裝置的電延遲(Electrical Delay)可單純定義為電氣訊號通過裝置的時間。電延遲以時間單位表示，會隨著訊號頻率與其他因素而有所改變。在量測如濾波器等裝置的電延遲時，若使用長線纜或延遲線可能會形成許多挑戰。
量測電延遲最常見的技術為反射式量測，例如時間區域反射法(TDR)。但反射式量測未必永遠可行。待測裝置(DUT)可能含有中繼器，或其他在傳回時具備高損耗的非互易性(Non-reciprocal)元件，導致無法進行反射量測。若連結的兩端皆可用於量測，並可使用如S21等「穿透」量測，則向量網路分析儀(VNA)將是一款極具效率的電延遲量測工具。
然而，S21量測法的其中一個副作用在於，電延遲量測會因為量測掃描的有限點數量，而產生未定值。對大多數待測裝置而言，此未定值並不是因子，但對於電延遲大於1微秒(μs)的待測裝置而言，例如長延遲線以及自由空間連結，則應使用特殊量測方法，以消除此未定值。
使用S21量測法
在S21量測法中，將使用向量網路分析儀在某一頻率範圍內量測待測裝置的S21(S21為待測裝置輸出電壓與輸入電壓的比)。向量網路分析儀將會追蹤相位與強度。對於含非零電延遲的裝置，待測裝置輸入端與輸出端之間的相位漂移，會隨訊號頻率不同改變。低頻訊號波長比高頻訊號波長還要長，通過待測裝置的循環次數也較少。即使是完美的線性待測裝置，S21的相位軌跡也會呈現與電延遲相關的斜率。
顯示S21軌跡的相位元件後，便可以觀察待測裝置對不同頻率訊號的影響，並計算電延遲。其中，使用設定為顯示軌跡展開(Unwrapped)相位的S21軌跡是最簡單的作法。「包裹式」相位資料會「纏繞包覆」，使資料不超過±180度。顯示展開相位後，網路分析儀將以保留長趨勢的方式，顯示軌跡資料。相位的長型增加或減少，可顯示為通過數千度。
對於在此一頻率範圍具備固定電延遲的裝置，軌跡將顯示為一條直線(圖1)。此線說明待測裝置的電延遲在不同的頻率上，對相位的各種影響。
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| 圖1 延遲線之展開相位軌跡顯示 |
因裝置所造成的相位變更本身即該波週期的函數，以及裝置的電延遲(時間)，如公式1所示：
......................................................公式1
因為週期=1/頻率，所以公式為：
......................................................公式2
由此公式2可看出低頻經過的相位漂移較高頻少，且頻率與相位間的關係呈(理想延遲線)一直線，其中該線之斜率計算公式如下：
......................................................公式3
由此一最後關係看來，只要量測此線的斜率，或者將電延遲設定值(某些VNA具備此一功能)調整至軌跡呈現水平(某些VNA甚至使用特殊標記或巨集將此一過程自動化)，便可輕鬆確認其電延遲。
另一種常見的作法，則是使用「延遲」格式顯示軌跡。此格式係用於顯示波群延遲，即以頻率變化函數表示之電延遲變化。若該裝置為線性，則軌跡將顯示一條平坦的線，其中Y軸上的數值即電延遲。
上述方法皆採用相同的基本算法。雖然對於電氣性短接(Electrically Short)裝置而言相當實用，但網路分析儀上頻率點的有限間距可能會導致結果錯誤，使得量測出現未定值。
展開相位
此未定值的來源就是VNA量測及顯示相位的方式。例如，假設頻率掃描為1G∼2GHz，並有101個點。頻率間距(鄰近頻率量測點之間的差)將為：
......................................................公式4
試想訊號通過延遲線後，兩個鄰近點之間的相位差。根據公式4，兩個鄰近點之間的相位差為：電延遲×頻率間距 ×360。在上述公式例子中，頻率間距為10MHz。這表示對於大於(1/10MHz)= 100奈秒(ns)的電延遲而言，鄰近點之間的相位變化將會大於360度。但是，VNA用於計算相位的演算法，並未將大於360度的相位變化納入考量。因為是在離散點進行的量測，期間的訊號為未知值，因此VNA無從得知訊號一路傳送至纜線時，通過多少相位循環，故無法區分10度、370度、730度等的變化。若n為任一整數，則數值可為10度±n×360度。
