阻抗及其網絡分析儀測量方法

阻抗是電路中電子器件對特定頻率交流電流的阻礙作用。在數學上，它是一個復數，表示為 Z=R+jX。其中，實部 R 代表電阻，虛部 X 代表電抗。電抗又分為容抗（電容的阻礙作用）和感抗（電感的阻礙作用）。因此，阻抗可以看作是電阻、容抗和感抗在向量坐標上的矢量和。

阻抗測試的核心原理在于分析交流電路中電壓和電流的關系。這包括利用電壓和電流的相位差（相位關系）、幅值比（幅值關系），并結合歐姆定律，推導出阻抗的計算公式。最終，將測得的電壓電流信息處理為復數形式的阻抗值。這一過程通常需要專用儀器，如網絡分析儀，通過施加信號并測量響應來完成。阻抗測試廣泛應用于電力、通信和電子領域，對系統優化和故障診斷至關重要。

使用網絡分析儀進行阻抗測量主要有以下三種方法，選擇哪種方法取決于測量的頻率范圍、阻抗參數以及期望的顯示結果。

1. 反射法 這是最常用的方法，通過測量被測件的反射系數（Γx）來計算阻抗。反射系數與阻抗的關系為：Γx = (Zx - Zo) / (Zx + Zo)。其中，Zo 是測量電路的特征阻抗（通常為50Ω），Zx 是待測阻抗。根據公式，當 Zx 等于 Zo 時，測量精度最高。阻抗計算公式為：Z = 50 × (1 + S11) / (1 - S11)。該方法的典型測量范圍約為 2Ω 至 1.5kΩ。

2. 串聯直通法 此方法將被測件（DUT）串聯接入傳輸路徑中。它在測量高阻抗值時非常有效，其精度范圍（約10%）通常為 5Ω 至 20kΩ，比反射法的測量上限高出約十倍。阻抗計算公式為：Z = (50 × 2) × (1 - S21) / S21。

3. 并聯直通法 與串聯法相對，并聯直通法將被測件并聯接入傳輸路徑。這是測試低阻抗值的優秀方法，常用于電源完整性等需要在毫歐（mΩ）范圍內進行測量的應用。其10%精度的測量范圍約為 1mΩ 至 10Ω，低于典型的阻抗分析儀所能達到的范圍。阻抗計算公式為：Z = (50 / 2) × S21 / (1 - S21)。

Keysight 網絡分析儀通常配備增益相位測試端口和S參數測試端口，均可用于阻抗測試。

綜上所述，理解阻抗的概念及其測量原理是電子測量的基礎。掌握反射法、串聯直通法和并聯直通法的特點，能幫助工程師根據具體的測量需求，選擇最合適的網絡分析儀測試方法，從而獲得準確可靠的阻抗數據。