초고주파 회로 기판편집자 확인

초고주파 회로 기판의 성능은 동작 주파수 대역에 따라 크게 달라진다. 일반적으로 300MHz에서 3GHz까지의 RF 대역과 3GHz 이상의 마이크로파 대역으로 구분하여 특성을 논의한다. RF 대역에서는 비교적 낮은 유전 손실과 적절한 임피던스 제어가 가능한 재료가 사용되지만, 주파수가 증가함에 따라 표피 효과와 유전 손실이 두드러지기 시작한다.

마이크로파 대역, 특히 수 GHz 이상에서는 기판 재료의 특성이 설계의 핵심 변수가 된다. 이 대역에서는 신호의 파장이 짧아져 기판 내에서의 파장이 매우 짧아지므로, 전송선로의 물리적 치수와 유전 상수가 임피던스와 위상에 미치는 영향이 매우 민감해진다. 따라서 마이크로스트립 라인이나 스트립라인과 같은 전송선 구조의 정밀한 설계가 필수적이다.

주파수 대역별로 요구되는 기판 재료의 주요 특성은 다음과 같이 정리할 수 있다.

특히 밀리미터파 대역으로 진입하면, 기판 표면의 미세한 거칠기(표면 조도)가 도체의 실효 저항을 증가시켜 손실을 가중시키는 주요 원인이 된다. 또한, 기판 재료의 유전 상수와 손실 탄젠트 값의 편차와 온도에 따른 안정성이 전체 시스템 성능을 좌우하는 결정적 요소로 작용한다.

RF는 일반적으로 3kHz에서 300GHz 사이의 주파수 스펙트럼을 포괄하는 광범위한 용어이다. 이는 무선 통신, 방송, 레이다 등 다양한 응용 분야에서 사용되는 전자기파를 지칭한다. 반면, 마이크로파는 RF 스펙트럼 내에서도 더 높은 주파수 대역, 일반적으로 300MHz에서 300GHz 사이를 의미하는 좁은 범위의 용어이다[1].

두 대역은 사용되는 회로 이론과 설계 기법에서 차이를 보인다. RF 대역에서는 집중 정수 소자 모델이 주로 적용된다. 즉, 저항, 인덕터, 커패시터와 같은 개별 소자들이 회로 동작을 지배한다. 반면, 마이크로파 대역으로 진입하면 파장이 회로의 물리적 크기와 비슷해지기 때문에 분포 정수 소자 모델을 고려해야 한다. 이는 신호가 파동으로서 전송선로를 따라 진행하며, 선로의 길이, 폭, 두께 등 기하학적 구조 자체가 회로 소자 역할을 하게 됨을 의미한다.

주요 응용 분야와 설계 특성은 다음과 같이 비교할 수 있다.

이러한 차이로 인해, 초고주파 회로 기판은 특히 마이크로파 대역에서 더욱 까다로운 재료 특성과 제조 정밀도를 요구한다. 높은 주파수에서의 신호 무결성을 유지하기 위해 유전 상수의 안정성과 낮은 손실 탄젠트를 가진 기판 재료가 필수적이다.

FR-4는 유리 에폭시 복합재료로, 대부분의 일반적인 인쇄 회로 기판의 표준 기판 재료이다. 저주파 및 디지털 응용 분야에서 비용 효율성과 기계적 강도, 가공성의 우수함으로 널리 사용된다. 그러나 주파수가 수 GHz 이상의 초고주파 대역으로 올라가면 FR-4는 몇 가지 근본적인 한계를 보인다. 높은 유전 손실과 상대적으로 불안정한 유전 상수가 주요 문제점이다.

FR-4의 유전 상수는 주파수와 온도에 따라 변동하는 경향이 있어, 설계 단계에서 예측한 임피던스와 실제 동작 시의 임피던스가 달라질 수 있다. 또한, 높은 손실 탄젠트 값은 신호가 기판을 통과할 때 더 많은 열로 소모되어 신호 강도를 약화시키고, 시스템의 전체적인 효율을 떨어뜨린다. 이는 고속 데이터 전송이나 장거리 통신에 치명적일 수 있다.

