阻抗及其网络分析仪测量方法

阻抗是电路中电子器件对特定频率交流电流的阻碍作用。在数学上，它是一个复数，表示为 Z=R+jX。其中，实部 R 代表电阻，虚部 X 代表电抗。电抗又分为容抗（电容的阻碍作用）和感抗（电感的阻碍作用）。因此，阻抗可以看作是电阻、容抗和感抗在向量坐标上的矢量和。

阻抗测试的核心原理在于分析交流电路中电压和电流的关系。这包括利用电压和电流的相位差（相位关系）、幅值比（幅值关系），并结合欧姆定律，推导出阻抗的计算公式。最终，将测得的电压电流信息处理为复数形式的阻抗值。这一过程通常需要专用仪器，如网络分析仪，通过施加信号并测量响应来完成。阻抗测试广泛应用于电力、通信和电子领域，对系统优化和故障诊断至关重要。
使用网络分析仪进行阻抗测量主要有以下三种方法，选择哪种方法取决于测量的频率范围、阻抗参数以及期望的显示结果。
1.反射法 这是最常用的方法，通过测量被测件的反射系数（Γx）来计算阻抗。反射系数与阻抗的关系为：Γx = (Zx - Zo) / (Zx + Zo)。其中，Zo 是测量电路的特征阻抗（通常为50Ω），Zx 是待测阻抗。根据公式，当 Zx 等于 Zo 时，测量精度最高。阻抗计算公式为：Z = 50 × (1 + S11) / (1 - S11)。该方法的典型测量范围约为 2Ω 至 1.5kΩ。

2.串联直通法 此方法将被测件（DUT）串联接入传输路径中。它在测量高阻抗值时非常有效，其精度范围（约10%）通常为 5Ω 至 20kΩ，比反射法的测量上限高出约十倍。阻抗计算公式为：Z = (50 × 2) × (1 - S21) / S21。

3.并联直通法 与串联法相对，并联直通法将被测件并联接入传输路径。这是测试低阻抗值的优秀方法，常用于电源完整性等需要在毫欧（mΩ）范围内进行测量的应用。其10%精度的测量范围约为 1mΩ 至 10Ω，低于典型的阻抗分析仪所能达到的范围。阻抗计算公式为：Z = (50 / 2) × S21 / (1 - S21)。

Keysight 网络分析仪通常配备增益相位测试端口和S参数测试端口，均可用于阻抗测试。
综上所述，理解阻抗的概念及其测量原理是电子测量的基础。掌握反射法、串联直通法和并联直通法的特点，能帮助工程师根据具体的测量需求，选择最合适的网络分析仪测试方法，从而获得准确可靠的阻抗数据。

审核编辑 黄宇