网络分析仪基本原理.docxVIP

一般而言，网络分析仪在射频及微波组件方面的量测上，是最基本、应用层次也最广的仪器，它可以提供线性及非线性特性组件的量测参数，因此，举凡所有射频主被动组件的仿真、制程及测试上，几乎都会使用到。在量测参数上，它不但可以提供反射系数，并从反射系数换算出阻抗的大小，且可以量测穿透系数，以及推演出重要的S参数及其它重要的参数，如相位、群速度延迟(GroupDelay)、插入损失(InsertionLoss)、增益(Gain)甚至放大器的1dB压缩点(Compressionpoint)等。

基本原理

电子电路组件在高频下工作时，许多特性与低频的行为有所不同，在高频时，其波长与实际电路组件的物理尺度相比会相对变小，举例来说，在真空下的电磁波其速度即为光速，则c=XXf，其中c为光速3X108m/sec，若操作在2.4GHz的频率下，若不考虑空气的介电系数，则波长入=12.5cm，亦即在短短的数公分内，电压大小就会因相位的偏移而有极大的变化。因此在高频下，我们会使用能量及阻抗的观念来取代低频的电压及电流的表示法，此时我们就会引入前述文章所提「波」的概念。

光波属于电磁波的一种，当我们用光分析一个组件时，会使用一个已知的入射光源测量未知的待测物，如图1所示，当光波由空气到达另一个介质时，会因折射率的不同产生部分反射及部分穿透的特性，例如化学成分分析上使用的穿透及反射光谱。对于同样是属电磁波的射频来说，道理是相通的，光之于折射率就好比微波之于阻抗的概念，当一个电磁波到达另一个不连续的阻抗接口时，同样也会有穿透及反射的行为，从这些反射及穿透行为的大小及相位变化中，就可以分析出该组件的特性。

用来描述组件的参数有许多种，其中某些只包含振幅的讯息，如回返损耗(R.L.ReturnLoss)、驻波比(SWRStandingWaveRatio)或插入损失(I.L.InsertionLoss)等，我们称为纯量，而能得到如反射系数(rReflectioncoefficient)及穿透系数(TTransmissioncoefficient)等，我们称之为向量，其中向量可以推导出纯量行为，但纯量却因无相位信息而无法推导出向量特性。

重要的向量系数

反射特性

在此，我们重点介绍几个重要的向量系数：首先，我们从反射系数来定义，其中Vrefect为反射波、Vinc为入射波，两者皆为向量，亦即包含振幅及相位的信息，而反射系数代表入射与反射能量的比值，经过理论的演算，可以从传输线的特性阻抗ZO(CharacteristicImpedance)得到待测组件的负载阻抗ZL，亦即，在网络分析中，一般使用史密斯图(SmithChart)来标示不同频率下的阻抗值。另外，反射系数也可以使用极坐标表示：，其中为反射系数的大小，祖则表示入射与反射波的相位差值。

接下来，介绍两个纯量的参数一驻波比及回返损耗，其中驻波的意义是入射波与被待测装置反射回来的反射波造成在传输在线的电压或电流驻波效应，而驻波比(SWR)的定义就是驻波中的最大与最小能量的比值，我们可以从纯量的反射系数中得到。

,同样，我们也可以从P值定义出回返损耗(R.L.),其意义是反射能量与入射能量的比值，其值愈大，代表反射回来的能量愈小。

对于反射系数所衍生的相关纯量参数，我们将其整理成表1，基本上，它们之间是换算的过程，会因为产业及应用的不同而倾向于使用某一参数。

穿透特性

对于穿透的特性，一样有分为纯量与向量两种，对于向量系数而言，最重要的就是穿透系数，其中Vtrans为经过待测物后的穿透波、Vine为入射波，而t即为穿透系数的纯量大小，9则表示入射与穿透波的相位差值。

对于纯量的定义上，以被动组件而言，最常使用的就是插入损失(I.L.InsertionLoss)，亦即与上述的t值是相关的参数，定义为。若为主动组件如放大器等，穿透的信号有放大的效应则为增益(Gain)，此时定义为。

对于向量的行为，则计有插入相位(InsertionPhase)，其表示入射与穿透信号的相位差，我们可以从相位的变化中，推导出另一个很重要的参数-群速延迟(G.D.GroupDelay)，它代表的意义就是不同频率的波在一段传输线中，因介电材料或其它边界效应(Boundarycondition)的影响，使到达时间不同而产生的延迟现象，其中又有分为平均延迟时间(AverageGroupDelay)与波浪(Ripple)或称为平坦度(Flatness)的定义，前者表示不同频率到达的平均时间，并可以从中推算出电气长度(ElectricalLength)，后者则表示不同频率间的到达时间差，一般我们会希望平坦度愈小愈好，如此在通讯上不致造成信号失