矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的散射參數(shù)

任何一個微波系統(tǒng)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(tǒng)都有其各自的功能和相應(yīng)的性能指標(biāo)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(nèi)的電磁波，所以需要確定通頻帶的帶寬、通帶內(nèi)損耗、帶外的信號抑制等指標(biāo)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(biāo)要求。因此對電路中單端口或多端口網(wǎng)絡(luò)進行分析是射頻工程中常見的測量任務(wù)之一。網(wǎng)絡(luò)分析儀是以高的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(yīng)，并換算出各散射參數(shù)，來表征其電路的特性。網(wǎng)絡(luò)分析儀可以分析各種射頻微波電路（或者網(wǎng)絡(luò)），從簡單的器件如濾波器和放大器，到通信衛(wèi)星使用的復(fù)雜模塊。 網(wǎng)絡(luò)分析儀分為標(biāo)量網(wǎng)絡(luò)分析儀和矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀。傳統(tǒng)的標(biāo)量網(wǎng)絡(luò)分析儀只對微波網(wǎng)絡(luò)的幅度響應(yīng)進行測量，而矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀可以測量微波網(wǎng)絡(luò)的幅度和相位響應(yīng)，在實際工程中應(yīng)用也更加廣泛。

對于一個微波網(wǎng)絡(luò)可使用Y參數(shù)、Z參數(shù)和S參數(shù)測量和分析，Y參數(shù)稱為導(dǎo)納參數(shù)，Z參數(shù)稱為阻抗參數(shù)，S參數(shù)稱為散射參數(shù)。前兩個參數(shù)主要用于節(jié)點電路，Z參數(shù)和Y參數(shù)對于節(jié)點參數(shù)電路分析非常有效，各參數(shù)可以很方便地測試。但是在微波系統(tǒng)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(wǎng)絡(luò)時，等效電壓和電流以及有關(guān)的阻抗和導(dǎo)納參數(shù)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(shù)，即S參數(shù)矩陣，它更適合于分布參數(shù)電路，因此矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀選擇S參數(shù)作為微波網(wǎng)絡(luò)最終測試結(jié)果。

S參數(shù)就是建立在入射波、反射波關(guān)系基礎(chǔ)上的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，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(wǎng)絡(luò)。同N端口網(wǎng)絡(luò)的阻抗和導(dǎo)納矩陣，用散射矩陣也能對N端口網(wǎng)絡(luò)進行完善的描述。阻抗和導(dǎo)納矩陣反映了端口的總電壓和電流的關(guān)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(guān)系。散射參量可以直接用網(wǎng)絡(luò)分析儀測量得到，也可以用網(wǎng)絡(luò)分析技術(shù)來計算。 我們定義了同軸線和波導(dǎo)系統(tǒng)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(guān)，因此可以把v、i當(dāng)作一組端變量。但是在高頻和微波測量系統(tǒng)中，實際上經(jīng)常使用另外一組端變量a、b。a表示沿進入網(wǎng)絡(luò)端口方向傳播的入射波，b表示沿逸出網(wǎng)絡(luò)端口方向傳播的出射波。