頻譜分析儀對(duì)射頻工程師來說并不陌生，它是進(jìn)行頻域分析時(shí)最基本的測(cè)試儀器，主要的功能是分析在頻域里輸入信號(hào)的頻譜特性。那么，什么是網(wǎng)絡(luò)分析儀呢？
網(wǎng)絡(luò)分析儀也是射頻領(lǐng)域的常用儀器，卻因?yàn)榘嘿F的價(jià)格和設(shè)計(jì)的復(fù)雜被較少的人熟悉。今天我們就來揭開面紗——RIGOL RSA頻譜儀的矢量網(wǎng)絡(luò)分析模式，為您提供最具性價(jià)比的矢量網(wǎng)絡(luò)分析解決方案，解決您的諸多測(cè)量問題！
圖1：RIGOLRSA系列帶VNA功能的頻譜儀
1、什么是“矢量網(wǎng)絡(luò)分析”？
“網(wǎng)絡(luò)分析儀(Network Analyzer)”這一名字被提出的時(shí)候還沒有計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，所以網(wǎng)絡(luò)分析儀所指的網(wǎng)絡(luò)并非現(xiàn)在流行的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，而是指一組內(nèi)部相互關(guān)聯(lián)的電子元器件。網(wǎng)絡(luò)分析儀的功能之一就是：量化兩個(gè)射頻元件間的阻抗不匹配，最大限度地提高功率效率和信號(hào)的完整性。每當(dāng)射頻信號(hào)由一個(gè)元件進(jìn)入另一個(gè)元件時(shí)，總會(huì)有一部分信號(hào)被反射，另一部分被傳輸。通過定義反射系數(shù)和傳輸系數(shù)，我們可以更深入地了解被測(cè)器件（DUT）的性能。
網(wǎng)絡(luò)分析儀能對(duì)被測(cè)量器件的線性和非線性特性進(jìn)行表征，如放大器、混頻器、濾波器、衰減器等。網(wǎng)絡(luò)分析儀對(duì)被測(cè)器件端口的輸入特性以及從一個(gè)端口到其它端口的轉(zhuǎn)移特性進(jìn)行測(cè)量的能力，為設(shè)計(jì)人員在對(duì)大型系統(tǒng)配置元器件時(shí)提供充分的依據(jù)。
圖2：VNA功能測(cè)量界面
網(wǎng)絡(luò)分析儀分為標(biāo)量網(wǎng)絡(luò)分析儀(Scalar Network Analyzer)和矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀(Vector Network Analyzer, VNA) 兩種。標(biāo)量網(wǎng)絡(luò)分析儀只測(cè)量兩個(gè)波量的幅度差；矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀既能測(cè)量各波量的幅度，又能測(cè)量各波量的相位；矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀還具有以下優(yōu)勢(shì)：
可以進(jìn)行全系統(tǒng)誤差校正，以最大可能的精確度補(bǔ)償測(cè)試儀器的系統(tǒng)測(cè)量誤差；
矢量測(cè)量數(shù)據(jù)可以準(zhǔn)確地變換到時(shí)域，提供更多進(jìn)一步處理數(shù)據(jù)的途徑
2、RSA矢量網(wǎng)絡(luò)分析模式的基本原理
傳統(tǒng)的頻譜分析儀和跟蹤源配合，只能進(jìn)行標(biāo)量網(wǎng)絡(luò)分析，測(cè)量S參數(shù)的幅度部分。RIGOL RSA系列頻譜儀采用內(nèi)部VSWR橋的獨(dú)特設(shè)計(jì)，配置內(nèi)置跟蹤源，可以同時(shí)掃描幅度和相位，實(shí)現(xiàn)單端口的矢量網(wǎng)絡(luò)分析（VNA）功能。通過此設(shè)計(jì)，RSA頻譜儀的VNA模式可以實(shí)現(xiàn)對(duì)元器件、電路網(wǎng)絡(luò)的S11、S21以及故障點(diǎn)定位的測(cè)量，通過史密斯圓圖、極坐標(biāo)等多種顯示更精確地表征被測(cè)件的網(wǎng)絡(luò)特性。
圖3：VNA基本原理示意圖
VNA可以在設(shè)定頻段范圍內(nèi)進(jìn)行測(cè)量，確定測(cè)量網(wǎng)絡(luò)的微波特性，并以掃頻方式給出各散射參數(shù)的幅度、相位頻率特性。同時(shí)，VNA能對(duì)測(cè)量結(jié)果逐點(diǎn)進(jìn)行誤差修正，并換算出其他多種網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，如反射系數(shù)、電壓駐波比、阻抗（或?qū)Ъ{）、衰減（或增益）、相移和群時(shí)延等信息。
3、RSA矢量網(wǎng)絡(luò)分析模式的功能和應(yīng)用
RSA系列頻譜分析儀的VNA功能，提供了多種測(cè)量方式，如S11、S21、DTF(Distance toFault)；對(duì)于每次測(cè)量，都可以選擇多種顯示類型，以不同的角度呈現(xiàn)測(cè)量結(jié)果，如史密斯圓圖、極坐標(biāo)、回波損耗、SWR、群時(shí)延等。
