網(wǎng)絡(luò)分析的基本原理

　　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)，同時最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(shí)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。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?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?yàn)槿肷湫盘杹碜远丝?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(jì)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(diǎn)。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(jì)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5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(diǎn)，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(diǎn)，處理器測量信號并計(jì)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。最終，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(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)中的四個模塊。測試裝置可以設(shè)計(jì)成傳輸/反射(T/R)或全S-參數(shù)。其中，T/R測試裝置是最基本的實(shí)現(xiàn)方式，結(jié)構(gòu)見圖6。

　　T/R結(jié)構(gòu)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(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(shí)、虛部，用于計(jì)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(jì)算接收信號與入射信號的相位關(guān)系。