微波器件测量手册

第1章 微波测量简介

1.1 一般的测量流程

1.2 实际的测量重点

1.3 微波参数的定义

1.3.1 初步认识S参数

1.3.2 网络的相位响应

1.4 功率参数

1.4.1 入射功率和反射功率

1.4.2 资用功率（available power）

1.4.3 负载功率

1.4.4 网络资用功率

1.4.5 资用增益

1.5 噪声系数和噪声参数

1.5.1 噪声温度

1.5.2 有效输入噪声温度（超噪温度）

1.5.3 超噪功率与工作温度

1.5.4 噪声功率密度

1.5.5 噪声参数

1.6 失真参数

1.6.1 谐波

1.6.2 二阶截断点

1.6.3 双音互调失真

1.7 微波元器件的特性

1.8 无源微波器件

1.8.1 电缆，连接器和传输线

1.8.2 连接器

1.8.3 非同轴传输线

1.9 滤波器

1.10定向耦合器

1.11环形器和隔离器

1.12天线

1.13PCB组件

1.13.1 SMT电阻

1.13.2 SMT电容

1.13.3 SMT电感

1.13.4 PCB过孔

1.14 有源微波器件

1.14.1 线性和非线性

1.14.2 放大器： 系统放大器，低噪声放大器和大功率放大器

1.14.3 混频器和变频器

1.14.4 N倍频器，限幅器和分频器

1.14.5 振荡器

1.15 测量仪表

1.15.1 功率计

1.15.2 信号源

1.15.3 频谱分析仪

1.15.4 矢量信号分析仪

1.15.5 噪声系数分析仪

1.15.6 网络分析仪

参考文献

第2章 矢量网络分析仪测量系统

2.1 矢量网络分析仪测量系统简介

2.2 矢量网络分析仪的结构框图

2.2.1 矢量网络分析仪源

2.2.2 理解源匹配

2.2.3 矢量网络分析仪测试装置

2.2.4 定向器件

2.2.5 矢量网络分析仪接收机

2.2.6 IF和数据处理

2.2.7 多端口扩展

2.2.8 大功率测试系统

2.3 线性微波参数的矢量网络分析仪测量

2.3.1 S参数的线性测量方法

2.3.2 使用矢量网络分析仪进行功率测量

2.3.3 矢量网络分析仪的其他测量限制

2.3.4 由外部元件引起的测量局限

2.4 由S参数引申出的测量

2.4.1 史密斯圆图

2.4.2 将S参数变换成其他阻抗

2.4.3 级联电路和T参数

2.5 使用Y变换和Z变换的模型化电路

2.5.1 反射变换

2.5.2 传输变换

2.6 其他线性参数

2.6.1 Z参数或开环电路阻抗参数

2.6.2 Y参数或短路导纳参数

2.6.3 ABCD参数

2.6.4 H参数或混合参数

2.6.5 复数变换和非等值参考阻抗

参考文献

第3章 校准和矢量误差修正

3.1 引言

3.2 S参数的基本误差修正： 校准应用

3.2.112项误差模型

3.2.2 单端口误差模型

3.2.38项误差模型

3.3 确定误差项： 12项模型的校准采集

3.3.1 单端口误差项

3.3.2 单端口标准件

3.3.3 二端口误差项

3.3.412项误差模型转换成11项模型

3.4 确定误差项： 8项模型的校准采集

3.4.1 TRL标准和原始测量结果

3.4.2 TRL校准的特殊情况

3.4.3 未知通路或SOLR（互逆通路校准）

3.4.4 未知通路校准的应用

3.4.5 QSOLT校准

3.4.6 电子校准或自动校准

3.5 波导校准

3.6 源功率校准

3.6.1 为源频率响应进行源功率校准

3.6.2 功率计失配校准

3.6.3 源功率线性度校准

3.7 接收机功率校准

3.7.1 一些历史回顾

3.7.2 现代接收机功率校准

3.7.3 传输测试接收机的响应校正

3.8 退化的校准

3.8.1 响应校准

3.8.2 增强型响应校准

3.9 确定残余误差

3.9.1 反射误差

3.9.2 使用空气线确定残余误差

3.10计算测量不确定度

3.10.1 反射测量的不确定度

3.10.2 源功率的不确定度

3.10.3 测量功率的不确定度（接收机不确定度）

3.11S21或传输不确定度

3.12相位误差

