TG를 이용한 필터, 케이블 측정 방법
TG 필터·케이블 측정 방법 | Tracking Generator 활용 가이드 | RIGOL Korea
TG를 이용한 필터, 케이블 측정 방법
RF 필터는 원하는 주파수 대역만 통과시켜야 하고, RF 케이블은 사용 주파수에서 손실이 충분히 낮아야 합니다. 하지만 부품의 외형이나 명칭만으로 실제 주파수 특성을 판단하기는 어렵습니다.
이때 스펙트럼 분석기의 Tracking Generator, 줄여서 TG를 활용하면 필터의 통과대역과 저지대역, 케이블의 주파수별 손실처럼 입력 대비 출력의 변화를 빠르게 확인할 수 있습니다.
RF 부품은 왜 실제로 측정해야 할까요?
RF 시스템에 사용되는 부품은 주파수에 따라 특성이 달라집니다. 저주파에서는 문제가 없던 케이블도 수 GHz 영역에서는 손실이 크게 증가할 수 있으며, 필터도 설계된 대역에서 실제로 원하는 응답이 나오는지 확인해야 합니다.
| RF 부품 | 주요 확인 항목 | TG 활용 목적 |
|---|---|---|
| RF 필터 | Insertion Loss, Passband, Stopband, Cutoff Frequency | 주파수별 통과 및 감쇠 특성 확인 |
| RF 케이블 | 주파수별 Loss, 평탄도, 이상 감쇠 | 실제 사용 대역의 케이블 손실 확인 |
| 증폭기 | Gain, Flatness, Frequency Response | 주파수별 이득 변화 확인 |
| Attenuator | 감쇠량, 주파수 평탄도 | 표기 감쇠값과 실제 응답 비교 |
즉, RF 부품은 단순히 신호가 통과하는지만 보는 것이 아니라 주파수가 변화할 때 전달 특성이 어떻게 달라지는지를 확인해야 합니다.
Tracking Generator 측정 원리
Tracking Generator는 스펙트럼 분석기의 Sweep 주파수와 연동되어 움직이는 RF Source입니다. 분석기가 설정된 Start Frequency부터 Stop Frequency까지 Sweep하면 TG도 동일한 주파수로 신호를 출력합니다.
TG 출력 신호를 측정 대상인 DUT에 입력하고, DUT를 통과한 신호를 다시 스펙트럼 분석기의 RF IN으로 입력하면 각 주파수에서 신호가 얼마나 증가하거나 감소했는지 확인할 수 있습니다.
TG OUT → DUT → RF IN
이 구성으로 얻는 결과는 DUT의 전달 특성 또는 주파수 응답입니다. 필터에서는 삽입손실과 감쇠 특성으로 나타나고, 케이블에서는 주파수별 손실로 나타납니다.
TG를 이용한 RF 필터 측정
필터 측정에서 확인해야 하는 항목
필터 측정에서는 단순히 신호가 통과하는지만 확인해서는 안 됩니다. 원하는 대역에서 손실이 얼마나 발생하는지, 차단 대역에서 신호가 충분히 억제되는지를 함께 확인해야 합니다.
| 측정 항목 | 의미 | 결과 해석 |
|---|---|---|
| Insertion Loss | 필터 통과 전후의 신호 크기 차이 | 0 dB에 가까울수록 통과 손실이 작음 |
| Passband | 신호가 정상적으로 통과하는 주파수 영역 | 사용하려는 주파수 대역이 포함되는지 확인 |
| Stopband | 신호가 크게 감쇠되는 주파수 영역 | 불필요한 신호를 충분히 제거하는지 확인 |
| Cutoff Frequency | 통과 영역에서 감쇠 영역으로 전환되는 기준 주파수 | 제품 사양에서 정의한 기준과 비교 |
| Passband Ripple | 통과대역 내 레벨의 흔들림 | 대역 내 응답이 얼마나 평탄한지 확인 |
필터 측정 연결 방법
필터 입력은 스펙트럼 분석기의 TG OUT에 연결하고, 필터 출력은 스펙트럼 분석기의 RF IN에 연결합니다.
필터 측정 기본 순서
- 측정하려는 필터의 동작 주파수를 기준으로 Start, Stop Frequency 또는 Center, Span을 설정합니다.
- DUT를 제거한 기준 연결 상태에서 Reference를 저장하고 Normalize를 수행합니다.
- 기준 케이블 사이에 필터를 연결합니다.
- Passband, Stopband와 차단 주파수 부근에 Marker를 배치합니다.
- 필터 데이터시트의 삽입손실과 감쇠 특성을 실제 결과와 비교합니다.
Normalize는 왜 필요할까요?
TG OUT에서 출력되는 신호가 모든 주파수에서 완벽하게 동일한 레벨을 유지하는 것은 아닙니다. 측정 케이블과 커넥터에도 손실이 있으며, 측정 시스템 자체의 주파수 응답도 결과에 포함될 수 있습니다.
이러한 시스템 응답을 그대로 둔 상태에서 필터를 연결하면 화면에는 필터 특성뿐 아니라 케이블 손실과 장비 응답이 함께 표시됩니다. 따라서 DUT를 연결하기 전에 기준 상태를 저장해야 합니다.
