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第一部分 微波测量基础 1

第1章 微波电路理论基础 1

1.1 微波导波系统 1

1.1.1 两种分析方法 1

1.1.2 导波系统的普遍解 2

1.1.3 导波系统的基本特性 3

1.2 常用微波传输系统 8

1.2.1 矩形波导 9

1.2.2 圆波导 11

1.2.3 同轴线 12

1.3 微波传输线基本知识 14

1.3.1 微波传输线 14

1.3.2 传输线的特性参量 15

1.3.3 匹配概念和传输线的工作状态 18

1.3.4 传输线的实用工具阻抗圆图 20

参考文献 21

第2章 微波测量引论 22

2.1 微波信号 22

2.1.1 微波波段划分 22

2.1.2 微波信号特性 24

2.2 微波网络 28

2.2.1 概述 28

2.2.2 网络分析 29

2.2.3 散射参量 29

2.3 微波元件 32

2.3.1 衰减器 32

2.3.2 隔离器与环行器 34

2.3.3 移相器 35

2.3.4 滤波器 36

2.3.5 定向耦合器 37

2.3.6 功率分配器 40

2.3.7 负载 41

2.3.8 短路器 42

2.3.9 检波器 42

2.3.10 连接器与适配器 44

2.4 微波系统 46

2.4.1 信号源 46

2.4.2 微波测量电路 47

2.4.3 检测指示装置 48

2.5 微波测量 49

2.5.1 测量分类 49

2.5.2 分析域 50

2.5.3 微波测量的特殊性 50

2.6 行波管测量 54

2.6.1 行波管的工作原理 54

2.6.2 行波管的主特性 55

2.6.3 行波管的副特性 56

参考文献 58

第3章 信号流图分析方法 59

3.1 历史回顾 59

3.2 信号流图的构建 60

3.2.1 构建法则 60

3.2.2 基本术语定义 60

3.2.3 常用微波网络的信号流图 61

3.3 求解信号流图的解析法 62

3.3.1 Mason公式——不接触回路定理 62

3.3.2 求解实例 63

3.4 求解信号流图的作图法 65

3.4.1 信号流图化简法则 65

3.4.2 求解实例 67

3.5 信号流图的应用 70

3.5.1 标量网络分析系统 70

3.5.2 矢量网络分析系统 79

参考文献 81

第4章 测量不确定度概述 82

4.1 测量的基本概念 82

4.1.1 基本术语 82

4.1.2 测量的意义 83

4.2 传统的测量误差理论 84

4.2.1 传统误差理论的废止原因 84

4.2.2 测量准确度、精密度和精确度 84

4.2.3 测量误差及其分类 84

4.2.4 测量仪器特性的表示 85

4.2.5 对测量仪器计量标准的要求 86

4.2.6 评定测量结果的新规范 86

4.3 随机变量和概率分布函数 86

4.3.1 随机变量及其分类 86

4.3.2 概率和概率分布函数 87

4.3.3 常见随机变量的概率分布 88

4.4 测量不确定度的基本概念 91

4.4.1 测量不确定度的定义 91

4.4.2 测量不确定度与测量误差的区别 91

4.4.3 基本术语 92

4.4.4 测量不确定度的分类 93

4.5 不确定度的评定 94

4.5.1 标准不确定度的A类评定 94

4.5.2 标准不确定度的B类评定 95

4.5.3 合成标准不确定度的评定 99

4.5.4 扩展不确定度的评定 103

4.5.5 测量结果的报告 105

参考文献 108

第二部分 微波信号分析 109

第5章 微波功率测量 109

5.1 微波功率测量原理和方法 109

5.1.1 微波功率传输系统 109

5.1.2 无反射功率和资用功率 111

5.1.3 功率测量目标的讨论 113

5.1.4 功率测量方程 114

5.1.5 扩大功率计量程的方法 116

5.1.6 脉冲功率测量 116

5.2 微波功率计 120

5.2.1 微波功率计的一般组成 120

5.2.2 微波功率计的分类 120

5.2.3 量热式功率计 121

5.2.4 测热电阻功率计 123

5.2.5 热电偶式功率计 126

5.2.6 二极管式功率计 129

5.2.7 微波峰值功率计 134

5.2.8 微波功率计的主要技术特性 136

5.2.9 功率计的使用操作 136

5.3 微波功率测量不确定度分析 139

5.3.1 功率测量的不确定度来源 139

5.3.2 功率测量不确定度的评定 142

