Vector 측정의 중요성과 Smith Chart (스미스 차트)

벡터 측정은 통신의 신호 정확도를 극대화하고 네트워크 효율성을 근본적으로 향상시키는 기술적 요석입니다. 스미스 차트는 복잡한 임피던스와 반사 계수를 이해하고 시각화하는 데 필수적인 도구로, RF 및 마이크로파 시스템의 섬세한 매칭과 성능 분석에 중추적인 역할을 합니다.

 

벡터 측정의 중요성

구성 요소의 크기와 위상을 모두 측정하는 것은 여러 가지 이유로 중요합니다. 첫째, 선형 네트워크를 완전히 특성화하고 왜곡 없는 전송을 보장하려면 두 측정이 모두 필요합니다.
효율적인 매칭 네트워크를 설계하려면 복소 임피던스를 측정해야 합니다. 컴퓨터 지원엔지니어링(CAE) 회로 시뮬레이션 프로그램용 모델을 개발하는 엔지니어에게는 정확한 모델을 위한 크기 및 위상 데이터가 필요합니다.
또한, 시간 영역 특성화에는 역푸리에 변환을 수행하기 위한 크기 및 위상 정보가 필요합니다. 고유한 측정 시스템 오류의 영향을 제거하여 측정 정확도를 향상하는 벡터 오류 수정에는 효과적인 오류 모델을 구축하기 위해 크기 및 위상 데이터가 모두 필요합니다. 위상 측정 기능은 반사 손실과 같은 스칼라 측정에서도 높은 수준의 정확도를 달성하는 데 매우 중요합니다.



입사파와 반사파(Incident and Reflected Power)의 기초
기본 형태에서 벡터 네트워크 분석에는 전송선을 따라 이동하는 입사파, 반사파, 전송 파의 측정이 포함됩니다. 비유적으로 광학 파장을 사용하면 빛이 투명한 렌즈에 닿을 때(입사 에너지) 빛의 일부가 렌즈 표면에서 반사되지만 렌즈를 통해 계속됩니다(전달된 에너지)(그림 5). 렌즈에 거울 표면이 있는 경우 대부분의 빛이 반사되고 거의 또는 전혀 통과하지 않습니다.
RF 신호와 마이크로파 신호의 파장은 다르지만 동일합니다. 벡터 네트워크 분석기는 입사, 반사 및 전송된 에너지(예: 전송 라인으로 발사된 에너지, 임피던스 불일치로 인해 전송 라인을 통해 다시 반사되어 종단 장치(예: 안테나로).

Smith Chart (스미스 차트)
장치를 특성화할 때 발생하는 반사의 양은 입사 신호가 "보는" 임피던스에 따라 달라집니다. 모든 임피던스는 실수부와 허수부(R + JX 또는 G + BJ)로 표현될 수 있으므로 복수 임피던스 평면으로 알려진 직선 그리드에 표시될 수 있습니다. 불행히도 개방 회로(공통 RF 임피던스)는 실제 축의 무한대에 나타나므로 표시할 수 없습니다.
극좌표는 전체 임피던스 평면을 포함하므로 유용합니다. 그러나 임피던스를 직접 표시하는 대신 복소 반사 계수를 벡터 형식으로 표시합니다. 벡터의 크기는 디스플레이 중심으로부터의 거리이며, 위상은 중심에서 가장 오른쪽 가장자리까지의 평면을 기준으로 한 벡터의 각도로 표시됩니다. 극좌표의 단점은 임피던스값을 디스플레이에서 직접 읽을 수 없다는 것입니다.
복소 임피던스와 반사 계수 사이에는 일대일 대응이 있기 때문에 복소 임피던스 평면의 양의 실수 절반이 극성 디스플레이에 대응될 수 있습니다. 결과는 스미스 차트입니다. 모든 리액턴스 값과 0부터 무한대까지의 모든 양수 저항값은 스미스 차트의 외부 원 내에 속합니다(그림 6).
스미스 차트에서 일정한 저항의 궤적은 원으로 나타나고, 일정한 리액턴스의 궤적은 호로 나타납니다. 스미스 차트의 임피던스는 항상 관심 있는 구성 요소나 시스템의 특성 임피던스로 정규화됩니다. 일반적으로 RF 및 마이크로파 시스템의 경우 50옴, 방송 및 케이블 TV 시스템의 경우 75옴입니다. 스미스 차트 중앙에 완벽한 종료가 나타납니다.

 

 

Smith Chart 도구들 

1. Online Smith Chart Tool: https://www.will-kelsey.com/smith_chart/

2. Smith tool 사용법 (Demo Version): http://www.rfdh.com/bas_rf/begin/smith3.htm

 

 

1. 복합 임피던스와 위상의 측정 중요성: 선형 네트워크를 완전히 특성화하고 왜곡 없는 전송을 보장하며, 매칭 네트워크 설계 및 CAE 회로 시뮬레이션 모델링에 정확한 데이터가 필요합니다. 또한, 시간 영역 특성화와 벡터 오류 수정에도 필요합니다.
2. 사건과 반사력의 기초: 벡터 네트워크 분석에는 전송선을 따라 이동하는 입사파, 반사파, 전송파의 측정이 포함됩니다. 광학에서와 마찬가지로 RF 및 마이크로파 신호의 반사 및 전송은 임피던스 불일치와 관련이 있습니다.
3. 스미스 차트의 활용: 임피던스와 반사 계수를 표현하는 데 사용되며, 복잡한 임피던스 값을 시각적으로 이해하는 데 유용합니다. 스미스 차트는 반사 계수와 임피던스의 관계를 나타내어, RF 및 마이크로파 시스템의 임피던스 매칭 상태를 분석하는 데 중요한 도구입니다.