이러한 한계로 인해 초고주파 응용 분야에서는 FR-4 대신 전기적 특성이 우수한 대안 재료들이 사용된다. 대표적인 재료로는 폴리테트라플루오로에틸렌을 기반으로 한 PTFE 기판이 있다. PTFE는 매우 낮은 유전 손실과 넓은 주파수 범위에서 안정적인 유전 상수를 제공한다. 세라믹 필러가 첨가된 복합 PTFE 재료는 유전 상수를 조절하고 기계적 안정성을 높이는 데 사용된다.

다른 대안 재료로는 세라믹 기판(알루미나, 알루미늄 나이트라이드)과 열경화성 폴리올레핀 계열의 고주파 라미네이트 등이 있다. 이들 재료는 FR-4에 비해 높은 비용이 단점이지만, 낮은 손실, 우수한 열전도성, 미세 패턴 구현의 정밀도 등에서 뛰어난 성능을 보여준다. 따라서 설계 요구사항에 따라 비용 대비 성능을 고려한 재료 선택이 필수적이다.

초고주파 대역에서 사용되는 전용 기판 재료는 일반적인 FR-4와는 근본적으로 다른 특성을 가집니다. 이들 재료는 높은 주파수에서 발생하는 신호 손실과 유전 상수의 불안정성을 최소화하도록 설계되었습니다. 가장 대표적인 재료로는 폴리테트라플루오로에틸렌 기반의 PTFE 복합재와 다양한 세라믹 기반 재료가 있습니다.

PTFE(예: 로저스사의 RO4000 시리즈)는 매우 낮은 유전 손실을 가지며, 주파수에 따른 유전 상수 변화가 적어 광대역 임피던스 정합 설계에 유리합니다. 이 재료는 습기에 강하고 열적 안정성이 뛰어나지만, 가공성이 일반 에폭시 수지보다 어렵고 비용이 높은 단점이 있습니다. 세라믹 기판(예: 알루미나, 알루미늄 나이트라이드)은 우수한 열전도율과 높은 기계적 강도를 제공하여 고출력 RF 증폭기나 전력 증폭기 모듈의 기판으로 자주 사용됩니다.

다양한 고주파 재료의 특성을 비교하면 다음과 같습니다.

선택은 응용 분야의 주파수, 허용 손실, 열 관리 요구사항, 비용, 그리고 제조 공정의 호환성에 따라 이루어집니다. 예를 들어, 밀리미터파 대역의 안테나 배열에는 극저손실 재료가, 기지국용 파워 앰프에는 열전도율이 높은 세라믹 또는 금속 코어 기판이 선호됩니다. 재료의 두께와 동박 두께 또한 표피 효과로 인해 고주파에서의 도체 손실에 직접적인 영향을 미치므로 설계 시 함께 고려해야 합니다.

유전 상수(Dk 또는 εr)는 기판 재료가 전기장을 얼마나 집중시키는지를 나타내는 척도이다. 이 값은 신호의 파장과 전파 속도를 결정한다. 높은 유전 상수를 가진 재료는 신호의 파장을 짧게 만들어 소형화에 유리하지만, 일반적으로 손실 탄젠트가 증가하는 경향이 있다. 반면, 낮은 유전 상수 재료는 신호 전파 속도가 빨라지고, 임피던스 제어가 용이하며, 신호 무결성을 높이는 데 기여한다.

손실 탄젠트(Df 또는 tan δ)는 재료가 고주파 신호를 전달할 때 열로 소모되는 에너지 손실의 정도를 나타낸다. 이 값이 낮을수록 삽입 손실이 작아져 신호가 기판을 통해 더 효율적으로 전송된다. 초고주파 대역에서는 작은 손실 탄젠트 값의 차이도 전체 시스템 성능에 큰 영향을 미친다.

이 두 매개변수는 일반적으로 트레이드오프 관계에 있다. 예를 들어, PTFE 기반 재료는 매우 낮은 손실 탄젠트와 비교적 낮은 유전 상수를 제공하지만, 가공성과 비용 면에서 도전 과제가 있다. 세라믹 충전 에폭시 재료는 중간 정도의 성능과 우수한 기계적 강도를 제공하는 반면, 표준 FR-4는 유전 상수와 손실 탄젠트가 주파수에 따라 크게 변하여 초고주파 응용에는 적합하지 않다[3]. 따라서 설계자는 목표 주파수 대역, 허용 손실, 비용, 제조성 등을 종합적으로 고려하여 적절한 기판 재료를 선택해야 한다.

