定向電橋是一種射頻網(wǎng)絡(luò )，通俗而言，是一種能夠區分射頻信號流動(dòng)方向的裝置。一般情況下，射頻信號從信號源（比如發(fā)射機）傳輸到負載（比如天線(xiàn)），叫做入射。如果負載不匹配，就會(huì )反射一部分信號，使它送回到信號源，簡(jiǎn)稱(chēng)為反射。定向電橋能夠把這兩種不同方向的射頻信號分別提取出一部分來(lái)。理論上，正向電橋提取正向傳輸的信號，不會(huì )提取反向的信號。反之，反向電橋只提取反向傳輸的信號，不會(huì )提取正向信號。在提取的過(guò)程中，不會(huì )丟失信號的相位信息，也能夠以確切的數學(xué)關(guān)系忠實(shí)的反映信號的幅度。對于阻抗確定的傳輸系統，知道了幅度也就知道了功率。

 

電橋是非常有用的裝置，有了只提取一個(gè)方向信號的能力，只要對提取出來(lái)的信號的功率（幅度）和相位進(jìn)行檢測，就能測試傳輸的功率大小、反射的功率大小，傳輸和反射之間的相位差別。有了這些信息，就能描述負載的特征。由于定向電橋只能提取一個(gè)方向的信號，所以要同時(shí)測得上述參數，應該使用兩個(gè)不同方向安裝的電橋串聯(lián)起來(lái)，對它們提取到的信號進(jìn)行比較。使用兩個(gè)電橋比較麻煩，在要求不高的情況下，對于正向信號的提取，可以使用更為簡(jiǎn)單的定向性網(wǎng)絡(luò )——例如分路器。這種分路器正反特性也是不同的，不過(guò)單向性沒(méi)有定向電橋好。

 

通常的天線(xiàn)分析儀具有一個(gè)端口。這個(gè)儀器內部有一個(gè)或者兩個(gè)定向電橋，另外還有一個(gè)頻率可變的信號發(fā)生器，以及用來(lái)檢測定向電橋提取到的信號的檢波器。當把天線(xiàn)分析儀的端口連接到待測的天線(xiàn)上時(shí)，分析儀可以對正向信號和反向信號進(jìn)行比較。如果只進(jìn)行幅度的比較，可以求得駐波系數、反射系數或回波損耗。如果同時(shí)還進(jìn)行相位的比較，則可以求得天線(xiàn)的阻抗。

 

萬(wàn)能框圖，天分、標網(wǎng)、矢網(wǎng)都可以從中變化得來(lái)

 

能夠同時(shí)比較相位和幅度的儀器叫做矢量?jì)x器，只能比較幅度參數的，叫標量?jì)x器。幅度的比較有廉價(jià)的方法，相位的比較卻比較復雜。對于要求不太高的場(chǎng)合，可以使用商品的相位檢波器（如AD8302），但是這種檢波器的相位測試范圍只有半個(gè)周期，換句話(huà)說(shuō)，不能直接得到相位變化的符號，如果希望得到符號，一般需要把參與比較的一路信號（提取出來(lái)的正向或反向信號）移相90度再比較一次。這個(gè)過(guò)程仍然相當麻煩，而且像AD8302這樣的器件，測試準確度往往達不到儀器級別的要求。也可以采用二極管方式的鑒相器，這種鑒相器雖然可以涵蓋整個(gè)周期，但是它的比相輸出與輸入的幅度有直接關(guān)系，必須事先對信號進(jìn)行穩幅。這也是一個(gè)令人頭痛的工作。另一種做法，是使用示波器中常見(jiàn)的邊沿觸發(fā)技術(shù)，例如上升沿觸發(fā)技術(shù)。當被比較的一個(gè)信號以上升沿過(guò)零點(diǎn)的時(shí)候，計時(shí)器被觸發(fā)，開(kāi)始計時(shí)。當另一個(gè)信號的上升沿來(lái)到的時(shí)候，果斷的停止計時(shí)。如果已知兩個(gè)信號的頻率，就可以根據時(shí)間差準確的計算出相位差。無(wú)疑，這個(gè)過(guò)程在頻率很高的時(shí)候也是相當困難的。正是這些原因，加上大量減少相位誤差的措施和校準軟件方面的投入，模擬矢量?jì)x器的價(jià)格和只比較幅度的標量?jì)x器相比要高得多。目前矢量?jì)x器已經(jīng)逐步采用數字處理技術(shù)，隨著(zhù)數字芯片價(jià)格的降低和算法的改進(jìn)，矢量?jì)x器最終會(huì )普及到普通愛(ài)好者手中，這是值得我們期待的。

