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微波器件測(cè)量手冊(cè)——矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀高級(jí)測(cè)量技術(shù)指南
本書(shū)是當(dāng)今射頻和微波器件測(cè)量領(lǐng)域的一本實(shí)用參考手冊(cè)和工具書(shū),討論了最先進(jìn)的射頻微波器件測(cè)量技術(shù)及最佳的測(cè)量實(shí)踐。本書(shū)前面的章節(jié)先引入一些基本概念,接著在后續(xù)章節(jié)深入探討各種有源和無(wú)源器件的測(cè)量與應(yīng)用案例,讓讀者能夠全面了解微波器件測(cè)量的重要細(xì)節(jié),向用戶提供了一套全新的見(jiàn)解,指引用戶通過(guò)實(shí)踐了解被測(cè)器件的真實(shí)特性。它的實(shí)用性還在于向讀者介紹了如何找到最優(yōu)化的測(cè)量設(shè)置方法、如何把現(xiàn)代化矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的強(qiáng)大功能應(yīng)用到最大的極限,以及如何在測(cè)量結(jié)果中去除測(cè)量設(shè)備可能對(duì)被測(cè)器件特性的影響。
Joel Dunsmore 博士是安捷倫科技公司院士級(jí)的專家。自1983 年從俄勒岡州立大學(xué)畢業(yè)以后, Joel 博士在惠普/ 安捷倫已經(jīng)工作了30 多年, 在射頻微波測(cè)試領(lǐng)域積累了豐富的理論和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)作了30 多年, 在射頻微波測(cè)試領(lǐng)域積累了豐富的理論和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。
目 錄
第1章 微波測(cè)量簡(jiǎn)介 1.1 一般的測(cè)量流程 1.2 實(shí)際的測(cè)量重點(diǎn) 1.3 微波參數(shù)的定義 1.3.1 初步認(rèn)識(shí)S參數(shù) 1.3.2 網(wǎng)絡(luò)的相位響應(yīng) 1.4 功率參數(shù) 目 錄 第1章 微波測(cè)量簡(jiǎn)介 1.1 一般的測(cè)量流程 1.2 實(shí)際的測(cè)量重點(diǎn) 1.3 微波參數(shù)的定義 1.3.1 初步認(rèn)識(shí)S參數(shù) 1.3.2 網(wǎng)絡(luò)的相位響應(yīng) 1.4 功率參數(shù) 1.4.1 入射功率和反射功率 1.4.2 資用功率(available power) 1.4.3 負(fù)載功率 1.4.4 網(wǎng)絡(luò)資用功率 1.4.5 資用增益 1.5 噪聲系數(shù)和噪聲參數(shù) 1.5.1 噪聲溫度 1.5.2 有效輸入噪聲溫度(超噪溫度) 1.5.3 超噪功率與工作溫度 1.5.4 噪聲功率密度 1.5.5 噪聲參數(shù) 1.6 失真參數(shù) 1.6.1 諧波 1.6.2 二階截?cái)帱c(diǎn) 1.6.3 雙音互調(diào)失真 1.7 微波元器件的特性 1.8 無(wú)源微波器件 1.8.1 電纜, 連接器和傳輸線 1.8.2 連接器 1.8.3 非同軸傳輸線 1.9 濾波器 1.10定向耦合器 1.11環(huán)形器和隔離器 1.12天線 1.13PCB組件 1.13.1 SMT電阻 1.13.2 SMT電容 1.13.3 SMT電感 1.13.4 PCB過(guò)孔 1.14 有源微波器件 1.14.1 線性和非線性 1.14.2 放大器: 系統(tǒng)放大器, 低噪聲放大器和大功率放大器 1.14.3 混頻器和變頻器 1.14.4 N倍頻器, 限幅器和分頻器 1.14.5 振蕩器 1.15 測(cè)量?jī)x表 1.15.1 功率計(jì) 1.15.2 信號(hào)源 1.15.3 頻譜分析儀 1.15.4 矢量信號(hào)分析儀 1.15.5 噪聲系數(shù)分析儀 1.15.6 網(wǎng)絡(luò)分析儀 參考文獻(xiàn) 第2章 矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)量系統(tǒng) 2.1 矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)量系統(tǒng)簡(jiǎn)介 2.2 矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的結(jié)構(gòu)框圖 2.2.1 矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀源 