微波测量理论与实践

**章 引论 1 1.1 微波测量的特点和主要任务 1 1.2 微波测量的参数分类 3 1.2.1 网络特性参数 3 1.2.2 信号特性参数 7 1.2.3 微波测量参数之间的关系 8 1.3 微波测量的发展动态 9 第二章 归一化传输线理论 11 2.1 传输线(TEM波)电路理论 11 2.2 归一化传输线理论 13 2.3 归一化传输线理论向波导系统推广 15 2.4 归一化电压和归一化电流I-以及传输功率P与电路系统的关系 17 2.4.1 和I-与电路系统的关系 19 2.4.2 传输功率P与电路系统的关系 20 2.4.3 功率方程的讨论 20 第三章 测量线技术 22 3.1 测量线系统简介 22 3.1.1 测量线系统组成 22 3.1.2 探针调谐与晶体定标 27 3.1.3 探针电纳对驻波位置的影响 28 3.1.4 探针电导对驻波比的影响 31 3.1.5 晶体定标 33 3.2 驻波比测量 35 3.2.1 直接法测量驻波比 35 3.2.2 等指示宽度法测量驻波比 35 3.2.3 功率衰减法测量驻波比 37 3.2.4 滑动小反射负载法测量驻波比 38 3.2.5 S曲线法测量驻波比 40 3.2.6 微波信号源驻波比的测量方法 45 3.2.7 晶体检波器驻波比的测量方法 47 3.3 测量线误差分析及其检验方法 48 3.3.1 开槽线剩余反射引入的误差及其检验方法 48 3.3.2 不平稳度引入的测量误差及其检验方法 49 3.3.3 探针反射引入的测量误差及其检验方法 50 3.3.4 合成电压驻波比与测量线误差合成 50 第四章 阻抗与网络参数的测量 52 4.1 测量线法测量输入阻抗 52 4.1.1 单口微波元件等效电路 52 4.1.2 输入阻抗的测量 54 4.1.3 多探针阻抗图示仪及近期发展 55 4.2 测量线法测量网络参数 56 4.2.1 双口微波元件等效网络 56 4.2.2 三点法测量双口网络参数 59 4.2.3 多点法测量双口网络参数 61 4.2.4 多口微波网络参数的测量要点 67 第五章 反射计原理及反射系数测量 69 5.1 基本反射计工作原理 69 5.1.1 基本反射计与测量|Γ|的方法 69 5.1.2 实际双定向耦合器反射计分析 71 5.1.3 实际单定向耦合器反射计分析 75 5.1.4 基本反射计主要误差源及误差分析 75 5.2 提高点频反射计测量精确度的方法 78 5.2.1 双定向耦合器调配反射计的原理 78 5.2.2 单定向耦合器调配反射计的原理 81 5.2.3 调配反射计调配不完善误差分析 82 5.3 电桥反射计法测量反射系数 86 5.3.1 双T与魔T的电桥反射计 86 5.3.2 微波集成电阻桥式反射计 87 5.4 反射计法测量反射系数的途径 88 5.4.1 增加检测端口数目 89 5.4.2 复比值计法 90 第六章 网络分析仪的原理与应用 93 6.1 网络分析仪的发展脉络 93 6.2 网络分析仪测量原理 93 6.2.1 幅相接收机 93 6.2.2 反射参数测量原理 95 6.2.3 传输参数测量原理 99 6.2.4 四个S参数的测量装置 101 6.3 自动网络分析仪(ANA)介绍 104 6.3.1 概述 104 6.3.2 自动网络分析仪测量原理 104 6.3.3 典型实验室设备及指标 106 第七章 微波信号源和频谱分析仪的原理与应用 108 7.1 微波信号源 108 7.1.1 微波信号源分类及指标要求 108 7.1.2 微波扫频信号源 110 7.1.3 微波合成信号源 116 7.1.4 微波合成扫频信号源 122 7.1.5 典型实验室设备及指标 123 7.2 频谱分析仪 124 7.2.1 微波信号频谱分析 125 7.2.2 频谱分析仪的工作原理 129 7.2.3 典型实验室设备及指标 132 第八章 六端口技术 135 8.1 六端口反射计的几何模型及设计准则 135 8.1.1 几何模型(物理模型) 135 8.1.2 设计准则 138 8.2 六端口反射计的数学模型 140 8.2.1 测量反射系数 141 8.2.2 测量负载吸收的净功率 143 8.2.3 测量复数比 143 8.3 六端口反射计校准原理 146 8.3.1 五个半终端法 146 8.3.2 四个(或五个)终端法 148 8.3.3 四个短路/开路终端法 150 8.4 六端口反射计实际电路 150 8.4.1 反射型六端口反射计电路 150 8.4.2 反射-传输型六端口反射计电路 151 8.4.3 传输型六端口反射计电路 152 8.4.4 四端口魔T电路 154 8.5 六端口网络分析仪原理 154 8.5.1 单六端口自动网络分析仪 154 8.5.2 双六端口自动网络分析仪测量网络参数原理 155 8.5.3 双六端口网络分析仪校准原理 157 第九章 微波功率测量 165 9.1 概述 165 9.1.1 微波功率测量的一般电路 165 9.1.2 功率的度量单位 166 9.1.3 功率计的基本组成和分类 167 9.1.4 脉冲功率与平均功率 168 9.1.5 微波功率敏感元件的分类与发展方向 168 9.2 微波晶体检波器 168 9.2.1 晶体二极管及其特性和等效电路 169 9.2.2 晶体检波头 171 9.2.3 检波器的连接电路及其指示装置 174 9.2.4 微波晶体超小功率计介绍 174 9.3 微波小功率计原理 175 9.3.1 热敏电阻小功率计原理 175 9.3.2 薄膜热电偶小功率计 188 