 

許多業(yè)余愛(ài)好者的天線(xiàn)分析儀能夠測試阻抗，具備一般需要矢量?jì)x器才能具備的功能。但是他們并沒(méi)有直接測試信號的相位。這些儀器采用的辦法是同時(shí)測試正向信號、反向信號、正反向信號的混合信號的幅度，然后建立一個(gè)方程組，求解出待測負載的阻抗——因為混合信號的幅度與兩個(gè)信號的相位差具有關(guān)系。其它類(lèi)似的方法也是可行的，只要能建立有意義的方程組即可。求解方程組，可以得到兩個(gè)虛部相互對稱(chēng)的根，還需要通過(guò)變動(dòng)頻率或者接入電抗元件來(lái)判斷到底哪一個(gè)根是有效的?，F在，已經(jīng)可以用單片機自動(dòng)的完成這個(gè)過(guò)程，求得虛部帶符號的阻抗了。另一個(gè)重要區別是，目前業(yè)余愛(ài)好者的天線(xiàn)分析儀沒(méi)有辦法修正掉電纜等帶來(lái)的相位移動(dòng)，除非頻率很低，否則無(wú)法得出可信的結論。通過(guò)以上分析我們知道，通常見(jiàn)到的業(yè)余無(wú)線(xiàn)電天線(xiàn)分析儀和專(zhuān)業(yè)的矢量天線(xiàn)分析儀具有原理上的區別。

 

用只有幅度（駐波）測試功能的天線(xiàn)分析儀，可以得到天線(xiàn)的駐波系數。駐波系數對于判斷天線(xiàn)的好壞和用修剪、湊試的方法調試天線(xiàn)都具有重要價(jià)值。所以，只具有駐波測試功能的天線(xiàn)分析儀（簡(jiǎn)稱(chēng)駐波表）常用于天線(xiàn)工程施工、天線(xiàn)修剪、天線(xiàn)質(zhì)量檢查等方面，對于絕大多數用途已經(jīng)足夠了。

 

同時(shí)需要注意，僅僅了解天線(xiàn)的駐波，某些情況下會(huì )得出錯誤的結論。比如A天線(xiàn)在100~200MHz的駐波系數為1.5，B天線(xiàn)在相同頻段的駐波系數都為2.0。能不能說(shuō)A天線(xiàn)比B天線(xiàn)好呢？對于工程架設——或者說(shuō)天線(xiàn)應用來(lái)說(shuō)，當然可以得出這個(gè)結論。但是對于天線(xiàn)研發(fā)來(lái)說(shuō)，就未必。如果A天線(xiàn)在100~200MHz頻帶內，阻抗變化很大，其阻抗的矢量繞著(zhù)50歐轉了一個(gè)大圈。而B(niǎo)天線(xiàn)的阻抗卻幾乎不變，那么，對于B天線(xiàn)，只需要稍微進(jìn)行一點(diǎn)匹配，就能把駐波調整到1.5甚至1.2以下。而對于A(yíng)天線(xiàn)，無(wú)論怎么匹配，都只能把其中某個(gè)很窄的頻率（例如150~160MHz）的駐波系數調整到1.2以下，而與之背離的某個(gè)地方，就會(huì )冒到2.0以上…… 顯然，B天線(xiàn)更受歡迎。這個(gè)例子說(shuō)明，具備阻抗測試功能的天線(xiàn)分析儀更適合于天線(xiàn)的研發(fā)，尤其是寬帶天線(xiàn)的研發(fā)。業(yè)余無(wú)線(xiàn)電天線(xiàn)一般都是窄帶工作的，阻抗分析優(yōu)勢不一定明顯，但是它可以提供有關(guān)調試方向的重要參考，通過(guò)一些手段，還能測試電感、電容等元件，所以對于愛(ài)好者中的骨灰級DIY派來(lái)說(shuō)，具備阻抗顯示功能的天線(xiàn)分析儀有重要意義。

 

在專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域，還需要測試天線(xiàn)的方向圖、極化特性等指標。測試這些指標需要用標準天線(xiàn)和測試接收機在不同的方位接收待測天線(xiàn)發(fā)射的信號（或者待測天線(xiàn)在轉臺上轉動(dòng)）。具備這種功能的儀器當之無(wú)愧的叫天線(xiàn)分析儀。當然，網(wǎng)絡(luò )分析儀經(jīng)過(guò)適當的擴展也可以勝任這項工作。

 

