網(wǎng)絡(luò )分析儀的結構與測量方法

　　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(gè)向量?，F代網(wǎng)絡(luò )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(gè)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(shí)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(gè)簡(jiǎn)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(lái)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(gè)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(lèi)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(gè)數等于器件端口數的平方，這樣才能完整的描述一個(gè)設備的RF特性。

　　表征傳輸的S-參數，如S21，類(lèi)似于增益，插入損耗，衰減等其它常見(jiàn)術(shù)語(yǔ)。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(diǎn)。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(gè)設備進(jìn)行S-參數級聯(lián)，表征復合系統的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(huì )反映出入射信號的任何微小差別，但通過(guò)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(shí)，差別就會(huì )被消去。

　　網(wǎng)絡(luò )分析儀結構

　　網(wǎng)絡(luò )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(jiǎn)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(zhù)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(lái)越普及。

網(wǎng)絡(luò )分析儀有四個(gè)基本功能模塊

　　信號源，用于產(chǎn)生入射信號，既支持連續掃頻也支持離散頻點(diǎn)，并且功率可調。信號源通過(guò)信號分離模塊饋入DUT輸入端，信號分離模塊可看作一個(gè)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(gè)頻點(diǎn)，處理器測量信號并計算參數值（例如S21或駐波比）。用戶(hù)校準主要用于提供數據的錯誤校正，將在后續詳細介紹。最終CONTROLENGINEERINGChina版權所有，當與網(wǎng)絡(luò )分析儀交互時(shí)，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(hù)功能，比如縮放波形圖。

　　根據網(wǎng)絡(luò )分析儀性能和成本的不同，有多種方式實(shí)現結構中的四個(gè)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(shí)現方式。

　　T/R結構包括一個(gè)穩定信號源，它能夠提供指定頻率和功率的正弦波信號；一個(gè)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(lèi)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(jìn)行選擇。信號經(jīng)過(guò)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(lèi)似于矢量信號分析儀。它們可以提取出信號的實(shí)、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結構具有性?xún)r(jià)比高，結構簡(jiǎn)單，性能好的特點(diǎn)。但僅只支持前向參數測量，例如S11和S21。如要測量反向參數，需要斷開(kāi)并反轉DUT，或者借助外部開(kāi)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結構設計符合你的項目要求，這種結構是一種高精度和高性?xún)r(jià)比的選擇。

　　當開(kāi)關(guān)連通端口1，分析儀測量前向參數。當開(kāi)關(guān)連通端口2，你無(wú)需重置DUT外部連接，就可以測量反向參數。端口2處的定向耦合接收器B測量前向傳輸參數和反向反射參數。接收器A測量前向反射參數和反向傳輸參數。

　　由于開(kāi)關(guān)放置在網(wǎng)絡(luò )分析儀的測量路徑上，因此用戶(hù)校準時(shí)需要考慮開(kāi)關(guān)的不確定性。盡管如此，兩個(gè)開(kāi)關(guān)位置仍可能會(huì )有細微的差別。另外，隨著(zhù)時(shí)間的推移，開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)磨損，需要更頻繁的用戶(hù)校準。為了解決這個(gè)問(wèn)題，可以把開(kāi)關(guān)移到源輸出，并且采用兩個(gè)參考接收機，R1和R2，分別對應前向和反向。由于采用了更高性能的架構，成本和復雜性也隨之而來(lái)。

　　網(wǎng)絡(luò )分析儀的基本結構絕大部分在測試裝置中實(shí)現。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(gè)S-參數值。