2.2.2 理解源匹配 2.2.3 矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)試裝置 2.2.4 定向器件 2.2.5 矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀接收機(jī) 2.2.6 IF和數(shù)據(jù)處理 2.2.7 多端口擴(kuò)展 2.2.8 大功率測(cè)試系統(tǒng) 2.3 線性微波參數(shù)的矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)量 2.3.1 S參數(shù)的線性測(cè)量方法 2.3.2 使用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀進(jìn)行功率測(cè)量 2.3.3 矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的其他測(cè)量限制 2.3.4 由外部元件引起的測(cè)量局限 2.4 由S參數(shù)引申出的測(cè)量 2.4.1 史密斯圓圖 2.4.2 將S參數(shù)變換成其他阻抗 2.4.3 級(jí)聯(lián)電路和T參數(shù) 2.5 使用Y變換和Z變換的模型化電路 2.5.1 反射變換 2.5.2 傳輸變換 2.6 其他線性參數(shù) 2.6.1 Z參數(shù)或開(kāi)環(huán)電路阻抗參數(shù) 2.6.2 Y參數(shù)或短路導(dǎo)納參數(shù) 2.6.3 ABCD參數(shù) 2.6.4 H參數(shù)或混合參數(shù) 2.6.5 復(fù)數(shù)變換和非等值參考阻抗 參考文獻(xiàn) 第3章 校準(zhǔn)和矢量誤差修正 3.1 引言 3.2 S參數(shù)的基本誤差修正: 校準(zhǔn)應(yīng)用 3.2.1 12項(xiàng)誤差模型 3.2.2 單端口誤差模型 3.2.3 8項(xiàng)誤差模型 3.3 確定誤差項(xiàng): 12項(xiàng)模型的校準(zhǔn)采集 3.3.1 單端口誤差項(xiàng) 3.3.2 單端口標(biāo)準(zhǔn)件 3.3.3 二端口誤差項(xiàng) 3.3.4 12項(xiàng)誤差模型轉(zhuǎn)換成11項(xiàng)模型 3.4 確定誤差項(xiàng): 8項(xiàng)模型的校準(zhǔn)采集 3.4.1 TRL標(biāo)準(zhǔn)和原始測(cè)量結(jié)果 3.4.2 TRL校準(zhǔn)的特殊情況 3.4.3 未知通路或SOLR(互逆通路校準(zhǔn)) 3.4.4 未知通路校準(zhǔn)的應(yīng)用 3.4.5 QSOLT校準(zhǔn) 3.4.6 電子校準(zhǔn)或自動(dòng)校準(zhǔn) 3.5 波導(dǎo)校準(zhǔn) 3.6 源功率校準(zhǔn) 3.6.1 為源頻率響應(yīng)進(jìn)行源功率校準(zhǔn) 3.6.2 功率計(jì)失配校準(zhǔn) 3.6.3 源功率線性度校準(zhǔn) 3.7 接收機(jī)功率校準(zhǔn) 3.7.1 一些歷史回顧 3.7.2 現(xiàn)代接收機(jī)功率校準(zhǔn) 3.7.3 傳輸測(cè)試接收機(jī)的響應(yīng)校正 3.8 退化的校準(zhǔn) 3.8.1 響應(yīng)校準(zhǔn) 3.8.2 增強(qiáng)型響應(yīng)校準(zhǔn) 3.9 確定殘余誤差 3.9.1 反射誤差 3.9.2 使用空氣線確定殘余誤差 3.10計(jì)算測(cè)量不確定度 3.10.1 反射測(cè)量的不確定度 3.10.2 源功率的不確定度 3.10.3 測(cè)量功率的不確定度(接收機(jī)不確定度) 3.11S21或傳輸不確定度 3.12相位誤差 3.13實(shí)際校準(zhǔn)的限制 3.13.1 電纜彎曲 3.13.2 在校準(zhǔn)后改變功率 3.13.3 補(bǔ)償步進(jìn)衰減器的變化 3.13.4 連接器的一致性 3.13.5 噪聲效應(yīng) 3.13.6 短期和長(zhǎng)期漂移 3.13.7 誤差項(xiàng)的內(nèi)插 3.13.8 校準(zhǔn)質(zhì)量: 電子校準(zhǔn)和機(jī)械校準(zhǔn)件 參考文獻(xiàn) 第4章 時(shí)域變換 4.1 引言 4.2 傅里葉變換 4.2.1 連續(xù)傅里葉變換 4.2.2 奇偶函數(shù)與傅里葉變換 4.2.3 調(diào)制(頻移)定理 4.3 離散傅里葉變換 4.3.1 快速傅里葉變換和快速傅里葉逆變換 4.3.2 離散傅里葉變換 4.4 傅里葉變換(解析形式)與矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的時(shí)域變換 