케이블 임피던스 측정

동축 케이블 임피던스

동축 케이블은 일반적으로 "동축(coax)"이라 불리며, 세 가지 주요 부품으로 구성되어 있습니다.

• 내부 전도체: 신호를 운반하는 중심 선.
• 유전체: 내부 도체를 둘러싸고 있는 절연 소재의 층.
• 전도성 외부 차폐: 유전체 층을 감싸고 신호의 반환 경로 역할을 하며 외부 전자기 간섭을 차단하는 금속 차폐.

이러한 부품은 일반적으로 추가적인 플라스틱 절연 층으로 커버됩니다. 동축 케이블의 특성 임피던스는 내부 전도체와 외부 전도체의 직경 및 그 사이 절연 소재의 유전율의 함수입니다. 대부분의 동축 케이블은 50 Ohm 또는 75 Ohm의 특성 임피던스로 설계됩니다. 임피던스는 보통 케이블의 외피에 인쇄되어 있지만 이 정보가 없는 경 우 VNA를 사용하여 측정할 수 있습니다.

VNA를 사용하여 동축 케이블의 특성 임피던스 측정

VNA는 4분의 1 파장 임피던스 변압기 원칙을 적용하여 동축 케이블의 특성 임피던스를 측정합니다. 4분의 1 파장 임피던스 변압기는 파장 길이가 4분의 1이고 알려진 임피던스인 ZL에서 종단되는 송신 라인입니다. 특성 임피던스 Z0은 알려진 값인 ZL과 VNA로 측정한 입력 임피던스 Zin으로 계산할 수 있습니다.

측정 프로세스는 네 단계로 나눌 수 있습니다.

• VNA 교정: VNA에서 OSM(Open-Short-Match) 교정을 수행합니다. 이 단계에서 정확도를 개선할 수는 있지만, 케이블 임피던스가 50 Ohm인지 또는 75 Ohm인지 확인하는 것만 목적인 경우에는 필요하지 않을 수 있습니다.
• 케이블 연결: 동축 케이블을 VNA에 연결한 다음 50 Ohm 부하로 종단합니다.
• S11 측정 수행: VNA에서 반사(S11) 측정을 구성 및 실행합니다. 스윕의 시작 및 정지 주파수를 별도로 설정해야 합니다.
• Smith chart로 결과 해석: Smith chart에 측정 결과를 그려 임피던스를 확인합니다. 케이블 및 부하 임피던스가 모두 50 Ohm인 경우 Smith chart는 중앙에 점 또는 작은 원을 표시합니다. 케이블 및 부하 임피던스가 다를 경우 부분적으로 또는 여러 개의 원의 트레이스가 형성됩니다.

정확한 스윕 주파수 설정

임피던스를 정확히 측정하려면 스윕 주파수를 올바르게 구성해야 합니다.

• 시작 주파수는 보통 100 kHz 이하로 낮아야 합니다.
• 정지 주파수는 트레이스가 저항성 축을 정확히 한 번만 교차할 수 있을 만큼 높게 설정해야 합니다. 이상적인 정지 주파수(MHz 단위)는 75를 대략적인 케이블 길이(미터 단위)로 나누어 추정할 수 있습니다. 이 추정치는 케이블 내 신호 속도의 4분의 1 파장을 토대로 합니다.

케이블 내 신호의 전파 속도는 진공 내 속도에 비해 느리기 때문에 계산된 정지 주파수는 Smith chart에 약간의 오버슈트를 일으킬 수 있습니다. 그러나 이 경우에도 허용 가능한 결과를 얻을 수 있습니다.

케이블 임피던스 확인

"최적의" 트레이스를 얻은 후에 마커를 사용하여 트레이스가 저항성 축을 교차하는 위치를 찾으십시오. 이 값은 입력 임피던스인 Z_in을 나타냅니다. 트레이스 점이 Resistive 축에 정확히 닿지 않는 경우에도 가장 가까운 점을 사용하여 정확한 결과를 얻을 수 있습니다. 마지막으로, 측정된 Z_in 값과 알려진 부하 임피던스 Z_L을 사용하여 케이블의 특성 임피던스를 계산합니다.