网络分析的基本概念

1.网络的定义

这里所说的“网络”，是指对实际物理电路和元件进行的数学抽象。系统中网络的作用可以通过它对激励信号的传输及反射特性来表征，即当网络输入、输出端电参量之间的相互关系已知时，网络的特性也就因此完全确定。网络分析主要研究网络的外部特性，即通过扫频测量精确获知网络的幅频特性和相频特性的方法，掌握网络的基本特性。

2.线性网络与非线性网络

在现代网络理论中，网络的线性与非线性有两种定义：根据网络内部元件的特性而进行的定义和根据网络输入-输出关系而进行的定义。在无法获知网络内部组成情况时，只能根据外部端口上的输入-输出关系来判断网络的特性，即通过频域测试或者时域测试手段对网络外部端口上的物理量进行测量，从而获知网络的输入-输出关系。

从频域角度来理解网络的线性与非线性，可以认为：线性网络不会改变输入信号的频率成分，只可能改变输入信号的幅度和（或）相位；非线性网络则会改变原有的输入信号频率，或者产生新的频率成分。

从时域角度来理解网络的线性与非线性，可以从波形产生的失真来判断。比如，当放大器过载时，输出信号会因为饱和而被“削顶”，而且不再是纯正弦波。从时域考虑非线性引起的失真时，常常会发现纯粹的线性网络也可能导致信号波形的畸变。这是因为线性网络改变信号频谱分量的幅度和相位关系时，也可能使时域波形发生失真，但这和非线性失真是有区别的：线性网络或系统不会产生新的信号频率，而有源和无源非线性器件则会产生新的频率成分。如果通过网络传输的信号没有产生失真，被测件的幅频响应特性曲线应该是平坦的，相频响应曲线应在整个带宽内呈线性。

由此可见，判断系统的线性与非线性，有时用时域测量会比较困难，特别是失真不太严重时更是如此。而如果从频域来测量则比较容易。本章讨论网络分析是假定被分析电路或网络是线性的，因而可以基于扫频正弦测量方法进行频率特性的定量分析。

3.网络分析的基本方法

网络分析的基本仪器是网络分析仪，其基本结构示意图如图12-11所示。网络分析仪主要由激励源、信号分离装置及R、A、B三路信号接收机和显示单元组成。

网络分析仪对被测设备（Device Un-derTest，DUT）进行网络分析的基本方法是，入射波通过参考信道R进行测量，反射波通过A信道进行测量，传输波则通过B信道进行测量。通过比值测量，可以获得相对反射与传输参数：反射参数由A/R得到，传输参数由B/R得到。入射、反射和传输波形都同时具有幅度和相位信息，因此可以对DUT的反射和传输特性进行定量分析。反射、传输参数可以表达为矢量（同时包含幅度和相位信息）、标量（仅包含幅度信息）或仅含有相位信息的形式。例如，回波损失是标量反射参数，而阻抗是矢量反射参数。

图12-11 网络分析仪基本结构示意图(www.xing528.com)

4.常见网络分析参数的定义

（1）反射参数

最常用的反射参数是复反射系数Γ，它被定义为反射波与入射波的电压比，其幅值用ρ表示：|Γ|=ρ（0≤ρ≤1）。对特征阻抗为Z₀的传输线，在终接匹配负载时没有反射，即ρ=0；负载阻抗Z_L≠Z₀时，会因失配而引起反射，有ρ>0；如果将开路或短路电路作为负载，则认为是发生了全反射，此时ρ=1。

回波损耗（Return Loss，RL）是反射系数的对数表征形式，单位为dB。它的取值范围是0dB（开路或短路）到正无穷（匹配负载）。另一个常用的反射参数是电压驻波比（Volt-age Standing Wave Ratio，VSWR），它定义为驻波包络线的波腹与波节的电压比，取值范围是1（无反射）到正无穷（全反射）。

（2）传输参数

复传输系数定义为传输波与入射波的电压比。如果传输波的电压幅值大于入射波，就称该被测网络或电路是有增益的；反之，如果传输波的电压幅值小于入射波，则称该网络或电路有衰减或者有插入损耗。与反射参数类似，插入损耗（InsertionLoss）是传输系数的对数表征形式，通常简称为“插损”，单位为dB。

群时延（Group Delay，GD）是通信工程中用以描述信号相位失真的参量，定义为网络的特征相移对频率变化曲线的斜率。从物理意义上说，某一频率的群时延表示在以该频率为中心的一个很窄的频带内，信号通过系统或网络的传输时间。群时延在数值上等于相频特性的一阶微分。

（3）常见的网络参数

表12-1列出了常用的网络分析参数，它们的量值大小可反映线性网络的频率特性。

表12-1 网络参数及信号特性测量参数分类