벡터 네트워크 분석기 (VNA) 이해 : 원리 및 기능

VNA (Vector Network Analyzers)는 최신 전자 제품의 기본이며 RF 시스템 설계, 테스트 및 최적화에 유리한 복잡한 네트워크 매개 변수를 측정하는 데 정밀도를 제공합니다.전통적인 신호 분석 외에도 VNA는 간단한 반사 측정부터 상세한 진폭 및 위상 분석에 이르기까지 고급 기능을 제공합니다.이러한 도구는 구성 요소 테스트 및 포괄적 인 멀티 포트 네트워크 특성화와 같은 응용 프로그램에 필수적입니다.

VNAS는 다양한 조건에서 신호 무결성 및 성능을 보장하기 위해 고주파 신호를 분석하여 기능합니다.이 기사는 VNA의 고급 기능을 탐색하여 향상된 운영 기술, 네트워크 분석기의 세부 분류 및 스펙트럼 분석기와의 비교를 통해 전자 제품의 주요 역할을 보여줍니다.또한 블록 다이어그램 및 캘리브레이션 방법을 특징으로하는 VNA 역학에 대한 통찰력이 포함되어 있으며 기술 발전에 심각한 역할을 강조하고 전자 시스템의 신뢰성을 보장합니다.

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그림 1 : 벡터 네트워크 분석기 (VNA)

VNA 기술 탐색

VNA (Vector Network Analyzer)는 전자 회로의 네트워크 특성을 평가하도록 설계된 고도로 전문화 된 도구입니다.고주파 신호를 회로로 보내고 반환되는 신호를 분석하여 기능합니다.이 프로세스를 통해 VNA는 광범위한 주파수에 걸쳐 신호의 진폭과 위상을 모두 캡처 할 수 있습니다.이 정확한 측정 기능은 정확한 전력 판독 값을 유지합니다. 특히 전압 및 전류 측정과 같은 전통적인 방법이 덜 신뢰할 수없는 더 높은 주파수에서는 정확한 전력 판독 값을 유지합니다.

VNA에는 삽입 손실 및 반환 손실과 같은 네트워크 매개 변수에 대한 철저한 분석을 용이하게하는 고급 컴퓨팅 기능이 장착되어 있습니다.이러한 분석의 결과는 일반적으로 다양한 그래픽 형식을 통해 제시됩니다.예를 들어, Smith 차트는 복잡한 임피던스를 시각화하는 데 사용되는 반면, 크기 상 플롯은 신호가 다른 주파수에서 어떻게 행동하는지 이해하는 데 도움이됩니다.

이 장치는 고속 시스템의 엄격한 테스트에서 필수적입니다.필터, 앰프 및 전송 라인과 같은 구성 요소를 포함하여 복잡한 멀티 포트 네트워크를 분석하는 데 특히 효과적입니다.VNA는 PCIE 직렬 링크에서 발견되는 차동 쌍과 같은 복잡한 구성을 처리하는 데 매우 적합합니다.이로 인해 고급 전자 시스템의 설계 및 평가에서 위험한 도구가됩니다.

그림 2 : 벡터 네트워크 분석기 (VNA) 작동

벡터 네트워크 분석기 (VNA) 작동

VNA (Vector Network Analyzers)는 전자 구성 요소의 성능을 평가하는 데 유용한 도구입니다.그들의 작동은 Test (DUT) 중 장치를 향한 자극 신호를 방출하는 소스 모듈로 시작합니다.신호가 DUT와 상호 작용함에 따라 변경이 발생하여 수신기 모듈에 의해 캡처됩니다.VNA는 입력에서 반사되는 신호와 출력을 통해 전송되는 신호를 신중하게 측정합니다.이러한 변경된 신호를 원래 자극과 비교함으로써 VNA는 DUT 동작의 정확한 측정을 제공합니다.

최신 VNA는 종종 다중 경로 기능을 특징으로하여 자극 신호를 여러 포트로 동시에 보낼 수 있습니다.이 기능은 다양한 테스트 구성에서 다양성을 향상시킵니다.예를 들어, 기본 1 포트 VNA는 반사 된 신호 만 측정하는 데 중점을 두어 신호가 입력에서 어떻게 작동하는지에 대한 자세한 통찰력을 제공합니다.차이에서,보다 진보 된 2 포트 VNA는 여러 경로에서 동시에 신호의 전송 및 반사를 측정 할 수 있습니다.이 다중 경로 기능은 양방향 신호 흐름과 같은 복잡한 시나리오를 분석하는 데 특히 유용하여 간단한 구성 요소 분석에서보다 복잡한 다차원 평가에 이르기까지 VNA가 광범위한 테스트 요구에 적응할 수 있도록합니다.

