频谱分析仪对射频工程师来说并不陌生，它是进行频域分析时最基本的测试仪器，主要的功能是分析在频域里输入信号的频谱特性。那么，什么是网络分析仪呢？
网络分析仪也是射频领域的常用仪器，却因为昂贵的价格和设计的复杂被较少的人熟悉。今天我们就来揭开面纱——RIGOL RSA频谱仪的矢量网络分析模式，为您提供最具性价比的矢量网络分析解决方案，解决您的诸多测量问题！
图1：RIGOLRSA系列带VNA功能的频谱仪
“网络分析仪(Network Analyzer)”这一名字被提出的时候还没有计算机网络，所以网络分析仪所指的网络并非现在流行的计算机网络，而是指一组内部相互关联的电子元器件。网络分析仪的功能之一就是：量化两个射频元件间的阻抗不匹配，最大限度地提高功率效率和信号的完整性。每当射频信号由一个元件进入另一个元件时，总会有一部分信号被反射，另一部分被传输。通过定义反射系数和传输系数，我们可以更深入地了解被测器件（DUT）的性能。
网络分析仪能对被测量器件的线性和非线性特性进行表征，如放大器、混频器、滤波器、衰减器等。网络分析仪对被测器件端口的输入特性以及从一个端口到其它端口的转移特性进行测量的能力，为设计人员在对大型系统配置元器件时提供充分的依据。
图2：VNA功能测量界面
网络分析仪分为标量网络分析仪(Scalar Network Analyzer)和矢量网络分析仪(Vector Network Analyzer, VNA) 两种。标量网络分析仪只测量两个波量的幅度差；矢量网络分析仪既能测量各波量的幅度，又能测量各波量的相位；矢量网络分析仪还具有以下优势：
传统的频谱分析仪和跟踪源配合，只能进行标量网络分析，测量S参数的幅度部分。RIGOL RSA系列频谱仪采用内部VSWR桥的独特设计，配置内置跟踪源，可以同时扫描幅度和相位，实现单端口的矢量网络分析（VNA）功能。通过此设计，RSA频谱仪的VNA模式可以实现对元器件、电路网络的S11、S21以及故障点定位的测量，通过史密斯圆图、极坐标等多种显示更精确地表征被测件的网络特性。
图3：VNA基本原理示意图
VNA可以在设定频段范围内进行测量，确定测量网络的微波特性，并以扫频方式给出各散射参数的幅度、相位频率特性。同时，VNA能对测量结果逐点进行误差修正，并换算出其他多种网络参数，如反射系数、电压驻波比、阻抗（或导纳）、衰减（或增益）、相移和群时延等信息。
RSA系列频谱分析仪的VNA功能，提供了多种测量方式，如S11、S21、DTF(Distance toFault)；对于每次测量，都可以选择多种显示类型，以不同的角度呈现测量结果，如史密斯圆图、极坐标、回波损耗、SWR、群时延等。
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S11可以用于针对电子元器件（如滤波器）或电路网络（如天线）的阻抗匹配调试。阻抗匹配是射频电路系统中重要的指标，用于调整传输带宽和平衡功率传输 。输入端阻抗匹配时，传输线获得最大功率；在输出端阻抗匹配的情况下，传输线上只有向终端行进的电压波和电流波，携带的能量全部为负载所吸收。因而，对电路系统进行S11测试，是非常重要的测试手段。
测量电路系统的增益、插入损耗、衰减等指标，最常用的就是表征传输的S21参数。S21，是测量正向方向（从端口1到端口2）通过DUT的激励信号量，它是显示DUT造成多少损耗或增益的指标。测量结果生成的迹线，显示的是在选择的频段范围内，在RF输入处测得的功率与激励信号之比。
DTF, 故障点定位功能，用来定位通信系统或其他电路网络中可能出现故障的确切位置。例如在通信系统中，传输线故障是最频繁发生的，如线缆折断、连接器松动、年久老化、线路腐蚀等，甚至于在线缆生产制造过程中的材质差异、凹坑裂纹等很难用肉眼观察的情况，利用DTF都能够快速的定位故障位置。使用 DTF 可以及早发现线路的问题隐患，及早处理，很大程度上避免通信中断事故的发生，降低事故处理的影响和成本。
图8：DTF设置界面
DTF是S11测量的扩展应用，是为了定位线缆故障的距离，在频域中测量被测电缆的反射。DTF首先通过比较反射信号和跟踪源创建的参考信号来确定频段范围内的反射向量，然后执行快速傅里叶逆变换（IFFT）。结合线缆模型的特征，就能够快速确定反射传播的距离，准确定位线缆中的故障点。为了进一步提高准确性，DTF的算法中还考虑补偿了传输过程中发生的衰减损耗。
图9：DTF测试结果
对于不同的测量功能，您可以选择多种测量显示方式，更直观的呈现测试结果。RIGOL RSA系列频谱仪的VNA模式，支持以下测量结果显示类型：
对数/线性幅度：显示DUT的幅度特性。Y轴表示测量结果的对数（dB）/线性幅度，X轴表示选定的频率范围。可用于S11测量、S21测量和DTF测量。
相位：显示DUT的相位特性。Y轴线性以度为单位显示相位，X轴表示选定的频率范围，可用于S11测量、S21测量。
群时延：迹线结果代表信号经过DUT的传输时延，可用于S11测量、S21测量。
史密斯圆图：以史密斯圆图显示测量结果。史密斯圆图是主要显示DUT的阻抗或反射特性的圆形图，可用于S11测量。
史密斯圆图形式允许用户选择以下任一种数据组作为Maker的显示结果。
线性 / 相位
对数 / 相位
实部 / 虚部
R + jX
G + jB
极坐标：迹线到极坐标原点的距离代表测量结果的幅度，迹线与原点相连直线和X正半轴的夹角代表测量结果的相位，可用于S11测量。
极坐标形式允许用户选择以下任一种数据组作为Maker的显示结果。
驻波比：显示DUT的（电压）驻波比。SWR是在输电线路中出现的最大电压与最小电压之比。它是DUT输入端反射功率的量度。Y轴的对数显示SWR（无单位）, X轴代表选定的频率范围，可用于S11测量和DTF测量。
回波损耗：显示反射功率的大小（回波损耗）。Y轴显示以dB为单位的回波损耗，X轴表示选定的频率范围，可用于S11测量和DTF测量。
图10：VNA多种测量结果显示类型
常规的矢量网络分析仪价格非常昂贵，而且体积一般较大，不便于系统搭建和操作。由RIGOL研发的RSA系列频谱分析仪，搭配VNA功能模式，可以提供给您最具性价比的矢量网络分析解决方案。
