網絡分析的基本原理

　　電子網絡的測量方式與測量光器件的方式類似。網絡分析儀產生一個正弦信號，通常是一個掃頻信號。DUT響應時，會傳輸并且反射入射信號。傳輸和反射信號的強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，帶內則具有較高的傳輸系數。如果DUT 略微偏離特性阻抗則會造成阻抗失配，產生額外的非期望響應信號。我們的目標是建立一個精確的測量方法，測量DUT響應，同時最大限度的減少或消除不確定性。

　　網絡分析儀測量方法

　　反射系數(G)和傳輸系數(T)分別對應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?，F代網絡分析基于散射參數或S-參數擴充了這種思想。

　　S-參數是一種復雜的向量，它們代表了兩個射頻信號的比值。S-參數包含幅值和相位，在笛卡爾形式下表現為實和虛。S-參數用S坐標系表示，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。圖4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定義為傳輸到DUT端口2 的能量占端口1入射信號的比例。參數S11和S21為前向S-參數，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為傳輸到DUT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。

　　你可以基于多端口或者N端口S-參數擴展這個概念。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，如S13,S32,S33。S11，S22, S33等下標數字一致的S-參數表征反射信號，而S12,S32,S21和S13等下標數字不一致的S-參數表征傳輸信號。此外，S-參數的總個數等于器件端口數的平方，這樣才能完整的描述一個設備的RF特性。

　　表征傳輸的S-參數，如S21，類似于增益，插入損耗，衰減等其它常見術語。表征反射的S-參數，如S11，對應于電壓駐波比(VSWR)，回波損耗，或反射系數。S-參數還具有其他優(yōu)點。它們被廣泛認可并應用于現代射頻測量。你可以很容易地將S-參數轉換成H、Z或其他參數。你也可以對多個設備進行S-參數級聯，表征復合系統(tǒng)的RF特性。更重要的是，S參數用比率表示。因此，你不需要把入射源功率設置為精確值。DUT的響應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系時，差別就會被消去。

　　網絡分析儀結構

　　網絡分析儀可以分為標量(只包含幅度信息)和矢量(包含幅度和相位信息)兩種分析儀。標量分析儀曾一度因其結構簡單，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雜的測量能力。隨著技術的進步，集成度和計算效率的提高，成本的降低，矢量網絡分析儀的使用越來越普及。

　　網絡分析儀有四個基本功能模塊，如圖5所示。

　　信號源，用于產生入射信號，既支持連續(xù)掃頻也支持離散頻點，并且功率可調。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值(例如S21或駐波比)。用戶校準主要用于提供數據的錯誤校正，將在后續(xù)詳細介紹。最終，當與網絡分析儀交互時，你可以在顯示器上查看參數以及修正后的數值，并使用其它用戶功能，比如縮放波形圖。

　　根據網絡分析儀性能和成本的不同，有多種方式實現結構中的四個模塊。測試裝置可以設計成傳輸/反射(T/R)或全S-參數。其中，T/R測試裝置是最基本的實現方式，結構見圖6。

　　T/R結構包括一個穩(wěn)定信號源，它能夠提供指定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。入射信號從網絡分析儀端口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，你可以根據性能，頻率范圍和成本要求進行選擇。信號經過DUT傳輸進入網絡分析儀的端口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構，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，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系。