RF 네트워크 분석기의 분류 및 기능

RF 네트워크 분석기는 전자 및 통신에 영향을 미치며 RF 회로 및 시스템의 개발, 테스트 및 유지 보수에 중요한 역할을합니다.이 분석기는 측정 기능을 기반으로 분류되어 다양한 응용 프로그램에 대한 적합성을 결정합니다.

그림 3 : 스칼라 네트워크 분석기 (SNA)

SNA는 신호의 진폭 만 측정하도록 설계되었습니다.신호 강도에 대한 정보를 제공하지만 위상 데이터를 캡처하지 않습니다.SNA는 일반적으로 자세한 분석이 필요하지 않은 기본 진단 작업에 사용됩니다.그들의 단순성은 간단한 테스트 시나리오에 이상적입니다.SNA는 비용 효율적이며 일상적인 테스트 및 교육 목적으로 충분하므로 기본 응용 프로그램에 액세스 할 수 있습니다.

그림 4 : 대형 신호 네트워크 분석기 (LSNA)

전자 레인지 전이 분석기라고도하는 LSNA는 동적 인 고 진폭 조건에서 RF 장치를 분석하는 데 특화되어 있습니다.LSNA는 위성 통신 및 레이더 시스템과 같은 비선형 동작 및 고조파 생성 장치를 분석 해야하는 시나리오를 해결하고 있습니다.LSNA는 실제 고출력 조건에서 장치의 수행 방식에 대한 통찰력을 제공함으로써 강력한 RF 시스템을 개발하기 위해 필요합니다.

RF 네트워크 분석기의 기능
측정 유형	RF 네트워크 분석기는 광범위한 범위를 다룹니다 측정 기능 - SNA의 기본 진폭 측정에서 VNA의 더 복잡한 벡터 측정 및 동적 대형 신호 LSNA의 분석.이 범위를 사용하면 단순한 것을 처리 할 수 ​​있습니다 정교한 분석을 확인합니다.
신호 무결성	VNA 및 LSNA와 같은 고급 분석기 고주파 성분의 신호 무결성을 유지하는 데 심각합니다. 임피던스 불일치 및 비선형 성과 같은 문제를 식별합니다. 최적의 성능을 보장하기위한 동적.
적응성	최신 네트워크 분석기는 종종 있습니다 모듈 식, 특정 연구를 충족하기 위해 확장되거나 향상 될 수 있음을 의미합니다. 또는 산업적 요구.이러한 유연성은 최첨단에서 가치가 있습니다 기술 개발
자동화 및 통합	많은 네트워크 분석기에는 소프트웨어가 제공됩니다 이는 자동 테스트 및 다른 테스트 시스템과의 통합을 지원합니다.이것 기능은 복잡한 테스트 환경에서 효과를 향상시키고 고급 테스트 설정에서 기본 도구를 만듭니다.

그림 5 : RF 네트워크 분석기 및 스펙트럼 분석기

RF 네트워크 분석기 vs. 스펙트럼 분석기 : 차이점

RF 네트워크 분석기 및 스펙트럼 분석기는 모두 전자 신호를 검사하는 데 필요한 도구이지만 다른 목적을 제공합니다.RF 네트워크 분석기는 구성 요소 또는 전체 네트워크의 성능과 무결성을 평가하기 위해 신호를 적극적으로 생성합니다.그들은 진폭과 위상의 상세한 측정을 제공하며, 이는 네트워크를 철저히 특성화하고 문제를 진단하는 데 심각합니다.이 기능을 통해 다양한 운영 조건에서 네트워크가 어떻게 작동하는지에 대한 깊은 이해가 가능합니다.

차이점에서, 스펙트럼 분석기는 외부 신호를 관찰하고 분석하도록 설계되었습니다.신호 강도, 주파수 분포, 고조파 및 배경 노이즈와 같은 신호 스펙트럼의 특성을 평가하는 데 중점을 둡니다.RF 네트워크 분석기와 달리 스펙트럼 분석기는 신호를 생성하지 않습니다.대신 외부 소스에서 신호를 측정하고 분석합니다.이로 인해 환경 신호 모니터링 또는 전자기 간섭 테스트와 같은 작업에 특히 유용합니다.

이 도구의 뚜렷한 기능은 전문적인 용도를 강조합니다.RF 네트워크 분석기는 네트워크 구성 요소의 활성 테스트 및 개발에 이상적이며 네트워크 설계 및 문제 해결에 필요한 통찰력을 제공합니다.반면, 스펙트럼 분석기는 수동 신호 분석에 더 적합하므로 환경 모니터링 및 신호 간섭 감지와 같은 작업에 대한 선택이됩니다.