天線(xiàn)分析儀就是一種網(wǎng)絡(luò )分析儀。只不過(guò)它只適合測試單端口網(wǎng)絡(luò )（比如一個(gè)負載、天線(xiàn)），在測試雙端口網(wǎng)絡(luò )（例如：一個(gè)濾波器）或多端口網(wǎng)絡(luò )時(shí)，其它的端口要接上匹配負載，這時(shí)它測到的是網(wǎng)絡(luò )的反射特性。通常說(shuō)的網(wǎng)絡(luò )分析儀具備雙端口測試能力，可以測試信號通過(guò)待測器件（比如濾波器）以后產(chǎn)生的變化。這里同樣包括幅度的變化和相位的變化，進(jìn)一步還有時(shí)間的延遲。而幅度、相位、時(shí)間延遲與頻率都是有關(guān)系的?，F代網(wǎng)絡(luò )分析儀能夠把它們隨頻率的變化關(guān)系，以幅頻特性圖、相頻特性圖等形式展示出來(lái)。一些高檔網(wǎng)絡(luò )分析儀還能將它們與待測器件的輸入功率之間的關(guān)系展現出來(lái)，并能顯示延遲特性圖。

 

與天線(xiàn)分析儀類(lèi)似，雙端口測試時(shí)，幅度的變化、相位的變化可以用幅度檢波器、鑒相器等裝置加以比較得到。只不過(guò)參與比較的不再是正反向信號，而是輸入信號和輸出信號。

 

標量網(wǎng)絡(luò )分析儀可以展現幅頻特性。矢量網(wǎng)絡(luò )分析儀除了展示幅頻特性外，還可以展示相頻特性。兩種網(wǎng)絡(luò )分析儀要展示延遲特性，從原理而言都需要采取一些措施。不過(guò)，矢量網(wǎng)絡(luò )分析儀只需要對相頻特性進(jìn)行一次微分，并不需要增加硬件，因此高檔矢量網(wǎng)絡(luò )分析儀一般標配了這樣的功能，而標量網(wǎng)絡(luò )分析儀卻需要增加產(chǎn)生脈沖或調制信號的硬件，因此很少配有這種功能。

 

對于一個(gè)雙端口的待測器件，很多時(shí)候我們希望了解兩個(gè)端口的反射特性，以及該器件正反兩個(gè)方向的傳輸特性。用天線(xiàn)分析儀測試反射特性，需要對兩個(gè)端口各測一次。用傳統的網(wǎng)絡(luò )分析儀測試傳輸特性時(shí)，需要把待測器件顛倒過(guò)來(lái)再測一次，否則不但測不出兩個(gè)特性，甚至無(wú)法構建校準模型，一個(gè)特性也測不出來(lái)，而且顛倒端口可能還會(huì )帶來(lái)新的誤差。有沒(méi)有網(wǎng)絡(luò )分析儀可以一次性把兩個(gè)端口的反射、傳輸特性，共四個(gè)特性測出來(lái)呢？當然有，而且現在已經(jīng)成為矢量網(wǎng)絡(luò )分析儀的主流。目前商品的矢量網(wǎng)絡(luò )分析儀，兩個(gè)端口內部各配置有兩個(gè)定向耦合器，只需切換一下信號源連接的端口即可調換方向，兩步測出四個(gè)特性。大體上只有一些手持式的矢網(wǎng)需要人工調換器件方向了。而標量網(wǎng)絡(luò )分析儀卻幾乎沒(méi)有能夠自動(dòng)調換的。除了上面說(shuō)到的兩端口網(wǎng)絡(luò )分析儀，隨著(zhù)射頻技術(shù)的進(jìn)步，端口數更多的網(wǎng)絡(luò )分析儀也變得常用起來(lái)。

 

前面說(shuō)到天線(xiàn)分析儀就是一種網(wǎng)絡(luò )分析儀。如果我們把具備測試反射和傳輸兩種信號流程特性的網(wǎng)絡(luò )分析儀稱(chēng)作“標準的網(wǎng)絡(luò )分析儀”的話(huà)，天線(xiàn)分析儀相當于半臺標準的網(wǎng)絡(luò )分析儀；相對于能自動(dòng)調換方向的網(wǎng)絡(luò )分析儀而言，天線(xiàn)分析儀就相當于四分之一臺了。有些網(wǎng)絡(luò )分析儀不具備定向電橋，只能測試器件的傳輸特性。如果要測試反射特性，就需要外置定向電橋。這種網(wǎng)絡(luò )分析儀，也可以算半臺標準的網(wǎng)絡(luò )分析儀。帶跟蹤源的頻譜儀就是這種情況，并且多數只具備標量測試功能。

 