在一般「相位」顯示器中，只會選取-180度至180度之間的數值顯示。在「展開相位」顯示器中，VNA會檢驗訊號趨勢，以重現長期趨勢。若顯示器的走勢朝上，則VNA將於相位包覆時，增加360度以維持向上軌跡，若軌跡朝下，則將減360度。這些360度之間的未定值，會造成電延遲量測的未定值。例如，若頻率間距為10MHz，則10奈秒、110奈秒、210奈秒等的延遲線斜率看起來都一樣。斜率會以每100奈秒或1/(頻率間距)的循環重複。
移除未定值
這對短接電氣長度的待測裝置而言並不困難，但對於長接電氣長度的待測裝置而言，此未定值可能就必須在好幾個可能的答案間做出決定。幸好，套用上述公式後，可以增加明確量測範圍，直到該範圍大於預計的電延遲為止。以下提出幾種可行作法。
減少頻率量測點之間的間距
在軌跡上增加點或減少軌跡的頻距(Span)，即可減少鄰近點之間的間距。此技巧可提供直接效益。將軌跡上的點數增加一倍(或將頻距除以2)，即可將明確量測範圍增加一倍。採用這項簡單的作法，可能便已足夠將明確範圍增加至待測裝置預期電延遲以外。調整設定值後，便可使用上述任一方法從軌跡斜率計算電延遲。
如此一來，也提供了確認頻率間距小至足以進行量測的便捷方式。在不改變軌跡頻展(Frequency Span)的情況下，變更量測點的數量；可試著對點的數量採用幾項不同的設定值。若軌跡斜率未改變，則表示頻率間距夠小。
對於實際的待測裝置而言，軌跡不會完全呈線性。偏離線性與波群延遲有關，而且此一偏差本身就是待測裝置特性的實用判斷準則。可使用資料的線性曲線適配功能，或者使用許多VNA配備的軌跡統計數據功能，找出電延遲在這些情況中的正確數值。
使用區段掃描
在某些極端情況下，減少頻距和/或增加點的數量可能還不夠。極長的延遲線(>10公里)、自由空間連結等皆屬此例。在這些情況下，預期的延遲極長，因此可能無法或難以將頻率間距減少至此延遲數值落入明確範圍的點。例如，10公里的光纖延遲線的電延遲大約為50微秒。
為了將明確範圍增加至此數值以上，需要以<20kHz的頻率間隔設定VNA軌跡。可將點的數量設為10,001，並將頻距設為<200MHz。大多數VNA皆可執行此一設定，但需要的可能是更廣頻率範圍(或更快速掃描)的量測。
在這些情況下，可以利用許多VNA皆有配備的「區段掃描」功能(圖2)。區段掃描一如其名，能夠略過期間的頻率，在頻譜的區段進行量測。
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| 圖2 進行區段掃描量測的VNA螢幕快照 |
區段掃描的真正優點在於，使用不同區段的不同頻率間距後，各區段明確範圍也將有所不同。如此可有效地將整體軌跡的明確量測範圍，增加至兩個範圍的最小公倍數。例如，假設開始量測電延遲為1,000奈秒的裝置。裝置的插入損耗在1∼5GHz的低範圍內是可接受。
為了達最大的明確量測範圍，在所設定的區段掃描中，兩個區段的頻率間距值不會透過公因數而互相相關：
區段1：從1∼2GHz掃描212個點(頻率間距約為4.74MHz)
區段2：從4∼5GHz掃描188個點(頻率間距約為5.35MHz)
第一個區段的明確範圍為87奈秒，第二個區段則為91奈秒。針對1,000奈秒的延遲線，區段1可以產生789奈秒、1,000奈秒或1,211奈秒的結果(以及其他數值±211奈秒)。區段2則會產生812奈秒、1,000奈秒或1,187奈秒的結果。兩個區段加起來的明確範圍為187×211奈秒，也就是39,457奈秒，遠遠超過預期的數值，使得1,000奈秒成為兩個區段的唯一共同選擇。
在區段斜率相當固定的情況下，此方法相當方便。若延遲線的斜率並未特別呈線性，則使用含區段掃描的線性曲線適配法便會構成挑戰。兩個區段應可產生兩種不同的斜率。為確認明確值，使用者需要解出Diophantine等式：
......................................................公式5
或
......................................................公式6
其中m和n皆為整數。若斜率量測上的誤差線過高，便很難解。
避免此一問題最直接也最有效的方法，就是手動調整VNA上的電延遲設定值，直到線條皆呈水平為止。在實務上，這是相當激烈的作法：達到正確範圍時，相當好辨認。當兩個區段的頻率分離(也就是當較低範圍的高值以及較高範圍的低值不相同時)，便會出現最劇烈的影響。在此情況下，使用者可以微調電延遲，直到低範圍與高範圍區段一致為止。
總歸來說，藉由使用向量網路分析儀的S21相位量測功能，可執行各種電延遲量測，即便是包含高損耗與超長電延遲的延遲線。
(本文作者任職於是德)