一個(gè)任意多端口網(wǎng)絡(luò )的各端口終端均匹配時(shí)，由第n個(gè)端口輸入的入射行波 an將散射到其余一切端口并 發(fā)射出去。若第m個(gè)端口的出射行波為bm,則n口與m口之間的散射參數Smn=bm/an。一個(gè)雙口網(wǎng)絡(luò )共有四個(gè)散射參數 S11、S21、S12和S22。當兩個(gè)終端均匹配時(shí)，S11和S22就分別是端口1和2的反射系網(wǎng)絡(luò )分析儀數,S21是由1口至2口的傳輸系數，S12則是反方向的傳輸系數。當某一端口m終端失配時(shí),由終端反射回來(lái)的行波又重新進(jìn)入m口。這可以等效地看成是m口仍是匹配的，但有一個(gè)行波am入射到m口。在任意情況下都可以列出各口等效入射、出射行波與散射參數之間關(guān)系的聯(lián)立方程組。據此可以解出網(wǎng)絡(luò )的一切特性參數,如終端失配時(shí)的輸入端反射系數、電壓駐波比、輸入阻抗以及各種正向反向傳輸系數等。這就是網(wǎng)絡(luò )分析儀的基本的工作原理。
單端口網(wǎng)絡(luò )可視為雙口網(wǎng)絡(luò )的特例，在其中除S11之外，恒有S21=S12=S22。對于多端口網(wǎng)絡(luò ),除了一個(gè)輸入和一個(gè)輸出端口之外,可在其余一切端口都接上匹配負載，從而等效為一個(gè)雙端口網(wǎng)絡(luò )。輪流選擇各對端口作為等效雙口網(wǎng)絡(luò )的輸入、輸出端，進(jìn)行一系列測量并列出相應的方程,即可解得n端口網(wǎng)絡(luò )的全部n2個(gè)散射參數,從而求出n端口網(wǎng)絡(luò )的一切特性參數。
四端口網(wǎng)絡(luò )分析儀測量S11時(shí)測試單元的原理示意，箭頭表示各行波的路徑。信號源u輸出信號經(jīng)開(kāi)關(guān)S1和定向耦合器D2輸入到被測網(wǎng)絡(luò )的端口1，這就是入射波a1。端口1的反射波(即1口的出射波b1)經(jīng)定向耦合器 D2和開(kāi)關(guān)傳到接收機的測量通道。信號源u的輸出同時(shí)經(jīng)定向耦合器D1傳到接收機的參考通道，這個(gè)信號是正比于a1的。于是雙通道幅度-相位接收機就測出b1/a1，即測出S11,包括其幅值和相位(或實(shí)部和虛部)。測量時(shí),網(wǎng)絡(luò )的端口2接上匹配負載R1，以滿(mǎn)足散射參數所規定的條件。系統中的另一個(gè)定向耦合器D3也終接匹配負載R2,以免產(chǎn)生不良影響。其余三個(gè)S 參數的測量原理與此類(lèi)同。圖右為測量不同Smn參數時(shí)各開(kāi)關(guān)應放置的位置。
在實(shí)際測量之前，先用三個(gè)阻抗已知的標準器(例如一個(gè)短路、一個(gè)開(kāi)路和一個(gè)匹配負載)供儀器進(jìn)行一系列測量，稱(chēng)為校準測量。由實(shí)測結果與理想(無(wú)儀器誤差時(shí))應有的結果比對，可通過(guò)計算求出誤差模型中的各誤差因子并存入計算機中，以便對被測件的測量結果進(jìn)行誤差修正。在每一頻率點(diǎn)上都按此進(jìn)行校準和修正。測量步驟和計算都十分復雜，非人工所能勝任。
上述網(wǎng)絡(luò )分析儀稱(chēng)為四端口網(wǎng)絡(luò )分析儀，因為儀器有四個(gè)端口，分別接到信號源、被測件、測量通道和測量的參考通道。它的缺點(diǎn)是接收機的結構復雜，誤差模型中并未包括接收機所產(chǎn)生的誤差。
