頻譜分析儀對射頻工程師來說并不陌生，它是進行頻域分析時最基本的測試儀器，主要的功能是分析在頻域里輸入信號的頻譜特性。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，卻因為昂貴的價格和設(shè)計的復雜被較少的人熟悉。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，為您提供最具性價比的矢量網(wǎng)絡(luò)分析解決方案，解決您的諸多測量問題！

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候還沒有計算機網(wǎng)絡(luò)，所以網(wǎng)絡(luò)分析儀所指的網(wǎng)絡(luò)并非現(xiàn)在流行的計算機網(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的完整性。每當射頻信號由一個元件進入另一個元件時，總會有一部分信號被反射，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器件（DUT）的性能。

網(wǎng)絡(luò)分析儀能對被測量器件的線性和非線性特性進行表征，如放大器、混頻器、濾波器、衰減器等。網(wǎng)絡(luò)分析儀對被測器件端口的輸入特性以及從一個端口到其它端口的轉(zhuǎn)移特性進行測量的能力，為設(shè)計人員在對大型系統(tǒng)配置元器件時提供充分的依據(jù)。

圖2：VNA功能測量界面

網(wǎng)絡(luò)分析儀分為標量網(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。標量網(wǎng)絡(luò)分析儀只測量兩個波量的幅度差；矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀既能測量各波量的幅度，又能測量各波量的相位；矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀還具有以下優(yōu)勢：

可以進行全系統(tǒng)誤差校正，以最大可能的精確度補償測試儀器的系統(tǒng)測量誤差；

矢量測量數(shù)據(jù)可以準確地變換到時域，提供更多進一步處理數(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，只能進行標量網(wǎng)絡(luò)分析，測量S參數(shù)的幅度部分。RIGOL RSA系列頻譜儀采用內(nèi)部VSWR橋的獨特設(shè)計，配置內(nèi)置跟蹤源，可以同時掃描幅度和相位，實現(xiàn)單端口的矢量網(wǎng)絡(luò)分析（VNA）功能。通過此設(shè)計，RSA頻譜儀的VNA模式可以實現(xiàn)對元器件、電路網(wǎng)絡(luò)的S11、S21以及故障點定位的測量，通過史密斯圓圖、極坐標等多種顯示更精確地表征被測件的網(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)進行測量，確定測量網(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，VNA能對測量結(jié)果逐點進行誤差修正，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）、相移和群時延等信息。

3、RSA矢量網(wǎng)絡(luò)分析模式的功能和應用

RSA系列頻譜分析儀的VNA功能，提供了多種測量方式，如S11、S21、DTF(Distance toFault)；對于每次測量，都可以選擇多種顯示類型，以不同的角度呈現(xiàn)測量結(jié)果，如史密斯圓圖、極坐標、回波損耗、SWR、群時延等。

反射測量S11

S11可以用于針對電子元器件（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，用于調(diào)整傳輸帶寬和平衡功率傳輸 。輸入端阻抗匹配時，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的電壓波和電流波，攜帶的能量全部為負載所吸收。因而，對電路系統(tǒng)進行S11測試，是非常重要的測試手段。

圖4：S11測試界面

圖5：S11測量結(jié)果

傳輸測量S21

測量電路系統(tǒng)的增益、插入損耗、衰減等指標，最常用的就是表征傳輸?shù)腟21參數(shù)。S21，是測量正向方向（從端口1到端口2）通過DUT的激勵信號量，它是顯示DUT造成多少損耗或增益的指標。測量結(jié)果生成的跡線，顯示的是在選擇的頻段范圍內(nèi)，在RF輸入處測得的功率與激勵信號之比。

圖6：S21測試界面

圖7：S21測量結(jié)果

故障定位測量DTF

DTF, 故障點定位功能，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、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測量的擴展應用，是為了定位線纜故障的距離，在頻域中測量被測電纜的反射。DTF首先通過比較反射信號和跟蹤源創(chuàng)建的參考信號來確定頻段范圍內(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，準確定位線纜中的故障點。為了進一步提高準確性，DTF的算法中還考慮補償了傳輸過程中發(fā)生的衰減損耗。

圖9：DTF測試結(jié)果

4、多種測量顯示類型，根據(jù)您的需要顯示測量結(jié)果

對于不同的測量功能，您可以選擇多種測量顯示方式，更直觀的呈現(xiàn)測試結(jié)果。RIGOL RSA系列頻譜儀的VNA模式，支持以下測量結(jié)果顯示類型：

對數(shù)/線性幅度：顯示DUT的幅度特性。Y軸表示測量結(jié)果的對數(shù)（dB）/線性幅度，X軸表示選定的頻率范圍。可用于S11測量、S21測量和DTF測量。

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測量、S21測量。

群時延：跡線結(jié)果代表信號經(jīng)過DUT的傳輸時延，可用于S11測量、S21測量。

史密斯圓圖：以史密斯圓圖顯示測量結(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

對數(shù) / 相位

實部 / 虛部

R + jX

G + jB

極坐標：跡線到極坐標原點的距離代表測量結(jié)果的幅度，跡線與原點相連直線和X正半軸的夾角代表測量結(jié)果的相位，可用于S11測量。

極坐標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

對數(shù)/相位

實部/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軸的對數(shù)顯示SWR（無單位）, X軸代表選定的頻率范圍，可用于S11測量和DTF測量。

回波損耗：顯示反射功率的大小（回波損耗）。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測量和DTF測量。

圖10：VNA多種測量結(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比的矢量網(wǎng)絡(luò)分析解決方案。