 분석기에서 진행하면 스퍼 검색을 가속하고 계측기 전환 과정을 제거하고 단일 연결, 다중 측정(SCCM) 기능을 활용하여 테스트 시간을 크게 단축할 수 있습니다.

펄스형 측정

네트워크 분석기는 표준 작업에서 연속파(CW) 신호를 사용합니다. 이 신호는 여러 부문에서 유용하지만 다음과 같은 특정 시나리오에서는 펄스형 RF 신호가 더 선호됩니다.

• 펄스형 작업을 위해 설계된 안테나 테스트
• CW 신호의 열이 문제인 온웨이퍼 측정
• TDR(Time Domain Reflectometry)

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

활성 디바이스 테스트

최신 RF 시스템에는 앰프, 믹서, 주파수 변환기와 같은 다양한 활성 디바이스가 존재합니다. 예전에는 이러한 유형의 디바이스를 테스트하기 위해 수많은 장비를 활용해야 했습니다. 오늘날의 네트워크 분석기는 정교하게 발전하여 추가 하드웨어 없이 활성 디바이스 특성화를 처리할 수 있습니다.

전통적인 RF 시스템 대신 네트워크 분석기를 사용하면 모든 측정을 하나의 계측기에서 수행할 수 있어 테스트 시간이 대폭 단축됩니다. PNA와 같은 통합형 네트워크 분석기를 사용하면 다음을 테스트할 수 있습니다.

• S-매개변수
• 비선형 매개변수(X-매개변수)
• 이득 압축
• 상호변조 왜곡(IMD)
• 스퍼
• 노이즈 지수

기타 등등