矢量网络分析的基本原理

网络分析是指设计制造人员和制造厂家对较复杂系统中所有元件和和电路的电气性能进行测量的过程。当这些系统传送具有信息内容的信号时，我们最关系的是如何以高效率和最小失真使信号从一处传递到另一处。矢量网络分析是通过测量元件对频率扫描和功率扫描测试信号的幅度与相位的影响，来表征元件特性的一种方法。

这里我们将介绍矢量网络分析的基本原理。讨论的内容包括可测量的通用参数，其中涉及散射参数（S参数）的概念。还对一些射频基本知识，如传输线和史密斯原图进行回顾。

是德科技公司能够提供各种各样用于在DC-110 GHz 范围内表征元件特性的标量网络分析仪和矢量网络分析仪。还可以为这些仪器提供各种选件，以简化实验室和生产环境中的测试。

通信系统中的测试要求

在任何通信系统中，都必须考虑信号失真的影响。尽管我们一般只考虑非线性效应引起的失真（例如，当所应用的载波信号引起互调失真时），但纯粹的线性系统也可能引入信号失真。由于线性系统可能改变信号各个频谱分量的幅度或相位关系，所以有可能改变所通过信号的时间波形。

现在，我们来仔细的研究线性特性和非线性特性直间的差别。

线性器件使输入信号产生幅度和相位变化（图1）。在输入端出现的任何正弦曲线也将以相同频率出现在输出端，而不会形成新信号。无论是有源或是无源非线性器件，都可能使输入信号的频率偏离原来的位置， 或增加其它频率分量，如谐波信号或寄生信号。过大的输入信号通常会迫使线性器件进入压缩或饱和状态，从而引起非线性工作。

线性特征和非线性特征的比较

为了进行线性无失真的传输，被测器件（DUT）在所要求的整个带宽内，其幅度响应必须平坦，而相位响应必须呈线性。作为例子，我们来研究在经过带通滤波器时含有丰富高频分量的方波信号，该带通滤波器以很小的衰减让选定的频率通过，而通带之外的频率则有不同程度的衰减作用。

即使滤波器具有线性相位性能，方波的带外分量也将受到衰减。这使本例中的输出信号在本质 上更具正弦属性（见图2）。

图2. 幅度随频率的变化

如果在某一滤波器中通过相同的方波输入信号仅造成第3次谐波的相位倒置，而维持谐波幅度不变，则输出波形将更呈现出脉冲特征（图3）。一般来说，这种情况仅适用于本例中的滤波器，输出波形将依据幅度和相位的非线性情况呈现出任意形式的失真。

图3. 相位随频率的变化

图4. 非线性感生失真

非线性器件也会引入失真（图4）。例如，当放大器被过激励时，由于放大器饱和而使输出信号限幅。输出信号不再是一个纯正的正弦信号, 再输入频率的各个倍频程位置处存在谐波。无源器件在高功率电平上可能呈现非线性特征。有关这方面的一个佳例子是利用具有磁芯电感器的LC滤波器。磁性材料常常呈现出高度非线性的滞磁效应。

高效率传送功率是通信系统的另一个基本问题。为了高效率地传送，发射或接收射频功率，诸如传输线，天线和放大器这样一些器件都须对信号源呈现出良好的阻抗匹配。当两个连接器件之间的输入与输出阻抗的实部和虚部都达不到理想状态时，便出现阻抗失配。