S-파라미터 이해하기 - R&S®ESSENTIALS | 벡터 네트워크 분석기 개요

S-파라미터(산란 파라미터)는 네트워크의 RF 특성을 표현하는 방식입니다. 이 수치는 반사되는 신호의 양, 투과되는 양, 네트워크 포트 사이에서 전달되는 양을 이해하는 데 반드시 필요합니다. S-파라미터는 크기와 위상 성분이 포함된 복합 값이며, 두 성분 모두 신호를 전체적으로 설명하는 데 중요합니다.

네트워크는 RF 에너지를 투과, 흡수 및/또는 반사할 수 있는 포트가 하나 이상 있는 장치입니다. 네트워크는 포함된 포트 수를 기준으로 분류합니다.

• 1포트: 안테나 또는 더미 로드를 포함하는 예시
• 2포트: 필터 또는 증폭기를 포함하는 예시
• 3포트: 방향성 결합기 또는 믹서를 포함하는 예시

네트워크는 특정 포트에 RF를 주입하고 해당 포트(반사되는 측) 및/또는 다른 쪽 포트에 나타나는 RF 레벨을 측정하여 분석합니다. 일반적으로, 특정 시점에 한 개 포트에만 신호를 주입하고 주파수 대역 범위에서 측정을 수행하는 방식을 적용합니다.

네트워크 분석에 사용하는 기기를 네트워크 분석기라고 합니다. 네트워크 분석기는 산란 파라미터(S-파라미터)를 분석하여 신호가 전기 구성요소와 시스템에서 동작하는 방식을 측정합니다.

ZNL Vector Network Analyzer 전면의 스크린 및 컨트롤 패

 

S-파라미터란?

S-파라미터는 RF 네트워크 특성을 표현하는 방식입니다. 이 수치는 반사되는 신호의 양, 투과되는 양, 네트워크 포트 사이에서 전송되는 양을 나타냅니다.

S-파라미터는 "S" 문자와 두 개의 첨자로 구성되며, 첫 번째 첨자는 출력 포트, 두 번째 첨자는 입력 포트를 나타냅니다. 예를 들면 다음과 같습니다.

• 에너지가 포트 1을 통해 들어가고 포트 1을 통해 나올 경우 S-파라미터는 S11이라고 합니다.
• 에너지가 포트 1을 통해 들어가고 포트 2를 통해 나올 경우 S-파라미터는 S21이라고 합니다.
• 에너지가 포트 2를 통해 들어가고 포트 3을 통해 나올 경우 S-파라미터는 S32이라고 합니다.

S-파라미터 명명

 

 

2포트 네트워크에는 4개의 S-파라미터가 존재합니다.

• S11은 입력 반사 계수입니다. S11은 포트 1에 입력된 신호 중 포트 1로 반사된 신호의 양을 측정합니다. 이 파라미터는 임피던스 불일치로 인해 반사된 신호의 양을 나타냅니다.
• S21은 전달 계수입니다. S21은 포트 1에 입력된 신호 중 포트 2로 전달된 신호의 양을 측정합니다. 이 파라미터는 입력에서 출력으로 신호 전달의 효율성을 나타냅니다.
• S12는 투과 계수입니다. S12는 포트 2에 입력된 신호 중 포트 1로 전달된 신호의 양을 측정합니다. 이 파라미터는 포트 1이 포트 2에 입력된 신호와 얼마나 격리되어 있는지를 나타냅니다.
• S22는 출력 반사 계수입니다. S22는 포트 2에 입력된 신호 중 포트 2로 반사된 신호의 양을 측정합니다. 이 파라미터는 출력에서 임피던스 불일치로 인해 반사된 출력 신호의 양을 나타냅니다.

2프토 네트워크의 S-파라미터

 

 

S-파라미터 표현

S-파라미터는 크기와 위상 성분이 모두 포함된 복합 값입니다. 크기는 전달 또는 반사된 신호의 양을 나타내며 위상은 신호 타이밍이 얼마나 변경되었는가를 나타냅니다. 두 성분 모두 신호의 동작을 완전히 설명하는 데 필요합니다.

S-파라미터는 N x N 매트릭스로 나타내며, 여기서 “N”은 네트워크에 있는 포트 수입니다. 매트릭스의 각 요소, Sxy는 포트 y에서 포트 x로의 산란 파라미터를 나타냅니다. Sxy는 복합 수이므로 매트릭스를 통해 다음과 같은 정보를 알 수 있습니다.

• 네트워크 포트 간 상호작용의 체계적 레이아웃
• 각 상호작용의 진폭 및 위상에 대한 상세 정보

 

2포트 네트워크의 NxN 매트릭스

 

 

S-파라미터는 기본적으로 반사 계수를 나타내기 위해 사용하는 그래픽 툴인 Smith 차트로도 표현할 수 있습니다. Smith 차트는 주파수에 따라 네트워크 임피던스가 어떻게 변동가는가를 시각화합니다. 반사 계수의 실수 및 허수 부분을 그린 Smith 차트를 통해 반사를 최소화하고 전력 전달을 최적화하는 데 중요한 임피던스 매칭을 확실히 파악할 수 있습니다.

 

Smith차트 예.

 

S-파라미터들을 연결(cascade)하여 일련의 연결된 네트워크의 전반적 응답을 예측할 수 있습니다. 달리 말해, 두 개 이상의 네트워크를 일렬로 연결할 경우 개별 S-파라미터를 수학적으로 결합하여 결합된 네트워크의 전체 S-파라미터를 파악할 수 있습니다. S-파라미터를 연결하여 시스템 동작을 예측하려면 그에 대한 복합적 표현과 매트릭스 형식을 통해 더욱 복잡한 다단계 시스템을 분석해야 합니다.

 

 

요약

• 네트워크는 각각 RF 에너지를 반사, 통과 및/또는 흡수할 수 있는 포트가 하나 이상 포함된 장치입니다.
• S-파라미터는 네트워크 특성을 정량화하는 기본 방법입니다.
• S-파라미터는 한 포트에 전력을 주입한 다음 해당 포트와 다른 포트에서의 전력을 측정하는 방식으로 측정합니다.
• S-파라미터는 주파수에 따라 달라지는 복합 값입니다.
• “Sxy”는 S-파라미터의 명명 형식으로, 여기서 x와 y는 각각 출력 및 입력 포트를 나타냅니다.
• 네트워크 분석기는 S-파라미터를 측정하여 네트워크를 분석하는 데 사용합니다.

 

출처 - https://www.rohde-schwarz.com/kr/products/test-and-measurement/essentials-test-equipment/spectrum-analyzers/understanding-s-parameters_257831.html

 

 

 

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