임피던스 정합은 초고주파 회로 기판 설계에서 신호 무결성을 보장하기 위한 핵심 기법이다. 이는 신호가 전송선로를 따라 전파될 때, 신호원의 출력 임피던스, 전송선로의 특성 임피던스, 부하의 입력 임피던스가 서로 일치하도록 조정하는 과정을 의미한다. 임피던스가 정합되지 않으면 신호의 일부가 반사되어 정재파가 형성되고, 이로 인해 삽입 손실이 증가하며 신호 품질이 열화된다. 특히 고주파에서는 파장이 짧아지므로, 정합 상태는 시스템의 동작 주파수 대역과 성능을 직접적으로 결정한다.

정합을 이루기 위한 주요 방법으로는 집중 소자 정합과 분포 소자 정합이 널리 사용된다. 집중 소자 정합은 인덕터와 커패시터를 이용하여 L형, π형, T형 등의 정합 회로를 구성하는 방식이다. 이 방법은 공간을 적게 차지하지만, 매우 높은 주파수에서는 소자의 기생 성분이 영향을 미칠 수 있다. 분포 소자 정합은 마이크로스트립 선로나 스터브와 같은 전송선로 구조물의 물리적 치수를 변경하여 임피던스를 변환한다. 대표적으로 1/4 파장 변압기는 특성 임피던스를 조절하여 두 개의 서로 다른 임피던스를 연결하는 데 사용된다.

설계 시에는 목표 주파수 대역, 사용 가능한 기판 면적, 허용 손실, 비용 등 여러 요소를 종합적으로 고려하여 적절한 정합 방식을 선택해야 한다. 또한 스미스 차트는 임피던스 정합 네트워크를 시각적으로 설계하고 분석하는 데 유용한 도구로 활용된다. 최근에는 소프트웨어 정의 무선 시스템의 발전에 따라 주파수 대역이나 조건 변화에 따라 실시간으로 임피던스를 조정하는 능동 정합 기술의 중요성도 증가하고 있다.

손실을 최소화하는 것은 초고주파 회로 기판 설계의 핵심 목표 중 하나이다. 손실은 크게 유전 손실, 도체 손실, 복사 손실로 구분되며, 각각의 발생 원인과 저감 기법이 다르다. 유전 손실은 기판 재료의 유전 손실 탄젠트(Df)에 비례하며, 주파수가 증가할수록 커진다. 따라서 고주파수 대역에서는 PTFE 기반의 복합 재료나 저손실 세라믹 기판을 선택하는 것이 필수적이다. 도체 손실은 표피 효과로 인해 신호 주파수가 높아질수록 전류가 도체 표면으로 집중되어 발생하며, 도체의 표면 거칠기를 줄이고, 전도도가 높은 두꺼운 도금(예: 두꺼운 금 도금)을 적용하여 완화할 수 있다.

선로의 임피던스 정합을 정밀하게 구현하는 것도 손실 저감에 중요하다. 임피던스 불일치는 반사 손실을 유발하여 신호 전달 효율을 떨어뜨린다. 이를 위해 마이크로스트립 라인이나 스트립라인과 같은 전송 선로의 폭과 두께, 기판의 유전 상수를 정확히 계산하여 설계한다. 특히 곡선부나 비아와 같은 불연속점에서는 서미컬 형태를 사용하거나 지면을 적절히 처리하여 임피던스 변화를 최소화한다.

다층 기판 설계 시, 신호층과 접지층/전원층의 배치를 최적화하여 귀환 경로를 짧고 명확하게 유지하는 것도 손실과 전자기 간섭을 줄이는 데 기여한다. 고주파 신호는 가장 낮은 임피던스 경로를 따라 흐르므로, 신호 선로 바로 인접한 층에 솔리드한 접지 평면을 제공하는 것이 좋다. 또한, 불필요한 비아 사용을 줄이고, 비아의 스텁 효과를 최소화하기 위해 블라인드 비아나 버리드 비아와 같은 고급 공정을 활용하기도 한다.

