矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀（Vector Network Analyzer, VNA）是微波射頻領(lǐng)域中用于測量器件頻率響應(yīng)特性的核心儀器，廣泛應(yīng)用于濾波器、天線、射頻電纜、高速互連等器件的研發(fā)與生產(chǎn)測試。其中，阻抗測量作為評估信號完整性、實(shí)現(xiàn)阻抗匹配的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，直接影響系統(tǒng)的傳輸效率與穩(wěn)定性。利用VNA進(jìn)行阻抗測試，具有高精度、寬頻帶、可溯源等優(yōu)勢，常用的測試方法主要包括反射法、串聯(lián)直通法和并聯(lián)直通法，不同方法適用于不同的阻抗范圍和應(yīng)用場景。

一、反射法：適用于中低阻抗測量
反射法是最基礎(chǔ)的阻抗測試方法，基于單端口S參數(shù)（S11）測量被測件（DUT）的反射系數(shù)Γx。根據(jù)傳輸線理論，反射系數(shù)與阻抗之間存在確定關(guān)系： Γx=(Zx?Z0)/(Zx+Z0)??
其中，Z?為系統(tǒng)特征阻抗（通常為50Ω），Zx為待測阻抗。通過測量S11，即可反推Zx：
Zx=50×[(1+S11)/(1?S11)]?
該方法在Zx接近Z?時具有最高測量精度，適用于2Ω至1.5kΩ的阻抗范圍。當(dāng)阻抗值過高時，反射系數(shù)變化趨于平緩，導(dǎo)致靈敏度下降，測量精度降低。因此，反射法更適合中低阻抗場景，如常規(guī)射頻器件的輸入/輸出阻抗測試。
二、串聯(lián)直通法：拓展高阻抗測量能力
為提升高阻抗測量精度，可采用串聯(lián)直通法。該方法將DUT以“串聯(lián)”方式接入傳輸路徑，通過雙端口測量S21參數(shù)計(jì)算阻抗。其原理基于電壓分壓關(guān)系，阻抗表達(dá)式為：
Zx=(50×2)×[(1?S21)/S21]
該方法在5Ω至20kΩ范圍內(nèi)可實(shí)現(xiàn)約10%的測量精度，測量上限比反射法高出近一個數(shù)量級，特別適用于高阻抗濾波器、匹配網(wǎng)絡(luò)等器件的評估。由于采用雙端口測量，受系統(tǒng)失配影響較小，測量穩(wěn)定性更優(yōu)。
三、并聯(lián)直通法：精準(zhǔn)捕捉極低阻抗
對于毫歐級低阻抗測量（如電源分配網(wǎng)絡(luò)、PCB電源平面），并聯(lián)直通法更為適用。DUT以“并聯(lián)”方式連接，通過S21參數(shù)反推阻抗值：
Zx=25×[S21/(1?S21)]
該方法在1 mΩ至10 Ω范圍內(nèi)具備良好線性度與精度，廣泛應(yīng)用于電源完整性（Power Integrity）測試。其優(yōu)勢在于對微小阻抗變化敏感，能有效識別PDN中的寄生參數(shù)。
四、儀器配置與測試頻率范圍
以安捷倫E5061B為例，其配備增益-相位測試端口和S參數(shù)測試端口，支持上述多種測量方法。增益-相位端口適用于低頻高精度阻抗分析（5 Hz–30 MHz），適合電源完整性等低頻應(yīng)用；S參數(shù)端口覆蓋300 kHz–3 GHz或900 MHz–3 GHz，適合高頻射頻器件測試。實(shí)際應(yīng)用中需根據(jù)DUT特性選擇合適端口與測試方法，并結(jié)合校準(zhǔn)技術(shù)（如SOLT、TRL）消除夾具效應(yīng)，提升測量準(zhǔn)確性。

五、實(shí)際應(yīng)用與挑戰(zhàn)
在高速數(shù)字系統(tǒng)中，如PCIe 5.0/6.0總線，阻抗控制至關(guān)重要。差分阻抗需嚴(yán)格維持在100Ω±10%，否則將引發(fā)信號反射與時序抖動，影響數(shù)據(jù)傳輸可靠性。VNA可高效完成插入損耗與阻抗聯(lián)合分析，結(jié)合TDR（時域反射）功能，精準(zhǔn)定位阻抗不連續(xù)點(diǎn)，為PCB設(shè)計(jì)提供優(yōu)化依據(jù)。
綜上，VNA憑借其多方法、寬頻帶、高動態(tài)范圍的優(yōu)勢，已成為現(xiàn)代電子系統(tǒng)阻抗測試的核心工具。合理選擇測試方法并結(jié)合校準(zhǔn)與去嵌入技術(shù)，可顯著提升測量精度與效率，助力高速互連與射頻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與驗(yàn)證。

審核編輯 黃宇