RF 및 마이크로파 측정 소개

RF 및 마이크로파 회로의 정확한 측정은 성공적인 설계 및 검증의 기본입니다. 주파수가 기가헤르츠 범위로 증가함에 따라 기존 측정 방법은 부적절해지며 전문 기술이 필요합니다.

측정 주파수 범위

HF/VHF

3-300 MHz

전통적인 기기

UHF

300 MHz - 3 GHz

전문 교정

마이크로파

3-30 GHz

VNA 필수

밀리미터파

30-300 GHz

고급 프로브

벡터 네트워크 분석기 (VNA) 기초

벡터 네트워크 분석기는 RF 측정의 핵심 장비로, 넓은 주파수 범위에서 크기 및 위상 정보를 제공합니다. 최신 VNA는 DC에서 100 GHz 이상까지 높은 동적 범위와 정확도로 측정할 수 있습니다.

주요 VNA 사양

주파수 범위: mmWave 애플리케이션용 DC ~ 100+ GHz
동적 범위: 높은 격리를 위해 일반적으로 100-130 dB
트레이스 노이즈: 정확한 측정을 위한 낮은 노이즈
측정 속도: 생산 테스트를 위한 빠른 스윕

S-파라미터 측정 및 해석

S-파라미터(산란 파라미터)는 RF 에너지가 네트워크를 통해 전파되는 방식을 설명하며 RF 회로 분석의 기본입니다. 네 가지 기본 S-파라미터(S11, S12, S21, S22)는 반사 및 전송 특성을 나타냅니다.

S-파라미터 빠른 참조

S11 (입력 반사)

< -10 dB: 양호한 매칭
< -20 dB: 우수한 매칭
VSWR = (1 + |S11|)/(1 - |S11|)

S21 (순방향 전송)

삽입 손실 = -20log|S21|
군 지연 = -dφ/dω
이득 = 20log|S21| (증폭기)

교정 기술 및 표준

교정은 방향성, 소스 매칭 및 반사 추적 오류를 포함한 VNA 측정의 시스템 오류를 제거합니다.

교정 방법

SOLT

단락-개방-부하-직통

동축에 가장 적합

TRL

직통-반사-라인

평면에 가장 적합

LRRM

라인-반사-반사-매칭

하이브리드 접근법

시간 영역 측정 및 TDR

시간 영역 반사계측(TDR)은 임피던스 불연속성으로부터의 반사를 분석하여 회로의 물리적 동작에 대한 통찰력을 제공합니다. TDR 측정은 전송선을 따라 임피던스 변화의 위치와 크기를 드러냅니다.

시간 영역 변환은 임펄스 및 스텝 응답을 드러냅니다
공진, 불연속성 및 결합 효과 식별
게이팅은 특정 요소에 집중하기 위해 원치 않는 반사를 제거합니다

잡음 지수 및 잡음 온도 측정

잡음 지수는 장치를 통한 신호 대 잡음 비율의 저하를 특성화하며 수신기 감도 계산에 중요합니다. 교정된 잡음 소스를 사용하는 Y 인자 방법이 표준 접근법입니다.

잡음 측정 참조

잡음 지수 계산:

NF = ENR + 10log((Y-1)/Y) + Loss_after

일반적인 값:

LNAs

0.5-2 dB

믹서

6-12 dB

감쇠기

= 감쇠

전력 측정 및 교정

정확한 전력 측정은 증폭기, 송신기 및 수동 구성 요소를 특성화하는 데 필수적입니다. 전력 센서에는 서미스터 마운트, 열전 센서 및 다이오드 검출기가 포함되며, 각각 특정 주파수 범위와 전력 처리 능력을 가지고 있습니다.

비선형 및 대신호 측정

비선형 측정은 대신호 조건에서 장치 동작을 특성화하며 압축 포인트, 상호 변조 왜곡 및 고조파 왜곡 측정을 포함합니다.

주요 비선형 측정

P1dB: 1-dB 압축점은 이득 압축의 시작을 나타냅니다
IMD: 2-톤 상호 변조는 스퓨리어스 생성을 드러냅니다
로드 풀: 가변 부하 임피던스 대 성능
EVM: 변조 신호에 대한 오류 벡터 크기

웨이퍼 및 프로브 스테이션 측정

웨이퍼 측정은 패키징 전에 장치를 특성화할 수 있게 하여 개발 중에 더 빠른 피드백을 제공합니다. 정밀 매니퓰레이터와 안정적인 환경 제어를 갖춘 프로브 스테이션은 반복 가능한 측정에 필수적입니다.

프로브 측정 모범 사례

• 교정을 위해 임피던스 표준 기판(ISS) 사용
• 일관된 프로브 접촉력 유지
• 안정적인 측정을 위해 온도를 ±1°C로 제어
• 가능한 한 짧은 프로브 케이블 사용
• 프로브 팁 상태를 정기적으로 확인
• 정확한 특성화를 위해 패드 기생 효과 제거

일반적인 측정 함정

문제 해결 가이드

문제: 교정 정확도 불량

• 측정에 적합한 교정 유형 사용
• 커넥터 및 케이블 상태 확인
• 교정 중 환경 조건 제어

문제: 동적 범위 부족

• IF 대역폭 및 평균화 설정 최적화
• 저레벨 신호에 외부 증폭 사용
• 적절한 차폐 및 절연 구현

문제: 측정 드리프트

• 계측기에 적절한 워밍업 시간 허용
• 온도 및 습도 변화 제어
• 정기적인 교정 검증 수행

핵심 요점

VNA는 적절한 교정을 통한 정확한 RF 측정에 필수적입니다
S-파라미터는 포괄적인 선형 회로 특성화를 제공합니다
시간 영역 분석은 물리적 동작 및 불연속성을 드러냅니다
잡음 지수 및 전력 측정에는 전문 기술이 필요합니다
비선형 측정은 실제 작동 조건을 특성화합니다

RF 및 마이크로파 회로를 위한 고급 측정 기술

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