네트워크 분석기(전기)

네트워크 분석기는 전기 네트워크의 네트워크 파라미터를 측정하는 기기입니다.오늘날 네트워크 분석기는 일반적으로 s-파라미터를 측정합니다. 왜냐하면 전기 네트워크의 반사 및 전송은 고주파수에서 쉽게 측정되지만, y 파라미터, z 파라미터 및 h 파라미터와 같은 다른 네트워크 파라미터 세트가 있기 때문입니다.네트워크 분석기는 앰프나 필터 등의 2포트 네트워크를 특성화하기 위해 자주 사용되지만 임의의 수의 포트를 가진 네트워크에서는 사용할 수 있습니다.

개요

네트워크 분석기는 대부분 고주파에서 사용됩니다.동작 주파수는 1Hz에서 1.5THz ^[1]사이입니다.특수한 타입의 네트워크아나라이저에서는, 1 ^[2]Hz까지의 저주파수 범위도 커버할 수 있습니다.이러한 네트워크 분석기는 예를 들어 오픈 루프의 안정성 분석이나 오디오 및 초음파 ^[3]구성 요소의 측정에 사용할 수 있습니다.

네트워크 아나라이저의 2가지 기본적인 유형은 다음과 같습니다.

• scalar network analyzer(SNA): 진폭 속성만 측정합니다.
• Vector Network Analyzer(VNA): 진폭과 위상 속성을 모두 측정합니다.

VNA는 RF 설계 어플리케이션에 널리 사용되는 RF 네트워크아나라이저의 한 형태입니다.VNA는 게인 위상 미터 또는 자동 네트워크아나라이저라고도 불립니다SNA는 추적 발생기와 조합하여 스펙트럼 분석기와 기능적으로 동일하다.2007년 현재^[update] VNA는 가장 일반적인 유형의 네트워크아나라이저입니다.따라서 대부분의 경우 인정되지 않은 "네트워크아나라이저'는 VNA를 의미합니다.주요 VNA 제조사는 Keysight,^[4] Anritsu, Advantest, Roade & Schwarz, Copper Mountain Technologies 및 OMICRON Lab입니다.

네트워크 분석기의 다른 카테고리는 마이크로파 전이 분석기(MTA) 또는 Large-Signal Network Analyzer(LSNA)로, 기본 및 고조파의 진폭과 위상을 모두 측정합니다.MTA는 LSNA보다 먼저 상용화되었지만 현재 LSNA에서 사용할 수 있는 사용자 친화적인 교정 기능이 부족했습니다.

아키텍처

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네트워크 분석기의 기본 아키텍처에는 신호 발생기, 테스트 세트, 하나 이상의 수신기 및 디스플레이가 포함됩니다.일부 설정에서는 이러한 장치가 개별 기기입니다.대부분의 VNA에는 4개의 S 파라미터$({\displaystyle {\mathrm{S}}_{}}$ 11${\displaystyle {}_{}}$ ${\displaystyle {}_{}}$ ${\displaystyle {21}_{}}$ ${\displaystyle {}_{}}$ ${\displaystyle {12}_{}}$ ${\displaystyle {}_{}}$ $)$를 측정할 수 있는 테스트 포트가 두 개 이상 있지만($S_{11}, S_{$211}, $S_{12}, S_{22$ 포트가 세 개 이상인 계측기는 시판되고 있습니다.

신호 발생기

네트워크 분석기에는 테스트 신호가 필요하며 신호 발생기 또는 신호 소스가 테스트 신호를 제공합니다.이전 네트워크 분석기에는 자체 신호 발생기가 없었지만, 예를 들어 GPIB 연결을 사용하여 독립형 신호 발생기를 제어할 수 있는 기능이 있었습니다.거의 모든 최신 네트워크 분석기에는 신호 발생기가 내장되어 있습니다.고성능 네트워크아나라이저에는 2개의 소스가 내장되어 있습니다.2개의 내장 소스가 RF 신호를 제공하는 믹서 테스트, 다른 소스가 LO 또는 테스트에 2개의 톤이 필요한 앰프 상호 변조 테스트와 같은 애플리케이션에 유용합니다.

테스트 세트

테스트 세트는 신호 발생기 출력을 가져와 테스트 대상 장치로 라우팅하고 측정 대상 신호를 수신기에 라우팅합니다.입사파의 기준 채널을 분할하는 경우가 많습니다.SNA에서 기준 채널은 다이오드 검출기(수신기)로 갈 수 있으며, 그 출력은 신호 발생기의 자동 레벨 제어로 전송됩니다.그 결과 신호 발생기의 출력을 더 잘 제어하고 측정 정확도를 높일 수 있습니다.VNA 에서는, 기준 채널은 리시버에 보내집니다.이것은 위상 기준으로서 기능하기 위해서 필요합니다.