4.4.1 定義傅里葉變換 4.4.2 離散采樣的影響 4.4.3 頻率截?cái)嗟挠绊?br /> 4.4.4 減小截?cái)嘈?yīng)的方法——加窗 4.4.5 尺度變換和重歸一化 4.5 低通和帶通變換 4.5.1 低通沖激模式 4.5.2 直流外插 4.5.3 低通階躍模式 4.5.4 帶通模式 4.6 時(shí)域選通 4.6.1 選通損耗和重歸一化 4.7 不同網(wǎng)絡(luò)的時(shí)域變換示例 4.7.1 傳輸線阻抗變化的時(shí)域變換 4.7.2 離散不連續(xù)性的時(shí)域響應(yīng) 4.7.3 不同電路的時(shí)域響應(yīng) 4.8 掩蔽和選通對(duì)測(cè)量準(zhǔn)確性的影響 4.8.1 對(duì)傳輸線阻抗變化的補(bǔ)償 4.8.2 離散不連續(xù)性的補(bǔ)償 4.8.3 時(shí)域選通 4.8.4 估計(jì)掩蔽響應(yīng)造成的不確定性 4.9 小結(jié) 參考文獻(xiàn) 第5章 線性無(wú)源器件的測(cè)量 5.1 傳輸線、 電纜和接頭 5.1.1 帶接頭的低損耗器件的校準(zhǔn) 5.1.2 測(cè)量長(zhǎng)電長(zhǎng)度器件 5.1.3 衰減測(cè)量 5.1.4 回波損耗測(cè)量 5.1.5 電纜長(zhǎng)度和時(shí)延 5.2 濾波器和濾波器測(cè)量 5.2.1 濾波器分類(lèi)和困難 5.2.2 雙工器 (Duplexer) 與同向雙工器 (Diplexer) 5.2.3 測(cè)量可調(diào)諧高性能濾波器 5.2.4 測(cè)量傳輸響應(yīng) 5.2.5 高速與動(dòng)態(tài)范圍 5.2.6 極大動(dòng)態(tài)范圍測(cè)量 5.2.7 校準(zhǔn)注意事項(xiàng) 5.3 多端口器件 5.3.1 差分電纜和傳輸線 5.3.2 耦合器 5.3.3 電橋(Hybrid)、 功分器和分頻器 5.3.4 環(huán)形器和隔離器 5.4 諧振腔 5.4.1 諧振腔響應(yīng)的史密斯圖 5.5 天線測(cè)量 5.6 小結(jié) 參考文獻(xiàn) 第6章 放大器測(cè)量 6.1 放大器的線性特性 6.1.1 放大器的預(yù)測(cè)試 6.1.2 優(yōu)化矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的校準(zhǔn)設(shè)置 6.1.3 放大器測(cè)量的校準(zhǔn) 6.1.4 放大器測(cè)量 6.1.5 對(duì)放大器的測(cè)量進(jìn)行分析 6.1.6 保存放大器測(cè)量結(jié)果 6.2 增益壓縮測(cè)量 6.2.1 壓縮的定義 6.2.2 調(diào)幅調(diào)相或相位壓縮 6.2.3 全頻段增益和相位壓縮 6.2.4 增益壓縮解決方案, 智能掃描和安全模式 6.3 測(cè)量高增益放大器 6.3.1 高增益放大器設(shè)置 6.3.2 校準(zhǔn)注意事項(xiàng) 6.4 測(cè)量大功率放大器 6.4.1 產(chǎn)生大驅(qū)動(dòng)功率的配置 6.4.2 接收大功率的配置 6.4.3 功率校準(zhǔn)以及預(yù)/后穩(wěn)幅 6.5 脈沖調(diào)制下的射頻測(cè)量 6.5.1 脈沖測(cè)量的背景 6.5.2 脈沖包絡(luò)測(cè)試 6.5.3 脈沖到脈沖測(cè)量 6.5.4 對(duì)脈沖射頻激勵(lì)的直流測(cè)量 6.6 失真測(cè)試 6.6.1 放大器的諧波測(cè)量 6.6.2 雙音測(cè)量, IMD和TOI的定義 6.6.3 雙音三階交調(diào)失真的測(cè)量技術(shù) 6.6.4 掃描模式下的IMD測(cè)量 6.6.5 優(yōu)化測(cè)量結(jié)果 6.6.6 誤差修正 6.7 噪聲系數(shù)測(cè)量 6.7.1 噪聲系數(shù)的定義 6.7.2 噪聲功率測(cè)量 6.7.3 通過(guò)噪聲功率計(jì)算噪聲系數(shù) 6.7.4 用Y因子法計(jì)算DUT的噪聲系數(shù) 6.7.5 冷源法 6.7.6 噪聲參數(shù) 6.7.7 噪聲系數(shù)測(cè)量的誤差校準(zhǔn) 6.7.8 噪聲系數(shù)測(cè)量的不確定性 6.7.9 噪聲系數(shù)測(cè)量結(jié)果的驗(yàn)證 6.7.10提高噪聲測(cè)量精度的方法 6.8 X參數(shù), 負(fù)載牽引測(cè)量和有源負(fù)載 6.8.1 非線性響應(yīng)和X參數(shù) 6.8.2 負(fù)載牽引、 源牽引和負(fù)載等值線 6.9 放大器測(cè)量小結(jié) 參考文獻(xiàn) 第7章 混頻器與變頻器測(cè)量 7.1 