向量网路分析仪针对平衡式元件的量测应用介绍

每个单端埠的参考阻抗是经由连接头的型式所给定的，而平衡埠在差模与共模下的参考阻抗是由使用者所设定。差模阻抗的系统值为2×50? = 100?，共模阻抗的系统值为50? / 2 = 25?。通常，这些值会因待测物的规格而有所改变。由于网路分析仪无法辨知待测物有几个测试埠，如若只测單埠元件时，针对四个测试埠皆作校正的话是相当不合乎效率的，因此先定义好测量的范围与校正的埠数是必要的。如同图二所示的方式定义后可将量测埠减至1～3埠。除了使用Predefined Configs（图二）外，还可以使用选单Define Measured Ports来定义测试的埠数。

量测实例介绍

首先在单端埠环境下，所有网路分析仪的测试埠接上公式接头且采用完全4埠（full-4-port）校正，平衡埠定义如(表一)；接下来如(图四)在物理埠1与2间接上母式-母式接头的转接器，另外在埠3、4间接上同样长度的转接器。

对于对称的待测物而言，只需要考量一半的混模参数矩阵，也就是逻辑埠1的反射及从逻辑埠1到2的传输参数。然而每?平衡埠上存在两种模式，单一参数并不足以完整表示反射与入射的特性，因此每?埠需要四个参数来完整描述其量测特性；Sdd11、Scd11、Sdc11及Scc11代表反射， Sdd21、Scd21 、Sdc21与Scc21代表入射，在此这些参数不只包含纯模态的差模与共模反射系数，还包括模态转换的系数。

(图五)中轨迹5～8表示待测物埠1端的反射结果。假定转换器上的反射系数在大小与相位上都是相同的，则理论上来说，纯模态的反射系数Sdd11与Scc11（和Sdd22与Scc22）是与单端反射参数S11～S44相同的。而跨模（Cross-Mode）反射系数Sdc11与Scd11则会随着待测物的非对称性加大而升高。

接下来如(图六)般将物理埠3、4间的转接器替换为较短的型式，如此一来，两只不一样长度的转换器将使得两条单端埠路径上在8GHz下产生约180度的相位差。量测结果如图五轨迹1～4所示，由于替换转接器并不会造成匹配上很大的影响，因此反射参数的大小依然接近于一常数。

(图七)显示混模态矩阵中的入射参数，其下标皆为21，代表讯号从埠1进入从埠2射出。如同图五，纪录轨迹（Memory Trace）代表两条相同长度的转接器，由图七中可看出由于对称性良好，Sdd21与Scc21的值与参考位准0dB吻合，而混合模态转换的参数Scd21与Sdc21的值都非常的小。

与之前讨论过反射参数相比，在替换较短的转接器后，入射参数有很大的改变，纯模态下的入射系数Sdd21与Scc21随着频率增加而减小，反之转换模态下的参数Scd21与Sdc21则增加。解释如下：当扫描频率时，两条传送路径长度的不同，使得单端埠传送参数S21与S43间的相位位移从0°增加到180°。若以混模态参数来解释，举例来说，对于输入一纯共模态讯号时，在低频条件下的输出几乎全为纯共模讯号，但在高频时，有一部分的讯号会转换成差模讯号输出。

(图八)为量测一使用在行动电话双工器接收端的表面声波滤波器（SAW Filter）之混模态参数。轨迹4为其完整的通道量测结果，由对照的轨迹图来估算，此滤波器的损耗约为2.3dB，一方面讯号在单端与差模间做转换，另一方面单端与共模间的转换皆低于-20dB。由图中可看出在埠2端的共模反射近乎完全反射，然而并不会影响到滤波器的运作，因为一般来说在埠2端不会有很大的共模讯号射入。

为做一比对，(图九)为同一元件的单端S参数量测结果，这些值为计算图八混模态参数的基本元素，然而充其量这些值只能观测出元件的通道位置，并无法看出损耗程度、匹配状况与混合模态转换程度。