전자기 간섭(EMI)은 초고주파 신호의 무결성을 해치고 주변 장치에 악영향을 미칠 수 있어, 회로 기판 설계 시 반드시 고려해야 할 요소이다. 주요 대책으로는 적절한 접지 설계, 차폐, 그리고 신호 라우팅 최적화가 포함된다. 다층 기판 구조에서 전원층과 접지층을 인접하게 배치하여 낮은 임피던스의 귀환 경로를 제공하는 것이 중요하다. 또한, 민감한 초고주파 신호선은 차폐된 마이크로스트립이나 스트립라인 구조로 라우팅하거나, 접지 면으로 둘러싸는 방식이 사용된다.

차폐는 외부 간섭을 차단하고 내부에서 발생하는 불필요한 복사를 억제하는 핵심 기술이다. 이를 위해 기판의 가장자리나 중요한 구성 요소 주변에 접지 비아를 고밀도로 배열하는 비아 펜스 기법이 널리 적용된다. 중요한 신호선이나 소자에는 금속 차폐 캔을 덮어 추가로 보호하기도 한다. 또한, 전원 라인에는 바이패스 커패시터와 퍼 라인을 적절히 배치하여 고주파 노이즈가 전원 면을 통해 전파되는 것을 차단해야 한다.

신호 무결성을 유지하기 위한 설계 원칙도 중요하다. 급격한 방향 전환은 신호 반사를 유발할 수 있으므로, 45도 각도 또는 곡선 라우팅을 선호한다. 다른 신호, 특히 디지털 신호와의 병행 주행을 피하고, 가능한 경우 서로 다른 신호층에 수직으로 교차하도록 배치하여 결합을 최소화한다. 클록 신호 등 주기적인 신호는 특별한 주의를 기울여 라우팅해야 한다.

이러한 대책들은 상호 보완적으로 적용되어, 초고주파 회로 기판이 까다로운 전자기 환경에서도 안정적으로 동작하도록 보장한다.

초고주파 대역에서 회로 기판의 성능은 도체 패턴의 물리적 치수에 매우 민감하게 반응한다. 특히 임피던스 정합을 달성하고 신호 무결성을 유지하기 위해서는 설계된 선폭과 선간격을 정밀하게 제조하는 것이 필수적이다. 일반적인 디지털 회로 기판에 비해 훨씬 더 엄격한 공차가 요구되며, 미세한 편차도 삽입 손실, 반사 손실, 위상 오차 등의 성능 저하를 초래할 수 있다.

주요 제조 공정은 포토리소그래피 기술을 기반으로 한다. 구리 클래드 라미네이트에 감광성 포토레지스트를 도포한 후, 정밀한 포토마스크를 이용해 패턴을 노출하고 현상한다. 이후 에칭 공정을 통해 원하지 않는 구리 부분을 제거하여 최종 도체 패턴을 형성한다. 고주파 기판에서는 에칭 시 발생할 수 있는 측면 에칭(언더컷) 현상을 최소화하여 설계 치수와 실제 치수의 차이를 줄이는 것이 중요하다.

정밀도를 확보하기 위한 핵심 요소는 공정 전반에 걸친 측정과 모니터링이다. 주사형 전자 현미경(SEM)이나 광학식 치수 측정기를 이용해 생산된 패턴의 치수를 실시간으로 검사하고 공정 변수를 조정한다. 또한, 기판 재료의 두께와 유전 상수의 편차도 최종 선폭에 영향을 미치므로, 재료 배치별 특성을 사전에 측정하여 설계 데이터를 보정하는 경우가 많다. 이러한 정밀 제어는 마이크로스트립 라인, 스트립라인, 코플래너 도파관과 같은 고주파 전송 선로의 일관된 성능을 보장하는 기반이 된다.

