現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)分析儀已廣泛在研發(fā),，生產(chǎn)中大量使用,，網(wǎng)絡(luò)分析儀被廣泛地應(yīng)用于分析各種不同部件，材料,，電路,，設(shè)備和系統(tǒng)。無論是在研發(fā)階段為了優(yōu)化模擬電路的設(shè)計,，還是為了調(diào)試檢測電子元器件,，矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀都成為一種*的測量儀器。

　　在過去的十年中,，矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀由于其較低的成本和高效的制造技術(shù),，流行度超過了標(biāo)量網(wǎng)絡(luò)分析儀。雖然網(wǎng)絡(luò)分析理論已經(jīng)存在了數(shù)十年,，但是直到20世紀(jì)80年代早期*現(xiàn)代獨立臺式分析儀才誕生,。在此之前，網(wǎng)絡(luò)分析儀身形龐大復(fù)雜,，由眾多儀器和外部器件組合而成,，且功能受限。

　　網(wǎng)絡(luò)是一個被高頻率使用的術(shù)語,，有很多種現(xiàn)代的定義,。就網(wǎng)絡(luò)分析而言，網(wǎng)絡(luò)指一組內(nèi)部相互關(guān)聯(lián)的電子元器件,。網(wǎng)絡(luò)分析儀的功能之一就是量化兩個射頻元件間的阻抗不匹配,，大限度地提高功率效率和信號的完整性。每當(dāng)射頻信號由一個元件進(jìn)入另一個時,，總會有一部分信號被反射,，而另一部分被傳輸。

　　這就好比光源發(fā)出的光射向某種光學(xué)器件,，例如透鏡,。其中，透鏡就類似于一個電子網(wǎng)絡(luò),。根據(jù)透鏡的屬性,，一部分光將反射回光源，而另一部分光被傳輸過去,。根據(jù)能量守恒定律,，被反射的信號和傳輸信號的能量總和等于原信號或入射信號的能量。在這個例子中,，由于熱量產(chǎn)生的損耗通常是微不足道的,，所以忽略不計,。
　　我們可以定義參數(shù)反射系數(shù)(G)，它是一個包含幅值和相位的矢量,，代表被反射的光占總(入射)光的比例,。同樣，定義傳輸系數(shù)(T)代表傳輸?shù)墓庹既肷涔獾氖噶勘取?/span>
　　通過反射系數(shù)和傳輸系數(shù),，你可以更深入地了解被測器件(DUT)的性能,。回顧光的類比,，如果DUT是一面鏡子,，你會希望得到高反射系數(shù)。如果DUT是一個鏡頭,，你會希望得到高傳輸系數(shù),。而太陽鏡可能同時具有反射和透射特性。
　　電子網(wǎng)絡(luò)的測量方式與測量光器件的方式類似,。網(wǎng)絡(luò)分析儀產(chǎn)生一個正弦信號，通常是一個掃頻信號,。DUT響應(yīng)時,，會傳輸并且反射入射信號。傳輸和反射信號的強(qiáng)度通常隨著入射信號的頻率發(fā)生變化,。
　　DUT對于入射信號的響應(yīng)是DUT性能以及系統(tǒng)特性阻抗不連續(xù)性的表征,。例如，帶通濾波器的帶外具有很高的反射系數(shù),，帶內(nèi)則具有較高的傳輸系數(shù),。如果DUT略微偏離特性阻抗則會造成阻抗失配，產(chǎn)生額外的非期望響應(yīng)信號,。我們的目標(biāo)是建立一個精確的測量方法,，測量DUT響應(yīng)，同時大限度的減少或消除不確定性,。
　　網(wǎng)絡(luò)分析儀測量方法
　　反射系數(shù)(G)和傳輸系數(shù)(T)分別對應(yīng)入射信號中反射信號和傳輸信號所占的比例,。圖3示意了這兩個向量。現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)分析基于散射參數(shù)或S-參數(shù)擴(kuò)充了這種思想,。

　　S-參數(shù)是一種復(fù)雜的向量,，它們代表了兩個射頻信號的比值。S-參數(shù)包含幅值和相位,，在笛卡爾形式下表現(xiàn)為實和虛,。S-參數(shù)用S坐標(biāo)系表示，X代表DUT被測量的輸出端,，Y代表入射RF信號激勵的DUT輸入端,。下圖示意了一個簡單的雙端口器件,，它可以表征為射頻濾波器，衰減器或放大器,。

