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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TOI382

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