混頻器特性 7.1.1 混頻轉(zhuǎn)換器的小信號(hào)模型 7.1.2 混頻器的互易性 7.1.3 標(biāo)量與矢量響應(yīng) 7.2 混頻器與變頻器 7.2.1 變頻器設(shè)計(jì) 7.2.2 多級(jí)轉(zhuǎn)換和消除雜散 7.3 將混頻器看成十二端口器件 7.3.1 混頻器轉(zhuǎn)換項(xiàng) 7.4 混頻器測(cè)量: 頻率響應(yīng) 7.4.1 簡(jiǎn)介 7.4.2 幅度響應(yīng) 7.4.3 相位響應(yīng) 7.4.4 群時(shí)延與調(diào)制法 7.4.5 掃描LO測(cè)量 7.5 混頻器測(cè)量的校準(zhǔn) 7.5.1 功率校準(zhǔn) 7.5.2 相位校準(zhǔn) 7.5.3 確定互易混頻器的相位和時(shí)延 7.6 驅(qū)動(dòng)功率對(duì)混頻器測(cè)量的影響 7.6.1 LO驅(qū)動(dòng)對(duì)混頻器測(cè)量的影響 7.6.2 RF驅(qū)動(dòng)電平對(duì)混頻器測(cè)量的影響 7.7 混頻器的TOI 7.7.1 IMD與LO驅(qū)動(dòng)功率的關(guān)系 7.7.2 IMD與射頻功率的關(guān)系 7.7.3 IMD頻率響應(yīng) 7.8 混頻器和變頻器的噪聲系數(shù) 7.8.1 Y因子法測(cè)量混頻器的噪聲系數(shù) 7.8.2 冷源法測(cè)量混頻器的噪聲系數(shù) 7.9 特殊混頻器測(cè)量 7.9.1 射頻或LO倍頻的混頻器 7.9.2 分段掃描 7.9.3 測(cè)量高階分量 7.9.4 嵌入式本振的混頻器測(cè)量 7.9.5 高增益和大功率變頻器 7.10混頻器測(cè)量小結(jié) 參考文獻(xiàn) 第8章 矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀平衡測(cè)量 8.1 四端口差分與平衡S參數(shù) 8.2 三端口平衡器件 8.3 混合模器件測(cè)量示例 8.3.1 無(wú)源差分器件: 平衡傳輸線 8.3.2 差分放大器測(cè)量 8.3.3 差分放大器和非線性操作 8.4 用于非線性測(cè)試的真實(shí)模式矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀 8.4.1 真實(shí)模式測(cè)量 8.4.2 確定差分器件的相位偏斜 8.5 使用巴倫, 混合轉(zhuǎn)換器和變換器進(jìn)行差分測(cè)試 8.5.1 轉(zhuǎn)換器與混合轉(zhuǎn)換器 8.5.2 在二端口矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀上使用混合轉(zhuǎn)換器和巴倫 8.6 差分器件的失真測(cè)量 8.6.1 比較單端與真實(shí)模式IMD的測(cè)量 8.7 差分器件的噪聲系數(shù)測(cè)量 8.7.1 混合模噪聲系數(shù) 8.7.2 測(cè)量設(shè)置 8.8 差分器件測(cè)量小結(jié) 參考文獻(xiàn) 第9章 高級(jí)測(cè)量技術(shù) 9.1 創(chuàng)建自己的校準(zhǔn)件 9.1.1 PCB實(shí)例 9.1.2 評(píng)估PCB夾具 9.2 夾具和去嵌入 9.2.1 去嵌入的數(shù)學(xué)推導(dǎo) 9.3 確定夾具的S參數(shù) 9.3.1 用單端口校準(zhǔn)獲取夾具的特性 9.4 自動(dòng)端口延伸 9.5 AFR: 用時(shí)域方法進(jìn)行夾具移除 9.5.1 AFR測(cè)量實(shí)例 9.6 嵌入端口匹配元件 9.7 阻抗變換 9.8 對(duì)高損器件做去嵌入 9.9 理解系統(tǒng)穩(wěn)定性 9.9.1 確定電纜傳輸?shù)姆(wěn)定性 9.9.2 確定電纜失配的穩(wěn)定性 9.9.3 反射跟蹤的穩(wěn)定性 9.10對(duì)高級(jí)校準(zhǔn)和測(cè)量技術(shù)的一些注解 參考文獻(xiàn) 附錄A 物理常數(shù) 附錄B 常見(jiàn)的射頻和微波連接器 附錄C 常見(jiàn)的波導(dǎo) 附錄D 校準(zhǔn)套件開(kāi)路和短路的一些定義 縮略語(yǔ) 索引
譯者簡(jiǎn)介
