VNA 교정 방법과 교정 표준

VNA 교정의 중요성

측정 교정은 측정 시스템에서 체계적 오류를 제거하는 과정입니다. DUT(Device Under Test)를 연결할 포트에 전용 교정 표준을 연결함으로써, 벡터 네트워크 분석기는 테스트 셋업의 영향을 정량화하고 그 이후의 측정을 보정합니다.

오류는 모든 측정 시스템에서 발생하며, 벡터 네트워크 분석기도 예외가 아닙니다. 이러한 오류는 기본적으로 세 가지 범주로 분류됩니다.

• 드리프트 오류: 환경 변화, 특히 교정 후 온도 변동으로 인해 발생합니다.
• 무작위 오류: 노이즈, 비일관적 케이블 연결, 사용자 습관 등 테스트 셋업에서 발생합니다.
• 체계적 오류: 케이블 손실, 임피던스 불일치와 같은 VNA 또는 테스트 셋업 구성요소의 불완전 문제로 인해 발생하며 예측 가능하고 일관적인 오류.

드리프트 및 무작위 오류는 환경 조절과 경험으로 통해 최소화할 수 있는 반면, 체계적 오류는 교정을 통해 거의 완벽히 제거할 수 있습니다.

특히 기기 교정은 기기가 사양 내에서 정상 작동함을 검증하는 과정이므로 측정 교정이 기기 교정과 동일하지 않음을 주목하는 것이 중요합니다. 기기 교정은 서비스 센터에서 정기적으로 수행하는 반면 측정 교정은 사용자가 측정할 때마다 진행합니다.

벡터 네트워크 분석기 교정 표준

벡터 네트워크 분석기를 교정할 때에는 크기 및 위상 응답이 정밀하게 확인된 터미네이터 또는 커플러를 교정 표준으로 사용해야 합니다. 교정 표준은 교정 프로세스에서 벡터 네트워크 분석기 및 테스트 셋업에서 유도된 오류를 정량화하고 보정하는 데 사용됩니다.

이러한 교정 표준은 일반적으로 교정 키트와 함께 제공되며, 각 교정 표준의 데이터는 교정 키트 정의 파일(보통 VNA에 사전 로드되어 있거나 가져오기 가능)에 저장되어 있습니다.

일반적인 표준은 네 가지입니다.

• T(Through, 스루): 두 포트를 직접 연결하고 이상적 연결을 구축하여 송신 측정의 기준을 제공합니다.
• O(Open, 개방): 포트에서 개방된 회로를 나타냅니다. 단, 이 표준은 높은 주파수에서 정전용량이 발생하기 때문에, 교정 과정에서 이를 고려해야 합니다.
• S(Short, 단락): 단락을 나타내는 반사 측정 표준입니다. Open(개방)과 마찬가지로, 정확도를 위해 이 표준의 이상 값을 정의해야 합니다.
• M(Match, 매치), “부하”라고도 함: 특성 임피던스(예: 50옴)에 일치하는 터미네이션을 제공하며, 포트에서의 반사를 최소화합니다.

표준을 이용하는 교정은 수동 교정과 자동 교정으로 분류할 수 있습니다.

수동 교정에서는 포트에서 각 교정 표준을 올바른 순서로 수동으로 연결하고 분리합니다. 이 방법은 정확하지만, 많은 시간이 소요되며 실수로 인한 오류가 발생할 수 있습니다.

자동 교정 또는 autocal에서는 autocal 기기에 표준을 탑재하고 VNA에서 기기를 제어합니다. 이 기기는 루틴의 적절한 지점에서 표준을 자동으로 전환하여 교정 시간을 크게 줄이고 실수로 인한 오류를 줄여줍니다. 이 점은 사람이 직접 여러 번 수동 교정을 수행해야 하는 멀티포트 시스템에서 유리합니다.

VNA 교정 유형

벡터 네트워크 분석의 교정 유형에 따라 교정 루틴에서 특정 표준을 사용하며 특정 방식으로 연결합니다.

단일 포트 교정은 기본적으로 두 가지 유형으로 분류되며 반사 측정 시에 사용합니다.

• 전체 단일 포트 교정: 포트에서 Open, Short, Match 표준을 순차적으로 연결해야 합니다. 가장 정확한 단일 포트 교정 방법이지만, 여러 교정 표준을 연결하므로 많은 시간이 소요됩니다.
• 반사 정규화: 단일 표준(Open 또는 Short 표준)을 사용하여 포트를 정규화합니다. 이 방법은 전체 단일 포트 교정보다 빠르지만 정확성이 떨어집니다.

2포트 교정은 송신 측정을 위해 사용되며 양쪽 포트에 영향을 미치는 오류 항을 보정하기 위해 더 복잡한 절차를 적용합니다. 2포트 교정은 기본적으로 세 가지 유형이 있습니다.

• 송신 정규화: 송신 측정 시 단일 Through 표준만 필요합니다. 교정은 한방향 또는 양방향에서 수행할 수 있습니다. 이 방법은 빠르지만 포트에서 반사 오류를 해결하지 않기 때문에 정확도 측면에서 제한적입니다.
• 단일 경로 2포트 교정: 한 개 포트에서 전체 단일 포트 교정과 두 포트 간 송신 정규화를 결합합니다. 속도와 정확성 사이의 균형을 맞추는 하이브리드 교정 방식입니다.
• 전체 2포트 교정: 2포트 측정 시 가장 정확한 결과를 제공하며, 두 포트의 모든 반사와 송신 오류를 보정하는 포괄적 교정 방식입니다.

전체 2포트 교정은 기본적으로 두 가지 유형으로 분류됩니다.

• TOSM(Through-Open-Short-Match) 방식
• UOSM(Unknown-Open-Short-Match) 방식

TOSM은 전체 2포트 교정에 가장 폭넓게 사용하는 표준 방식입니다. 이 과정에서는 두 포트에서 단일 포트 교정(Open, Short, Match)을 수행한 후, 두 포트 사이에 Through 표준을 연결하고 양방향으로 측정하며, 총 8번의 스윕이 필요합니다.이 방식에서는 전체 S-파라미터에 대해 정확하고 정밀한 측정이 가능하지만 여러 표준이 연결되므로 많은 시간과 작업이 필요합니다.

UOSM은 TOSM의 변형으로, 알려진 Through 표준 대신 알려지지 않은 커플러를 사용하며, 해당 커플러는 양방향에서 대칭적인 특성을 가져야 합니다. 이 방법은 특히 DUT의 커넥터 유형이 다른 경우(예: 한쪽 끝은 SMA, 다른 쪽 끝은 N형) 유용하며, Through 표준을 사용할 수 없는 상황에서 실용적으로 적용 가능한 대안입니다.