Normalize 기본 절차
TG OUT과 RF IN을 측정에 사용할 케이블과 어댑터로 직접 연결한 뒤 Reference Trace를 저장합니다. 이후 Normalize 기능을 활성화하면 기준 응답이 0 dB 부근으로 보정됩니다.
주의:
Normalize 이후 케이블, 어댑터, 주파수 범위, TG 출력 레벨 등 측정 구성을 변경하면 기준 조건이 달라질 수 있습니다. 측정 구성이 바뀌었다면 Normalize를 다시 수행하는 것이 좋습니다.
Normalize는 정밀한 VNA Calibration과 동일한 과정은 아닙니다. 그러나 TG를 이용해 상대적인 전달 특성과 부품 간 차이를 비교할 때 케이블 및 시스템 응답의 영향을 줄이는 데 매우 중요합니다.
TG를 이용한 RF 케이블 손실 측정
RF 케이블은 단순한 연결선이 아니라 시스템 전체 성능에 영향을 주는 RF 부품입니다. 주파수가 높아질수록 도체 손실과 유전체 손실이 증가하기 때문에 동일한 케이블도 사용 주파수에 따라 서로 다른 감쇠 특성을 나타냅니다.
케이블 측정 방법
먼저 기준 연결 상태에서 Normalize를 수행합니다. 이후 기준 연결부에 측정하려는 RF 케이블을 삽입하고 주파수 Sweep를 진행합니다.
표시값 -2 dB → 기준 연결 대비 약 2 dB의 케이블 손실
Normalize 이후 화면에 나타나는 음의 dB 값은 기준 상태와 비교해 케이블을 통과하면서 신호가 얼마나 감소했는지를 보여줍니다.
케이블 결과를 해석할 때 확인할 사항
| 확인 사항 | 정상적인 경향 | 이상 가능성 |
|---|---|---|
| 주파수별 손실 | 주파수가 높아질수록 손실이 점진적으로 증가 | 특정 대역에서 갑작스러운 감쇠 또는 큰 Ripple 발생 |
| 케이블 길이 | 길이가 길어질수록 전체 손실 증가 | 동일 규격과 길이의 케이블 사이에서 큰 차이 발생 |
| 커넥터 상태 | 체결 후 응답이 안정적으로 유지 | 커넥터를 움직일 때 Trace가 크게 변화 |
| 데이터시트 비교 | 제조사가 제공한 주파수별 감쇠 경향과 유사 | 실제 손실이 사양보다 지속적으로 크게 측정됨 |
특히 3 GHz 이상의 고주파 영역이나 긴 케이블, 저가형 케이블에서는 예상보다 큰 손실이 발생할 수 있습니다. 장비의 출력이 부족하거나 측정 레벨이 낮게 보일 때는 DUT뿐 아니라 케이블 손실도 함께 확인해야 합니다.
케이블 데이터시트와 실제 측정 결과 비교
RF 케이블 데이터시트에는 일반적으로 주파수별 감쇠 특성이 표시됩니다. 이 값은 케이블 종류와 길이, 커넥터 구성, 측정 조건에 따라 달라질 수 있으므로 실제 측정 조건과 데이터시트 조건을 함께 확인해야 합니다.
위와 같은 VNA 측정 화면에서 케이블 손실을 확인할 때는 S21 Log Magnitude 그래프를 중심으로 봅니다. S21은 Port 1에 입력한 신호가 Port 2까지 얼마나 전달되는지를 나타내며, 음의 dB 값은 케이블을 통과하면서 발생한 삽입손실을 의미합니다.
예를 들어 26.5 GHz에서 S21이 약 -2.47 dB로 표시된다면 해당 주파수에서 입력 신호가 케이블을 통과하면서 약 2.47 dB 감소했다는 의미입니다. 이 값을 케이블 제조사가 제시한 동일 주파수와 길이 조건의 감쇠값과 비교할 수 있습니다.
TG 기반 측정에서도 이와 유사하게 주파수별 전달 레벨을 확인할 수 있습니다. 다만 VNA 측정 화면에 함께 표시되는 S11, S22, Phase는 TG만으로 측정할 수 없는 항목입니다.
증폭기 측정 시 알아야 할 점
TG를 이용하면 증폭기의 주파수별 Gain과 Flatness도 확인할 수 있습니다. 증폭기를 통과한 신호가 입력보다 커지기 때문에 화면에는 양의 dB 응답이 나타날 수 있습니다.
다만 증폭기 측정은 필터나 수동 케이블 측정보다 주의가 필요합니다. TG 출력과 증폭기 Gain을 합한 최종 출력이 스펙트럼 분석기의 RF 입력 허용 범위를 넘지 않도록 해야 합니다.
증폭기 입력 허용 전력, 예상 Gain, 출력 포화 레벨과 스펙트럼 분석기 RF IN의 최대 입력 조건을 먼저 확인해야 합니다. 필요할 경우 외부 Attenuator를 사용해 분석기 입력을 보호해야 합니다.
