若干电气元件相互连接形成的系统叫做网络。“网络”可以作为电路的代名词，“网络分析”就是电路分析，只是平常很少这样说，由此增添了几分神秘色彩。到了射频通信领域，可以把任何具有一个以上端口的电路单元称为网络，并且常常把这种网络视为“黑箱”，并不去关心电路单元内部是怎么回事，而是给端口加上适当的激励信号，测试电路的反应，从而表征这个网络的特点。射频通信领域常说的“网络分析”，就是这种以端口为界，描绘射频电路性能的工作。
散射参数
为了进一步了解网络分析给我们带来的便利，有必要先了解网络分析的语言——散射参数。图（1）是一个Π型衰减器，图（2）是它的电路图，如何最简单明确的描述它的性能呢？熟悉传统电路分析的人不难想到，可以先把右边的端口开路，然后用万用表测试左边的电阻；再把左边开路，测试右边的电阻。给左边通上适当的电流，然后用电压表测试右边的电压，然后反过来再测试一次。根据这些数据依次得到四个参数：开路输入电阻、开路输出电阻，开路正向传输电阻、开路反向传输电阻。当看到这一堆似曾相识参数之后，您一定会问：这东西与衰减器有啥关系，大家喜闻乐见的衰减量是多少？
图1
图2
这个例子说明，在低频电路上常用的Z参数（开路阻抗参数），用在射频通信领域既不符合习惯，也难以测量。归纳起来，有三个重要原因促使我们选择一种新的参数来描述电路：（1）大多数射频电路不允许端口开路或短路，因为这样做会让电路偏离预定的工作状态；（2）波长很短的时候，即使信号只传播很短距离，也会发生不可忽视的相位移动，使测试计算变得非常困难；（3）需要有一整套方法，能够根据所得到的参数迅速简便的设计电路。基于上述原因，散射参数应运而生。
散射参数（Scattering Parameters）常被简称为S参数。和阻抗参数类似，对于有两个端口的网络（例如衰减器）而言，它也包括四个部分，用Sij表示，其中，i表示待检测端口，j表示激励信号的入射端口：
S11：被测器件（device under testing，简称DUT）的一个端口对信号的反射量，又称回波损耗；
S21：信号通过被测器件时产生的变化（幅度和相位变化，又称插损或增益）；
S12：信号以相反方向通过被测器件时产生的变化；
S22：被测器件的另一个端口对信号的反射量。
当一个端口在测试时没有被用到时，应接上匹配负载，于是电路能够非常接近正常的工作状态。测量散射参数，只需要了解信号流经被测器件时产生的变化，同时又不会对电路的正常工作造成影响，因此更加简单、直接。后面将要介绍的网络分析仪，就是专门测量散射参数的装置。
通过数学计算，散射参数能够被转换为其它类型的参数。
S参数是归一化的相对值
四个S参数都代表出射信号与入射信号的电压比（或功率比，在计算时应统一）。还是用衰减器来举例，图（2）中，入射信号的功率是1W，经过待测器件，输出0.1W，则S21=0.1/1=0.1。换算成分贝值则为-10dB。于是这支衰减器的衰减量是10dB。这一相对值又是频率的函数。随着频率的变化，衰减器的衰减量可能发生波动。把频率作为横坐标，衰减量作为纵坐标，可以得到幅度——频率特性图，简称幅频特性图。
有的时候还需要关心信号通过电路以后相位发生的变化。例如一支天线，给他输入1W∠0°的信号，在天线的端口上测到反射信号功率为入射信号的0.5倍（称为反射系数），但是反射信号与入射信号之间，电压的相位相差了90度，则天线的S11表示为0.707∠90°，表明有-3dB的回波损耗，且相位滞后90度。
网络分析的效益
了解了散射参数以后再来探讨网络分析的效益就很容易理解。上面举例的衰减器，当对他进行网络分析以后，直接得到了衰减量这个参数，就能直观的了解衰减器接入射频电路以后会产生什么效果。下面天线的例子，进一步说明了这种分析方法的方便之处。
通过网络分析，能够直接测到天线的S11参数，包含一个幅度（或功率）关系和一个相位关系，例如0.5∠90°。图（3）是一个极坐标的S11关系图，它的径向坐标代表幅度关系，绕轴旋转的角度代表相位关系。图（4）是一个直角坐标表示的阻抗图，横坐标代表电阻，纵坐标代表电抗。对图（4）做从直角坐标到极坐标的坐标变换，并让刻度符合单位阻抗（Zn=Z/Z0,Z0=50Ω）与反射系数（Γ）之间的关系式Zn=（1+Γ）/(1-Γ)，可以得到图（5）所示的阻抗圆图。图（3）和图（5）重叠起来，得到史密斯圆图（Smith Chat，图6）。在这张图上，可以根据S11参数，直接读取天线的输入阻抗。我们的目的是匹配以传输最大的功率，这时有两种方法：（1）传输线末端提供一个与天线输入阻抗共轭的输出阻抗；（2）通过调试和接入匹配元件，让天线的输入阻抗变为纯粹的50欧。对于后一种方法，匹配元件的大小，可以在史密斯图上方便的求解。
图3
图4
图5
图6
不论是反射系数-相位图还是史密斯图，都没有频率坐标。一个频率的S参数，只对应图上的一个点。网络分析仪显示结果的过程，就是扫描若干频率，然后把测得的S参数都画在图上，用平滑的曲线连接起来。
事实上人们发明了一整套使用S参数的办法，能够极大的简化射频电路设计。这方面已经有很多资料，感兴趣的读者可以自行了解。
网络分析仪
有了上文的基础，现在我们应该关心一下如何求得S参数。在很久以前，求S参数虽然已经是网络分析中最便捷的手段，但仍是一件非常麻烦的事情。原理上无外乎用信号源给待测器件送入一个稳定的信号，然后用电平表测输出功率，或者用测量线在不同的距离上测试电压，从而计算得到幅度和相位。问题就在于这种测试每次只能针对一个频率，如果要了解不同频率上的变化趋势，就需要进行多次测量，有的时候一测就是几天。
平顶山网络公司公司动态
蓬安互联网户外洗车机公司动态