5.3.3 测量实例分析 143

5.3.4 降低功率测量不确定度的主要途径 146

参考文献 146

第6章 微波频率与波长测量 148

6.1 概述 148

6.2 微波频率测量原理与方法 148

6.2.1 计数式频率计的基本原理 149

6.2.2 微波计数式频率计的工作原理 151

6.2.3 微波计数式频率计的主要性能参量 152

6.2.4 微波计数式频率计的使用操作 155

6.3 微波波长测量原理与方法 158

6.3.1 谐振式波长计的基本原理 158

6.3.2 系统连接 160

6.3.3 校准方法 162

6.3.4 使用注意事项 163

6.3.5 波长计的测量误差 163

参考文献 163

第7章 微波频谱分析 164

7.1 电信号的频谱 164

7.1.1 时域与频域 164

7.1.2 常见信号的傅里叶谱 164

7.2 频谱分析仪的工作原理 168

7.2.1 实时分析与非实时分析 168

7.2.2 扫频外差式频谱分析仪的工作原理 169

7.2.3 频谱分析仪的特性参量 170

7.2.4 脉冲调制载波信号的频谱特征 181

7.2.5 频谱仪工作原理提要 185

7.3 频谱分析仪的使用操作 186

7.3.1 面板与按键 186

7.3.2 屏幕显示 187

7.3.3 测量基本步骤 188

7.3.4 使用注意事项 189

7.4 扩展频率上限的无预选外混频测量 190

7.4.1 谐波混频原理 190

7.4.2 谱线标称值与真假信号 191

7.4.3 全谱线表达式 192

7.4.4 谱线间距表达式 193

7.4.5 谐波混频实例 194

7.4.6 信号识别原理 195

7.4.7 自动识别系统实例 198

7.5 频谱分析仪的主要应用 200

7.5.1 连续波信号测量 200

7.5.2 脉冲调制载波信号测量 203

7.5.3 信号调制情况分析 209

7.5.4 线性网络增益或衰减测量 211

参考文献 212

第8章 微波噪声测量 213

8.1 噪声的基本概念 213

8.1.1 噪声与电路热噪声 213

8.1.2 噪声的幅度特性——时域分析 213

8.1.3 噪声的频率特性——频域分析 215

8.1.4 单口网络的噪声特性 216

8.1.5 双口网络的噪声特性 218

8.1.6 级联网络的噪声特性 223

8.1.7 噪声特性概要 228

8.2 噪声测量技术 229

8.2.1 噪声功率谱密度测量 229

8.2.2 中小噪声系数测量——噪声源法 231

8.2.3 大噪声系数测量——信号源法 234

8.2.4 频谱仪噪声特性的测量 237

8.3 测量误差分析 239

8.3.1 一般考虑 239

8.3.2 噪声源法测量的误差分析 239

8.3.3 信号源法测量的误差分析 242

参考文献 244

第三部分 微波网络分析 245

第9章 标量网络分析 245

9.1 概述 245

9.2 分析对象与被测参量 246

9.2.1 分析对象 246

9.2.2 被测参量 246

9.3 测量系统 247

9.3.1 扫频源 247

9.3.2 微波测量电路 249

9.3.3 标量网络分析仪 251

9.4 标量反射测量 252

9.4.1 基本系统配置 252

9.4.2 测量方法 253

9.4.3 测量误差 254

9.5 标量传输测量 261

9.5.1 基本系统配置 261

9.5.2 测量方法 263

9.5.3 测量误差 263

9.6 标网的使用操作 267

9.6.1 系统组建 267

9.6.2 面板与显示 268

9.6.3 测量步骤 269

9.6.4 使用注意事项 271

参考文献 271

第10章 矢量网络分析 272

10.1 概述 272

10.1.1 应用场合 272

10.1.2 测量对象 272

10.2 矢量网络分析原理 273

10.2.1 基本系统组成 273

10.2.2 基本工作原理 274

10.3 误差修正技术 275

10.3.1 微波电路系统误差 275

10.3.2 测量误差模型 276

10.3.3 误差模型参数的测定——校准 278

10.3.4 常用校准类型 279

10.4 矢网的人机界面 281

10.4.1 面板与显示屏 281

10.4.2 显示设置 283

10.4.3 数据格式设置 285

10.5 校准操作 287

10.5.1 测量参考面和校准工具箱 287

10.5.2 校准方法 289

