中心議題：

• 網絡分析的基本原理
• 網絡分析理論
• 網絡分析儀測量方法
• 網絡分析儀結構

現代網絡分析儀已廣泛在研發
，生產中大量使用，網絡分析儀被廣泛地應用於分析各種不同部件 

，材cai料liao，電dian路lu，設she備bei和he係xi統tong。無wu論lun是shi在zai研yan發fa階jie段duan為wei了le優you化hua模mo擬ni電dian路lu的de設she計ji，還hai是shi為wei了le調tiao試shi檢jian測ce電dian子zi元yuan器qi件jian，矢shi量liang網wang絡luo分fen析xi儀yi都dou成cheng為wei一yi種zhong不bu可ke缺que少shao的de測ce量liang儀yi器qi。

網(wang)絡(luo)分(fen)析(xi)儀(yi)是(shi)一(yi)種(zhong)功(gong)能(neng)強(qiang)大(da)的(de)儀(yi)器(qi)，正(zheng)確(que)使(shi)用(yong)時(shi)，可(ke)以(yi)達(da)到(dao)極(ji)高(gao)的(de)精(jing)度(du)。它(ta)的(de)應(ying)用(yong)也(ye)十(shi)分(fen)廣(guang)泛(fan)，在(zai)很(hen)多(duo)行(xing)業(ye)都(dou)不(bu)可(ke)或(huo)缺(que)
，尤(you)其(qi)在(zai)測(ce)量(liang)無(wu)線(xian)射(she)頻(pin)（RF）元件和設備的線性特性方麵非常有用。現代網絡分析儀還可以應用於更具體的場合
，例如，信號完整性和材料的測量。隨著業界第一款PXI網絡分析儀—NI PXIe - 5630的推出，你完全可以擺脫傳統網絡分析儀的高成本和大占地麵積的束縛
，輕鬆地將網絡分析儀應用於設計驗證和產線測試。

網絡分析的基本原理 網絡分析儀的發展

你可以使用圖1所示的NI PXIe-5630矢量網絡分析儀測量設備的幅度
，相位和阻抗。由於網絡分析儀是一種封閉的激勵-響應係統
，你可以在測量RF特性時實現絕佳的精度。當然，充分理解網絡分析儀的基本原理，對於你最大限度的受益於網絡分析儀非常重要。

網絡分析的基本原理
                                                            
                                                圖1. NI PXle-5630 矢量網絡分析儀

在(zai)過(guo)去(qu)的(de)十(shi)年(nian)中(zhong)，矢(shi)量(liang)網(wang)絡(luo)分(fen)析(xi)儀(yi)由(you)於(yu)其(qi)較(jiao)低(di)的(de)成(cheng)本(ben)和(he)高(gao)效(xiao)的(de)製(zhi)造(zao)技(ji)術(shu)，流(liu)行(xing)度(du)超(chao)過(guo)了(le)標(biao)量(liang)網(wang)絡(luo)分(fen)析(xi)儀(yi)。雖(sui)然(ran)網(wang)絡(luo)分(fen)析(xi)理(li)論(lun)已(yi)經(jing)存(cun)在(zai)了(le)數(shu)十(shi)年(nian)，但(dan)是(shi)直(zhi)到(dao) 20世紀80年代早期第一台現代獨立台式分析儀才誕生。在此之前
，網絡分析儀身形龐大複雜
，由眾多儀器和外部器件組合而成

，且功能受限。NI PXIe-5630的推出標誌著網絡分析儀發展的又一個裏程碑，它將矢量網絡分析功能成功地賦予了靈活，軟件定義的PXI模塊化儀器平台。

tongchangwomenxuyaodaliangdeceliangshijian，cainengshixianjingquedefuzhihexiangweicanshuceliang
，bimianzhongdacuowu。youyushepinyiqiceliangdebuquedingxing
，xiaodecuowuhenkenenghuibeihulvebuji。erwangluofenxiyizuoweiyizhongjingmideyiqinenggouceliangchujixiaodecuowu。

