RFWIKI

교육용 계산 모델

장비 스터디

Keysight E5080B9 kHz to 20 GHz profile · 2-portFirmware A.20.25.0370분

Calibration을 하면 왜 cable 끝이 새로운 측정 기준면이 될까?

E5080B의 directivity, source/load match와 tracking error를 SOLT·N4691D ECal 표준으로 분리하고, CalSet의 reference plane과 stimulus 변경 뒤 유효성을 판단한다.

VNA가 “open”을 측정했는데 완벽한 Γ=+1이 나오지 않는 이유는 DUT가 없어서가 아니라 test set, cable, connector와 receiver 경로가 측정에 이미 들어 있기 때문이다. Calibration은 이 오차를 무시하는 zeroing이 아니라, 알려진 표준을 측정해 complex systematic error model을 추정하는 과정이다.

1

직관 · 무엇이 보이나?

Calibration을 cable 끝까지의 오차 지도를 만드는 일로 보자

측정기가 자기 자신을 완벽히 보지 못하는 다섯 이유

  • Directivity: 반사 경로 분리가 완벽하지 않아 incident wave 일부가 reflection receiver에 샌다.
  • Source match: source port mismatch와 DUT reflection이 다시 반사되어 incident 조건을 바꾼다.
  • Load match: response port mismatch가 transmission/reflection ratio에 되먹임된다.
  • Reflection tracking: reference와 reflection receiver의 amplitude·phase 경로가 다르다.
  • Transmission tracking: reference와 transmission receiver의 경로 차이가 S21/S12에 남는다.
E5080B Calibration Plane

Calibration 뒤 sweep 조건을 바꾸면 언제 correction을 믿을 수 없게 될까?

Directivity, source/load match와 tracking error를 표준물로 분리하고 저장한 correction의 유효 범위를 추적합니다.

교육용 계산 모델 · 실제 장비 정확도나 compliance 판정을 대신하지 않습니다.

초기 영향 경로 · Source → Acquisition → DSP / Math → Display

  1. Source파형·전력·할당
  2. DUT전달·반사·비선형
  3. Acquisitionmixer·IF·ADC
  4. DSP / MathRBW·FFT·복소수
  5. Displaytrace·marker·grid

먼저 결과를 예측해보세요

Cable 끝에서 2-port calibration한 뒤 DUT 쪽 adapter를 새로 추가하면 기준면은?

  1. STIMSource sweep
  2. SEPa / b waves
  3. RXR1 · A · B
  4. CALError terms
  5. MATHComplex ratio
  6. VIEWTrace · Smith
Correction
valid
Method
ECal
Reference plane
N4691D cable-end plane
Cal power limit
must enable explicitly

Raw receiver ratio와 corrected S11

Correction은 trace를 보기 좋게 만드는 filter가 아니라, calibration plane까지의 systematic error model을 complex ratio에서 제거하는 연산입니다.

Raw and corrected reflection comparisonUncorrected reflection ripple is shown with an amber dashed line. Corrected data is shown with a teal solid line. Current calibration state is valid.-12-18-24-30-36Raw · dashedCorrected · solidCalibrated range · 1.000–6.000 GHzS11 · dB
그래프 값을 표로 보기
Calibration 유효성 상태
항목값해석
Original range1–6 GHz · 201 pointsCorrection을 구한 stimulus
Current statevalidStimulus matches the saved calibration grid.
PlaneN4691D cable-end plane이 위치에서 DUT S-parameter가 정의됨
Cal source limitSCPI에서 별도 ON일반 limit과 자동 연동되지 않음

지금 보이는 변화의 원인

같은 계산 state
변경
ECal correction 뒤 same stimulus
직접 효과
Stimulus matches the saved calibration grid.
화면 결과
Correction state · valid
비용·한계
Calibration은 connector·kit·torque·cable 움직임과 지정 power에서만 유효합니다. 보간은 새 측정이 아닙니다.

