RF设计与应用射频组件电气特性量测及网络分析仪校正技术简

一、前言
本文主旨在说明射频通讯电子组件在电气特性量测时所需考虑的观点， 藉此引出网络分析仪在高频量测的重要性。而以网络分析仪实行量测工作之前， 尚须考虑量测环境与校正程序对于量测结果的影响； 并对此做进一步的探讨。文中亦对一般常用之全双埠校正法做一定性上的说明， 以此彰显校正技术与量测之密切关系。

二、浅谈射频组件电气特性量测
当电子电路的操作频率愈来愈高，电子组件的电气特性就愈难掌握。一般在VHF(very high frequency,30~300MHz)以下的电路， 其组件尺寸或整体电路尺寸与操作频率所对应的波长相比约为一比十， 即相当于远小于一波长； 且操作电压都在十伏特左右甚至更低； 则可视电路走线(Trace)上的电压位准(Voltage level)为同时或实时性的。也就是说， 在某一定时刻下，电路走在线各点的电压是相同的。

而在这种状况下， 通常电路组件两端的电压也是相同的。此种电路即称为集总式电路(Lumped circuit)。其电阻、电容、电感等一般常用的电路组件就由组件上头或信息表上所标示的特性值来决定。此时只要一个较精细的万用电表就可以近乎准确地量得组件特性。然而当电路的操作频率愈来愈高，
使得组件尺寸或整体电路尺寸与操作频率所对应的波长相比大于一比十；则在一定时间下， 电路走在线或电路组件两端的电压变化不可被忽略时，此时的电路即为分布式(distributed circuit)电路。此电压变化乃因电路走在线的电感与电容值， 或是组件的寄生效应甚至材料特性等， 随操作频率增加而被突显出来。因此一条走线不再是一个单纯的连接线， 组件也不再由一个单纯的理想值所决定； 而得由许许多多的等效电路来表示。此时便无法用电表量得一个单纯的值， 而须以较高频的电磁特性或传输线理论(transmission line theory)来加以分析。

三、网络分析仪

分布式电路的特性， 除了以电路法则分析外， 尚须多考虑类似光学的反射与穿透的观念； 也就是以电磁波能量传输的观点来进行电路或组件的特性量测与分析。一般最常用的量测仪器即为网络分析仪。它是视待测物(Device Under Test, DUT)为一整个网络系统， 藉由量测其在不同频率下的功率反射系数（ reflected coefficient）与穿透系数（ transmitted coefficient）来分析待测物特性。目前一般常用的网络分析仪皆为向量式网络分析仪(Vector Network Analyzer, VNA)， 其与早期的纯量网络分析仪相比之特性上差异， 为前者可以完整地量测到各个参数的大小值与相位值。

网络分析仪有许多的品牌规格以供给使用单位不同目的需求选择； 本单位常用的有两台，分别为：以研究为主的HP-8510C 如(图一)， 以经济上及作业效率为诉求的HP-8753E。如( 图二)， 在此做简略的展示， 以供读者参考。

 
图一、HP-8510C 网络分析仪

 
图二、HP-8753E 网络分析仪