신호 분리에 방향성 커플러 또는 2개의 저항 전원 분배기가 사용됩니다.일부 마이크로파 테스트 세트에는 리시버용 프론트 엔드 믹서가 포함되어 있습니다(예를 들어 HP 8510용 테스트 세트).

리시버

수신기가 측정을 합니다.네트워크 아나라이저에는 테스트포트에 접속되어 있는 리시버가 1개 이상 있습니다.기준 테스트 포트에는 보통 R 라벨이 붙어 있으며 프라이머리 테스트포트는 A, B, C, ...입니다.일부 분석기는 각 테스트 포트에 개별 수신기를 전용으로 하지만 다른 분석기는 포트 간에 1개 또는2개의 수신기를 공유합니다.R 리시버는 테스트포트에서 사용되는 리시버보다 감도가 낮을 수 있습니다.

SNA의 경우 수신기는 신호의 크기만 측정합니다.수신기는 테스트 주파수로 작동하는 검출기 다이오드가 될 수 있습니다.가장 단순한 SNA에는 단일 테스트 포트가 있지만 참조 포트도 사용할 경우 보다 정확한 측정이 이루어집니다.기준 포트는 측정 평면에서 테스트 신호의 진폭 변동을 보상합니다.단일 디텍터를 공유하고 두 번의 측정 통과를 통해 기준 포트와 테스트 포트 모두에 사용할 수 있습니다.

VNA의 경우 수신기는 신호의 크기와 위상을 모두 측정합니다.위상을 판별하려면 참조 채널(R)이 필요하기 때문에 VNA에는 적어도2개의 리시버가 필요합니다.일반적인 방법 다운은 더 낮은 주파수로 측정하도록 기준 및 테스트 채널을 변환합니다.위상은 직교 검출기로 측정할 수 있습니다.VNA에는 적어도2개의 리시버가 필요하지만 다른 파라미터를 동시에 측정할 수 있도록3개 또는 4개의 리시버가 있는 것도 있습니다.

전력 측정만으로 위상과 크기를 유추하는 VNA 아키텍처(6포트)가 있습니다.

프로세서 및 디스플레이

수신기/검출기 섹션에서 처리된 RF 신호를 사용할 수 있는 경우 신호를 해석 가능한 형식으로 표시해야 합니다.현재 이용 가능한 처리 수준을 통해 RF 네트워크아나라이저에서는 매우 고도의 솔루션을 이용할 수 있습니다.여기서 반사 및 송신 데이터는 가능한 한 쉽게 해석할 수 있도록 포맷된다.대부분의 RF 네트워크 분석기에는 선형 및 로그 스위프, 선형 및 로그 형식, 극 플롯, Smith 차트 등의 기능이 포함되어 있습니다.트레이스 마커, 한계선 및 통과/실패 기준도 많은 ^[5]경우에 추가됩니다.

벡터 네트워크 분석기를 사용한S 파라미터 측정

VNA는 무선 주파수와 마이크로파 장치의 RF 성능을 네트워크 산란 파라미터(S 파라미터)로 특징짓는 테스트 시스템입니다.

이 그림은 일반적인 2포트 벡터 네트워크아나라이저(VNA)의 필수 부품을 나타내고 있습니다.테스트 대상 디바이스(DUT)의 2개의 포트는 포트 1(P1)과 포트 2(P2)로 표시됩니다.VNA에 제공되는 테스트 포트 커넥터는 일반적으로 정밀 케이블1과 2, PC1과 PC2와 각각 적절한 커넥터 어댑터 A1과 A2를 사용하여 P1과 P2에 확장 및 연결해야 하는 정밀 유형입니다.