10.5.3 校准的特殊问题 289

10.6 测量步骤 292

10.7 系统测量精度 295

10.7.1 测量误差源 295

10.7.2 系统误差 296

10.7.3 随机误差 297

10.7.4 漂移误差 299

10.7.5 系统总测量不确定度 300

10.7.6 关于系统性能检验与测量精度的讨论 302

10.8 时域测量功能 305

10.8.1 时域-频域变换及用途 305

10.8.2 时域测量的两种激励信号 307

10.8.3 时域测量的两种工作方式 307

10.8.4 带通方式时域测量 308

10.8.5 低通方式时域测量 310

10.8.6 时域测量能力的增强 311

10.8.7 量程与分辨力 315

10.8.8 时域测量操作 318

10.9 特殊测量应用 319

10.9.1 谐振腔Q值测量 319

10.9.2 同轴-波导转换插损测量 323

10.10 脉冲S参数测量应用 326

10.10.1 脉冲调制测量信号与工作方式 326

10.10.2 脉冲调制射频的测量类型 327

10.10.3 宽带／同步检测技术 328

10.10.4 窄带／异步检测技术 330

10.10.5 两种检测技术的比较 333

10.10.6 实现测量的基本硬件 334

10.10.7 测量系统配置 336

参考文献 339

第四部分 微波管参量综合测量 340

第11章 微波材料电磁特性测量 340

11.1 散射系数法——中、大损耗角材料测量 340

11.1.1 基本原理 340

11.1.2 测量系统组建 342

11.1.3 样品架与样品制备 344

11.1.4 系统运行与有关问题讨论 345

11.1.5 求解多值性的解决方案 349

11.2 波导谐振腔微扰法——中、大损耗角材料测量 352

11.2.1 测量目的 352

11.2.2 基本原理 352

11.2.3 谐振腔的设计 354

11.2.4 测量系统组建与运行 354

11.2.5 测量结果讨论 355

11.3 圆柱谐振腔法——小损耗角材料测量 357

11.3.1 测量目的 357

11.3.2 基本原理 357

11.3.3 谐振腔设计与样品制备 359

11.3.4 测量系统与测量步骤 361

11.3.5 测量实例 363

11.4 开放式谐振腔法——小损耗角材料测量 364

11.4.1 测量目的 364

11.4.2 基本原理 365

11.4.3 谐振腔设计与样品制备 368

11.4.4 测量系统与测量步骤 371

11.4.5 测量实例 372

参考文献 373

第12章 慢波结构色散特性与耦合阻抗测量 374

12.1 螺旋线慢波结构色散特性测量 374

12.1.1 探针法色散特性测量基本原理 374

12.1.2 测量系统组建 375

12.1.3 被测件的制备 377

12.1.4 探针的制备与使用 377

12.1.5 系统运行 378

12.1.6 测量结果处理 380

12.1.7 测量实例 383

12.1.8 测量不确定度分析 383

12.2 螺旋线慢波结构耦合阻抗测量 386

12.2.1 金属丝微扰法基本原理 387

12.2.2 测量系统组建 387

12.2.3 被测件的制备 388

12.2.4 对微扰丝的要求 389

12.2.5 系统运行 389

12.2.6 测量结果处理 391

12.2.7 测量实例 395

12.2.8 测量不确定度分析 395

12.2.9 关于系统测量精度的说明 401

12.3 耦合腔慢波结构色散特性与耦合阻抗测量 402

12.3.1 测量基本原理 402

12.3.2 测量系统组建 404

12.3.3 被测件的制备 404

12.3.4 测量步骤与结果处理 405

12.3.5 测量实例 405

参考文献 406

第13章 行波管基本特性测量 407

13.1 激励功率和输出功率测量 407

13.1.1 基本原理与测量系统 407

13.1.2 测量方法与步骤 408

13.1.3 注意事项 410

13.2 功率增益测量 410

13.2.1 基本原理与测量系统 410

13.2.2 功率计法测量方法与步骤 411

13.2.3 矢网法测量方法与步骤 412

13.2.4 注意事项 413

13.3 增益-频率特性测量 413

13.3.1 基本原理与测量系统 413

13.3.2 测量方法与步骤 416

13.3.3 注意事项 417

13.4 增益压缩测量 418

