矢量網(wǎng)絡(luò)分析是實驗室常見的一種測量儀器，它既能測量單端口網(wǎng)絡(luò)或兩端口網(wǎng)絡(luò)的各種參數(shù)幅值，又能測相位，矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀能用史密斯圓圖顯示測試數(shù)據(jù)。

網(wǎng)絡(luò)分析儀的使用背景
做射頻的都知道，所有的通信系統(tǒng)必須要考慮的一個重要問題就是非線性——信號失真的影響。通常情況下，我們認為失真都是非線性效應(yīng)引起的，但是線性系統(tǒng)也可能會引進失真。
線性系統(tǒng)通過改變頻譜分量的幅度和相位來改變經(jīng)過系統(tǒng)的信號波形。

無線性失真
對于無線性失真?zhèn)鬏?，DUT的幅頻響應(yīng)必須是平坦的，并且相位必須是線性的。比如說方波（方波從頻譜上看含有豐富的諧波）經(jīng)過帶通濾波器，帶內(nèi)對所選的頻率衰減很小，同時相位是線性變化的。（圖下圖所示）

如果方波經(jīng)過一個全通濾波器，但是該濾波只對三次諧波的相位產(chǎn)生非線性反轉(zhuǎn)，那么即使濾波器幅頻響應(yīng)沒有發(fā)生變化，但是輸出的幅頻響應(yīng)變了。輸出出現(xiàn)了失真。

所以無線性失真?zhèn)鬏?，不僅要關(guān)注幅頻響應(yīng)的變化，也要關(guān)注相位的變化。
非線性器件失真
非線性器件引入失真，這個是射頻工程師常見的現(xiàn)象——放大器。如果放大器進入飽和區(qū)，輸出信號就會被銷頂，輸出的信號就不是正弦曲線。根據(jù)傅里葉級數(shù)展開，就會所產(chǎn)生諧波頻率。
無源器件在高功率輸入下也會表現(xiàn)出非線性。

通信系統(tǒng)必須要考慮的另一個重要問題是傳輸?shù)男?。為了實現(xiàn)高效率傳輸，器件之間必須呈現(xiàn)阻抗匹配，如果阻抗失配，傳輸?shù)男示蜁蟠蠼档汀Ｗ杩蛊ヅ涞脑瓌t是共軛匹配，共軛匹配的前提是知道阻抗的實部和虛部，射頻系統(tǒng)的有效傳輸就是器件之間的共軛匹配。
總結(jié)
在一個通信系統(tǒng)中，測量幅度很重要，測量相位也同樣重要。無失真的線性傳輸系統(tǒng)需要同時關(guān)注幅度和相位的變化。同時為了系統(tǒng)的有效傳出，必須要實現(xiàn)阻抗匹配，阻抗匹配需要測量復(fù)阻抗。
適量網(wǎng)絡(luò)分析儀就是為了分析系統(tǒng)的幅度、相位、匹配的一個儀器。
矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的基礎(chǔ)
矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的基礎(chǔ)是波的反射。電磁波也是一種波，波有反射、入射和透射。矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀準確測量入射、反射和傳輸?shù)?能量。

而表征波的入射、反射取決于阻抗。即射頻入門基本大法，史密斯圓圖。復(fù)阻抗和反射系數(shù)存在一一對應(yīng)的關(guān)系，所以復(fù)阻抗可以映射到圓圖上。

功率最大傳輸?shù)臈l件，就是阻抗共軛匹配。

矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測什么

測波的反射
矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀通過對參考通道R的入射波的測量。用A通道測量反射波，用B通道測量發(fā)射波。觀測波中的幅度和相位的信息，可以量化被測器件的發(fā)射和傳輸特性。
發(fā)射和傳輸可以表示為矢量。

回波損耗(Return Loss)：入射功率/反射功率, 為dB數(shù)值

反射系數(shù)(Г)：反射電壓/入射電壓, 為標量

電壓駐波比(Voltage Standing Wave Ration): 波腹電壓/波節(jié)電壓
VSWR=(1+Г)/(1-Г)
S11=20lg(Г)
RL=-S1

測量有源器件的傳輸特性
測量群時延
相位失真可以用另一個數(shù)據(jù)來表示——群時延。群時延表示的是信號通過系統(tǒng)的某頻率處的相位（相移）對于頻率的變化率。帶信號經(jīng)過媒質(zhì)傳輸路徑或設(shè)備中的線性元件時，其各個頻譜分量的相速不同，元器件對各頻譜分量的響應(yīng)也不一樣,這都會引起到達接收端的信號因各頻率分量的相移或時延不同而產(chǎn)生相位關(guān)系的紊亂,即相位失真。
群時延可以通過相位響應(yīng)和頻率的微分來計算。

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審核編輯 黃宇