벡터 네트워크 분석 - 네트워크 특성화 (2)

그룹 지연 측정과 벡터 네트워크 분석을 통한 네트워크 특성화는 통신 시스템의 성능 분석에 있어 핵심적인 요소입니다. 이 방법들은 장치의 위상 응답과 전송 시간을 정밀하게 분석하여 시스템의 위상 왜곡과 전기적 행동을 평가합니다. S 매개변수를 사용한 분석은 고주파수 통신 장비의 이득, 손실 및 반사 특성을 포괄적으로 이해하는 데 필수적입니다.

 

측정 그룹 지연 (Group Delay)

 

위상 왜곡의 또 다른 유용한 측정 방법은 그룹 지연입니다(그림 14). 이 매개변수는 주파수 대비 DUT를 통한 신호의 전송 시간을 측정한 것입니다. 그룹 지연은 다음과 같이 계산할 수 있습니다.
DUT의 위상 응답과 주파수를 구별합니다. 이는 위상 응답의 선형 부분을 일정한 값으로 줄이고 선형 위상의 편차를
일정한 그룹 지연(통신 시스템에서 위상 왜곡을 유발함). 평균 지연은 DUT를 통한 평균 신호 전송 시간을 나타냅니다.

장치에 따라 선형 위상의 편차와 그룹 지연이 모두 측정될 수 있습니다. 둘 다 중요할 수 있기 때문입니다. 장치에서 최대 피크 간 위상 리플을 지정하는 것만으로는 충분하지 않을 수 있습니다.
위상 리플의 기울기는 단위 주파 수당 발생하는 리플 수에 따라 달라지므로 이를 완전히 특성화합니다. 군 지연은 미분된 단계이기 때문에 이를 고려합니다.
응답. 그룹 지연은 위상 왜곡을 더 쉽게 해석하는 경우가 많습니다(그림 15).

네트워크 특성화

 

알려지지 않은 선형 2 포트 장치의 특성을 완전히 파악하려면 다양한 조건에서 측정을 수행하고 일련의 매개변수를 계산해야 합니다. 이 매개변수는 다음과 같이 완전히 사용될 수 있습니다.
측정을 수행할 당시가 아닌 소스 및 부하 조건에서도 장치(또는 네트워크)의 전기적 동작을 설명합니다. 저주파 장치 또는 네트워크 특성화는 일반적으로 H, Y, Z 매개변수 측정을 기반으로 합니다. 이를 위해서는 장치 또는 네트워크 노드의 입력 또는 출력 포트에서 총 전압과 전류를 측정해야 합니다. 또한 측정은 다음과 같아야 합니다.
개방 회로 및 단락 회로 조건으로 만들어졌습니다.
더 높은 주파수에서는 총 전류나 전압을 측정하기 어렵기 때문에 일반적으로 S 매개변수를 대신 측정합니다(그림 16). 이러한 매개변수는 이득, 손실, 반사계수. 측정이 상대적으로 간단하고 DUT에 원하지 않는 부하를 연결할 필요가 없습니다. 여러 장치의 측정된 S-파라미터를 계단식으로 연결하여 전체를 예측할 수 있습니다.
시스템 성능. S-파라미터는 선형 및 비선형 CAE 회로 시뮬레이션 도구 모두에서 쉽게 사용되며 필요한 경우 H, Y 및 Z 매개변수는 S-파라미터에서 파생될 수 있습니다.
특정 장치의 S-파라미터 수는 포트 수의 제곱과 같습니다. 예를 들어, 2 포트 장치에는 4개의 S 매개변수가 있습니다. S-매개변수의 번호 지정 규칙은 다음과 같습니다.
S 다음의 첫 번째 숫자는 에너지가 나오는 포트이고, 두 번째 숫자는 에너지가 들어오는 포트입니다. 따라서 S21은 RF를 적용한 결과 포트 2에서 나오는 전력의 측정값입니다.
포트 1에 자극을 가합니다. 숫자가 동일하면(예: S11) 반사 측정이 표시됩니다.


H, Y, Z 매개변수
• 고주파수에서는 장치 포트의 총 전압 및 전류를 측정하기가 어렵습니다.
• 활성 장치는 단락이나 개방으로 인해 진동하거나 자체 파괴될 수 있습니다.

S-파라미터
• 익숙한 측정과 관련됨(이득, 손실, 반사 계수 등)
• 비교적 측정이 용이함
• 여러 장치의 S 매개변수를 계단식으로 배열하여 시스템 성능을 예측할 수 있습니다.
• 분석적으로 편리함
o CAD 프로그램
o 흐름 그래프 분석
• 원하는 경우 S 매개변수에서 H, Y 또는 Z 매개변수를 계산할 수 있습니다.

순방향 S-파라미터는 출력이 특성과 정확하게 동일한 부하에서 종료될 때 입사, 반사 및 전송된 신호의 크기와 위상을 측정하여 결정됩니다.
테스트 시스템의 임피던스. 단순한 2 포트 네트워크의 경우 S11은 DUT의 입력 복수 반사 계수 또는 임피던스와 동일하고 S21은 순방향 복수 전송입니다.
계수. 소스를 DUT의 출력 포트에 배치하고 입력 포트를 완벽한 부하로 종료함으로써 다른 두 개의 (역) S-파라미터를 측정할 수 있습니다. 매개변수 S22는 다음과 같습니다.
출력 복수 반사 계수 또는 DUT의 출력 임피던스지만 S12는 역 복수 전송 계수입니다(그림 17).

 

 

1. 그룹 지연 측정: 그룹 지연은 DUT를 통과하는 신호의 전송 시간을 측정하는 것으로, 위상 응답의 미분을 통해 계산됩니다. 이는 통신 시스템에서 위상 왜곡을 유발하는 선형 위상의 편차와 관련이 있으며, 평균 지연은 신호의 평균 전송 시간을 나타냅니다.
2. 네트워크 특성화: 네트워크의 전기적 동작을 완전히 파악하기 위해 다양한 조건에서 측정을 수행하고 S 매개변수(이득, 손실, 반사계수 등)를 포함한 일련의 매개변수를 계산합니다. S 매개변수는 높은 주파수에서의 측정에 주로 사용되며, 여러 장치의 S 매개변수를 조합하여 시스템 성능을 예측할 수 있습니다.
3. S 매개변수: S 매개변수는 특정 장치의 포트 수의 제곱과 같으며, 에너지가 나오는 포트와 들어오는 포트에 따라 구분됩니다. 예를 들어, S21은 포트 1에 자극을 가했을 때 포트 2에서 나오는 전력의 측정값을 나타냅니다. S 매개변수는 시스템의 전반적인 성능 분석에 필수적이며, CAD 프로그램과 흐름 그래프 분석에서도 활용됩니다.