在無線世界中，射頻組件測試的需求是將產(chǎn)品推向市場的關(guān)鍵因素之一。設(shè)備越來越小，包含的組件越來越復雜。運用阻抗(或?qū)Ъ{)和反射/傳輸參數(shù)的理論知識，可以使射頻設(shè)備的性能達到最佳。濾波器、諧振器等射頻元件所用到的電容和電感值可以通過理論計算來獲得，借助仿真軟件微調(diào)元件的屬性值來優(yōu)化整體設(shè)計，但是最終射頻元件的性能還需要通過實際測量來評估。

相比于標量網(wǎng)絡分析儀來說，矢量網(wǎng)絡分析儀（VNA）不僅可以測量幅度和頻率等標量信息，還可以測試相位等更加全面的系統(tǒng)特征值。

矢量網(wǎng)絡分析儀（VNA）是用來評估及測試射頻元件性能的重要設(shè)備，其測試結(jié)果以矢量（復數(shù)）形式表征。矢量網(wǎng)絡分析以反射[S11]和傳輸[S21]因子組成散射矩陣，并可以通過相位信息對線纜故障位置進行精確計算。

RIGOL的RSA5000N和RSA3000N（以下稱RSAxN）系列VNA解決方案可以執(zhí)行三種不同的測量：反射[S11]、傳輸[S21]和故障點距離[DTF]測量。通過切換測試模式，工程師可以輕松地獲取被測物（DUT）的頻率響應、相位、SWR（駐波比）等信息，并且可以得到依據(jù)DUT特性繪制的Smith圓圖和極坐標圓圖。

一、S11測量

反射測量是確定復雜系統(tǒng)(如無線通信系統(tǒng))性能的關(guān)鍵，反射系數(shù)指反射波電壓與入射波電壓的比值。進行反射測量最優(yōu)的方式之一是Smith圓圖，因為它所含信息最多，比如:

? 復阻抗信息、電感/容抗匹配情況以及補償方式

? 復反射系數(shù)

? 電容或電感的實際影響

? 頻率范圍的影響及頻率響應

? 射頻組件的Q因子

在RSAxN中，史密斯圓圖可以顯示阻抗或?qū)Ъ{圓圖。圖1是一個通用的Smith圓圖?！巴ㄓ谩笔侵杆梢杂糜诿總€系統(tǒng)阻抗。但最終實際復阻抗的計算須在測量完成后進行。在RSAxN中，可以通過標記和測量阻抗值來表征轉(zhuǎn)換后的值。

Smith圓圖和極坐標圖是分析特定頻段上復阻抗和反射系數(shù)的有效工具，其主要目的是做高頻電路的阻抗匹配。阻抗表示電路對電信號的阻礙能力，由矢量（復數(shù)）表征：實部表示電阻值，虛部表示電抗值（包括容抗和感抗）。在Smith圓圖中，上半部分表示電路偏感性，即虛部是正值；下半部分表示電路偏容性，即虛部是負值；中間的水平分界線表示電路為純阻性，即阻抗的虛部為0，最左側(cè)為短路點（阻抗為0），最右側(cè)為開路點（阻抗為無窮大），正中心是阻抗匹配點，此時電路處于最佳狀態(tài)。

圖1: 阻抗區(qū)域的Smith圓圖概述，以50 Ω為例

如下，以對50歐網(wǎng)絡的輸入端口測試為例，Smith圓圖可以顯示復數(shù)網(wǎng)絡中不同的可能性。

圖2：DUT中心頻率測量及阻抗匹配

如圖2，我們的實測結(jié)果對應Smith圓圖的A點（First measurement）。對該端口先串聯(lián)30歐的電阻我們可以讓測試結(jié)果到達B點然后再串聯(lián)27歐的感抗，即可實現(xiàn)在指定頻點的50歐匹配C點。但現(xiàn)實問題是，27歐感抗對應的67pH電感值非常小，很難實現(xiàn)，且獨立的電感元件適應頻率范圍也不夠高，所以對于更高的頻率，需要使用其他方法，如微帶傳輸線，用短截線來補償-j27歐（短路短截線的長度: I = 0.078λ，開路短截線的長度: I = 0.328 λ）。對于短截線，需要介電常數(shù)來評估正確的波長。

除了通過Smith圓圖來直觀進行阻抗匹配計算，VNA還可以在頻率范圍內(nèi)換算成回波損耗和電壓駐波比VSWR

圖3：S11參數(shù)測量的四種顯示方式：Smith圓圖、極坐標圖、對數(shù)幅度-頻率、SWR

信號通過濾波器、放大器等組件傳輸時，都會有延時現(xiàn)象。如果寬帶信號經(jīng)過組件，不同頻率信號的群時延不同，會引起信號的非線性變化，即導致信號失真，這不是我們所希望的結(jié)果。如果群時延在頻率范圍內(nèi)是恒定的，那么所有頻率分量將有相同的相位偏差，在這種情況下，理想系統(tǒng)將沒有失真，群時延將是一個恒定值。

群時延計算如下：