圖：用矢量網(wǎng)絡(luò )分析儀測一臺信號源的輸出阻抗，此時(shí)信號源正在進(jìn)行掃頻工作，可以明顯的看到信號源的輸出對矢網(wǎng)的干擾（尖峰），事實(shí)上阻抗也不正確（圓環(huán)狀曲線(xiàn)半徑變大了）–科創(chuàng )儀表局供圖

 

 

不論是標量網(wǎng)絡(luò )分析儀還是矢量網(wǎng)絡(luò )分析儀，都有兩種不同的類(lèi)型：直接檢波和基于跟蹤接收機的中頻檢波。直接檢波方式結構簡(jiǎn)單，成本低廉，目前的標量網(wǎng)絡(luò )分析儀還在大量使用，只有高檔的標量網(wǎng)絡(luò )分析儀才采用中頻檢波。習慣上，采用直接檢波的標量網(wǎng)絡(luò )分析儀又被稱(chēng)作掃頻儀。在矢量網(wǎng)絡(luò )分析儀中，中頻檢波已經(jīng)成為標準方式?；祛l并不會(huì )丟失相位信息，同時(shí)能夠用中頻濾波器濾掉信號源的諧波帶來(lái)的變頻產(chǎn)物，僅僅把有用信號提取出來(lái)。因此使用中頻檢波能夠大幅度提高網(wǎng)絡(luò )分析儀的動(dòng)態(tài)范圍，降低對信號源純凈度的要求。

 

再回來(lái)看看天線(xiàn)分析儀。采用直接檢波的天分有一個(gè)嚴重的弊端：如果待測天線(xiàn)已經(jīng)架設到開(kāi)闊的地方，來(lái)自空中的電波信號會(huì )和反射波一起進(jìn)入儀器的檢波器。如果空中的信號很強，就可能掩蓋掉天線(xiàn)本身的反射波。在測試短波天線(xiàn)、寬帶天線(xiàn)時(shí)，這種現象非常明顯，甚至在大多數情況下無(wú)法測試。解決該問(wèn)題的常用辦法是提高儀器的輸出強度，使反射波的強度遠大于天線(xiàn)接收到的信號。一般儀器能達到的輸出強度頂多20dBm，實(shí)踐證明對于架在城市樓頂的寬帶短波天線(xiàn)而言，仍然顯得太小。這一問(wèn)題的最終解決，還是得采用中頻檢波。

 

帶跟蹤源的頻譜儀是一種典型的采用窄帶中頻檢波的兩端口網(wǎng)絡(luò )分析儀。它的測試原理和采用中頻檢波的高檔標量網(wǎng)絡(luò )分析儀相比沒(méi)有特別的不同，如果一定要找出區別，通常體現在這幾方面：頻譜儀具有性能更好的接收裝置，一般來(lái)說(shuō)具有良好的干擾抑制能力和更高的靈敏度；頻譜儀的中頻濾波器形式與某些標網(wǎng)可能不同，標網(wǎng)可以使用矩形濾波器；頻譜儀的跟蹤源輸出幅度一般來(lái)說(shuō)都很低，而高檔標網(wǎng)常常做到10dBm，與接收機增加的動(dòng)態(tài)范圍相比，因為跟蹤源幅度較小而損失的動(dòng)態(tài)范圍往往更多。頻譜儀一般不具備混頻器測試功能，在曲線(xiàn)的歸一校準等方面，功能也沒(méi)有網(wǎng)絡(luò )分析儀強大。當然事無(wú)絕對，現代儀器的發(fā)展方向是面向用戶(hù)需求提高綜合解決手段，具備完善標網(wǎng)功能的頻譜儀早已面世；在手持式頻譜儀中，可以選配雙端口矢網(wǎng)功能的儀器也能買(mǎi)到了。

 

標量網(wǎng)絡(luò )分析儀能夠滿(mǎn)足無(wú)線(xiàn)電愛(ài)好者的一般需求，例如調試天線(xiàn)、濾波器、雙工器、放大器、分路器和檢查饋線(xiàn)的損耗等，靈活應用，還能擴展一些用途。矢量網(wǎng)絡(luò )分析儀能夠從相位信息中提取出有用的復阻抗參數，對于匹配放大器的輸入輸出級、DIY新型天線(xiàn)等多種工作具有更大的指導意義，因此更適合于各種研究開(kāi)發(fā)目的。選擇什么樣的儀器主要依據測試目的而定，當然與預算也有很大關(guān)系。如果您的測試必須了解準確的相位及其衍生數據，就必須選用矢量?jì)x器，同時(shí)也就意味著(zhù)需要增加預算。

 

 

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