矢量網絡分析儀的散射

任何一個微波系統都是由各種微波元器件和微波傳輸線組成的，元件及整個系統都有其各自的功能和相應的性能指標要求。例如濾波器元件的作用是濾除不需要的干擾信號，通過特定頻率范圍內的電磁波，所以需要確定通頻帶的帶寬、通帶內損耗、帶外的信號抑制等指標要求；功率放大器元件的作用是放大小信號，需要確定增益、諧波失真、1dB壓縮點等指標要求。因此對電路中單端口或多端口網絡進行分析是射頻工程中常見的測量任務之一。網絡分析儀是以精度和效率進行電路測量和分析的儀器，通過對電路進行頻率掃描和功率掃描，測試信號的幅度與相位響應，并換算出各散射參數，來表征其電路的特性。網絡分析儀可以分析各種射頻微波電路（或者網絡），從簡單的器件如濾波器和放大器，到通信衛星使用的復雜模塊。 網絡分析儀分為標量網絡分析儀和矢量網絡分析儀。傳統的標量網絡分析儀只對微波網絡的幅度響應進行測量，而矢量網絡分析儀可以測量微波網絡的幅度和相位響應，在實際工程中應用也更加廣泛。

對于一個微波網絡可使用Y參數、Z參數和S參數測量和分析，Y參數稱為導納參數，Z參數稱為阻抗參數，S參數稱為散射參數。前兩個參數主要用于節點電路，Z參數和Y參數對于節點參數電路分析非常有效，各參數可以很方便地測試。但是在微波系統中，由于確定非TEM波電壓、電流存在困難，而且在微波頻段測量電壓和電流也存在實際困難，因此，在處理微波網絡時，等效電壓和電流以及有關的阻抗和導納參數變得較抽象。與直接測量入射波、反射波及傳輸波概念更加一致的表示是散射參數，即S參數矩陣，它更適合于分布參數電路，因此矢量網絡分析儀選擇S參數作為微波網絡最終測試結果。

S參數就是建立在入射波、反射波關系基礎上的網絡參數，適于微波電路分析，以元器件端口的反射信號以及從該端口傳向另一端口的信號來描述電路網絡。同N端口網絡的阻抗和導納矩陣，用散射矩陣也能對N端口網絡進行完善的描述。阻抗和導納矩陣反映了端口的總電壓和電流的關系，而散射矩陣反映的是端口的入射電壓波和反射電壓波的關系。散射參量可以直接用網絡分析儀測量得到，也可以用網絡分析技術來計算。 我們定義了同軸線和波導系統中任何工作模式適用的廣義電壓和廣義電流（v和i），它們與端平面上的場有關，因此可以把v、i當作一組端變量。但是在高頻和微波測量系統中，實際上經常使用另外一組端變量a、b。a表示沿進入網絡端口方向傳播的入射波，b表示沿逸出網絡端口方向傳播的出射波。

如下圖所示的二端口微波網絡，入射波和出射波之間的關系可用S參數表示：S11是入射端口的反射系數（回波損耗與反射系數互為倒數關系）），在端口2連接匹配負載時（通常為50Ω），在端口1測量得到b1/a1的比值，其值介于0到-∞之間，0表示全反射，其倒數為回波損耗值。S21是正向傳輸系數，在端口2連接匹配負載時，在端口2測量得到b2/a1的比值，俗稱插入損耗，0表示全吸收。即：  S12是反向傳輸系數，在端口1連接匹配負載時，在端口1測量得到b1/a2的比值。也就是隔離。S22是出射端口的反射系數，在端口1連接匹配負載時，在端口2測量得到b2/a2的比值。