벡터 네트워크 분석기의 블록 다이어그램

VNA (Vector Network Analyzer) 블록 다이어그램은 장치 기능을 이해하고 신호 소스, 수신기 및 처리 장치와 같은 주요 구성 요소를 배치하기 위해 지속적입니다.이 다이어그램은 청사진 역할을하며 VNA를 통한 신호의 흐름을 보여주고 각 구성 요소가 신호 처리에 어떻게 기여하는지 설명합니다.

그림 6 : VNA 블록 다이어그램의 구성 요소

신호 출처 : 이 구성 요소는 테스트 (DUT) 중 장치로 전송되는 자극 신호를 생성합니다.신호 소스는 전체 측정 프로세스의 시작점입니다.

방향 커플러/스위치 : 이러한 요소는 자극 신호를 DUT로 지시하면서 반사 및 전송 된 신호를 분리합니다.그들은 DUT에서 돌아 오는 신호가 분석을 위해 수신기로 올바르게 라우팅되도록합니다.

수신기 : 수신기는 원래 자극과 DUT의 응답 신호를 모두 포착하여 진폭 및 위상의 변화를 감지합니다.이 데이터는 DUT가 신호를 변경하는 방법을 이해하는 데 심각합니다.

참조 채널 : 이 채널은 기준 신호를 제공하여 DUT가 신호를 수정 한 방법을 정확하게 측정 할 수 있습니다.참조는 신호 경로의 변형을 보상함으로써 측정이 정확한지 확인합니다.

데이터 프로세서 : 신호가 캡처되면 데이터 프로세서는 정보를 분석하여 원시 데이터를 산란 계수와 같은 의미있는 매개 변수로 변환합니다.이 매개 변수는 DUT의 특성을 평가하는 데 유용합니다.

디스플레이 장치 : 마지막으로, 디스플레이 장치는 일반적으로 Smith 차트 및 크기 상 플롯과 같은 형식을 사용하여 처리 된 데이터를 시각화합니다.이러한 시각화는 사용자가 DUT의 성능과 행동을 직관적으로 이해하는 데 도움이됩니다.

그림 7 : 벡터 네트워크 분석기 (VNA)를위한 교정 기술

정확한 측정을위한 교정 기술

벡터 네트워크 분석기 (VNA)의 정확도와 신뢰성을 유지하려면 교정이 필요합니다.VNA에는 다양한 테스트 환경 및 운영 요구에 맞게 조정할 수있는 고급 교정 기능이 제공됩니다.그중에는 사용자가 개시 된 교정이 있으며, 이는 현장에서 정확한 조정을 허용하여 측정 값이 특정 조건과 일치하도록합니다.

• 응답 교정

이것은 VNA의 응답을 조정하기 위해 알려진 표준의 측정을 포함하는 가장 기본적인 교정 방법입니다.간단한 작업에 적합한 간단한 기술입니다. 특히 반사 측정 만 필요한 경우.

• 전체 원 포트 및 2 포트 교정

이 방법은보다 포괄적 인 조정을 제공합니다.알려진 표준을 사용함으로써 반사 및 전송 측정에서 크기와 위상 오차를 모두 수정합니다.이러한 기술은 높은 정밀도를 요구하는 응용 분야에서 역동적이며 반사 및 전송 데이터가 정확해야 할 때 일반적으로 사용됩니다.

• 전자 교정 (E-CAL)

이 기술은 전자 제어 표준을 사용하여 보정 프로세스를 자동화합니다.설정 시간을 크게 줄이고 인적 오류의 위험을 최소화합니다.E-CAL은 테스트 조건 변경으로 인해 빈번한 재 교정이 필요한 환경에서 특히 유용합니다.

현대 기술에서 벡터 네트워크 분석기의 응용

VNA (Vector Network Analyzers)는 다양한 필드에 걸쳐 필요한 기기이며 RF 시스템의 개발 및 테스트에 위험한 역할을합니다.

그림 8 : 구성 요소 테스트

VNA는 앰프 및 필터와 같은 RF 구성 요소를 평가하기 위해 캐스트됩니다.게인, 반환 손실 및 운영 안정성과 같은 동적 매개 변수를 측정하여 각 구성 요소가 지정된 한계 내에서 수행되도록합니다.

그림 9 : 안테나 설계 및 테스트

VNA는 안테나 게인, 방사선 패턴 및 임피던스와 같은 주요 매개 변수를 측정하여 안테나 설계 최적화에 중요한 역할을합니다.이러한 측정은 안테나 성능과 효율성을 향상시키는 데 도움이됩니다.