테스트 주파수는 가변 주파수 CW 소스에 의해 생성되며 전력 레벨은 가변 감쇠기를 사용하여 설정됩니다.스위치 SW1의 위치는 테스트 신호가 DUT를 통과하는 방향을 설정합니다.처음에 SW1이 위치 1에 있으므로 테스트 신호가 $displaystyle$ S_${11},}$ ${\displaystyle {\mathrm{및}}_{}{}_{}}S21$(\$displaystyle S_{$211$\},\})$ 측정에 적합한 P1의 DUT에 입사하는 것으로 간주합니다. 테스트 신호는 SW1에 의해 스플리터 1, 암(기준 채널)의 공통 포트에 공급됩니다.방향성 커플러 DC1, PC1, A1을 통해 P1에 접속하는 P1(RX REF1) 및 기타(테스트 채널)의 경우.DC1의 세 번째 포트는 A1 및 PC1을 통해 P1에서 반사된 전력을 분리하여 테스트 수신기 1(RX TEST1)에 공급합니다.마찬가지로 P2에서 나오는 신호는 A2, PC2 및 DC2를 통해 RX TEST2로 전달됩니다. RX REF1, RX TEST1, RX REF2 및 RXTEST2는 동일한 기준 오실레이터를 공유하기 때문에 간섭성 수신기로 알려져 있으며 테스트 주파수에서 테스트 신호의 진폭과 위상을 측정할 수 있습니다.모든 복잡한 수신기 출력 신호는 연산처리를 하는 프로세서에 공급되어 선택된 파라미터 및 형식을 위상 및 진폭 표시에 표시한다.위상의 순간 값은 시간적 부분과 공간적 부분을 모두 포함하지만, 전자는 2개의 테스트 채널(하나는 기준, 다른 하나는 측정용)을 사용하여 제거된다.SW1을 위치 2로 설정하면 테스트 신호가 P2에 적용되고 기준이 RX REF2에 의해 측정되며, P2로부터의 반사가 DC2에 의해 결합되고 RX TEST2에 의해 측정되며, P1에서 나가는 신호는 DC1에 의해 결합되고 RX TEST1에 의해 측정됩니다.이 위치는 S ${\displaystyle {22}_{}}$$displaystyle$ S_${22},})$${\displaystyle {}_{}}$및 S$12$({displaystyle S_${12$ $측정$에 적합합니다.

교정 및 오류 수정

네트워크 분석기는 대부분의 전자 계측기와 마찬가지로 정기적인 교정이 필요합니다.일반적으로 이 교정은 1년에 한 번 수행되며 제조업체 또는 교정 실험실의 제3자에 의해 수행됩니다.계측기를 교정할 때 일반적으로 교정 날짜와 다음 교정 예정일이 기재된 스티커가 부착됩니다.교정 증명서가 발급됩니다.

벡터 네트워크 분석기는 계측기의 시스템 오류, 케이블, 어댑터 및 테스트 고정 장치의 특성을 보정하여 고정밀 측정을 실현합니다.오류 수정 프로세스는 일반적으로 교정이라고 불리지만 완전히 다른 프로세스로 엔지니어가 한 시간에 여러 번 수행할 수 있습니다.제조사의 정기 교정과의 차이를 나타내기 위해 사용자 교정이라고도 합니다.

네트워크 분석기의 전면 패널에는 커넥터가 있지만 전면 패널에서는 거의 측정이 이루어지지 않습니다.일반적으로 일부 테스트 케이블은 전면 패널에서 테스트 대상 장치(DUT)에 연결됩니다.이러한 케이블의 길이에 따라 시간 지연과 대응하는 위상 편이(VNA 측정에 영향을 줍니다), 케이블에는 약간의 감쇠(SNA 및 VNA 측정에 영향을 줍니다)가 발생합니다.네트워크 분석기 내부의 케이블 및 커플러도 마찬가지입니다.이 모든 요인들은 온도에 따라 변한다.교정에는 일반적으로 알려진 표준 측정과 시스템 오류를 보정하기 위한 측정이 포함되지만 알려진 표준이 필요하지 않은 방법이 있습니다.시스템 오류만 수정할 수 있습니다.커넥터 반복성 등의 무작위 오류는 사용자 보정에 의해 수정할 수 없습니다.단, 배터리를 사용하여 외부에서 정밀도가 낮은 측정을 하도록 설계된 일부 휴대용 벡터 네트워크 분석기에서는 네트워크 분석기의 내부 온도를 측정하여 온도 보정을 시도합니다.

사용자 보정을 시작하기 전에 첫 번째 단계는 다음과 같습니다.

• 커넥터의 핀이 구부러지거나, 핀이 구부러지거나, 확실히 중심이 맞지 않는 부품등의 문제가 없는지를 육안으로 확인합니다.이러한 커넥터는 사용하지 마십시오. 파손된 커넥터와 양호한 커넥터를 연결하면 종종 양호한 커넥터가 손상될 수 있습니다.
• 60psi 미만의 압축 공기로 커넥터를 청소합니다.
• 필요한 경우 이소프로필 알코올로 커넥터를 청소하고 건조시킵니다.
• 커넥터를 측정하여 심각한 기계적 문제가 없는지 확인합니다.분해능이 0.001" ~ 0.0001"인 커넥터 게이지는 일반적으로 더 나은 품질의 보정 키트에 포함됩니다.
• 커넥터를 지정된 토크로 조입니다.토크 렌치는 가장 저렴한 보정 키트를 제외한 모든 보정 키트와 함께 제공됩니다.