초고주파 회로 기판의 표면 도체는 신호 전송의 주요 경로이므로, 표면 처리 및 도금 공정은 임피던스 정합과 손실 관리에 결정적인 영향을 미친다. 일반적으로 구리 호일을 에칭하여 회로 패턴을 형성하지만, 고주파에서의 표피 효과로 인해 신호가 도체 표면 근처로 집중되므로 표면 상태가 매우 중요해진다. 따라서 표면 거칠기를 최소화하고 균일한 도금층을 형성하는 것이 핵심 공정 목표이다.

주요 표면 처리 방식으로는 화학 금 도금(ENIG), 무전해 은 도금, 무전해 팔라듐 도금(IGP), 그리고 화학 주석 도금(OSP) 등이 있다. 각 방식은 장단점이 뚜렷하여 적용 주파수 대역과 최종 제품의 신뢰성 요구사항에 따라 선택된다.

도금 두께와 균일성은 임피던스 값을 직접적으로 변화시킬 수 있다. 특히 미세한 선폭을 요구하는 밀리미터파 대역 설계에서는 나노미터 단위의 도금 두께 변화도 성능 편차를 유발한다. 또한, 도금층과 기저 구리층 사이의 접합면 상태는 열적, 기계적 신뢰성을 결정하며, 열팽창 계수 차이로 인한 균열이나 박리를 방지하기 위한 중간층 도금 기술이 중요하게 연구된다.

다층 구조 설계는 고성능 초고주파 회로 기판 구현을 위한 핵심 기술이다. 단일 층으로는 실현하기 어려운 복잡한 회로 배선, 향상된 임피던스 정합, 효율적인 전자기 간섭 차폐, 그리고 소형화를 동시에 달성할 수 있게 해준다.

설계 시에는 층간 정렬 정밀도, 층간 절연 재료의 두께와 유전 상수 균일성, 그리고 신호 무결성을 위한 접지 및 전원 평면 배치가 중요하게 고려된다. 일반적으로 외층에는 마이크로스트립 라인과 같은 신호선을 배치하고, 내부에는 견고한 접지 평면을 형성하여 신호의 귀환 경로를 제공하고 전자기 간섭을 줄인다. 고속 디지털 신호와 초고주파 아날로그 신호가 공존하는 시스템에서는 전용 신호층과 차폐층을 분리하여 설계하는 것이 일반적이다.

다층화는 또한 고밀도 집적을 가능하게 하여 기판 면적을 줄이고, 내부에 스트립라인과 같은 제어된 임피던스 선로를 형성하여 외부 간섭으로부터 신호를 보호할 수 있다. 특히 블라인드 비아나 버리드 비아와 같은 고급 비아 기술을 활용하면 비아 스텁에 의한 신호 반사와 불필요한 용량성 성분을 크게 줄여 고주파 성능을 향상시킬 수 있다.

5G 및 6G와 같은 현대 무선 통신 시스템은 높은 데이터 전송률, 낮은 지연 시간, 그리고 대규모 기기 연결을 요구합니다. 이러한 성능 목표를 달성하기 위해서는 초고주파 회로 기판이 핵심 구성 요소로 작동합니다. 5G 네트워크는 주로 서브-6GHz 대역과 밀리미터파(mmWave) 대역을 사용하는데, 특히 24GHz 이상의 고주파 대역에서는 신호 손실이 매우 커집니다. 따라서 기판 재료는 낮은 유전 손실과 안정적인 유전 상수를 가져야 하며, PTFE 기반의 라미네이트나 세라믹 기판과 같은 고성능 재료가 필수적으로 적용됩니다.

응용 분야별로 기판 설계 요구사항은 크게 달라집니다. 예를 들어, 스마트폰 내의 5G 안테나 모듈나 RF 프론트엔드 모듈은 소형화와 고집적화가 중요하며, 다층 기판 설계와 정밀한 임피던스 정합이 필요합니다. 반면, 기지국용 마이크로파 전력 증폭기나 필터는 높은 전력 처리와 열 관리가 주요 과제가 되어, 열전도율이 우수한 금속 코어 기판이나 세라믹 기판이 선호됩니다.