电缆测量范例

最后一个例子来看电缆的测量。区域乙太网路标准像是10Base-T、100Base-T及1000Base-T，皆是采用双绞线来作为资料的高速传输，1000Base-T标准中定义资料传输速率为1Gbit/s。根据只对绞线作遮蔽或整体遮蔽状况来定义各种型式的绞线，如非遮蔽式双绞线（UTP）、锡箔封双绞线（FTP）、遮蔽式锡箔封双绞线（S/FTP ）、双层整体遮蔽式双绞线（S/STP）。S/STP由于在每对双绞线间有遮蔽设计并且整条电缆也被遮蔽包覆，所以在双绞线间提供了良好的隔离效果以及具有抵抗外界电磁干扰的能力。 (图十)为一?具有四对绞线之S/STP CAT 7电缆线的混模态参数量测。

图十的最上列为差模态下的反射损失（左图）与入射衰减量（右图），同样的中间列则显示共模态下的结果。由于此两种模态所受到的物理影响是一样的，所以两者的频率响应图是相似的。不同的是由于电缆设计在差模下是最佳化的，因此其反射系数与入射衰减量较共模态下来的低。图八的最下列为转换模态─由共模转换成差模下的反射（左图）与入射（右图）响应，而由于电缆的相互对称性良好，因此反向讯号在差模转换成共模的量测中，与正向讯号在共模转换成差模的频率响应是相似的。

图九是针对一组导体来做测量，然而对于分析电缆的特性，仍需一些其他的参数，如两条导线间的串音及模态转换现象。近端串音（NEXT─Near-End crosstalk）损失是量测差模态下一组导线与另一组导线间相同点的串音现象，其与电缆长度是无关的。在NEXT量测中，两对导体在缆线的远端都接上其相对照的差模及共模阻抗，则在近端，两对间的隔离度可量测如下：

(图十一)的上图为图十的近端串音量测，下图则针对与量测近端串音相同架构的两?导线，在差模转换至共模的条件下量测近端转换损失，在一些标准规格中定义此项量测参数为横向转换损失（Transverse Conversion Loss；TCL），反之，若是在共模转换至差模的条件下做量测则称为纵向转换损失（ Longitudinal Conversion Loss；LCL）。对于大部分的缆线而言，由于其良好的相互对称性，使得两项参数TCL与LCL的响应近乎一致。

对于串音的测量应用而言，尤其对于近端串音量测，从网路分析仪的同轴测试埠连接到待测电缆之间必须拥有良好的设计，因为为了与仪器相连，缆线在这段部分的遮蔽必须被去除，因此这段长度必须做到绝对良好的隔离性。

针对于远端串音量测而言，由一?电缆处馈入差模讯号，接着在另一?电缆的不同点处量测串音现象，同样地，其余端点则椄上其相对的特性阻抗。然而对于远端串音测量来说，有两项变异参数值得注意；输入/输出远端串音损失（IO FEXT）定义如下：

若对较长的电缆来说，P2F会因信号衰减而减小，因此造成此项参数会随着电缆长度而改变，为了使量测远端串音不受电缆长度的影响，另一变异参数同位远端串音损失（EL FEXT）定义如下：

由(公式一)与(公式三)可将(公式二)表示为：

由(公式四)，使用网路分析仪 Trace Mathematics 功能可将EL FEXT 计算出：

˙测量差模入射损失，且存入纪录轨迹中。

˙重新配置架构以测量IO TEXT。

˙选择Trace：Trace Funct：Math=Data/Mem

如此一来，EL FEXT量测结果由(图十二)表示。图中破折号-圆点线代表测量到的IOFEXT，虚线（Diff_Trans）为图九中已经纪录到记忆轨迹中的入射损失，实线则是以Data/Mem计算下的ELFEXT。

结语

为了分析的完整性，电缆远端的模式转换参数也需要加入考虑。横向转换传递损失（TCTL）与纵向转换传递损失（LCTL）可以经由仪器直接量测，同位横向转换传递损失（EL TCTL）与纵向转换传递损失（EL LCTL）可经由轨迹数学运算方式求得，而两参数间的转换可从公式四参考之。