微波器件测量手册 矢量网络分析仪高级测量技术指南PDF电子书下载

第1章 微波测量简介 1

1.1 一般的测量流程 1

1.2 实际的测量重点 2

1.3 微波参数的定义 3

1.3.1 初步认识S参数 3

1.3.2 网络的相位响应 9

1.4 功率参数 10

1.4.1 入射功率和反射功率 10

1.4.2 资用功率（available power） 10

1.4.3 负载功率 11

1.4.4 网络资用功率 11

1.4.5 资用增益 11

1.5 噪声系数和噪声参数 12

1.5.1 噪声温度 13

1.5.2 有效输入噪声温度（超噪温度） 13

1.5.3 超噪功率与工作温度 14

1.5.4 噪声功率密度 14

1.5.5 噪声参数 14

1.6 失真参数 15

1.6.1 谐波 15

1.6.2 二阶截断点 15

1.6.3 双音互调失真 16

1.7 微波元器件的特性 18

1.8 无源微波器件 18

1.8.1 电缆，连接器和传输线 18

1.8.2 连接器 22

1.8.3 非同轴传输线 29

1.9 滤波器 32

1.10 定向耦合器 34

1.11 环形器和隔离器 35

1.12 天线 36

1.13 PCB组件 36

1.13.1 SMT电阻 36

1.13.2 SMT电容 38

1.13.3 SMT电感 39

1.13.4 PCB过孔 39

1.14 有源微波器件 40

1.14.1 线性和非线性 40

1.14.2 放大器：系统放大器，低噪声放大器和大功率放大器 40

1.14.3 混频器和变频器 41

1.14.4 N倍频器，限幅器和分频器 43

1.14.5 振荡器 43

1.15 测量仪表 44

1.15.1 功率计 44

1.15.2 信号源 45

1.15.3 频谱分析仪 46

1.15.4 矢量信号分析仪 46

1.15.5 噪声系数分析仪 47

1.15.6 网络分析仪 47

参考文献 49

第2章 矢量网络分析仪测量系统 51

2.1 矢量网络分析仪测量系统简介 51

2.2 矢量网络分析仪的结构框图 52

2.2.1 矢量网络分析仪源 54

2.2.2 理解源匹配 56

2.2.3 矢量网络分析仪测试装置 60

2.2.4 定向器件 62

2.2.5 矢量网络分析仪接收机 67

2.2.6 IF和数据处理 71

2.2.7 多端口扩展 72

2.2.8 大功率测试系统 76

2.3 线性微波参数的矢量网络分析仪测量 77

2.3.1 S参数的线性测量方法 77

2.3.2 使用矢量网络分析仪进行功率测量 79

2.3.3 矢量网络分析仪的其他测量限制 81

2.3.4 由外部元件引起的测量局限 84

2.4 由S参数引申出的测量 85

2.4.1 史密斯圆图 85

2.4.2 将S参数变换成其他阻抗 90

2.4.3 级联电路和T参数 90

2.5 使用Y变换和Z变换的模型化电路 92

2.5.1 反射变换 92

2.5.2 传输变换 93

2.6 其他线性参数 93

2.6.1 Z参数或开环电路阻抗参数 93

2.6.2 Y参数或短路导纳参数 95

2.6.3 ABCD参数 95

2.6.4 H参数或混合参数 96

2.6.5 复数变换和非等值参考阻抗 96

参考文献 97

第3章 校准和矢量误差修正 98

3.1 引言 98

3.2 S参数的基本误差修正：校准应用 99

3.2.1 12项误差模型 99

3.2.2 单端口误差模型 101

3.2.3 8项误差模型 101

3.3 确定误差项：12项模型的校准采集 103

3.3.1 单端口误差项 104

3.3.2 单端口标准件 105

3.3.3 二端口误差项 111

3.3.4 12项误差模型转换成11项模型 114

3.4 确定误差项：8项模型的校准采集 114

3.4.1 TRL标准和原始测量结果 114

3.4.2 TRL校准的特殊情况 118

3.4.3 未知通路或SOLR （互逆通路校准） 118

3.4.4 未知通路校准的应用 120

3.4.5 QSOLT校准 121

3.4.6 电子校准或自动校准 121

3.5 波导校准 124

3.6 源功率校准 125

3.6.1 为源频率响应进行源功率校准 126

3.6.2 功率计失配校准 127

3.6.3 源功率线性度校准 128

3.7 接收机功率校准 130

3.7.1 一些历史回顾 130

3.7.2 现代接收机功率校准 131

3.7.3 传输测试接收机的响应校正 134

3.8 退化的校准 136

3.8.1 响应校准 136

3.8.2 增强型响应校准 138