陳新 2003年畢業(yè)于成都電子科技大學(xué), 同年加入安捷倫科技擔(dān)任計(jì)量軟件工程師, 2006年開(kāi)始擔(dān)任PNA固件工程師, 是脈沖測(cè)量、 增益壓縮、 差分測(cè)試等應(yīng)用的主要開(kāi)發(fā)者。與Joel合作在IEEE ARFTG年會(huì)上發(fā)表論文一篇。 楊洋 2010年畢業(yè)于北京郵電大學(xué)信息與通信工程學(xué)院, 2010年3月加入安捷倫科技軟件有限公司, 擔(dān)任軟件研發(fā)工程師至今。負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)分析儀Firmware的研發(fā)工作。 胡雨辰 分別于1999年和2001年獲得清華大學(xué)電機(jī)工程系本科和碩士學(xué)位。2006年9月加入安捷倫科技公司, 負(fù)責(zé)物理層測(cè)試系統(tǒng)(PLTS)的研發(fā)工作, 以及和安捷倫元器件測(cè)試部團(tuán)隊(duì)一起共同研發(fā)安捷倫網(wǎng)絡(luò)分析儀的固件和應(yīng)用軟件。2008年獲得安捷倫科技創(chuàng)新最高獎(jiǎng)Barnholt Award。目前負(fù)責(zé)非線性矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀(NVNA)的軟件研發(fā)和材料測(cè)試軟件的研發(fā)指導(dǎo)工作。 吳昊 2012年7月畢業(yè)于清華大學(xué)電子工程系, 隨后加入安捷倫科技軟件有限公司并擔(dān)任軟件研發(fā)工程師至今, 主要從事安捷倫材料測(cè)試軟件的研發(fā)工作。 張亞平 2004年畢業(yè)于北京科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院, 2006年加入安捷倫公司元器件測(cè)試部門(mén), 負(fù)責(zé)PNA應(yīng)用軟件(PLTS, AFR)的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)工作。 劉娜 2009年畢業(yè)于北京郵電大學(xué), 同年加入安捷倫公司, 主要負(fù)責(zé)阻抗分析儀和網(wǎng)絡(luò)分析儀的應(yīng)用支持, 目前擔(dān)任元器件事業(yè)部市場(chǎng)應(yīng)用工程師。 程寧 2007年畢業(yè)于北京郵電大學(xué)電信工程學(xué)院, 加入安捷倫科技后擔(dān)任軟件研發(fā)工程師, 有六年的時(shí)間負(fù)責(zé)安捷倫物理層測(cè)試系統(tǒng)(PLTS)的研發(fā)工作。期間曾和Joel Dunsmore一同在ARFTG, DesignCon上發(fā)表過(guò)多篇與夾具移除相關(guān)的文章,F(xiàn)在安捷倫元器件測(cè)試部擔(dān)任應(yīng)用工程師。 推 薦 序 電子元器件的不斷發(fā)展和進(jìn)步帶動(dòng)了整個(gè)產(chǎn)業(yè)的升級(jí)和變革。無(wú)處不在的高速無(wú)線互聯(lián)網(wǎng), 多模多頻段的智能終端, 大規(guī)模MIMO天線陣列……無(wú)不依賴于元器件性能的提升, 新型材料的采用, 集成和互連工藝的進(jìn)步, 以及大批量, 小型化和低成本帶來(lái)的精益生產(chǎn)制造管理。作為支撐產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的基礎(chǔ), 電子測(cè)試和測(cè)量?jī)x器為元器件建模、 特征參數(shù)提取、 設(shè)計(jì)性能優(yōu)化, 以及質(zhì)量管理和控制都起到至關(guān)重要的作用,F(xiàn)在我非常高興能向國(guó)內(nèi)同仁介紹喬爾敦思摩爾(Joel Dunsmore)博士最新推出的專著, 相信這本微波器件測(cè)量手冊(cè)能為廣大從事射頻、 微波以及高速數(shù)字設(shè)計(jì)和測(cè)試的工程師, 電子工程專業(yè)的學(xué)生, 及其他業(yè)內(nèi)專業(yè)人士提供最新的測(cè)量理論和技術(shù)。相信集30年微波測(cè)試經(jīng)驗(yàn)于大成的本手冊(cè)一定能成為廣大電子工程師手邊的工具書(shū)。 我在7年前安捷倫中國(guó)研發(fā)中心啟動(dòng)差分器件測(cè)量項(xiàng)目時(shí)認(rèn)識(shí)了喬爾博士。作為安捷倫矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的主要設(shè)計(jì)者之一, 喬爾在測(cè)量應(yīng)用算法設(shè)計(jì)、 測(cè)試流程及用戶體驗(yàn), 以及產(chǎn)品質(zhì)量總體把控等諸方面都做出、 卓越貢獻(xiàn)。作為安捷倫最高級(jí)別的技術(shù)人員, 喬爾用他深厚的微波理論功底和純熟的器件測(cè)量知識(shí)而成為眾多年輕工程師的偶像; 他多年來(lái)行走于世界各地最先進(jìn)的射頻和微波技術(shù)開(kāi)發(fā)中心, 熱忱為用戶解決最具挑戰(zhàn)的測(cè)試問(wèn)題, 毫無(wú)保留地分享他的經(jīng)驗(yàn), 從而贏得了眾多用戶的喜愛(ài)與尊敬。