9.3.3 量热式干负载型小功率计 190 9.4 微波中、大功率计原理 193 9.4.1 扩展小功率计量程 193 9.4.2 量热式液体负载型中、大功率计原理 194 9.5 功率测量的误差分析 196 9.5.1 功率测量的误差源 196 9.5.2 功率方程式 197 9.5.3 功率测量中的失配误差 202 9.6 微波功率计的校准方法简介 203 9.6.1 测热电阻功率探头的有效效率和校准系数 203 9.6.2 直接比较法校准ηe或Kb 205 第十章 微波频率与波长及Q值的测量 207 10.1 微波频率测量 207 10.1.1 概述 207 10.1.2 频率标准与有源比较法 209 10.1.3 微波外差式频率计的基本工作原理 214 10.1.4 微波数字频率计的基本原理 216 10.2 微波波长测量 222 10.2.1 谐振式波长计结构介绍 222 10.2.2 波长计的连接电路 225 10.2.3 波长计的等效电路参数 226 10.2.4 波长计误差分析 227 10.2.5 波长计的校准方法 232 10.3 谐振腔Q值的测量 234 10.3.1 功率传输法测量Q值的原理 234 10.3.2 功率反射法测量Q值的原理 235 10.3.3 阻抗法测量Q值的原理 237 10.3.4 网络分析仪法测量Q值的原理 239 10.3.5 Q值测量的误差来源 240 第十一章 衰减测量 241 11.1 定义 241 11.1.1 衰减 241 11.1.2 衰减与反射损失和耗散损失间的关系 242 11.1.3 插入损失及其与衰减之间的关系 242 11.1.4 替代损失与增量衰减 244 11.1.5 衰减测量方法概述 245 11.2 直接测量衰减——功率比法 245 11.2.1 平方律检波法测量衰减的原理 246 11.2.2 驻波法测量衰减的原理 246 11.3 替代法测量衰减的原理 247 11.3.1 高频串联替代法测量衰减的原理 248 11.3.2 中频替代法测量衰减的原理 249 11.3.3 低频替代法测量衰减的原理 251 11.4 衰减测量的扫频技术 255 11.5 衰减测量的误差源和失配误差分析 256 11.5.1 接入一个待测衰减网络时的失配误差的计算 256 11.5.2 接入两个衰减网络时的失配误差的计算 257 第十二章 相位移测量 260 12.1 定义 260 12.1.1 本征相位移ψ21 260 12.1.2 插入相位移ψb2－bg及其与ψ21的关系 260 12.1.3 替代相位移Δψ及差分相位移Δψ21 261 12.2 测量线法测量相移的原理 262 12.2.1 反射波法测量相移 262 12.2.2 传输波法测量相移 263 12.3 替代法测量相移的原理 265 12.3.1 平衡电桥法测量相移 265 12.3.2 调制副载波法测量相移 266 12.3.3 标准可变相移器 267 12.4 变换到低频测量相移及数字相位计简介 268 12.4.1 微波相位移变换到低频的过程 268 12.4.2 数字相位计原理 269 12.5 相移测量的误差源及失配误差分析 271 12.5.1 误差源 271 12.5.2 失配误差分析 271 第十三章 微波噪声系数测量 273 13.1 噪声系数定义及其测量基本原理 273 13.1.1 噪声系数定义 273 13.1.2 测量噪声系数的基本原理 276 13.2 噪声系数测量方法及误差分析 278 13.2.1 Y系数法及其误差分析 278 13.2.2 噪声系数的自动及扫频测量 282 13.3 调幅或调频噪声测量原理 284 13.3.1 调幅噪声测量原理 284 13.3.2 调频噪声测量原理 284 13.4 频谱仪法测量噪声 285 13.4.1 频谱仪法测量脉冲噪声电压谱强度 285 13.4.2 随机噪声测量 287 13.4.3 频谱仪法测量放大器噪声系数 288 13.5 典型实验室设备及指标 290 第十四章 介质参数测量 292 14.1 介质参数简介 292 14.1.1 介质参数定义及其影响因素 292 14.1.2 与介质参数相关的几种关系式 293 14.1.3 介质材料的取样方法 295 14.2 波导法测量介质参数 296 14.2.1 介质样品的双口等效网络及εr的测定公式 296 14.2.2 两点法测量介质参数 298 14.2.3 与介质样品位置或长度无关的介质参数测量方法 301 14.2.4 高损耗材料介质参数的测量——无限取样法(长样品) 305 14.2.5 波导法测量介质参数的误差源 306 14.2.6 铁磁材料测量方法 307 14.3 谐振腔法测量介质参数 310 14.3.1 H01n腔测量盘形介质样品 310 14.3.2 微扰法测量介质参数 312 第十五章 天线测量 314 15.1 概述 314 15.1.1 天线测量中的基本概念 314 15.1.2 天线测量中的互易性 316 15.1.3 近场和远场 316 15.1.4 坐标系 317 15.1.5 天线测量的典型误差源 318 15.1.6 测量场地 318 15.2 天线的基本参数及其测量方法 320 15.2.1 天线方向图测量 320 15.2.2 天线增益测量 323 15.2.3 天线极化测量 327 15.3 微波毫米波天线测试系统概述 330 15.3.1 微波毫米波天线测试系统的主要用途 330 15.3.2 天线测试的几种典型系统组成 331 15.4 典型实验室设备及指标 333 参考文献 335