3.13实际校准的限制

3.13.1 电缆弯曲

3.13.2 在校准后改变功率

3.13.3 补偿步进衰减器的变化

3.13.4 连接器的一致性

3.13.5 噪声效应

3.13.6 短期和长期漂移

3.13.7 误差项的内插

3.13.8 校准质量： 电子校准和机械校准件

参考文献

第4章 时域变换

4.1 引言

4.2 傅里叶变换

4.2.1 连续傅里叶变换

4.2.2 奇偶函数与傅里叶变换

4.2.3 调制（频移）定理

4.3 离散傅里叶变换

4.3.1 快速傅里叶变换和快速傅里叶逆变换

4.3.2 离散傅里叶变换

4.4 傅里叶变换（解析形式）与矢量网络分析仪的时域变换

4.4.1 定义傅里叶变换

4.4.2 离散采样的影响

4.4.3 频率截断的影响

4.4.4 减小截断效应的方法——加窗

4.4.5 尺度变换和重归一化

4.5 低通和带通变换

4.5.1 低通冲激模式

4.5.2 直流外插

4.5.3 低通阶跃模式

4.5.4 带通模式

4.6 时域选通

4.6.1 选通损耗和重归一化

4.7 不同网络的时域变换示例

4.7.1 传输线阻抗变化的时域变换

4.7.2 离散不连续性的时域响应

4.7.3 不同电路的时域响应

4.8 掩蔽和选通对测量准确性的影响

4.8.1 对传输线阻抗变化的补偿

4.8.2 离散不连续性的补偿

4.8.3 时域选通

4.8.4 估计掩蔽响应造成的不确定性

4.9 小结

参考文献

第5章 线性无源器件的测量

5.1 传输线、电缆和接头

5.1.1 带接头的低损耗器件的校准

5.1.2 测量长电长度器件

5.1.3 衰减测量

5.1.4 回波损耗测量

5.1.5 电缆长度和时延

5.2 滤波器和滤波器测量

5.2.1 滤波器分类和困难

5.2.2 双工器（Duplexer）与同向双工器（Diplexer）

5.2.3 测量可调谐高性能滤波器

5.2.4 测量传输响应

5.2.5 高速与动态范围

5.2.6 极大动态范围测量

5.2.7 校准注意事项

5.3 多端口器件

5.3.1 差分电缆和传输线

5.3.2 耦合器

5.3.3 电桥（Hybrid）、功分器和分频器

5.3.4 环形器和隔离器

5.4 谐振腔

5.4.1 谐振腔响应的史密斯图

5.5 天线测量

5.6 小结

参考文献

第6章 放大器测量

6.1 放大器的线性特性

6.1.1 放大器的预测试

6.1.2 优化矢量网络分析仪的校准设置

6.1.3 放大器测量的校准

6.1.4 放大器测量

6.1.5 对放大器的测量进行分析

6.1.6 保存放大器测量结果

6.2 增益压缩测量

6.2.1 压缩的定义

6.2.2 调幅调相或相位压缩

6.2.3 全频段增益和相位压缩

6.2.4 增益压缩解决方案，智能扫描和安全模式

6.3 测量高增益放大器

6.3.1 高增益放大器设置

6.3.2 校准注意事项

6.4 测量大功率放大器

6.4.1 产生大驱动功率的配置

6.4.2 接收大功率的配置

6.4.3 功率校准以及预／后稳幅

6.5 脉冲调制下的射频测量

6.5.1 脉冲测量的背景

6.5.2 脉冲包络测试

6.5.3 脉冲到脉冲测量

6.5.4 对脉冲射频激励的直流测量

6.6 失真测试

6.6.1 放大器的谐波测量

6.6.2 双音测量，IMD和TOI的定义

6.6.3 双音三阶交调失真的测量技术

6.6.4 扫描模式下的IMD测量

6.6.5 优化测量结果

6.6.6 误差修正

6.7 噪声系数测量

6.7.1 噪声系数的定义

6.7.2 噪声功率测量

6.7.3 通过噪声功率计算噪声系数

6.7.4 用Y因子法计算DUT的噪声系数

6.7.5 冷源法

6.7.6 噪声参数

6.7.7 噪声系数测量的误差校准

6.7.8 噪声系数测量的不确定性

6.7.9 噪声系数测量结果的验证

6.7.10提高噪声测量精度的方法

6.8 X参数，负载牵引测量和有源负载

6.8.1 非线性响应和X参数

6.8.2 负载牵引、源牵引和负载等值线

6.9 放大器测量小结

参考文献

