矢量测量的重要性
矢量测量的重要性
对各个分量的幅度和相位进行测量的重要性源于以下几个因素。首先，为了全面表征线性网络，确保无失真传输，的确需要进行这两种测量。其次，为了设计高效率匹配网络，必须测量复阻抗。最后，开发计算机辅助工程（CAE）电路仿真程序模型的工程师需要幅度和相位数据来进行模拟。
为了执行傅氏逆变换，时域表征亦需要幅度和相位信息。通过消除固有测量系统误差的影响来提高测量精度的矢量误差修正，也需要幅度和相位数据来建立有效误差模型。即使对一些标量测量（如回波损耗），为了获得高精度，相位测量能力也十分重要。
入射功率和反射功率的基本概念
在网络分析的基本形式中，包含测量沿传输线行进的入射波，反射波和传输波。利用光波长作为类比，当光投射到一个透明的透镜上时(入射能量），一部分光从透镜表面反射，但大部分光继续通过透镜（传输能量） （图5）。若透镜具有镜面，则大部分光将被反射，少量或没有通过透镜。
虽然射频信号和微波信号的波长不相同，但原理是一样的。网络分析仪能测量入射能量，反射能量和传输能量。例如，在传输线上发送的能量，沿传输线反射回发射源的能量（由于阻抗失配）以及顺利地传送至终端装置（如天线）的能量。
图5. 光波与高频器件特征的类比
史密斯圆图
对一个器件进行表征时所发生的反射大小取决于入射信号”看到的“阻抗。由于任何阻抗都能用实部和虚部（R+jX 或 G+jB )表示，故可以将他们绘制在所谓复阻抗平面的直线网络上，遗憾的是，开路（一种常见的射频阻抗）在实轴上表现为无限大，因而无法表示出来。
极坐标图由于包括了整个阻抗平面因而具有重要使用价值，然而，它并不直接绘出阻抗曲线，而是以矢量形式显示出复反射系数，矢量的大小对应于距显示器中心的距离，而相位则显示为矢量相对于从中心到右边沿水平直线的角度。极坐标图的缺点是不能直接从显示读取阻抗值。
图6. 史密斯圆图
由于复阻抗于反射系数两者直间有一一对应的关系，故复阻抗平面的正实半部分可以映射到极坐标显示上。结果便形成了史密斯圆图。所以电抗值和从0到无限大的所有正电阻值均落在史密斯圆图内（图6）。
在史密斯圆图上，恒定电阻的轨迹表现为圆，而恒定电抗的轨迹表现为圆弧。史密斯圆图上的阻抗总是指对所考察的元件或系统的特性阻抗进行归一化后的阻抗，通常对射频和微波系统来说特性阻抗是50Ω，而对广播和有线电视系统特性阻抗则为75Ω。理想的终端位于史密斯圆图的中心。
功率传送条件
给定源电阻为Rs 及负载电阻为RL 时， 为了将最大功率传送到负载，在两个器件的连接处必须满足理想的匹配条件。RL = Rs 时，无论激励是直流电源还是射频正弦波源，均能实现这一条件（图7）。
如果源阻抗不是纯电阻，那么，只有当负载阻抗于源阻抗呈现复数共轭时，才能产生最大功率传送。这个条件由对阻抗虚部取相反符号来满足。例如，若Rs=0.6+j 0.3, 则复数共轭为 Rs=0.6-j 0.3。
需要高效率的功率传送是在较高频率上使用传输线的主要原因之一。在很低的频率（波长非常长）处，简单的导线便适于传导功率。导线的电阻相当小，对低频信号的影响也很小。电压和电流均相同，在导线上何处进行测量则无关紧要。
在较高频率上，波长与高频电路中导体的长度相当或者更小，而功率传输可以认为是以波形方式实施。当传输线的终端负载等于其特性阻抗时，便有最大功率传送至负载。当终端负载与特性阻抗不相等时，则未被负载吸收的那部分信号将被反射会信号源。
若传输线的终端负载等于其特性阻抗时，便没有反射信号，因为所传输的功率均被负载吸收（图8）。观察射频信号包络随传输线距离的变化并未发现驻波，这是因为没有反射，能量只在一个方向上流动。
图7. 功率传送
图 8. 用Zo端的传输线
当传输线终端短路时（短路不能维持电压，因而耗散功率为零），反射波沿传输线返回到信号源（图9）。反射电压波的大小必然等于入射电压波；而相位在负载平面处则与入射波相差108°。反射波与入射波的大小相等，但按相反方向进行。
若传输线的终端开路（开路不能维持电流），反射电流波的相位将与入射电流波相差180°，而反射电压波则在负载平面上与入射电压波同相。这便保证在开路处的电流为0。反射电流波和入射电流波的大小相等，但按相反方向进行。对于短路和开路两种情况，在传输线上都会建立驻波。电压谷值将为0，而电压峰值将为入射电压电平的2倍。
若传输终端接入譬如一个25Ω的电阻器，导致介于全吸收和全反射之间的状态，则部分入射功率被吸收，部分入射功率被反射。反射电压波的幅度将是入射波幅度的1/3，且两种波在负载平面处的相位相差180°。驻波的谷值不再为0，而峰值则小于短路和开路情况的峰值。峰值和谷值之比将是2:1。
确定射频阻抗的传统方法是利用射频探针/检波器，一段开槽传输和一个VSWR（电压驻波比）测试仪来测量VSWR。当探针沿传输线移动时，测试仪便记下峰值和谷值的相对位置和数值。根据这些测量，便可导出阻抗。在不同的频率上，可以重复此测量步骤。现代网络分析仪能在频率扫描期间直接测量入射波和反射波，阻抗结果可以用多种格式(包括VSWR）显示出来。
