在無(wú)線世界中，射頻組件測(cè)試的需求是將產(chǎn)品推向市場(chǎng)的關(guān)鍵因素之一。設(shè)備越來(lái)越小，包含的組件越來(lái)越復(fù)雜。運(yùn)用阻抗(或?qū)Ъ{)和反射/傳輸參數(shù)的理論知識(shí)，可以使射頻設(shè)備的性能達(dá)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(guò)理論計(jì)算來(lái)獲得，借助仿真軟件微調(diào)元件的屬性值來(lái)優(yōu)化整體設(shè)計(jì)，但是最終射頻元件的性能還需要通過(guò)實(shí)際測(cè)量來(lái)評(píng)估。
相比于標(biāo)量網(wǎng)絡(luò)分析儀來(lái)說(shuō)，矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀（VNA）不僅可以測(cè)量幅度和頻率等標(biāo)量信息，還可以測(cè)試相位等更加全面的系統(tǒng)特征值。
矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀（VNA）是用來(lái)評(píng)估及測(cè)試射頻元件性能的重要設(shè)備，其測(cè)試結(jié)果以矢量（復(fù)數(shù)）形式表征。矢量網(wǎng)絡(luò)分析以反射[S11]和傳輸[S21]因子組成散射矩陣，并可以通過(guò)相位信息對(duì)線纜故障位置進(jìn)行精確計(jì)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(cè)量：反射[S11]、傳輸[S21]和故障點(diǎn)距離[DTF]測(cè)量。通過(guò)切換測(cè)試模式，工程師可以輕松地獲取被測(cè)物（DUT）的頻率響應(yīng)、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(biāo)圓圖。
一、S11測(cè)量
反射測(cè)量是確定復(fù)雜系統(tǒng)(如無(wú)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(jìn)行反射測(cè)量最優(yōu)的方式之一是Smith圓圖，因?yàn)樗畔⒆疃啵热?
? 復(fù)阻抗信息、電感/容抗匹配情況以及補(bǔ)償方式
? 復(fù)反射系數(shù)
? 電容或電感的實(shí)際影響
? 頻率范圍的影響及頻率響應(yīng)
? 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(gè)通用的Smith圓圖。“通用”是指它可以用于每個(gè)系統(tǒng)阻抗。但最終實(shí)際復(fù)阻抗的計(jì)算須在測(cè)量完成后進(jìn)行。在RSAxN中，可以通過(guò)標(biāo)記和測(cè)量阻抗值來(lái)表征轉(zhuǎn)換后的值。
Smith圓圖和極坐標(biāo)圖是分析特定頻段上復(fù)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(duì)電信號(hào)的阻礙能力，由矢量（復(fù)數(shù)）表征：實(shí)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(fù)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(diǎn)（阻抗為0），最右側(cè)為開(kāi)路點(diǎn)（阻抗為無(wú)窮大），正中心是阻抗匹配點(diǎn)，此時(shí)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(duì)50歐網(wǎng)絡(luò)的輸入端口測(cè)試為例，Smith圓圖可以顯示復(fù)數(shù)網(wǎng)絡(luò)中不同的可能性。
圖2：DUT中心頻率測(cè)量及阻抗匹配
如圖2，我們的實(shí)測(cè)結(jié)果對(duì)應(yīng)Smith圓圖的A點(diǎn)（First measurement）。對(duì)該端口先串聯(lián)30歐的電阻我們可以讓測(cè)試結(jié)果到達(dá)B點(diǎn)然后再串聯(lián)27歐的感抗，即可實(shí)現(xiàn)在指定頻點(diǎn)的50歐匹配C點(diǎn)。但現(xiàn)實(shí)問(wèn)題是，27歐感抗對(duì)應(yīng)的67pH電感值非常小，很難實(shí)現(xiàn)，且獨(dú)立的電感元件適應(yīng)頻率范圍也不夠高，所以對(duì)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(lái)補(bǔ)償-j27歐（短路短截線的長(zhǎng)度: I = 0.078λ，開(kāi)路短截線的長(zhǎng)度: I = 0.328 λ）。對(duì)于短截線，需要介電常數(shù)來(lái)評(píng)估正確的波長(zhǎng)。
除了通過(guò)Smith圓圖來(lái)直觀進(jìn)行阻抗匹配計(jì)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(cè)量的四種顯示方式：Smith圓圖、極坐標(biāo)圖、對(duì)數(shù)幅度-頻率、SWR
信號(hào)通過(guò)濾波器、放大器等組件傳輸時(shí)，都會(huì)有延時(shí)現(xiàn)象。如果寬帶信號(hào)經(jīng)過(guò)組件，不同頻率信號(hào)的群時(shí)延不同，會(huì)引起信號(hào)的非線性變化，即導(dǎo)致信號(hào)失真，這不是我們所希望的結(jié)果。如果群時(shí)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(méi)有失真，群時(shí)延將是一個(gè)恒定值。
群時(shí)延計(jì)算如下：