在過(guò)去7年間, 通過(guò)與喬爾和其他國(guó)外同事合作, 安捷倫中國(guó)通信產(chǎn)品中心在網(wǎng)絡(luò)分析儀上開(kāi)發(fā)了很多創(chuàng)新軟件產(chǎn)品。作為業(yè)界翹楚, 安捷倫電子測(cè)量?jī)x器以高性能、 高精度和高可靠性贏得信任。通過(guò)把先進(jìn)的測(cè)量方法集成于儀器平臺(tái), 以系列化應(yīng)用軟件來(lái)幫助工程師解決最棘手的測(cè)試問(wèn)題, 安捷倫為電子測(cè)試和測(cè)量行業(yè)設(shè)立了新的標(biāo)桿。作為網(wǎng)絡(luò)分析儀最好的應(yīng)用指南, 這本微波器件測(cè)量手冊(cè)不僅全面系統(tǒng)地闡述了支持高精度測(cè)量背后的理論, 還將其付諸實(shí)際測(cè)量, 諸如對(duì)各種器件測(cè)試方法的利弊取舍, 儀器設(shè)置如何保證符合真實(shí)場(chǎng)景, 連接和夾具如何影響測(cè)量結(jié)果……這些對(duì)獲得完整、 可信和有效的測(cè)試數(shù)據(jù)尤為重要。 為數(shù)不少的中國(guó)工程師曾有機(jī)會(huì)參加喬爾的技術(shù)講座, 他也曾多次拜訪國(guó)內(nèi)的多個(gè)無(wú)線通信研發(fā)中心和電子器件設(shè)計(jì)院所。在北京的一次研討會(huì)后, 我曾詢問(wèn)有否可能把他近幾年的工作成果集結(jié)成冊(cè)。未曾料想, 他已經(jīng)利用周末和出差間歇開(kāi)始寫(xiě)作。于是我們國(guó)內(nèi)的同事開(kāi)始籌措翻譯工作, 爭(zhēng)取盡早推出中文版本。為了高質(zhì)量地完成這一專業(yè)翻譯工作, 眾多研發(fā)和應(yīng)用工程師投入了大量的個(gè)人時(shí)間。每一位譯稿參與者都有幸與喬爾合作。陳新和楊洋是平衡器件測(cè)量、 脈沖測(cè)量、 器件控制協(xié)同測(cè)試軟件的主要開(kāi)發(fā)人員; 胡雨辰獨(dú)立完成了非線性X參數(shù)應(yīng)用軟件的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā); 張亞平和程寧是物理層測(cè)試應(yīng)用軟件的主要開(kāi)發(fā)者, 并在測(cè)量夾具自動(dòng)去除上很有創(chuàng)新; 新加入團(tuán)隊(duì)的吳昊為材料測(cè)試軟件的最新發(fā)布做出了貢獻(xiàn)。劉迪作為應(yīng)用工程師曾為很多用戶在放大器參數(shù)提取和測(cè)試夾具設(shè)計(jì)等方面提供技術(shù)支持和服務(wù)…… 完成一本技術(shù)專著翻譯的挑戰(zhàn)大大超越了我們的預(yù)想。在此感謝作為翻譯項(xiàng)目管理和總協(xié)調(diào)者的應(yīng)用工程師劉娜, 以及其他為本書(shū)能順利出版做出貢獻(xiàn)的同事。希望這本書(shū)能為業(yè)界同仁提供切實(shí)的幫助。 安捷倫科技中國(guó)通信產(chǎn)品中心總經(jīng)理 譯 者 序 本書(shū)是由安捷倫科技公司院士級(jí)專家Joel Dunsmore博士編寫(xiě)的關(guān)于微波測(cè)量的理論與應(yīng)用著作。自1983年從俄勒岡州立大學(xué)畢業(yè)以后, Joel先生在惠普/安捷倫已經(jīng)工作了30多年, 在射頻微波測(cè)試領(lǐng)域積累了豐富的理論和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。本書(shū)的譯者全部為安捷倫元器件測(cè)量部門(mén)在中國(guó)的資深研發(fā)工程師和市場(chǎng)工程師, 在國(guó)內(nèi)射頻微波領(lǐng)域也有著豐富的經(jīng)驗(yàn)。各位譯者在通讀了各章之后深切體會(huì)到本書(shū)的博大精深和其對(duì)微波測(cè)量的實(shí)用性, 以及Joel博士對(duì)微波測(cè)量的深刻理解和見(jiàn)地。本書(shū)的各種公式圖表都有助于理解實(shí)際測(cè)量中的問(wèn)題, 同時(shí)文字表述上盡量不用復(fù)雜的定義。本書(shū)第1章中有對(duì)常用概念的回顧, 但是后面的大部分內(nèi)容都是偏向應(yīng)用的, 適合對(duì)射頻微波測(cè)量有一定基礎(chǔ)的工程師進(jìn)行閱讀。 在翻譯過(guò)程中, 譯者對(duì)全文中的極少數(shù)筆誤和疏漏之處進(jìn)行了修正, 并盡量使用業(yè)內(nèi)常用語(yǔ)言進(jìn)行描述和解釋, 力求中文版與英文原版一樣體現(xiàn)出內(nèi)容的實(shí)用性和易讀性, 使讀者真正理解并受益。 