원인을 자기 말로 닫아보세요

바꾼 물리량 → 영향을 받은 stage → 화면에서 바뀐 부분 → 비용·한계 순서로 설명합니다.

먼저 예측을 맞게 고정하세요.

측정 주의 · N4691D의 일반 3.5 mm 범위는 300 kHz–26.5 GHz입니다. 교육 프로필의 9–300 kHz 구간에는 해당 ECal 범위를 그대로 주장하지 않습니다.

SOLT와 ECal은 목적은 같지만 표준을 제시하는 방법이 다르다

  • Mechanical SOLT: Open, Short, Load와 Through를 사람이 순서대로 연결한다. Kit definition, connector gender, torque와 표준 상태가 핵심이다.
  • ECal: 내부의 알려진 impedance states를 전환해 여러 standard state를 자동 측정한다. 연결 반복은 줄지만 ECal model·connector·frequency range와 characterization validity를 확인해야 한다.

N4691D의 일반 3.5 mm 2-port 범위는 300 kHz–26.5 GHz이고 Option 0DC는 DC capability가 추가된다. E5080B-2K0의 9 kHz 시작 주파수 전체를 N4691D 기본 범위가 자동으로 덮는다고 쓰지 않는다.

2

실무 조작·해석 · 무엇을 바꿀까?

Guided calibration을 connection·power·step·save 상태기계로 실행하자

시작 전 contract

항목기록할 값
AnalyzerModel, serial, firmware, option, warm-up
StimulusStart/stop, points/type, IFBW, source power
PortsPort 수, cable ID, connector type/gender, adapter
StandardCal kit/ECal model·serial·characterization ID
MethodSOLT, ECal, response, TRL 등
Plane어느 connector face에서 DUT를 정의하는가
SafetyNormal/cal power limit와 active DUT reverse path

Guided SCPI 흐름을 의미 단위로 나눈다

정확한 connector/kit argument는 설치 장비와 online help의 GUID command description에서 확인한다. 이 Wiki는 명령을 외우는 대신 순서를 고정한다.

OUTP OFF
*IDN?
*OPT?
SYST:POW1:LIM:CAL -20 DBM
SYST:POW:LIM:CAL:STAT ON

# SENS1:CORR:COLL:GUID:CONN:PORT...  connector 지정
# SENS1:CORR:COLL:GUID:CKIT:PORT...  kit 지정
# SENS1:CORR:COLL:GUID:INIT          guided cal 초기화
# ...:STEP? / ...:DESC?              필요한 standard 확인
# ...:ACQ STANn                      현재 standard 측정
# SENS1:CORR:COLL:GUID:SAVE          error terms 저장
*OPC?
SENS1:CORR:STAT?
SYST:ERR?

SYST:POW:LIM:CAL:STAT OFF
OUTP OFF

실제 command spelling과 port-specific suffix는 E5080B firmware A.20.25.03 online help를 기준으로 한다. 다른 analyzer family의 calibration command를 섞지 않는다.

Standard를 연결할 때 매번 확인한다

  1. RF OFF와 port source state를 확인한다.
  2. Connector를 inspect하고 particle·pin damage가 없을 때만 clean한다.
  3. Gender와 cal kit definition이 guided step과 맞는지 확인한다.
  4. Finger-tight 뒤 지정 torque wrench로 체결한다.
  5. Cable을 지지하고 calibration 이후 굽힘을 최소화한다.
  6. *OPC?, step completion과 error queue를 확인한 뒤 다음 standard로 간다.

Calibration 뒤 조건 변경을 네 상태로 기록한다

  • Valid: frequency grid, power, IFBW, sweep mode와 cable state가 calibration 조건과 일치한다.
  • Interpolated: original range 안에서 point/grid를 바꾸고 analyzer가 correction terms를 보간한다. Valid와 같은 증거가 아니다.
  • Questionable: power, IFBW, sweep mode, connector/cable 상태 또는 fixture가 달라졌다.
  • Outside range / correction off: original calibration range 밖으로 sweep를 확장했다.

