向量網路分析儀針對平衡式元件的量測應用介紹

每個單端埠的參考阻抗是經由連接頭的型式所給定的，而平衡埠在差模與共模下的參考阻抗是由使用者所設定。差模阻抗的系統值為2×50? = 100?，共模阻抗的系統值為50? / 2 = 25?。通常，這些值會因待測物的規格而有所改變。由於網路分析儀無法辨知待測物有幾個測試埠，如若只測單埠元件時，針對四個測試埠皆作校正的話是相當不合乎效率的，因此先定義好測量的範圍與校正的埠數是必要的。如同圖二所示的方式定義後可將量測埠減至1～3埠。除了使用Predefined Configs（圖二）外，還可以使用選單Define Measured Ports來定義測試的埠數。

量測實例介紹

首先在單端埠環境下，所有網路分析儀的測試埠接上公式接頭且採用完全4埠（full-4-port）校正，平衡埠定義如(表一)；接下來如(圖四)在物理埠1與2間接上母式-母式接頭的轉接器，另外在埠3、4間接上同樣長度的轉接器。

對於對稱的待測物而言，只需要考量一半的混模參數矩陣，也就是邏輯埠1的反射及從邏輯埠1到2的傳輸參數。然而每?平衡埠上存在兩種模式，單一參數並不足以完整表示反射與入射的特性，因此每?埠需要四個參數來完整描述其量測特性；Sdd11、Scd11、Sdc11及Scc11代表反射，Sdd21、Scd21 、Sdc21與Scc21代表入射，在此這些參數不只包含純模態的差模與共模反射係數，還包括模態轉換的係數。

(圖五)中軌跡5～8表示待測物埠1端的反射結果。假定轉換器上的反射係數在大小與相位上都是相同的，則理論上來說，純模態的反射係數Sdd11與Scc11（和Sdd22與Scc22）是與單端反射參數S11～S44相同的。而跨模（Cross-Mode）反射係數Sdc11與Scd11則會隨著待測物的非對稱性加大而升高。

接下來如(圖六)般將物理埠3、4間的轉接器替換為較短的型式，如此一來，兩只不一樣長度的轉換器將使得兩條單端埠路徑上在8GHz下產生約180度的相位差。量測結果如圖五軌跡1～4所示，由於替換轉接器並不會造成匹配上很大的影響，因此反射參數的大小依然接近於一常數。

(圖七)顯示混模態矩陣中的入射參數，其下標皆為21，代表訊號從埠1進入從埠2射出。如同圖五，紀錄軌跡（Memory Trace）代表兩條相同長度的轉接器，由圖七中可看出由於對稱性良好，Sdd21與Scc21的值與參考位準0dB吻合，而混合模態轉換的參數Scd21與Sdc21的值都非常的小。

與之前討論過反射參數相比，在替換較短的轉接器後，入射參數有很大的改變，純模態下的入射係數Sdd21與Scc21隨著頻率增加而減小，反之轉換模態下的參數Scd21與Sdc21則增加。解釋如下：當掃描頻率時，兩條傳送路徑長度的不同，使得單端埠傳送參數S21與S43間的相位位移從0°增加到180°。若以混模態參數來解釋，舉例來說，對於輸入一純共模態訊號時，在低頻條件下的輸出幾乎全為純共模訊號，但在高頻時，有一部分的訊號會轉換成差模訊號輸出。

(圖八)為量測一使用在行動電話雙工器接收端的表面聲波濾波器（SAW Filter）之混模態參數。軌跡4為其完整的通道量測結果，由對照的軌跡圖來估算，此濾波器的損耗約為2.3dB，一方面訊號在單端與差模間做轉換，另一方面單端與共模間的轉換皆低於-20dB。由圖中可看出在埠2端的共模反射近乎完全反射，然而並不會影響到濾波器的運作，因為一般來說在埠2端不會有很大的共模訊號射入。

為做一比對，(圖九)為同一元件的單端S參數量測結果，這些值為計算圖八混模態參數的基本元素，然而充其量這些值只能觀測出元件的通道位置，並無法看出損耗程度、匹配狀況與混合模態轉換程度。