　　S11定義為端口1反射的能量占端口1入射信號的比例,，S21定義為傳輸?shù)紻UT端口2的能量占端口1入射信號的比例。參數(shù)S11和S21為前向S-參數(shù),，這是因為入射信號來自端口1的射頻源,。對于從端口2入射信號，S22為端口2反射的能量占端口2入射信號的比例,，S12為傳輸?shù)紻UT端口1的能量占端口2入射信號的比例,。它們都是反向S-參數(shù)。
　　你可以基于多端口或者N端口S-參數(shù)擴(kuò)展這個概念,。例如,，射頻環(huán)形器，功率分配器,，耦合器都是三端口器件,。你可以采用類似于雙端口的分析方法測量和計算S-參數(shù)，如S13,S32,S33,。S11,，S22,S33等下標(biāo)數(shù)字一致的S-參數(shù)表征反射信號，而S12,S32,S21和S13等下標(biāo)數(shù)字不一致的S-參數(shù)表征傳輸信號,。此外,，S-參數(shù)的總個數(shù)等于器件端口數(shù)的平方，這樣才能完整的描述一個設(shè)備的RF特性,。
　　表征傳輸?shù)腟-參數(shù),，如S21，類似于增益,，插入損耗,，衰減等其它常見術(shù)語。表征反射的S-參數(shù),，如S11,，對應(yīng)于電壓駐波比(VSWR)，回波損耗,，或反射系數(shù),。S-參數(shù)還具有其他優(yōu)點。它們被廣泛認(rèn)可并應(yīng)用于現(xiàn)代射頻測量,。你可以很容易地將S-參數(shù)轉(zhuǎn)換成H,、Z或其他參數(shù)。你也可以對多個設(shè)備進(jìn)行S-參數(shù)級聯(lián)，表征復(fù)合系統(tǒng)的RF特性,。更重要的是,，S參數(shù)用比率表示。因此,，你不需要把入射源功率設(shè)置為精確值,。DUT的響應(yīng)會反映出入射信號的任何微小差別，但通過比率方式表征傳輸信號或反射信號相對于入射信號的比率關(guān)系時,，差別就會被消去,。
　　網(wǎng)絡(luò)分析儀結(jié)構(gòu)
　　網(wǎng)絡(luò)分析儀可以分為標(biāo)量(只包含幅度信息)和矢量(包含幅度和相位信息)兩種分析儀。標(biāo)量分析儀曾一度因其結(jié)構(gòu)簡單,，成本低廉而廣泛使用,。矢量分析儀可以提供更好的誤差校正和更復(fù)雜的測量能力。隨著技術(shù)的進(jìn)步,，集成度和計算效率的提高,，成本的降低，矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的使用越來越普及,。

　　網(wǎng)絡(luò)分析儀有四個基本功能模塊,，如圖所示。

　　信號源,，用于產(chǎn)生入射信號,，既支持連續(xù)掃頻也支持離散頻點，并且功率可調(diào),。信號源通過信號分離模塊饋入DUT輸入端，信號分離模塊可看作一個測試裝置,。在這里,，將反射信號和傳輸信號分離進(jìn)不同的組件測量。對于每一個頻點,，處理器測量信號并計算參數(shù)值(例如S21或駐波比),。用戶校準(zhǔn)主要用于提供數(shù)據(jù)的錯誤校正，將在后續(xù)詳細(xì)介紹,。終,，當(dāng)與網(wǎng)絡(luò)分析儀交互時，你可以在顯示器上查看參數(shù)以及修正后的數(shù)值,，并使用其它用戶功能,，比如縮放波形圖。

　　根據(jù)網(wǎng)絡(luò)分析儀性能和成本的不同,，有多種方式實現(xiàn)結(jié)構(gòu)中的四個模塊,。測試裝置可以設(shè)計成傳輸/反射(T/R)或全S-參數(shù)。其中，T/R測試裝置是基本的實現(xiàn)方式,，結(jié)構(gòu)見圖,。

　　T/R結(jié)構(gòu)包括一個穩(wěn)定信號源，它能夠提供頻率和功率的正弦波信號;一個參考接收器R,，它與功率分配器或定向耦合器相連,，用于測量入射信號的幅值和相位。入射信號從網(wǎng)絡(luò)分析儀端口1發(fā)出,，饋入DUT的輸入端,。定向耦合接收器A測量任何反射回端口1的信號(包括幅值和相位)。定向耦合器和電阻橋功能類似,，都可以用于分離信號,，你可以根據(jù)性能，頻率范圍和成本要求進(jìn)行選擇,。信號經(jīng)過DUT傳輸進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)分析儀的端口2,，端口2處的接收器B用于測量該信號的幅值和相位。
　　接收器針對不同的特性要求也有不同的結(jié)構(gòu),，可被看作是帶有下變頻器,、中頻濾波器以及矢量檢測器的窄帶接收機(jī)，類似于矢量信號分析儀,。它們可以提取出信號的實,、虛部，用于計算幅值和相位信息,。此外,，所有接收器都與信號源使用相同的相位參考，你可以在相同的相位參考下計算接收信號與入射信號的相位關(guān)系,。
　　T/R結(jié)構(gòu)具有性價比高,，結(jié)構(gòu)簡單，性能好的特點,。但僅只支持前向參數(shù)測量,，例如S11和S21。如要測量反向參數(shù),，需要斷開并反轉(zhuǎn)DUT,，或者借助外部開關(guān)控制。由于不能切換源(入射信號)到端口2,，端口2的糾錯能力有限,。如果T/R結(jié)構(gòu)設(shè)計符合你的項目要求，這種結(jié)構(gòu)是一種高精度和高性價比的選擇,。

　　全S-參數(shù)結(jié)構(gòu)如圖所示,，在參考接收耦合器后的信號通路中嵌入了一個開關(guān),。

　　當(dāng)開關(guān)連通端口1，分析儀測量前向參數(shù),。當(dāng)開關(guān)連通端口2,，你無需重置DUT外部連接，就可以測量反向參數(shù),。端口2處的定向耦合接收器B測量前向傳輸參數(shù)和反向反射參數(shù),。接收器A測量前向反射參數(shù)和反向傳輸參數(shù)。
　　網(wǎng)絡(luò)分析儀的基本結(jié)構(gòu)絕大部分在測試裝置中實現(xiàn),。一旦分析儀測量出入射信號(R參考接收器)和傳輸信號的幅值和相位,，或者是反射信號(A和B接收器)的幅值和相位，就可計算出四個S-參數(shù)值,，如圖所示,。
　　您可以綜合應(yīng)用，性能,，精度,，和成本等因素，選擇合適的網(wǎng)絡(luò)分析儀結(jié)構(gòu),。本文由西安安泰儀器維修中心網(wǎng)整理發(fā)布,，更多有關(guān)儀器維修知識請訪問西安安泰儀器維修網(wǎng)。