3.9 确定残余误差 140

3.9.1 反射误差 140

3.9.2 使用空气线确定残余误差 142

3.10 计算测量不确定度 151

3.10.1 反射测量的不确定度 151

3.10.2 源功率的不确定度 151

3.10.3 测量功率的不确定度（接收机不确定度） 152

3.11 S21或传输不确定度 153

3.12 相位误差 156

3.13 实际校准的限制 157

3.13.1 电缆弯曲 157

3.13.2 在校准后改变功率 158

3.13.3 补偿步进衰减器的变化 159

3.13.4 连接器的一致性 162

3.13.5 噪声效应 162

3.13.6 短期和长期漂移 163

3.13.7 误差项的内插 164

3.13.8 校准质量：电子校准和机械校准件 167

参考文献 167

第4章 时域变换 169

4.1 引言 169

4.2 傅里叶变换 169

4.2.1 连续傅里叶变换 170

4.2.2 奇偶函数与傅里叶变换 170

4.2.3 调制（频移）定理 171

4.3 离散傅里叶变换 171

4.3.1 快速傅里叶变换和快速傅里叶逆变换 172

4.3.2 离散傅里叶变换 173

4.4 傅里叶变换（解析形式）与矢量网络分析仪的时域变换 173

4.4.1 定义傅里叶变换 174

4.4.2 离散采样的影响 174

4.4.3 频率截断的影响 175

4.4.4 减小截断效应的方法——加窗 177

4.4.5 尺度变换和重归一化 178

4.5 低通和带通变换 179

4.5.1 低通冲激模式 179

4.5.2 直流外插 179

4.5.3 低通阶跃模式 179

4.5.4 带通模式 181

4.6 时域选通 182

4.6.1 选通损耗和重归一化 182

4.7 不同网络的时域变换示例 184

4.7.1 传输线阻抗变化的时域变换 184

4.7.2 离散不连续性的时域响应 185

4.7.3 不同电路的时域响应 186

4.8 掩蔽和选通对测量准确性的影响 187

4.8.1 对传输线阻抗变化的补偿 187

4.8.2 离散不连续性的补偿 187

4.8.3 时域选通 188

4.8.4 估计掩蔽响应造成的不确定性 191

4.9 小结 192

参考文献 192

第5章 线性无源器件的测量 193

5.1 传输线、电缆和接头 193

5.1.1 带接头的低损耗器件的校准 193

5.1.2 测量长电长度器件 195

5.1.3 衰减测量 198

5.1.4 回波损耗测量 211

5.1.5 电缆长度和时延 220

5.2 滤波器和滤波器测量 221

5.2.1 滤波器分类和困难 221

5.2.2 双工器（Duplexer）与同向双工器（Diplexer） 222

5.2.3 测量可调谐高性能滤波器 222

5.2.4 测量传输响应 224

5.2.5 高速与动态范围 228

5.2.6 极大动态范围测量 229

5.2.7 校准注意事项 237

5.3 多端口器件 237

5.3.1 差分电缆和传输线 238

5.3.2 耦合器 238

5.3.3 电桥（Hybrid）、功分器和分频器 240

5.3.4 环形器和隔离器 243

5.4 谐振腔 244

5.4.1 谐振腔响应的史密斯图 244

5.5 天线测量 246

5.6 小结 247

参考文献 248

第6章 放大器测量 249

6.1 放大器的线性特性 249

6.1.1 放大器的预测试 250

6.1.2 优化矢量网络分析仪的校准设置 251

6.1.3 放大器测量的校准 252

6.1.4 放大器测量 255

6.1.5 对放大器的测量进行分析 259

6.1.6 保存放大器测量结果 267

6.2 增益压缩测量 270

6.2.1 压缩的定义 271

6.2.2 调幅-调相或相位压缩 274

6.2.3 全频段增益和相位压缩 275

6.2.4 增益压缩解决方案，智能扫描和安全模式 276

6.3 测量高增益放大器 281

6.3.1 高增益放大器设置 282

6.3.2 校准注意事项 283

6.4 测量大功率放大器 285

6.4.1 产生大驱动功率的配置 285

6.4.2 接收大功率的配置 287

6.4.3 功率校准以及预／后稳幅 289

6.5 脉冲调制下的射频测量 289

6.5.1 脉冲测量的背景 289

6.5.2 脉冲包络测试 292

6.5.3 脉冲到脉冲测量 294

6.5.4 对脉冲射频激励的直流测量 295

6.6 失真测试 297

6.6.1 放大器的谐波测量 297

6.6.2 双音测量，IMD和TOI的定义 300