Tracking Generator의 기타 활용 사례
Tracking Generator는 필터와 케이블 외에도 다양한 수동 RF 부품의 전달 특성을 확인하는 데 활용할 수 있습니다.
| 측정 대상 | 확인 가능한 특성 | 실무 활용 |
|---|---|---|
| Attenuator | 감쇠량과 주파수 평탄도 | 표기값과 실제 감쇠값 비교 |
| RF Switch | 선택 경로의 전달 손실 | 경로별 손실 차이 확인 |
| Duplexer | 각 포트의 통과대역 | 주파수 대역 분리 상태 확인 |
| EMI Filter | 주파수별 감쇠 경향 | 노이즈 억제 대역 확인 |
| PCB Trace | 간단한 전달 응답 | 설계 변경 전후 상대 비교 |
TG 측정의 한계와 VNA가 필요한 경우
TG는 RF 부품의 주파수별 크기 응답을 빠르게 확인하는 데 매우 유용하지만, 완전한 네트워크 분석 장비는 아닙니다.
| 비교 항목 | 스펙트럼 분석기 + TG | VNA |
|---|---|---|
| 전달 크기 측정 | 가능 | 가능 |
| 필터 주파수 응답 | 빠른 확인과 상대 비교에 적합 | 정밀한 S-Parameter 측정에 적합 |
| S11, S22 반사 측정 | 일반적인 TG 연결만으로는 어려움 | 가능 |
| 위상 측정 | 어려움 | 가능 |
| Smith Chart와 임피던스 분석 | 불가 | 가능 |
| 주요 활용 | 간단한 Loss, Gain, Frequency Response 확인 | 전달·반사·위상·임피던스의 정밀 분석 |
필터가 원하는 대역을 통과하는지, 케이블 손실이 어느 정도인지 빠르게 확인하는 목적이라면 TG가 효율적입니다. 반면 안테나 매칭, Return Loss, S11, 위상, Group Delay와 같은 분석이 필요하다면 VNA를 사용하는 것이 적합합니다.
실무 측정 체크리스트
- ☐ DUT의 사용 주파수와 허용 입력 레벨을 확인했는가?
- ☐ TG OUT과 RF IN의 연결 방향이 올바른가?
- ☐ 실제 측정에 사용할 케이블과 어댑터로 Normalize를 수행했는가?
- ☐ Normalize 이후 측정 구성을 변경하지 않았는가?
- ☐ Marker를 이용해 주요 주파수의 Loss 또는 Gain을 기록했는가?
- ☐ 측정값을 데이터시트와 동일한 조건으로 비교했는가?
- ☐ 이상 결과가 나타날 때 커넥터 체결 상태를 확인했는가?
- ☐ 반사 또는 위상 분석이 필요하다면 VNA 사용을 검토했는가?
자주 묻는 질문 (FAQ)
Tracking Generator로 필터의 어떤 특성을 측정할 수 있나요?
TG와 스펙트럼 분석기를 이용하면 필터의 통과대역, 저지대역, 삽입손실, 대역폭과 차단 주파수 부근의 응답을 확인할 수 있습니다. 다만 위상과 S11 반사 특성까지 정밀하게 분석하려면 VNA가 필요합니다.
TG 측정 전에 Normalize를 해야 하는 이유는 무엇인가요?
Normalize는 TG 출력 특성, 측정 케이블 손실, 커넥터와 장비의 주파수 응답을 기준값으로 보정하는 과정입니다. DUT를 연결하기 전에 TG OUT과 RF IN을 기준 케이블로 연결해 Reference를 저장하면 DUT의 상대적인 주파수 응답을 보다 명확하게 확인할 수 있습니다.
TG로 RF 케이블 손실은 어떻게 측정하나요?
먼저 기준 연결 상태에서 Normalize를 수행한 뒤 측정할 케이블을 TG OUT과 RF IN 사이에 연결합니다. 이후 표시되는 음의 dB 값이 기준 연결 대비 케이블의 삽입손실이며, 일반적으로 주파수가 높아질수록 손실이 증가합니다.
Tracking Generator와 VNA의 차이는 무엇인가요?
TG 측정은 주로 입력에서 출력으로 전달되는 크기 변화를 확인하는 데 적합합니다. VNA는 S21 전달 특성뿐 아니라 S11과 S22 반사 특성, 위상, 임피던스와 Smith Chart 분석까지 지원한다는 차이가 있습니다.
마무리
Tracking Generator는 필터와 케이블처럼 RF 부품의 주파수 응답을 빠르게 확인할 수 있는 실용적인 기능입니다. 필터에서는 Passband, Stopband와 Insertion Loss를 확인할 수 있고, 케이블에서는 실제 사용 주파수에 따른 감쇠 특성을 비교할 수 있습니다.
정확한 결과를 얻기 위해서는 DUT를 연결하기 전에 기준 응답을 저장하고 Normalize를 수행해야 합니다. 또한 TG는 전달 크기 측정에 적합하지만, 반사와 위상 측정에는 한계가 있으므로 측정 목적에 따라 VNA와 구분하여 활용하는 것이 중요합니다.