향후 6G 통신으로 진화함에 따라, 테라헤르츠(THz) 대역의 활용이 논의되고 있습니다. 이는 기존의 기판 재료와 공정 기술의 한계를 넘어서는 도전으로, 새로운 저손실 재료 개발과 나노미터 수준의 회로 패터닝 기술이 요구될 것입니다. 또한, 능동 위상 배열 안테나와 빔포밍 기술을 구현하기 위해 기판 내에 수십에서 수백 개의 안테나 소자를 집적하는 고도화된 임베디드 기술과 시스템 인 패키지 설계가 보편화될 전망입니다.

레이다 시스템은 표적의 거리, 속도, 방향을 탐지하기 위해 마이크로파 대역의 전자기파를 방사하고 반사파를 수신한다. 이 과정에서 초고주파 회로 기판은 고출력 송신기와 고감도 수신기의 핵심 부품으로 작동한다. 레이다용 기판은 고출력 신호를 견디고, 넓은 대역폭에서 안정적인 성능을 유지하며, 극한의 환경 조건에서도 동작해야 한다. 따라서 낮은 유전 손실과 우수한 열적 안정성을 가진 PTFE 복합 재료나 세라믹 기판이 널리 사용된다.

위성 통신은 지상국과 인공위성 간, 또는 위성 간에 초고주파 신호를 이용하여 데이터를 전송한다. 이 분야에서 회로 기판은 트랜스폰더, 안테나 급전 네트워크, 고주파 필터 등에 적용된다. 위성에 탑재되는 기판은 진공 및 극한의 온도 변화, 강한 방사선 환경에 노출되므로, 재료의 신뢰성과 장기적 안정성이 가장 중요한 고려사항이다. 낮은 열팽창 계수를 가진 세라믹이나 특수 열경화성 수지 기판이 선호된다.

레이다와 위성 통신 응용에서의 설계는 몇 가지 공통된 난제를 안고 있다. 첫째, 신호 경로의 임피던스 정합을 정밀하게 구현하여 신호 반사를 최소화해야 한다. 둘째, 유전체 손실과 도체 손실을 함께 줄여 시스템 전체의 효율을 높여야 한다. 셋째, 고출력 응용에서는 열 관리가 매우 중요하며, 기판 재료의 높은 열전도도가 요구된다. 이러한 요구사항을 충족시키기 위해 다층 기판 구조와 정밀한 마이크로스트립 라인 설계가 필수적이다.

초고주파 회로 기판은 고성능 의료 영상 장비와 정밀 군사 체계의 핵심 구성 요소로 활용된다. 이 분야에서는 극히 높은 주파수에서도 안정적인 신호 무결성과 최소의 신호 손실이 요구되며, 열적, 기계적 안정성 또한 매우 중요하다.

의료 분야에서는 MRI(자기 공명 영상) 장비, 초음파 진단기, 그리고 암 치료용 고에너지 집속 장비 등에 초고주파 회로 기판이 적용된다. 특히 MRI 시스템의 RF 코일은 환자 신체에서 발생하는 미세한 핵자기 공명 신호를 정확히 검출해야 하므로, 기판의 저유전 손실과 높은 임피던스 정합 정확도가 화질과 진단 정확도를 직접적으로 좌우한다. 최소 침습 수술에 사용되는 고주파 전기소작술 장비 역시 정밀한 전력 제어를 위해 특수 설계된 기판을 필요로 한다.

군사 및 방위 분야에서는 레이다 시스템, 전자전(EW) 장비, 위성 통신, 그리고 정밀 유도 무기 체계 등이 주요 응용처다. 이러한 장비들은 극한 환경에서 동작하며, 광대역 성능과 강력한 전자기 간섭 내성이 필수적이다. 예를 들어, 능동 위상 배열 레이다(AESA)는 수백에서 수천 개의 송수신 모듈(T/R 모듈)로 구성되며, 각 모듈의 핵심인 초고주파 회로 기판은 초정밀 마이크로스트립 라인 또는 코플래너 도파관 구조를 통해 고출력과 저잡음을 동시에 실현한다. 군용 통신 장비의 경우 주파수 호핑이나 확산 스펙트럼과 같은 고급 변조 방식을 지원하기 위해 광대역에서 일정한 특성을 유지하는 기판이 요구된다.

