淺析向量網路分析儀工作原理（上）

向量網路分析儀（VNA）可量測微波元件（網路）的大小與相位的特性，常見的微波被動（passives）元件包含訊號傳輸線、濾波器、天線、超聲波傳導濾波器（SAW）、分配器、及一些平衡與非平衡（Balanced and Unbalanced）被動元件; 主動元件包括積體電路放大器、低雜訊放大器（LNA）、ICs、混頻器（Mixer）、功率放大器、塔頂放大器（Tower mounted amplifier）等等，可說包羅萬象。

向量網路分析儀工作原理

向量網路分析儀主要工作原理是，利用其發射至待測物的入射訊號與待測物反射回分析儀的反射訊號，或是穿透至待測物另一端的穿透訊號，進行比較得到的相對值。

圖一與圖二說明向量網路分析儀可做的兩件事情

圖一：穿透量測

增益Gain （dB）

插入損失Insertion Loss （dB）

相位差Insertion Phase （degrees）

穿透係數Transmission Coefficients （S12, S21）

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電子長度Electrical Length （m）

延遲時間Electrical Delay （s）

線性相位變化量Deviation from Linear Phase （degrees）

群延遲Group Delay （s）

圖二：反射量測

返回損失Return Loss （dB）

反射係數Reflection Coefficients （S11, S22）

反射係數vs.距離/時間Reflection Coefficients vs. Distance Fourier Transform）

阻抗Impedance （R+jX）

駐波比SWR

向量網路分析儀量測系統基本觀念

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向量網路分析儀量測系統使用一可調整頻段的接收機如圖三所示，此微波訊號是經由降頻器將其頻率降至中頻通帶處理。

較不易收干擾訊號或雜訊干擾

圖三：向量網路分析儀可調整頻段接收機方塊圖

使用分歧器將微波訊號在量測前分開可以得到一個相位的參考量如圖四所示。微波訊號的相位在穿過待測物之後，然後將其比較原先的訊號得ㄧ參考相位量，向量網路分析儀自動取樣參考訊號不需額外的硬體。

圖四：分離微波訊號求得相位參考量

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讓我們考慮一個例子，假設我們先將待測物移去使用一長度的傳輸線代替如圖五所示，附註說明此傳輸線路徑長度比參考訊號的長度來的長，線在我們看看在這種情形之下對我們的量測有什麼影響。

圖五：分離微波訊號待測物用傳輸線取代

假設我們將測試訊號設在1GHz的位置且此兩不同路徑長度分別出來的兩訊號是精確的差一個波長，這個意思就是測試訊號與參考訊號差360度相位角如圖六所示，我們無法說出一個正弦波最大值至下ㄧ個最大值的實際差距，所以網路分析儀將量到的相位差是0度。

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