13.4.1 基本原理与测量系统 418

13.4.2 测量步骤 419

13.4.3 注意事项 420

13.5 冷插入损耗与反向隔离测量 420

13.5.1 基本原理及测量系统 420

13.5.2 测量步骤 420

13.5.3 注意事项 421

13.6 输入输出反射系数（驻波比）测量 421

13.6.1 基本原理与测量系统 421

13.6.2 测量步骤 422

13.6.3 注意事项 423

13.7 利用矢网进行高功率测量 423

13.7.1 系统配置方案 424

13.7.2 功率扩展后的校准 427

13.7.3 测量步骤 427

13.8 行波管功率与增益自动测量系统 428

13.8.1 系统组建 428

13.8.2 系统配置管理 430

13.8.3 均衡器仿真 431

13.8.4 测量过程控制 433

13.8.5 测量文件管理 435

13.8.6 测量实例 435

参考文献 436

第14章 行波管副特性测量 437

14.1 谐波输出比测量 437

14.1.1 测量原理 437

14.1.2 频谱分析仪法 438

14.1.3 滤波器法 439

14.2 三阶互调比测量 441

14.2.1 测量原理 441

14.2.2 测量系统与测量步骤 442

14.2.3 注意事项 443

14.3 寄生输出比测量 443

14.3.1 测量原理 443

14.3.2 测量系统 443

14.3.3 测量步骤 444

14.3.4 注意事项 444

14.4 线性相位偏离测量 445

14.4.1 测量原理 445

14.4.2 测量系统 446

14.4.3 测量步骤 446

14.4.4 注意事项 446

14.5 群延迟测量 446

14.5.1 测量原理 446

14.5.2 测量系统与测量步骤 448

14.5.3 注意事项 449

14.6 非线性相移与调幅-调相转换测量 450

14.6.1 测量原理 450

14.6.2 测量系统与测量步骤 452

14.6.3 注意事项 454

14.7 相位灵敏度测量 455

14.7.1 测量原理 455

14.7.2 测量系统与测量步骤 455

14.7.3 注意事项 457

14.8 相位和增益一致性测量 457

14.8.1 测量原理 457

14.8.2 测量系统与测量步骤 458

14.8.3 注意事项 460

14.9 相位噪声测量 460

14.9.1 测量原理 460

14.9.2 测量系统与测量步骤 461

14.9.3 注意事项 462

14.10 噪声功率谱密度测量 462

14.10.1 测量原理 462

14.10.2 测量系统 463

14.10.3 测量步骤 463

14.10.4 注意事项 464

14.11 噪声系数测量 465

14.11.1 测量原理 465

14.11.2 测量系统与测量步骤 465

14.11.3 注意事项 467

14.12 脉间噪声和脉内噪声测量 468

14.12.1 测量原理 468

14.12.2 测量系统与测量步骤 469

14.12.3 注意事项 470

参考文献 470

第15章 自动测试系统组建与编程 471

15.1 自动测试技术概述 471

15.1.1 三类自动测试系统 471

15.1.2 GPIB系统的发展历史 471

15.1.3 GPIB/SCPI标准的目的与作用 472

15.2 GPIB标准接口系统 473

15.2.1 基本特性 473

15.2.2 总线结构 473

15.2.3 信息编码 475

15.2.4 接口功能 477

15.2.5 通信方式 479

15.2.6 运行模式 481

15.3 SCPI标准命令 482

15.3.1 目标与特点 482

15.3.2 语法形式 483

15.3.3 标准命令 487

15.3.4 数据交换格式 495

15.3.5 仪器分类 497

15.4 系统组建与编程 501

15.4.1 组建流程 501

15.4.2 接口连接 502

15.4.3 程序目标与知识准备 504

15.4.4 编程方法 504

参考文献 522

附录 524

附录Ⅰ 国际制单位与其它单位 524

附录Ⅱ 一些物理常数和数学常数 528

附录Ⅲ 微波应用的对应频段 529

附录Ⅳ 标准矩形波导与法兰盘 530

附录Ⅴ 常用波导场结构图 539

附录Ⅵ 同轴连接器主要参数和结构尺寸 540

附录Ⅶ 同轴射频电缆主要参数 548

附录Ⅷ 一些物质的电磁特性 550

参考文献 552