이러한 고신뢰성 응용 분야에서는 FR-4와 같은 일반적인 기판 재료는 성능 한계로 인해 거의 사용되지 않는다. 대신 PTFE(테플론), 세라믹 충전 복합 재료, 또는 순수 세라믹 기판과 같은 고성능 재료가 채택된다. 이들은 낮은 유전 손실(낮은 손실 탄젠트)과 온도 변화에 따른 안정적인 유전 상수를 제공하여, 장비의 정확도, 감도 및 전반적인 신뢰성을 보장한다.

네트워크 분석기는 초고주파 회로 기판의 성능을 정량적으로 평가하는 핵심 계측 장비이다. 이 장비는 주로 S-파라미터를 측정하여 회로의 입력/출력 특성, 임피던스 정합 상태, 삽입 손실, 반사 손실, 격리도 등을 분석한다. 벡터 네트워크 분석기는 크기와 위상 정보를 모두 제공하므로, 주파수에 따른 복소 임피던스 변화를 정밀하게 관찰할 수 있다. 측정을 위해서는 정밀한 교정 키트를 사용하여 시스템의 체계적 오차를 제거하는 교정 과정이 필수적이다[7].

측정 구성은 일반적으로 동축 커넥터가 장착된 테스트 픽스처 또는 프로브 스테이션을 통해 초고주파 회로 기판의 포트에 신호를 인가하고 반사/투과 신호를 수신하는 방식으로 이루어진다. 고주파에서의 정확한 측정을 위해선, 동축선과 기판 트레이스 사이의 연결부에서 발생할 수하는 불연속성을 최소화하는 설계가 중요하다. 네트워크 분석기의 측정 결과는 스미스 차트 등으로 시각화되어, 임피던스 정합 네트워크의 설계 및 최적화에 직접 활용된다.

이러한 측정 데이터는 회로 기판의 유전 상수와 손실 탄젠트 등 재료 특성을 추정하는 데에도 사용될 수 있다. 특히, 광대역 주파수 스위프 측정을 통해 기판 재료의 분산 특성을 파악할 수 있어, 고주파 설계의 예측 정확도를 높이는 데 기여한다.

S-파라미터, 즉 산란 파라미터는 초고주파 회로 기판과 그 위에 구현된 소자들의 주파수 영역 특성을 정량화하는 기본 도구이다. 이는 회로의 입력과 출력 포트에서 입사파, 반사파, 투과파의 관계를 행렬 형태로 나타낸다. 예를 들어, 2포트 네트워크의 S11은 입력 포트의 반사 손실(Return Loss)을, S21은 삽입 손실(Insertion Loss) 또는 이득을 나타낸다. S-파라미터 측정은 회로의 임피던스 정합 상태, 대역폭, 격리도 등 핵심 성능을 평가하는 데 필수적이다.

측정은 주로 벡터 네트워크 분석기(VNA)를 사용하여 수행된다. VNA는 정확한 주파수 신호를 생성하여 피측정 장치(DUT)에 인가하고, 각 포트에서의 복소수 진폭(크기와 위상)을 측정한다. 정확한 측정을 위해서는 측정 시스템 자체의 오차를 제거하는 캘리브레이션 과정이 선행되어야 한다. 일반적으로 Short-Open-Load-Thru(SOLT) 또는 Thru-Reflect-Line(TRL) 등의 캘리브레이션 키트를 사용하여 시스템의 체계적 오차를 수학적으로 보정한다.

고주파 기판 측정 시에는 연결부의 정밀도가 결과에 큰 영향을 미친다. 동축 커넥터(예: SMA, 2.92mm)를 기판에 정밀하게 장착하거나, 프로브 스테이션을 이용해 직접 기판 위의 패드에 접촉시켜 측정한다. 특히 광대역 측정이나 매우 높은 주파수(밀리미터파 대역)에서는 마이크로스트립 라인이나 코플래너 웨이브가이드 등의 시험용 전송 선로 구조를 기판에 함께 설계하여 측정 정확도를 높인다. 측정된 S-파라미터 데이터는 회로 시뮬레이션 결과와 비교되어 설계의 타당성을 검증하거나, 문제의 원인을 분석하는 데 활용된다.