교정에는 몇 가지 다른 방법이 있습니다.

• SOLT : Short, Open, Load, Through의 약자로 가장 간단한 방법입니다.이름에서 알 수 있듯이, 이를 위해서는 단락, 단선, 정밀 부하(일반적으로 50옴) 및 스루 접속이 있는 기존의 표준에 액세스해야 합니다.테스트 포트는 같은 타입의 커넥터(N, 3.5mm 등)를 가지지만 성별이 다르므로 스루 포트를 연결하기만 하면 됩니다.SOLT는 쇼트, 오픈, 로드 및 스루를 얻을 수 있는 동축 측정에 적합합니다.SOLT 교정 방법은 개방 회로나 부하를 얻기 어려운 도파관 측정이나 적절한 표준을 찾는 데 동일한 문제가 있는 비동축 테스트 고정 장치의 측정에 덜 적합합니다.
• TRL(스루 리플렉트 라인 보정):이 기술은 고정 장치, 웨이퍼 프로빙 또는 도파관과 같은 마이크로파 비동축 환경에 유용합니다.TRL은 기존의 길이와 임피던스를 표준으로 하여 스루 라인보다 전기 길이가 상당히 긴 전송 라인을 사용합니다.또한 TRL은 임피던스를 잘 특성화할 필요는 없지만 두 ^[6]테스트 포트에서 전기적으로 동일해야 하는 고반사 표준(보통 쇼트 또는 오픈)이 필요합니다.

네트워크 분석기에서 실행할 수 있는 가장 간단한 교정은 전송 측정입니다.이것에 의해, 위상 정보가 표시되지 않기 때문에, 스칼라 네트워크아나라이저에 같은 데이터가 표시됩니다.위상정보를 제공하면서 네트워크아나라이저에서 실행할 수 있는 가장 간단한 교정은 1포트 교정(S11 또는 S22, 둘 다 아님)입니다.이는 1포트 반사율 측정에서 나타나는 세 가지 시스템 오류를 설명합니다.

• 지향성: 소스 신호의 DUT에 도달하지 않는 부분에서 발생하는 오류.
• Source match: 송신원과 DUT 사이의 여러 내부 리플렉션에서 발생하는 오류.
• 반사 추적: 테스트 리드, 연결 등의 모든 주파수에 의존하여 발생하는 오류.

일반적인 1포트 반사 보정에서는 사용자는 일반적으로 개방, 단락 및 알려진 부하라는 세 가지 알려진 표준을 측정합니다.이들 3가지 측정에서 네트워크아나라이저는 위의 ^[7][8]3가지 오류를 설명할 수 있습니다.

보다 복잡한 보정은 전체 2포트 반사율과 전송 보정입니다.2개의 포트에서는 위의 3개의 포트와 유사한 시스템 오류가 12개 발생할 수 있습니다.이러한 문제를 해결하기 위한 가장 일반적인 방법으로는 2개의 포트 각각에서 쇼트, 로드 및 오픈 표준을 측정하고 2개의 포트 간의 전송을 실시합니다.

단락에는 항상 약간의 인덕턴스가 있기 때문에 완벽한 단락을 만드는 것은 불가능합니다.완벽한 개방 회로를 만드는 것은 불가능합니다. 항상 약간의 프링킹 캐패시턴스가 있기 때문입니다.최신 네트워크 분석기는 장치에 대한 데이터를 보정 키트에 저장합니다.(Keysight Technologies 2006) harv 오류: 대상 없음: CITREFKeysight_Technologies 2006(도움말) 개방의 경우 약간의 전기적 지연(일반적으로 수십 피코초)과 주파수에 따라 달라지는 프링킹 캐패시턴스가 발생합니다.캐패시턴스는 일반적으로 각 표준에 고유한 계수와 함께 다항식으로 지정됩니다.short는 약간의 지연과 주파수에 의존하는 인덕턴스를 가지지만 일반적으로 인덕턴스는 약 6GHz 이하에서는 중요하지 않은 것으로 간주됩니다.Keysight 캘리브레이션키트에 사용되는 다수의 표준에 대한 정의는 http://na.support.keysight.com/pna/caldefs/stddefs.html에서 확인할 수 있습니다.특정 캘리브레이션키트의 표준 정의는 네트워크아나라이저의 주파수 범위에 따라 자주 변경됩니다.교정 키트가 9GHz까지 동작하지만 특정 네트워크아나라이저의 동작 주파수가 3GHz인 경우 오픈 스탠다드의 캐패시턴스는 최대 9GHz까지 동작하는 데 필요한 계수와 다른 계수를 사용하여 최대 3GHz까지 근사할 수 있습니다.