網絡分析理論

wangluoshiyigebeigaopinlvshiyongdeshuyu，youhenduozhongxiandaidedingyi。jiuwangluofenxieryan，wangluozhiyizuneibuxianghuguanliandedianziyuanqijian。wangluofenxiyidegongnengzhiyijiushilianghualianggeshepinyuanjianjiandezukangbupipei
，zuidaxianduditigaogonglvxiaolvhexinhaodewanzhengxing。meidangshepinxinhaoyouyigeyuanjianjinrulingyigeshi，zonghuiyouyibufenxinhaobeifanshe，erlingyibufenbeichuanshu，leisiyutu2所示。

zhejiuhaobiguangyuanfachudeguangshexiangmouzhongguangxueqijian，lirutoujing。qizhong，toujingjiuleisiyuyigedianziwangluo。genjutoujingdeshuxing，yibufenguangjiangfanshehuiguangyuan，erlingyibufenguangbeichuanshuguoqu。genjunengliangshouhengdinglv
，beifanshedexinhaohechuanshuxinhaodenengliangzonghedengyuyuanxinhaohuorushexinhaodenengliang。zaizhegelizizhong
，youyureliangchanshengdesunhaotongchangshiweibuzudaode，suoyihulvebuji。
                                      
                                                          圖2. 利用光來類比網絡分析的一個基本原理

我們可以定義參數反射係數（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
，定義傳輸係數（T）代表傳輸的光占入射光的矢量比。圖3示意了這兩個參數。
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                                                       圖3. 傳輸係數（T）和反射係數（G）

通過反射係數和傳輸係數，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是一麵鏡子，你會希望得到高反射係數。如果 DUT是一個鏡頭，你會希望得到高傳輸係數。而太陽鏡可能同時具有反射和透射特性。

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，會傳輸並且反射入射信號。傳輸和反射信號的強度通常隨著入射信號的頻率發生變化。

DUT對於入射信號的響應是DUT性能以及係統特性阻抗不連續性的表征。例如
，帶通濾波器的帶外具有很高的反射係數，帶內則具有較高的傳輸係數。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

反射係數（G）和傳輸係數（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。現代網絡分析基於散射參數或S-參數擴充了這種思想。

S-參數是一種複雜的向量
，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坐標係表示
，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。
                                                
                                                             圖4. 簡單的雙端口設備的 S-參數表示

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。對於從端口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。

你可以基於多端口或者N端口S-參數擴展這個概念。例如，射頻環形器，功率分配器
，耦合器都是三端口器件。你可以采用類似於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-參數的總個數等於器件端口數的平方，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，類似於增益

，插入損耗，衰減等其它常見術語。表征反射的S-參數
，如S11，對應於電壓駐波比（VSWR）
，回波損耗，或反射係數。S-參數還具有其他優點。它們被廣泛認可並應用於現代射頻測量。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
，表征複合係統的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於入射信號的比率關係時
，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（隻包含幅度信息）和矢量（包含幅度和相位信息）兩(liang)種(zhong)分(fen)析(xi)儀(yi)。標(biao)量(liang)分(fen)析(xi)儀(yi)曾(zeng)一(yi)度(du)因(yin)其(qi)結(jie)構(gou)簡(jian)單(dan)，成(cheng)本(ben)低(di)廉(lian)而(er)廣(guang)泛(fan)使(shi)用(yong)。矢(shi)量(liang)分(fen)析(xi)儀(yi)可(ke)以(yi)提(ti)供(gong)更(geng)好(hao)的(de)誤(wu)差(cha)校(xiao)正(zheng)和(he)更(geng)複(fu)雜(za)的(de)測(ce)量(liang)能(neng)力(li)。隨(sui)著(zhe)技(ji)術(shu)的(de)進(jin)步(bu)，集(ji)成(cheng)度(du)和(he)計(ji)算(suan)效(xiao)率(lv)的(de)提(ti)高(gao)

，成(cheng)本(ben)的(de)降(jiang)低(di)，矢(shi)量(liang)網(wang)絡(luo)分(fen)析(xi)儀(yi)的(de)使(shi)用(yong)越(yue)來(lai)越(yue)普(pu)及(ji)。

網絡分析儀有四個基本功能模塊，如圖5所示。
                                     
                                                 圖5. 現代網絡分析儀基本功能模塊

信號源
，用於產生入射信號，既支持連續掃頻也支持離散頻點
，並且功率可調。信號源通過信號分離模塊饋入DUT輸(shu)入(ru)端(duan)，信(xin)號(hao)分(fen)離(li)模(mo)塊(kuai)可(ke)看(kan)作(zuo)一(yi)個(ge)測(ce)試(shi)裝(zhuang)置(zhi)。在(zai)這(zhe)裏(li)，將(jiang)反(fan)射(she)信(xin)號(hao)和(he)傳(chuan)輸(shu)信(xin)號(hao)分(fen)離(li)進(jin)不(bu)同(tong)的(de)組(zu)件(jian)測(ce)量(liang)。對(dui)於(yu)每(mei)一(yi)個(ge)頻(pin)點(dian)