第7章 混频器与变频器测量

7.1 混频器特性

7.1.1 混频转换器的小信号模型

7.1.2 混频器的互易性

7.1.3 标量与矢量响应

7.2 混频器与变频器

7.2.1 变频器设计

7.2.2 多级转换和消除杂散

7.3 将混频器看成十二端口器件

7.3.1 混频器转换项

7.4 混频器测量： 频率响应

7.4.1 简介

7.4.2 幅度响应

7.4.3 相位响应

7.4.4 群时延与调制法

7.4.5 扫描LO测量

7.5 混频器测量的校准

7.5.1 功率校准

7.5.2 相位校准

7.5.3 确定互易混频器的相位和时延

7.6 驱动功率对混频器测量的影响

7.6.1 LO驱动对混频器测量的影响

7.6.2 RF驱动电平对混频器测量的影响

7.7 混频器的TOI

7.7.1 IMD与LO驱动功率的关系

7.7.2 IMD与射频功率的关系

7.7.3 IMD频率响应

7.8 混频器和变频器的噪声系数

7.8.1 Y因子法测量混频器的噪声系数

7.8.2 冷源法测量混频器的噪声系数

7.9 特殊混频器测量

7.9.1 射频或LO倍频的混频器

7.9.2 分段扫描

7.9.3 测量高阶分量

7.9.4 嵌入式本振的混频器测量

7.9.5 高增益和大功率变频器

7.10混频器测量小结

参考文献

第8章 矢量网络分析仪平衡测量

8.1 四端口差分与平衡S参数

8.2 三端口平衡器件

8.3 混合模器件测量示例

8.3.1 无源差分器件： 平衡传输线

8.3.2 差分放大器测量

8.3.3 差分放大器和非线性操作

8.4 用于非线性测试的真实模式矢量网络分析仪

8.4.1 真实模式测量

8.4.2 确定差分器件的相位偏斜

8.5 使用巴伦，混合转换器和变换器进行差分测试

8.5.1 转换器与混合转换器

8.5.2 在二端口矢量网络分析仪上使用混合转换器和巴伦

8.6 差分器件的失真测量

8.6.1 比较单端与真实模式IMD的测量

8.7 差分器件的噪声系数测量

8.7.1 混合模噪声系数

8.7.2 测量设置

8.8 差分器件测量小结

参考文献

第9章 高级测量技术

9.1 创建自己的校准件

9.1.1 PCB实例

9.1.2 评估PCB夹具

9.2 夹具和去嵌入

9.2.1 去嵌入的数学推导

9.3 确定夹具的S参数

9.3.1 用单端口校准获取夹具的特性

9.4 自动端口延伸

9.5 AFR： 用时域方法进行夹具移除

9.5.1 AFR测量实例

9.6 嵌入端口匹配元件

9.7 阻抗变换

9.8 对高损器件做去嵌入

9.9 理解系统稳定性

9.9.1 确定电缆传输的稳定性

9.9.2 确定电缆失配的稳定性

9.9.3 反射跟踪的稳定性

9.10对高级校准和测量技术的一些注解

参考文献

附录A 物理常数

附录B 常见的射频和微波连接器

附录C 常见的波导

附录D 校准套件开路和短路的一些定义

缩略语

索引

《微波器件测量手册矢量网络分析仪高级测量技术指南》适合从事射频和微波器件研发与生产测试的工程技术人员，特别是在航空航天和国防电子设备的研究和制造领域、现代无线通信设备的研究和制造领域的工程技术人员作为参考资料。《微波器件测量手册矢量网络分析仪高级测量技术指南》也可以作为高等学校中研究微波设计和理论的学生的最佳测量指导书籍。本书是当今射频和微波器件测量领域的一本实用参考手册和工具书,讨论了最先进的射频微波器件测量技术及最佳的测量实践。本书前面的章节先引入一些基本概念,接着在后续章节深入探讨各种有源和无源器件的测量与应用案例,让读者能够全面了解微波器件测量的重要细节,向用户提供了一套全新的见解,指引用户通过实践了解被测器件的真实特性。它的实用性还在于向读者介绍了如何找到最优化的测量设置方法、如何把现代化矢量网络分析仪的强大功能应用到最大的极限,以及如何在测量结果中去除测量设备可能对被测器件特性的影响。【作者简介】JoelDunsmore博士是安捷伦科技公司院士级的专家。自1983年从俄勒冈州立大学毕业以后,Joel博士在惠普/安捷伦已经工作了30多年,在射频微波测试领域积累了丰富的理论和实践经验作了30多年,在射频微波测试领域积累了丰富的理论和实践经验。