反射測(cè)量S11
S11可以用于針對(duì)電子元器件（如濾波器）或電路網(wǎng)絡(luò)（如天線）的阻抗匹配調(diào)試。阻抗匹配是射頻電路系統(tǒng)中重要的指標(biāo)，用于調(diào)整傳輸帶寬和平衡功率傳輸 。輸入端阻抗匹配時(shí)，傳輸線獲得最大功率；在輸出端阻抗匹配的情況下，傳輸線上只有向終端行進(jìn)的電壓波和電流波，攜帶的能量全部為負(fù)載所吸收。因而，對(duì)電路系統(tǒng)進(jìn)行S11測(cè)試，是非常重要的測(cè)試手段。
圖4：S11測(cè)試界面
圖5：S11測(cè)量結(jié)果
傳輸測(cè)量S21
測(cè)量電路系統(tǒng)的增益、插入損耗、衰減等指標(biāo)，最常用的就是表征傳輸?shù)腟21參數(shù)。S21，是測(cè)量正向方向（從端口1到端口2）通過DUT的激勵(lì)信號(hào)量，它是顯示DUT造成多少損耗或增益的指標(biāo)。測(cè)量結(jié)果生成的跡線，顯示的是在選擇的頻段范圍內(nèi)，在RF輸入處測(cè)得的功率與激勵(lì)信號(hào)之比。
圖6：S21測(cè)試界面
圖7：S21測(cè)量結(jié)果
故障定位測(cè)量DTF
DTF, 故障點(diǎn)定位功能，用來定位通信系統(tǒng)或其他電路網(wǎng)絡(luò)中可能出現(xiàn)故障的確切位置。例如在通信系統(tǒng)中，傳輸線故障是最頻繁發(fā)生的，如線纜折斷、連接器松動(dòng)、年久老化、線路腐蝕等，甚至于在線纜生產(chǎn)制造過程中的材質(zhì)差異、凹坑裂紋等很難用肉眼觀察的情況，利用DTF都能夠快速的定位故障位置。使用 DTF 可以及早發(fā)現(xiàn)線路的問題隱患，及早處理，很大程度上避免通信中斷事故的發(fā)生，降低事故處理的影響和成本。
圖8：DTF設(shè)置界面
DTF是S11測(cè)量的擴(kuò)展應(yīng)用，是為了定位線纜故障的距離，在頻域中測(cè)量被測(cè)電纜的反射。DTF首先通過比較反射信號(hào)和跟蹤源創(chuàng)建的參考信號(hào)來確定頻段范圍內(nèi)的反射向量，然后執(zhí)行快速傅里葉逆變換（IFFT）。結(jié)合線纜模型的特征，就能夠快速確定反射傳播的距離，準(zhǔn)確定位線纜中的故障點(diǎn)。為了進(jìn)一步提高準(zhǔn)確性，DTF的算法中還考慮補(bǔ)償了傳輸過程中發(fā)生的衰減損耗。
圖9：DTF測(cè)試結(jié)果
4、多種測(cè)量顯示類型，根據(jù)您的需要顯示測(cè)量結(jié)果
對(duì)于不同的測(cè)量功能，您可以選擇多種測(cè)量顯示方式，更直觀的呈現(xiàn)測(cè)試結(jié)果。RIGOL RSA系列頻譜儀的VNA模式，支持以下測(cè)量結(jié)果顯示類型：
對(duì)數(shù)/線性幅度：顯示DUT的幅度特性。Y軸表示測(cè)量結(jié)果的對(duì)數(shù)（dB）/線性幅度，X軸表示選定的頻率范圍?？捎糜赟11測(cè)量、S21測(cè)量和DTF測(cè)量。
相位：顯示DUT的相位特性。Y軸線性以度為單位顯示相位，X軸表示選定的頻率范圍，可用于S11測(cè)量、S21測(cè)量。
群時(shí)延：跡線結(jié)果代表信號(hào)經(jīng)過DUT的傳輸時(shí)延，可用于S11測(cè)量、S21測(cè)量。
史密斯圓圖：以史密斯圓圖顯示測(cè)量結(jié)果。史密斯圓圖是主要顯示DUT的阻抗或反射特性的圓形圖，可用于S11測(cè)量。
史密斯圓圖形式允許用戶選擇以下任一種數(shù)據(jù)組作為Maker的顯示結(jié)果。
線性 / 相位
對(duì)數(shù) / 相位
實(shí)部 / 虛部
R + jX
G + jB
極坐標(biāo)：跡線到極坐標(biāo)原點(diǎn)的距離代表測(cè)量結(jié)果的幅度，跡線與原點(diǎn)相連直線和X正半軸的夾角代表測(cè)量結(jié)果的相位，可用于S11測(cè)量。
極坐標(biāo)形式允許用戶選擇以下任一種數(shù)據(jù)組作為Maker的顯示結(jié)果。
線性/相位
對(duì)數(shù)/相位
實(shí)部/虛部
駐波比：顯示DUT的（電壓）駐波比。SWR是在輸電線路中出現(xiàn)的最大電壓與最小電壓之比。它是DUT輸入端反射功率的量度。Y軸的對(duì)數(shù)顯示SWR（無單位）, X軸代表選定的頻率范圍，可用于S11測(cè)量和DTF測(cè)量。
回波損耗：顯示反射功率的大?。ɑ夭〒p耗）。Y軸顯示以dB為單位的回波損耗，X軸表示選定的頻率范圍，可用于S11測(cè)量和DTF測(cè)量。
圖10：VNA多種測(cè)量結(jié)果顯示類型
5、總結(jié)
常規(guī)的矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀價(jià)格非常昂貴，而且體積一般較大，不便于系統(tǒng)搭建和操作。由RIGOL研發(fā)的RSA系列頻譜分析儀，搭配VNA功能模式，可以提供給您最具性價(jià)比的矢量網(wǎng)絡(luò)分析解決方案。
