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)絡分析儀呢？
網(wǎng)絡分析儀也是射頻領域的常用儀器，卻因為昂貴的價格和設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)絡分析模式，為您提供最具性價比的矢量網(wǎng)絡分析解決方案，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)絡分析”？
“網(wǎng)絡分析儀(Network Analyzer)”這一名字被提出的時候還沒有計算機網(wǎng)絡，所以網(wǎng)絡分析儀所指的網(wǎng)絡并非現(xiàn)在流行的計算機網(wǎng)絡，而是指一組內部相互關聯(lián)的電子元器件。網(wǎng)絡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移特性進行測量的能力，為設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)絡分析儀分為標量網(wǎng)絡分析儀(Scalar Network Analyzer)和矢量網(wǎng)絡分析儀(Vector Network Analyzer, VNA) 兩種。標量網(wǎng)絡分析儀只測量兩個波量的幅度差；矢量網(wǎng)絡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)絡分析，測量S參數(shù)的幅度部分。RIGOL RSA系列頻譜儀采用內部VSWR橋的獨特設計，配置內置跟蹤源，可以同時掃描幅度和相位，實現(xiàn)單端口的矢量網(wǎng)絡分析（VNA）功能。通過此設計，RSA頻譜儀的VNA模式可以實現(xiàn)對元器件、電路網(wǎng)絡的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)絡特性。
圖3：VNA基本原理示意圖
VNA可以在設定頻段范圍內進行測量，確定測量網(wǎng)絡的微波特性，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能對測量結果逐點進行誤差修正，并換算出其他多種網(wǎng)絡參數(shù)，如反射系數(shù)、電壓駐波比、阻抗（或導納）、衰減（或增益）、相移和群時延等信息。
3、RSA矢量網(wǎng)絡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（如天線）的阻抗匹配調試。阻抗匹配是射頻電路系統(tǒng)中重要的指標，用于調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。測量結果生成的跡線，顯示的是在選擇的頻段范圍內，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的反射向量，然后執(zhí)行快速傅里葉逆變換（IFFT）。結合線纜模型的特征，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測試結果
4、多種測量顯示類型，根據(jù)您的需要顯示測量結果
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)測試結果。RIGOL RSA系列頻譜儀的VNA模式，支持以下測量結果顯示類型：
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多種測量結果顯示類型
5、總結
常規(guī)的矢量網(wǎng)絡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)絡分析解決方案。
