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