電纜測量範例

最後一個例子來看電纜的測量。區域乙太網路標準像是10Base-T、100Base-T及1000Base-T，皆是採用雙絞線來作為資料的高速傳輸，1000Base-T標準中定義資料傳輸速率為1Gbit/s。根據只對絞線作遮蔽或整體遮蔽狀況來定義各種型式的絞線，如非遮蔽式雙絞線（UTP）、錫箔封雙絞線（FTP）、遮蔽式錫箔封雙絞線（S/FTP）、雙層整體遮蔽式雙絞線（S/STP）。S/STP由於在每對雙絞線間有遮蔽設計並且整條電纜也被遮蔽包覆，所以在雙絞線間提供了良好的隔離效果以及具有抵抗外界電磁干擾的能力。(圖十)為一?具有四對絞線之S/STP CAT 7電纜線的混模態參數量測。

圖十的最上列為差模態下的反射損失（左圖）與入射衰減量（右圖），同樣的中間列則顯示共模態下的結果。由於此兩種模態所受到的物理影響是一樣的，所以兩者的頻率響應圖是相似的。不同的是由於電纜設計在差模下是最佳化的，因此其反射係數與入射衰減量較共模態下來的低。圖八的最下列為轉換模態─由共模轉換成差模下的反射（左圖）與入射（右圖）響應，而由於電纜的相互對稱性良好，因此反向訊號在差模轉換成共模的量測中，與正向訊號在共模轉換成差模的頻率響應是相似的。

圖九是針對一組導體來做測量，然而對於分析電纜的特性，仍需一些其他的參數，如兩條導線間的串音及模態轉換現象。近端串音（NEXT─Near-End crosstalk）損失是量測差模態下一組導線與另一組導線間相同點的串音現象，其與電纜長度是無關的。在NEXT量測中，兩對導體在纜線的遠端都接上其相對照的差模及共模阻抗，則在近端，兩對間的隔離度可量測如下：

(圖十一)的上圖為圖十的近端串音量測，下圖則針對與量測近端串音相同架構的兩?導線，在差模轉換至共模的條件下量測近端轉換損失，在一些標準規格中定義此項量測參數為橫向轉換損失（Transverse Conversion Loss；TCL），反之，若是在共模轉換至差模的條件下做量測則稱為縱向轉換損失（Longitudinal Conversion Loss；LCL）。對於大部分的纜線而言，由於其良好的相互對稱性，使得兩項參數TCL與LCL的響應近乎一致。

對於串音的測量應用而言，尤其對於近端串音量測，從網路分析儀的同軸測試埠連接到待測電纜之間必須擁有良好的設計，因為為了與儀器相連，纜線在這段部分的遮蔽必須被去除，因此這段長度必須做到絕對良好的隔離性。

針對於遠端串音量測而言，由一?電纜處饋入差模訊號，接著在另一?電纜的不同點處量測串音現象，同樣地，其餘端點則椄上其相對的特性阻抗。然而對於遠端串音測量來說，有兩項變異參數值得注意；輸入/輸出遠端串音損失（IO FEXT）定義如下：

若對較長的電纜來說，P2F會因信號衰減而減小，因此造成此項參數會隨著電纜長度而改變，為了使量測遠端串音不受電纜長度的影響，另一變異參數同位遠端串音損失（EL FEXT）定義如下：

由(公式一)與(公式三)可將(公式二)表示為：

由(公式四)，使用網路分析儀 Trace Mathematics 功能可將EL FEXT 計算出：

˙測量差模入射損失，且存入紀錄軌跡中。

˙重新配置架構以測量IO FEXT。

˙選擇Trace：Trace Funct：Math=Data/Mem

如此一來，EL FEXT量測結果由(圖十二)表示。圖中破折號-圓點線代表測量到的IOFEXT，虛線（Diff_Trans）為圖九中已經紀錄到記憶軌跡中的入射損失，實線則是以Data/Mem計算下的ELFEXT。

結語

為了分析的完整性，電纜遠端的模式轉換參數也需要加入考慮。橫向轉換傳遞損失（TCTL）與縱向轉換傳遞損失（LCTL）可以經由儀器直接量測，同位橫向轉換傳遞損失（EL TCTL）與縱向轉換傳遞損失（EL LCTL）可經由軌跡數學運算方式求得，而兩參數間的轉換可從公式四參考之。