矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀（矢網(wǎng)）是進行微波芯片的微波網(wǎng)絡(luò)參數(shù)測試的常用儀器，集成度高，可用于微波功率放大等芯片或部件的測試，但使用矢網(wǎng)進行微波芯片S參數(shù)測試時，測試功率將有所限制。如3672系列矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀本機最大輸出功率約為+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，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，此時使用單臺矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀進行放大器測試明顯違背測試規(guī)律，測試結(jié)果不能完全表征被測件特性，并且不能準確獲得增益壓縮、功率效率和交調(diào)等參數(shù)。
針對此問題，本文給出了一種基于3672系列矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的功率擴展方法，設(shè)計驗證試驗，利用3672靈活的前面板信號接口，使用本公司配套的定向耦合器、功率放大器和自主的校準技術(shù)，提高微波網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的測試功率。測試輸入功率目標為+25dBm，組成的測試系統(tǒng)框圖如圖1所示：
圖1 測試系統(tǒng)框圖
1、系統(tǒng)組成
大功率輸入信號測試系統(tǒng)主要組成部分為矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀、放大器、兩個定向耦合器、被測件和衰減器組成，如圖2所示。網(wǎng)絡(luò)儀輸出信號經(jīng)由前面板跳線源輸出端口到達放大器，信號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接收到被測件返回的信號后，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 測試系統(tǒng)實物圖
此系統(tǒng)主要組成部分：
（1）矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀，型號3672D，頻段10MHz~50GHz；
（2）固態(tài)功率放大器，型號3871DC，頻段6GHz~18GHz；
（3）功率計，型號87233L，頻段50MHz~67GHz；
（4）定向耦合器兩個，耦合度20dB；
（5）大功率衰減器一個，衰減值30dB；
（6）固定衰減器兩個，衰減值20dB；
（7）機械校準件，型號31121；
（8）測試電纜若干。
2、測試流程
2.1 系統(tǒng)設(shè)置
連接儀器和測試附件，設(shè)置頻率、硬件通道和功率等測試參數(shù)。
（1）按照原理圖連接測試系統(tǒng)。由于本方案需要使用系統(tǒng)前面板新號接口，因此需要進行通道配置：【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)置對話框
（2）設(shè)置測試參數(shù)，分別設(shè)置頻率范圍（6G~18G）、中頻帶寬(1KHz)、掃描點數(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)由放大器放大后進入被測件，實際輸出功率與設(shè)置功率存在偏差，因此需要設(shè)置功率偏移。
【激勵】→【功率】→【功率和衰減】，對話框中點擊【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，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)置對話框
2.2 校準
進行系統(tǒng)校準，需要校準系統(tǒng)的S參數(shù)測試誤差、源輸出功率誤差和接收機誤差。
（1）矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀和固態(tài)功率放大器開機30分鐘以上，充分預(yù)熱。
（2）進行源功率校準。
第一、配置功率計。
【校準】→【功率校準】→【源功率校準】，配置功率校準參數(shù)，點擊【功率計配置】，配置功率計的GPIB地址或USB連接地址（點擊【USB檢測】可以自動檢測USB功率計）；
第二、編輯損耗補償表。
端口輸出功率超出功率計的額定功率，則需要在功率計前端接衰減器。衰減器的衰減值需要寫入損耗補償表。點擊【編輯損耗補償表】，根據(jù)源功率校準時功率計前方所需的衰減器特性，增加損耗信息。
圖5 編輯損耗補償表對話框
第三、執(zhí)行源功率校準。
設(shè)置容差和最大讀取次數(shù)，點擊【執(zhí)行校準掃描】，等待校準完成,校準完畢，點擊【確定】。
圖6 源功率校準對話框
（3）接收機校準。
創(chuàng)建兩條軌跡R1和A，源端口為1，分別進行接收機校準。
端口1輸出連接負載，選中軌跡R1，【校準】→【功率校準】→【接收機校準】。
圖7 接收機校準對話框
端口1輸出連接開路器，選中軌跡A，進行接收機功率校準。
（4）網(wǎng)絡(luò)參數(shù)校準，本系統(tǒng)選擇增強型響應(yīng)校準。
在網(wǎng)絡(luò)儀中選擇【校準】→【非向?qū)省?，進入非向?qū)实膶υ捒?。選擇校準類型為增強型響應(yīng)校準；
圖8 非向?qū)?選擇校準類型對話框
點擊【下一步】，選擇校準件為31121；
按照界面顯示，依次連接開路器、短路器和負載，最后將兩個端口直通，完成校準步驟；
圖9 選擇校準類型對話框
校準完成后，點擊【確定】，矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀校準打開并應(yīng)用。
（5）打開接收機修正。
校準結(jié)束，當前程序中默認接收機修正為關(guān)閉狀態(tài)，測試時應(yīng)手動打開，依次點擊【功率】→【更多】→【功率校準】→【接收機修正】，打開接收機修正開關(guān)。
圖10 接收機修正打開界面
（6）校準完成。
2.3 測試系統(tǒng)性能分析
（1）校準結(jié)果分析。
端口1和端口2通過大功率衰減器連接，等效于測試直通。此時S11為大功率衰減器的反射系數(shù)。同時由于補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B測量曲線，測試結(jié)果如圖11所示，圖中12GHz頻點接收機B接收功率變?yōu)?0.04dB，差值為0.04。
圖12 輸出功率線性度測量結(jié)果
（3）輸出功率穩(wěn)定度分析。
將R1歸一化，等待一個小時，測試結(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)定度測量結(jié)果
3、測量關(guān)鍵點
（1）校準方法選擇。
大功率信號輸入到被測件后，由于被測件輸出端口功率較大，網(wǎng)絡(luò)儀接收端口接收時會產(chǎn)生壓縮，嚴重影響測量結(jié)果準確性，所以必然需要在接收機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校準方法，二端口接收到的反射數(shù)據(jù)非常小，修正后反而會使測量結(jié)果產(chǎn)生較大偏移。正確的做法是選用增強型響應(yīng)校準算法，校準過程只進行被測件輸入端口的單端口和直通校準。
（2）接收機校準。
為了直觀顯示被測放大器輸出功率的大小，比如計算增益、計算功率效率，除了進行S參數(shù)校準、補償衰減器之外，還建議額外對端口2進行接收機校準。
（3）端口2輸入功率保護。
功率信號輸入到被測件后，由于被測件輸出端口功率較大，網(wǎng)絡(luò)儀接收端口接收時會產(chǎn)生壓縮，嚴重影響測量結(jié)果準確性，所以需要在接收機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型響應(yīng)校準、功率偏移設(shè)置等功能，可以很方便的測量超過網(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。從實驗結(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，接收機線性度和輸出功率穩(wěn)定度均滿足測試要求。（來源：中電儀器 作者：趙立軍 李宇陽 王振宇 楊保國）