일부 보정 키트에서는 수컷에 대한 데이터가 암컷과 다르기 때문에 사용자는 커넥터의 성별을 지정해야 합니다.다른 보정 키트(예: 키사이트 85033E 9GHz 3.5mm)에서는 수컷과 암컷의 특성이 동일하므로 사용자가 성별을 지정할 필요가 없습니다.APC-7과 같은 성별이 없는 커넥터에서는 이 문제가 발생하지 않습니다.

대부분의 네트워크아나라이저에는 사용자 정의 보정 키트를 사용할 수 있습니다.따라서 사용자가 네트워크아나라이저의 펌웨어에 없는 특정 보정 키트의 상세 내용을 가지고 있는 경우 키트에 대한 데이터를 네트워크아나라이저에 로드하여 사용할 수 있습니다.일반적으로 교정 데이터는 기기 전면 패널에 입력하거나 플로피 디스크 또는 USB 스틱과 같은 매체 또는 USB 또는 GPIB와 같은 버스를 통해 로드할 수 있습니다.

고가의 교정 키트에는 일반적으로 커넥터를 적절히 조이는 토크 렌치와 커넥터에 중대한 오류가 발생하지 않도록 하는 커넥터 게이지가 포함됩니다.

자동 교정 기구

기계식 보정 키트를 사용한 보정은 상당한 시간이 걸릴 수 있습니다.오퍼레이터는 모든 관심 주파수를 스위프해야 할 뿐만 아니라 다양한 표준을 분리했다가 다시 연결해야 합니다.(Keysight Technologies 2003, 페이지 9) 이 작업을 피하기 위해 네트워크 분석기는 자동화된 교정 표준을 사용할 수 있습니다.(키사이트 테크놀로지 2003)오퍼레이터는 하나의 상자를 네트워크 분석기에 연결합니다.박스 내에는 표준이 세트로 되어 있으며, 일부 스위치는 이미 특성을 갖추고 있습니다.네트워크 분석기는 USB와 같은 디지털 버스를 사용하여 특성을 읽고 구성을 제어할 수 있습니다.

네트워크 분석기 검증 키트

네트워크 분석기가 사양에 따라 동작하고 있는지 확인하기 위해 많은 검증 키트를 사용할 수 있습니다.이들은 일반적으로 공기 유전체와 감쇠기가 있는 전송 선로로 구성됩니다.Keysight 85055A 검증 키트에는 10cm 항공사, 스텝 임피던스 항공사, 20dB 및 50dB 감쇠기가 포함되어 있으며 제조업체가 측정하여 플로피 디스크와 USB 플래시 드라이브에 모두 저장되어 있습니다.85055A의 이전 버전에서는 데이터가 USB 드라이브가 아닌 테이프 및 플로피 디스크에 저장됩니다.

소음 수치 측정

VNA의 3대 제조사인 Keysight, Anritsu, Rohde & Schwarz는 모두 노이즈 수치 측정을 사용할 수 있는 모델을 생산합니다.벡터 오차 보정은 다른 형태의 상용 노이즈 수치계에서 가능한 것보다 더 높은 정확도를 허용합니다.

「 」를 참조해 주세요.

• 보데 플로터
• 전기적 측정
• 네트워크 분석기(AC 전원)
• 벡터 신호 분석기
• 스미스 관리도

메모들

레퍼런스

• Keysight Technologies (June 9, 2003), Electronic vs. Mechanical Calibration Kits: Calibration Methods and Accuracy (PDF), White Paper, Keysight Technologies
• Keysight Technologies (December 3, 2019), Specifying Calibration Standards for the Keysight 8510 Network Analyzer (PDF), Application Note 8510-5B, Keysight Technologies
• Dunsmore, Joel P. (September 2012), Handbook of Microwave Component Measurements: with Advanced VNA Techniques, Wiley, ISBN 978-1-1199-7955-5

외부 링크

• Network Analyzer Basics 2020-02-04년 Wayback Machine(PDF, 5.69MB)에서 Keysight에서 아카이브된 네트워크 분석기 기본 사항
• Anritsu의 벡터 네트워크 분석 입문서(PDF, 123KB)
• 대규모 신호 네트워크 분석(PDF, 3.73MB), Jan Verspecht 박사
• Paul Kiciac, N2PK의 Homebrew VNA
• 주파수 응답 측정(PDF, 961KB), Ray Ridley 박사
• RF 벡터 네트워크아나라이저의 기본
• Vector Network Analyzer RF 기초