“C*” 또는 interpolation indication을 보았다고 자동 통과시키지 않는다. Verification standard나 known through/load를 다시 측정해 residual error를 확인한다.

Calibration verification을 별도 측정으로 남긴다

  • 50 Ω verification load의 S11을 측정한다.
  • Known through/airline의 S21 magnitude·phase를 측정한다.
  • Cable flex 전후 trace를 비교한다.
  • Open/short를 calibration에 쓴 같은 standard로만 검증하지 않는다.
  • Verification result, limit, timestamp와 screenshot/data를 CalSet ID에 연결한다.
3

수식·규격 · 어떻게 검증할까?

Error model과 reference plane 이동을 복소수로 이해하자

수식 열기1-port error model의 직관
Γ_meas = E_D + (E_R·Γ_DUT)/(1 − E_S·Γ_DUT)

E_D는 directivity, E_R은 reflection tracking, E_S는 source match error다. Open/short/load처럼 알려진 서로 다른 Γ를 측정하면 세 unknown complex error term을 풀 수 있다.

수식 열기Corrected DUT reflection
Γ_DUT = f⁻¹(Γ_meas, E_D, E_R, E_S)

Correction은 measured value와 error terms의 complex 역연산이다. 표준 정의가 틀리거나 cable이 움직여 error terms가 바뀌면 정밀한 수학이 오히려 정밀한 잘못된 답을 만든다.

Calibration이 제거하지 못하는 것

  • Random receiver noise와 drift
  • Connector repeatability와 calibration 이후 cable flex
  • Cal standard characterization uncertainty
  • Calibration plane 뒤 fixture의 error
  • DUT의 time variance, heating와 compression
  • Calibration range 밖의 behavior

Port extension과 새 calibration은 다르다

Port extension은 알려진 delay/loss를 phase reference에 적용하는 간단한 plane shift다. Complex fixture mismatch와 cross-coupling을 제거하려면 S2P de-embedding, AFR extraction 또는 TRL/LRM 같은 적절한 방법이 필요하다. 다음 챕터에서 이를 fixture model로 분리한다.

Cause/Effect를 자기 말로 닫기

“Cable 끝에서 ECal을 수행했기 때문에 그 connector가 DUT reference plane이 되었다. 이후 sweep를 original 범위 안에서 줄이고 point를 바꾸자 correction terms가 새 grid에 보간되어 trace는 계속 표시되지만, cable 상태와 stimulus가 동일한지 verification standard로 다시 확인해야 한다.”

완료 전 자기 설명

  1. Directivity·source match·tracking error는 trace의 어떤 경로에서 생기는가?
  2. ECal이 연결 실수를 줄여도 connector와 frequency range를 확인해야 하는 이유는 무엇인가?
  3. Valid, interpolated, questionable, outside-range correction을 어떤 증거로 나눌 것인가?

단원을 닫기 전에

같은 조건으로 설명하고 재현할 수 있나요?

완료 기준

  • Calibration이 random noise가 아니라 systematic error terms를 추정하는 과정이라고 설명할 수 있다.
  • Connector·cal kit·method·power·frequency grid를 확인해 guided SOLT/ECal을 안전하게 수행할 수 있다.
  • Stimulus나 cable이 바뀐 뒤 correction을 valid, interpolated, questionable, outside-range로 분류할 수 있다.

대표 bench

Source
Keysight E5080B-2K0 with explicit normal/calibration source limits
DUT
Calibration standards 뒤 연결할 3.5 mm 2-port DUT
Analyzer
N4691D 2-port 3.5 mm ECal 또는 정의가 검증된 mechanical SOLT kit

근거와 더 읽을 자료

  1. 장비 문서E5080B Online Help — Calibrating the Analyzer Using SCPIKeysight Technologies
  2. 장비 문서N4691D Electronic Calibration ModuleKeysight Technologies
  3. Application noteSpecifying Calibration Standards and Kits for Keysight Vector Network AnalyzersKeysight Technologies