6.6.3 双音三阶交调失真的测量技术 303

6.6.4 扫描模式下的IMD测量 304

6.6.5 优化测量结果 306

6.6.6 误差修正 309

6.7 噪声系数测量 310

6.7.1 噪声系数的定义 310

6.7.2 噪声功率测量 311

6.7.3 通过噪声功率计算噪声系数 313

6.7.4 用Y因子法计算DUT的噪声系数 314

6.7.5 冷源法 315

6.7.6 噪声参数 317

6.7.7 噪声系数测量的误差校准 320

6.7.8 噪声系数测量的不确定性 320

6.7.9 噪声系数测量结果的验证 321

6.7.10 提高噪声测量精度的方法 322

6.8 X参数，负载牵引测量和有源负载 324

6.8.1 非线性响应和X参数 324

6.8.2 负载牵引、源牵引和负载等值线 326

6.9 放大器测量小结 330

参考文献 330

第7章 混频器与变频器测量 331

7.1 混频器特性 331

7.1.1 混频转换器的小信号模型 333

7.1.2 混频器的互易性 336

7.1.3 标量与矢量响应 338

7.2 混频器与变频器 338

7.2.1 变频器设计 339

7.2.2 多级转换和消除杂散 340

7.3 将混频器看成十二端口器件 341

7.3.1 混频器转换项 342

7.4 混频器测量：频率响应 343

7.4.1 简介 343

7.4.2 幅度响应 344

7.4.3 相位响应 347

7.4.4 群时延与调制法 356

7.4.5 扫描LO测量 357

7.5 混频器测量的校准 361

7.5.1 功率校准 361

7.5.2 相位校准 363

7.5.3 确定互易混频器的相位和时延 365

7.6 驱动功率对混频器测量的影响 375

7.6.1 LO 驱动对混频器测量的影响 375

7.6.2 RF 驱动电平对混频器测量的影响 378

7.7 混频器的TOI 382

7.7.1 IMD与LO驱动功率的关系 383

7.7.2 IMD与射频功率的关系 384

7.7.3 IMD频率响应 385

7.8 混频器和变频器的噪声系数 386

7.8.1 Y因子法测量混频器的噪声系数 386

7.8.2 冷源法测量混频器的噪声系数 388

7.9 特殊混频器测量 393

7.9.1 射频或LO倍频的混频器 393

7.9.2 分段扫描 394

7.9.3 测量高阶分量 394

7.9.4 嵌入式本振的混频器测量 397

7.9.5 高增益和大功率变频器 399

7.10 混频器测量小结 400

参考文献 401

第8章 矢量网络分析仪平衡测量 402

8.1 四端口差分与平衡S参数 402

8.2 三端口平衡器件 406

8.3 混合模器件测量示例 407

8.3.1 无源差分器件：平衡传输线 407

8.3.2 差分放大器测量 410

8.3.3 差分放大器和非线性操作 412

8.4 用于非线性测试的真实模式矢量网络分析仪 416

8.4.1 真实模式测量 419

8.4.2 确定差分器件的相位偏斜 423

8.5 使用巴伦，混合转换器和变换器进行差分测试 424

8.5.1 转换器与混合转换器 425

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 428

8.6 差分器件的失真测量 429

8.6.1 比较单端与真实模式IMD的测量 431

8.7 差分器件的噪声系数测量 433

8.7.1 混合模噪声系数 434

8.7.2 测量设置 435

8.8 差分器件测量小结 438

参考文献 439

第9章 高级测量技术 440

9.1 创建自己的校准件 440

9.1.1 PCB实例 440

9.1.2 评估PCB夹具 441

9.2 夹具和去嵌入 454

9.2.1 去嵌入的数学推导 455

9.3 确定夹具的S参数 457

9.3.1 用单端口校准获取夹具的特性 457

9.4 自动端口延伸 462

9.5 AFR：用时域方法进行夹具移除 466

9.5.1 AFR测量实例 469

9.6 嵌入端口匹配元件 470

9.7 阻抗变换 472

9.8 对高损器件做去嵌入 472

9.9 理解系统稳定性 475

9.9.1 确定电缆传输的稳定性 475

9.9.2 确定电缆失配的稳定性 475

9.9.3 反射跟踪的稳定性 477

9.10 对高级校准和测量技术的一些注解 478

参考文献 478

附录A物理常数 479

附录B常见的射频和微波连接器 480

附录C常见的波导 481

附录D校准套件开路和短路的一些定义 482

缩略语 485

索引 487