矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀（矢網(wǎng)）是進(jìn)行微波芯片的微波網(wǎng)絡(luò)參數(shù)測(cè)試的常用儀器，集成度高，可用于微波功率放大等芯片或部件的測(cè)試，但使用矢網(wǎng)進(jìn)行微波芯片S參數(shù)測(cè)試時(shí)，測(cè)試功率將有所限制。如3672系列矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀本機(jī)最大輸出功率約為+20dBm左右。而隨著信息技術(shù)的發(fā)展和微波功率半導(dǎo)體芯片工藝的改進(jìn)，小至微波功率芯片單片的輸入功率要求已經(jīng)大于矢網(wǎng)的最大輸出功率，此時(shí)使用單臺(tái)矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀進(jìn)行放大器測(cè)試明顯違背測(cè)試規(guī)律，測(cè)試結(jié)果不能完全表征被測(cè)件特性，并且不能準(zhǔn)確獲得增益壓縮、功率效率和交調(diào)等參數(shù)。
針對(duì)此問題，本文給出了一種基于3672系列矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的功率擴(kuò)展方法，設(shè)計(jì)驗(yàn)證試驗(yàn)，利用3672靈活的前面板信號(hào)接口，使用本公司配套的定向耦合器、功率放大器和自主的校準(zhǔn)技術(shù)，提高微波網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的測(cè)試功率。測(cè)試輸入功率目標(biāo)為+25dBm，組成的測(cè)試系統(tǒng)框圖如圖1所示：
圖1 測(cè)試系統(tǒng)框圖
1、系統(tǒng)組成
大功率輸入信號(hào)測(cè)試系統(tǒng)主要組成部分為矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀、放大器、兩個(gè)定向耦合器、被測(cè)件和衰減器組成，如圖2所示。網(wǎng)絡(luò)儀輸出信號(hào)經(jīng)由前面板跳線源輸出端口到達(dá)放大器，信號(hào)被放大器放大后接入定向耦合器1，定向耦合器1的直通端連接定向耦合器2，耦合端經(jīng)過固定衰減器衰減后接入前面板跳線R輸入。定向耦合器2接收到被測(cè)件返回的信號(hào)后，通過耦合端連接的衰減器直接反饋到前面板跳線A輸入端口。
圖2 測(cè)試系統(tǒng)實(shí)物圖
此系統(tǒng)主要組成部分：
（1）矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀，型號(hào)3672D，頻段10MHz~50GHz；
（2）固態(tài)功率放大器，型號(hào)3871DC，頻段6GHz~18GHz；
（3）功率計(jì)，型號(hào)87233L，頻段50MHz~67GHz；
（4）定向耦合器兩個(gè)，耦合度20dB；
（5）大功率衰減器一個(gè)，衰減值30dB；
（6）固定衰減器兩個(gè)，衰減值20dB；
（7）機(jī)械校準(zhǔn)件，型號(hào)31121；
（8）測(cè)試電纜若干。
2、測(cè)試流程
2.1 系統(tǒng)設(shè)置
連接儀器和測(cè)試附件，設(shè)置頻率、硬件通道和功率等測(cè)試參數(shù)。
（1）按照原理圖連接測(cè)試系統(tǒng)。由于本方案需要使用系統(tǒng)前面板新號(hào)接口，因此需要進(jìn)行通道配置：【通道】→【硬件設(shè)置】→【圖形配置】，端口1參考混頻器開關(guān)切換到“外部”；配置源1為低波段高功率模式，如圖3所示。
圖3 射頻通道設(shè)置對(duì)話框
（2）設(shè)置測(cè)試參數(shù)，分別設(shè)置頻率范圍（6G~18G）、中頻帶寬(1KHz)、掃描點(diǎn)數(shù)(201)等參數(shù)。
（3）設(shè)置功率偏移。網(wǎng)絡(luò)儀的源輸出功率經(jīng)由放大器放大后進(jìn)入被測(cè)件，實(shí)際輸出功率與設(shè)置功率存在偏差，因此需要設(shè)置功率偏移。
【激勵(lì)】→【功率】→【功率和衰減】，對(duì)話框中點(diǎn)擊【偏移和門限】按鈕，設(shè)置功率偏移（如設(shè)置源輸出功率為-10dBm時(shí)，經(jīng)過放大器放大到端口輸出功率為25dBm，則設(shè)置偏移為35dB）。
圖4 偏移和門限設(shè)置對(duì)話框
2.2 校準(zhǔn)
進(jìn)行系統(tǒng)校準(zhǔn)，需要校準(zhǔn)系統(tǒng)的S參數(shù)測(cè)試誤差、源輸出功率誤差和接收機(jī)誤差。
（1）矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀和固態(tài)功率放大器開機(jī)30分鐘以上，充分預(yù)熱。
（2）進(jìn)行源功率校準(zhǔn)。
第一、配置功率計(jì)。
【校準(zhǔn)】→【功率校準(zhǔn)】→【源功率校準(zhǔn)】，配置功率校準(zhǔn)參數(shù)，點(diǎn)擊【功率計(jì)配置】，配置功率計(jì)的GPIB地址或USB連接地址（點(diǎn)擊【USB檢測(cè)】可以自動(dòng)檢測(cè)USB功率計(jì)）；
第二、編輯損耗補(bǔ)償表。
端口輸出功率超出功率計(jì)的額定功率，則需要在功率計(jì)前端接衰減器。衰減器的衰減值需要寫入損耗補(bǔ)償表。點(diǎn)擊【編輯損耗補(bǔ)償表】，根據(jù)源功率校準(zhǔn)時(shí)功率計(jì)前方所需的衰減器特性，增加損耗信息。
