벡터 네트워크 분석기 안테나 측정

안테나 임피던스 측정

시뮬레이션과 모델링을 통해 안테나 성능을 예측할 수는 있지만 실제 환경의 요인에 따라 변동이 발생하기 쉽습니다. 따라서 실제 조건에서 안테나 성능을 검증하려면 물리적 측정이 필요합니다.

두 가지 유형의 안테나 측정이 있습니다.

• 방사 측정으로 게인, 방향성, 빔폭, 효율성과 같은 파라미터 측정
• 임피던스 측정으로 안테나의 (복소) 임피던스 측정

안테나 임피던스에 따라 입력 또는 송신 전력이 안테나에 의해 얼마나 흡수 또는 방사되는지, 그리고 송신기로 얼마나 반환되는지가 달라집니다. 이러한 양은 안테나에 신호를 주입한 다음 반사되는 신호의 크기와 위상을 측정하여 확인합니다.

여러 가지 방법과 도구를 사용하여 안테나 임피던스를 측정할 수 있지만 반사(S11) 측정을 수행할 때에는 VNA(벡터 네트워크 분석기)가 가장 선호됩니다.

VNA(벡터 네트워크 분석기)는 순방향 및 반사 전력의 스칼라 측정과 벡터 측정을 수행할 수 있는 다용도 기기입니다. VNA는 넓은 주파수 범위에서 높은 정확성을 구현하며 높은 동적 범위를 제공합니다. 또한 케이블 손실 측정, 필터 및 증폭기 테스트와 같은 다른 RF 작업에도 사용할 수 있습니다.

안테나 임피던스 측정 방법

안테나 측정의 핵심 3단계는 다음과 같습니다.

1. 안테나 연결
2. VNA 구성
3. 셋업 교정

안테나 연결부터 시작하겠습니다. 안테나는 보통 피드라인을 통해 VNA에 연결합니다. 이 피드라인은 VNA 포트에 직접 연결할 수 있으며 추가 DUT(피시험 기기) 케이블을 사용하여 VNA를 피시험 케이블에 연결하는 것도 가능합니다. DUT 케이블을 사용한 경우 케이블 끝단에서 교정을 수행하여 정확한 측정을 보장할 수 있습니다.

벡터 네트워크 분석기 구성 시 고려해야 할 세 가지 측면이 있습니다.

• 안테나에 대한 입력으로 사용되면서 안테나에서 반사되는 신호량을 관찰할 때 기준 신호로 사용되는 스윕된 자극 신호를 제공하는 추적 발생기 구성.
• 추적 발생기가 스윕되는 스윕 주파수 범위 지정.
• 측정 포인트 수 설정. 이 수치를 분석기의 기본 설정보다 높게 설정할 경우 더욱 자세한 정보를 제공하지만 주파수 포인트가 많을수록 싱글 스윕에 필요한 시간이 증가하게 됩니다.

정확한 안테나 임피던스 측정을 위한 교정 표준

정확한 안테나 임피던스 측정을 위해서는 VNA 구성 외에도 1포트 교정이 필요합니다. 교정 프로세스에서는 교정 표준을 안테나를 연결할 위치에 순차적으로 부착합니다.

세 가지 교정 표준은 다음과 같습니다.

• 개방(Open)
• 단락(Short)
• 매치(Match) 또는 부하(Load)

전자 교정 유닛은 이와 같이 수동으로 연결하는 표준의 대안이 될 수 있습니다. 이러한 장치는 내부 표준을 자동으로 전환하며 연결된 VNA로 제어합니다. 이 방식은 수동 표준을 사용하는 경우에 비해 훨씬 빠른 경향이 있습니다.

안테나 또는 피드라인을 VNA 포트에 직접 연결할 경우 교정 표준도 이 포트에 직접 연결해야 합니다. DUT 케이블을 사용할 경우 교정 표준도 DUT 케이블의 끝단에 연결해야 합니다.

안테나 임피던스 측정 형식

VNA는 안테나 임피던스 분석을 위해 여러 형식을 제공합니다.

• SWR(Standing Wave Ratio, 정재파비): SWR은 순방향 전력과 반사 전력의 비율을 나타내며, 이상적인 값은 1:1입니다. 일반적으로 주파수 대비 SWR을 그래프로 그려 대역폭을 확인합니다.
• 반사 손실: 반사 손실은 데시벨(dB)로 표현하며, 반사 전력과 순방향 전력의 비율을 로그 함수로 나타냅니다. 값이 높을수록 안테나 성능이 좋은 것을 나타냅니다.
• 복소 임피던스 및 Smith 차트: VNA는 스칼라 값 이상의 복소 임피던스를 측정하여 실수부와 허수부에 대한 통찰력을 제공합니다. 결과는 Smith 차트에 표시되므로 주파수에서 임피던스의 동작을 포괄적으로 볼 수 있습니다.