全書(shū)的翻譯分工為: 前言和第1章由劉娜翻譯, 第2章由楊洋翻譯, 第3章由楊洋和程寧共同翻譯, 第4章由吳昊翻譯, 第5章由吳昊和胡雨辰共同翻譯, 第6章由胡雨辰和陳新共同翻譯, 第7章由陳新和張亞平共同翻譯, 第8章由張亞平翻譯, 第9章由程寧翻譯。參與全書(shū)校對(duì)工作的除上述翻譯工作人員之外, 還有劉迪、 石會(huì)敏和曹旭等。 本書(shū)的翻譯工作得到了安捷倫科技中國(guó)通信產(chǎn)品中心總經(jīng)理魏向東的大力支持、 鼓勵(lì)和幫助, 在此我們深表感謝!同時(shí)也由衷地感謝元器件測(cè)量部門(mén)市場(chǎng)部經(jīng)理李堅(jiān), 研發(fā)部經(jīng)理張擁勛, 以及現(xiàn)Maury公司中國(guó)區(qū)總經(jīng)理張念民先生對(duì)此書(shū)翻譯工作和成功出版所付出的時(shí)間與努力! 由于時(shí)間倉(cāng)促, 其中的錯(cuò)誤和不妥之處在所難免, 懇請(qǐng)各位讀者進(jìn)行批評(píng)指正, 共同進(jìn)步。 序 電子行業(yè)在過(guò)去的20年里發(fā)生了翻天覆地的變化: 系統(tǒng)性能有了巨大的改進(jìn), 硬件尺寸越來(lái)越小, 質(zhì)量和可靠性都有了很大提高, 制造的成本也越來(lái)越低。在這種形勢(shì)下, 其底層的射頻測(cè)試與測(cè)量技術(shù)也同時(shí)飛速發(fā)展著,F(xiàn)在的很多射頻測(cè)試設(shè)備可以毫秒級(jí)的速度來(lái)測(cè)量-100 dBm以下的信號(hào)。更令人稱奇的是, 測(cè)量?jī)x表的射頻測(cè)量功能與計(jì)算機(jī)的軟件分析功能相結(jié)合, 可以構(gòu)建被測(cè)件的線性與非線性模型, 大大縮短了設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)周期。 在這種革命性的發(fā)展變化中, 射頻與微波器件起著非常重要的作用。由于器件的尺寸越來(lái)越小, 塑料的使用減少了, 對(duì)質(zhì)量的要求越來(lái)越高, 成本也大大減少。同時(shí), 測(cè)試夾具和互連器件經(jīng)過(guò)定性分析與產(chǎn)線測(cè)量, 其精度也達(dá)到了前所未有的高度。與這種發(fā)展趨勢(shì)相呼應(yīng)的是, 測(cè)量設(shè)備能夠?qū)ι漕l微波器件進(jìn)行快速精準(zhǔn)的測(cè)量。射頻微波器件制造商的成功與否已經(jīng)與器件設(shè)計(jì)、 驗(yàn)證和生產(chǎn)階段的測(cè)量質(zhì)量和測(cè)量能力直接相關(guān)。從實(shí)際的角度講, 測(cè)試必須是快速的(1~2 s), 精度必須很高(百分之一dB)并且重復(fù)性非常好。器件生產(chǎn)周期的每一步都對(duì)測(cè)量精度和數(shù)據(jù)收集有著獨(dú)特的要求。 在設(shè)計(jì)階段, 必須全面地表征元器件的性能(包括幅度和相位)來(lái)為以后的制造環(huán)節(jié)做一個(gè)參考。因此需要在實(shí)際測(cè)試時(shí)對(duì)整個(gè)測(cè)試的配置進(jìn)行測(cè)量, 以去除測(cè)試設(shè)置和夾具的影響, 保證測(cè)試得到的最終數(shù)據(jù)只包含被測(cè)器件的特性。因此, 設(shè)計(jì)階段得到的性能數(shù)據(jù)是未來(lái)產(chǎn)線中進(jìn)行批量測(cè)試統(tǒng)計(jì)評(píng)估的黃金參考。根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)定義產(chǎn)線產(chǎn)品為合格和不合格, 通常來(lái)說(shuō)其標(biāo)準(zhǔn)偏差就是測(cè)試或質(zhì)檢工程師為了評(píng)估產(chǎn)品通過(guò)率而密切監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)。 當(dāng)給一個(gè)器件公布其指標(biāo)數(shù)據(jù)時(shí), 我們需要知道這個(gè)數(shù)據(jù)只是該器件總體性能的一個(gè)描述。只有提供了所有參數(shù)的數(shù)據(jù)和圖表(包括幅度和相位), 才能知道這個(gè)器件的真實(shí)性能。除此之外, 當(dāng)用戶測(cè)試這些器件的性能時(shí), 不僅要提供標(biāo)定值以內(nèi)(合規(guī))的數(shù)據(jù), 也需要提供標(biāo)定值以外(不合規(guī))的數(shù)據(jù)。 