圖5 編輯損耗補(bǔ)償表對(duì)話框
第三、執(zhí)行源功率校準(zhǔn)。
設(shè)置容差和最大讀取次數(shù)，點(diǎn)擊【執(zhí)行校準(zhǔn)掃描】，等待校準(zhǔn)完成,校準(zhǔn)完畢，點(diǎn)擊【確定】。
圖6 源功率校準(zhǔn)對(duì)話框
（3）接收機(jī)校準(zhǔn)。
創(chuàng)建兩條軌跡R1和A，源端口為1，分別進(jìn)行接收機(jī)校準(zhǔn)。
端口1輸出連接負(fù)載，選中軌跡R1，【校準(zhǔn)】→【功率校準(zhǔn)】→【接收機(jī)校準(zhǔn)】。
圖7 接收機(jī)校準(zhǔn)對(duì)話框
端口1輸出連接開路器，選中軌跡A，進(jìn)行接收機(jī)功率校準(zhǔn)。
（4）網(wǎng)絡(luò)參數(shù)校準(zhǔn)，本系統(tǒng)選擇增強(qiáng)型響應(yīng)校準(zhǔn)。
在網(wǎng)絡(luò)儀中選擇【校準(zhǔn)】→【非向?qū)?zhǔn)】，進(jìn)入非向?qū)?zhǔn)的對(duì)話框。選擇校準(zhǔn)類型為增強(qiáng)型響應(yīng)校準(zhǔn)；
圖8 非向?qū)?zhǔn)-選擇校準(zhǔn)類型對(duì)話框
點(diǎn)擊【下一步】，選擇校準(zhǔn)件為31121；
按照界面顯示，依次連接開路器、短路器和負(fù)載，最后將兩個(gè)端口直通，完成校準(zhǔn)步驟；
圖9 選擇校準(zhǔn)類型對(duì)話框
校準(zhǔn)完成后，點(diǎn)擊【確定】，矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀校準(zhǔn)打開并應(yīng)用。
（5）打開接收機(jī)修正。
校準(zhǔn)結(jié)束，當(dāng)前程序中默認(rèn)接收機(jī)修正為關(guān)閉狀態(tài)，測(cè)試時(shí)應(yīng)手動(dòng)打開，依次點(diǎn)擊【功率】→【更多】→【功率校準(zhǔn)】→【接收機(jī)修正】，打開接收機(jī)修正開關(guān)。
圖10 接收機(jī)修正打開界面
（6）校準(zhǔn)完成。
2.3 測(cè)試系統(tǒng)性能分析
（1）校準(zhǔn)結(jié)果分析。
端口1和端口2通過大功率衰減器連接，等效于測(cè)試直通。此時(shí)S11為大功率衰減器的反射系數(shù)。同時(shí)由于補(bǔ)償了衰減器的衰減系數(shù)，S21全頻段數(shù)據(jù)接近于0。
圖11 S參數(shù)測(cè)量結(jié)果
（2）輸出功率線性度分析。
設(shè)置輸出功率為20dBm，觀察接收機(jī)B測(cè)量曲線，測(cè)試結(jié)果如圖11所示，圖中12GHz頻點(diǎn)接收機(jī)B接收功率變?yōu)?0.04dB，差值為0.04。
圖12 輸出功率線性度測(cè)量結(jié)果
（3）輸出功率穩(wěn)定度分析。
將R1歸一化，等待一個(gè)小時(shí)，測(cè)試結(jié)果如圖12所示，圖中歸一化后的峰峰值為0.13。
圖13 輸出功率穩(wěn)定度測(cè)量結(jié)果
3、測(cè)量關(guān)鍵點(diǎn)
（1）校準(zhǔn)方法選擇。
大功率信號(hào)輸入到被測(cè)件后，由于被測(cè)件輸出端口功率較大，網(wǎng)絡(luò)儀接收端口接收時(shí)會(huì)產(chǎn)生壓縮，嚴(yán)重影響測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確性，所以必然需要在接收機(jī)端口前加入一固定衰減器。加入衰減器后，如果采用常規(guī)的SOLT校準(zhǔn)方法，二端口接收到的反射數(shù)據(jù)非常小，修正后反而會(huì)使測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生較大偏移。正確的做法是選用增強(qiáng)型響應(yīng)校準(zhǔn)算法，校準(zhǔn)過程只進(jìn)行被測(cè)件輸入端口的單端口和直通校準(zhǔn)。
（2）接收機(jī)校準(zhǔn)。
為了直觀顯示被測(cè)放大器輸出功率的大小，比如計(jì)算增益、計(jì)算功率效率，除了進(jìn)行S參數(shù)校準(zhǔn)、補(bǔ)償衰減器之外，還建議額外對(duì)端口2進(jìn)行接收機(jī)校準(zhǔn)。
（3）端口2輸入功率保護(hù)。
功率信號(hào)輸入到被測(cè)件后，由于被測(cè)件輸出端口功率較大，網(wǎng)絡(luò)儀接收端口接收時(shí)會(huì)產(chǎn)生壓縮，嚴(yán)重影響測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確性，所以需要在接收機(jī)端口前加入一固定衰減器。
4、總結(jié)
利用3672系列矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀靈活易用的前面板接口及增強(qiáng)型響應(yīng)校準(zhǔn)、功率偏移設(shè)置等功能，可以很方便的測(cè)量超過網(wǎng)絡(luò)儀最大端口輸出功率作為輸入的器件網(wǎng)絡(luò)特性。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看到，3672系列矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀在提高輸出功率后，接收機(jī)線性度和輸出功率穩(wěn)定度均滿足測(cè)試要求。（來源：中電儀器 作者：趙立軍 李宇陽 王振宇 楊保國(guó)）