，處(chu)理(li)器(qi)測(ce)量(liang)信(xin)號(hao)並(bing)計(ji)算(suan)參(can)數(shu)值(zhi)（例如S21或駐波比）。yonghuxiaozhunzhuyaoyongyutigongshujudecuowuxiaozheng，jiangzaihouxuxiangxijieshao。zuizhong，dangyuwangluofenxiyijiaohushi，nikeyizaixianshiqishangzhakancanshuyijixiuzhenghoudeshuzhi，bingshiyongqitayonghugongneng，birusuofangboxingtu。[page]

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。
                                            
                                                       圖6. 網絡分析儀T/R測試裝置結構

T/R結構包括一個穩定信號源，它能夠提供指定頻率和功率的正弦波信號
；一個參考接收器R，它與功率分配器或定向耦合器相連
，用於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
，都可以用於分離信號，你可以根據性能
，頻率範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用於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，類似於矢量信號分析儀。它們可以提取出信號的實、虛xu部bu，用yong於yu計ji算suan幅fu值zhi和he相xiang位wei信xin息xi。此ci外wai，所suo有you接jie收shou器qi都dou與yu信xin號hao源yuan使shi用yong相xiang同tong的de相xiang位wei參can考kao，你ni可ke以yi在zai相xiang同tong的de相xiang位wei參can考kao下xia計ji算suan接jie收shou信xin號hao與yu入ru射she信xin號hao的de相xiang位wei關guan係xi。

T/R結構具有性價比高，結構簡單
，性能好的特點。但僅隻支持前向參數測量，例如S11和S21。如要測量反向參數
，需要斷開並反轉DUT

，或者借助外部開關控製。由於不能切換源（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價比的選擇。

全S-參數結構如圖7所示，在參考接收耦合器後的信號通路中嵌入了一個開關。
                                           
                                                               圖7. 全S-參數網絡分析儀

當開關連通端口1，分析儀測量前向參數。當開關連通端口2，你無需重置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(you)於(yu)開(kai)關(guan)放(fang)置(zhi)在(zai)網(wang)絡(luo)分(fen)析(xi)儀(yi)的(de)測(ce)量(liang)路(lu)徑(jing)上(shang)，因(yin)此(ci)用(yong)戶(hu)校(xiao)準(zhun)時(shi)需(xu)要(yao)考(kao)慮(lv)開(kai)關(guan)的(de)不(bu)確(que)定(ding)性(xing)。盡(jin)管(guan)如(ru)此(ci)，兩(liang)個(ge)開(kai)關(guan)位(wei)置(zhi)仍(reng)可(ke)能(neng)會(hui)有(you)細(xi)微(wei)的(de)差(cha)別(bie)。另(ling)外(wai)，隨(sui)著(zhe)時(shi)間(jian)的(de)推(tui)移(yi)，開(kai)關(guan)觸(chu)點(dian)磨(mo)損(sun)，需(xu)要(yao)更(geng)頻(pin)繁(fan)的(de)用(yong)戶(hu)校(xiao)準(zhun)。為(wei)了(le)解(jie)決(jue)這(zhe)個(ge)問(wen)題(ti)
，可(ke)以(yi)把(ba)開(kai)關(guan)移(yi)到(dao)源(yuan)輸(shu)出(chu)，並(bing)且(qie)采(cai)用(yong)兩(liang)個(ge)參(can)考(kao)接(jie)收(shou)機(ji)，R1和R2
，分別對應前向和反向


，如圖 8所示。由於采用了更高性能的架構，成本和複雜性也隨之而來。
                                        
                                                    圖8. 帶有雙參考接收器的全S-參數網絡分析儀

網絡分析儀的基本結構絕大部分在測試裝置中實現。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S-參數值，如圖9所示。
                           
                                                               圖9. 全雙端口網絡的四個S-參數

您可以綜合應用
，性能，精度
，和成本等因素，選擇合適的網絡分析儀結構。