그림 10 : 케이블 테스트

VNA는 RF 케이블의 무결성을 확인하는 데 사용됩니다.그들은 장거리에 걸쳐 신호 품질을 유지하는 데 사용되는 삽입 손실 및 위상 안정성을 측정합니다.

그림 11 : 재료 분석

VNA는 또한 재료의 유전체 특성을 분석하여 전자 제조 및 재료 과학에 대한 심각한 데이터를 제공 할 수 있습니다.이 분석은 특정 응용 분야에 적합한 자료를 선택하는 데 도움이됩니다.

결론

VNA (Vector Network Analyzers)의 탐색은 전자 및 RF 시스템 개발 영역에서 필요한 역할을 보여줍니다.진폭과 위상을 모두 측정 할 수있는 고급 기능을 통해 VNA는 스칼라 네트워크 분석기 또는 스펙트럼 분석기와 같은 더 간단한 장치에서는 달성 할 수없는 분석 깊이를 제공합니다.그들의 애플리케이션은 단순한 구성 요소 테스트를 넘어 확장되어 정교한 교정 기술, 상세한 네트워크 특성화 및 복잡한 RF 경로의 최적화를 포함하는 포괄적 인 기능 제품군을 포함합니다.VNA는 다중 경로 기능과 최신 소프트웨어와의 통합을 갖춘 기술 인프라에서 초석으로 서서 통신에서 위성 시스템에 이르기까지 모든 분야에서 혁신과 정밀도를 높입니다.

이 완전한 분석은 VNA의 기술적 능력을 강조 할뿐만 아니라 현대 기술 환경의 요구에 적응할 때의 진화 적 궤적을 반영합니다.이 논의는 다양한 고층 산업에서 설계 효율성, 시스템 신뢰성 및 운영 우수성을 보장하는 데 VNA의 중대한 중요성을 강조합니다.기술이 계속 발전함에 따라 VNA의 역할은 지속적인 혁신과 전자 시스템의 복잡성을 반영하여 성장할 것입니다.

자주 묻는 질문 [FAQ]

1. 벡터 네트워크 분석기는 어떻게 작동합니까?

벡터 네트워크 분석기는이를 통해 알려진 신호를 보내고 신호가 어떻게 변경되는지 분석하여 장치의 복잡한 임피던스를 측정합니다.이 신호를 다양한 주파수로 보내고 테스트중인 장치에서 나가는 신호를 수신합니다.VNA는 나가는 신호를 원본과 비교하여 크기와 위상 변화를 모두 결정합니다.이 정보는 장치가 다른 주파수에서 어떻게 작동하는지 이해하는 데 도움이됩니다.

2. 벡터 신호 분석기는 무엇입니까?

벡터 신호 분석기는 주로 복잡한 신호의 변조 특성에 대한 상세한 분석에 사용됩니다.주파수, 위상 및 진폭과 같은 매개 변수에 중점을 둔 전송 및 수신되는 신호의 품질을 분석하기 위해 통신에 사용됩니다.이는 무선 통신에서 시스템 성능을 최적화하고 문제 해결을위한 문제입니다.

3. 벡터 네트워크 분석기는 무엇이며 스칼라 네트워크 분석기와 어떻게 다른가요?

벡터 네트워크 분석기는 신호의 크기와 위상을 측정하여 다양한 주파수에 걸쳐 장치의 네트워크 특성에 대한 자세한보기를 제공합니다.대조적으로, 스칼라 네트워크 분석기는 신호의 크기 만 측정합니다.VNA가 위상을 측정하는 능력은 크기 외에도보다 포괄적 인 테스트 및 장치 분석을 가능하게합니다.

4. VNA의 주파수 범위는 얼마입니까?

벡터 네트워크 분석기의 주파수 범위는 모델과 디자인에 따라 크게 다를 수 있으며, 일반적으로 몇 킬로 헤르츠 (KHZ)에서 몇 개의 테라 헤르츠 (THZ)까지에 걸쳐 있습니다.일부 특수 모델은 통신, 레이더 시스템 및 기타 RF 응용 프로그램과 같은 특정 응용 프로그램에 적합한 특정 주파수에서 작동하도록 설계되었습니다.

5. VNA가 주목할만한 이유는 무엇입니까?

벡터 네트워크 분석기는 RF 및 전자 레인지 산업의 구성 요소 설계, 테스트 및 유지 관리에 심각합니다.안테나, 케이블 및 앰프와 같은 장치가 모든 작동 주파수에서 지정된 성능 기준을 충족하도록합니다.진폭과 위상을 측정하는 능력은 시스템이 신뢰할 수 있고 효율적이며 엄격한 운영 표준을 충족시킬 수 있도록하기위한 역동적입니다.