對(duì)于一個(gè)非線性器件來(lái)說(shuō)(如混頻器), 射頻和本振會(huì)產(chǎn)生高階諧波, 同時(shí)由于指定頻率以外的負(fù)載阻抗影響, 高階諧波會(huì)反射回混頻器, 導(dǎo)致期望信號(hào)和諧波之間互相作用。值得慶幸的是, 目前的網(wǎng)絡(luò)儀可以快速容易地測(cè)量這些諧波。Dunsmore先生抓住了這些現(xiàn)代測(cè)量方法的精髓, 通過(guò)這本書(shū)他告訴測(cè)試工程師不僅要測(cè)量, 更要了解測(cè)量中的基本概念, 對(duì)測(cè)量的結(jié)果進(jìn)行預(yù)估, 以及考慮到測(cè)試環(huán)境中的各種潛在的誤差, 如何去除測(cè)試設(shè)置影響而得到真實(shí)有效的DUT測(cè)量結(jié)果。我非常相信這本書(shū)會(huì)作為了解測(cè)量方法、 測(cè)試框圖和測(cè)量局限性的一本參考讀物, 并在制造商和測(cè)量用戶之間搭起一座橋梁。我相信本書(shū)在射頻微波界未來(lái)的發(fā)展中具有不可估量的參考價(jià)值。 Harvey Kaylie Mini-Circuits公司創(chuàng)始人兼總裁 前 言 本書(shū)內(nèi)容的難度介于基礎(chǔ)與高級(jí)之間, 同時(shí)也兼顧理論與實(shí)際應(yīng)用。但是其間的界限并非絲絲分明, 如果讀者的培訓(xùn)或測(cè)量經(jīng)驗(yàn)比較多, 也許能察覺(jué)一二。本書(shū)大部分內(nèi)容是關(guān)于測(cè)量技術(shù)的, 但為了便于設(shè)計(jì)和測(cè)試人員理解, 也有相當(dāng)?shù)膬?nèi)容是有關(guān)器件屬性的, 因?yàn)闇y(cè)試的目的就是為了確保測(cè)量參數(shù)符合器件的簡(jiǎn)化模型。在實(shí)際應(yīng)用中, 一些預(yù)期之外的事件可能會(huì)占掉測(cè)量和查錯(cuò)的大部分時(shí)間, 尤其是測(cè)量放大器、 混頻器等有源器件時(shí)。 測(cè)量微波器件的基本儀器就是矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀, 而近期的一些技術(shù)改進(jìn)也使得網(wǎng)絡(luò)分析儀可以測(cè)試比簡(jiǎn)單的增益和匹配復(fù)雜百倍的情況。作為一個(gè)有30多年經(jīng)驗(yàn)的網(wǎng)絡(luò)分析儀設(shè)計(jì)工程師, 我曾給大量的微波測(cè)試做過(guò)顧問(wèn), 從簡(jiǎn)單的手機(jī)電話, 到復(fù)雜的雷達(dá)多工器等。而本書(shū)的出發(fā)點(diǎn)和目標(biāo)是給讀者分享一些我多年積累的經(jīng)驗(yàn), 以幫助研發(fā)人員和測(cè)試工程師改善測(cè)試質(zhì)量和效率。本書(shū)的核心是現(xiàn)代測(cè)量方法, 也會(huì)分享一些隨著儀器發(fā)展的傳統(tǒng)方法與新技術(shù)之間的區(qū)別。 本書(shū)第1章是微波理論與微波器件的概述。前半部分介紹了射頻和微波的一些通用概念, 列舉了一些重要的數(shù)學(xué)結(jié)論, 這些數(shù)學(xué)公式非常有助于對(duì)后續(xù)章節(jié)的理解。后半部分介紹了一些常見(jiàn)的微波連接器, 傳輸線和器件, 還介紹了基本的微波測(cè)量?jī)x器。本章對(duì)射頻微波測(cè)試的新手是非常有用的。 第2章介紹了目前常用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的結(jié)構(gòu)和組成, 以及其局限性。對(duì)于有些用戶來(lái)說(shuō)這方面的內(nèi)容不需要知道太多, 但對(duì)于想深入準(zhǔn)確地理解測(cè)試結(jié)果的測(cè)試工程師來(lái)說(shuō), 這部分內(nèi)容是非常實(shí)用的, 可以幫助他們發(fā)現(xiàn)矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀自身配置對(duì)整體測(cè)量結(jié)果的影響。目前的現(xiàn)代矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀可以進(jìn)行相當(dāng)廣泛的測(cè)量, 包括失真、 功率和噪聲系數(shù)等, 但究其根本都是一般的S參數(shù)測(cè)量(本章的第二部分將給出由S參數(shù)計(jì)算得到的各種有用參數(shù))。 在使用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀時(shí)最神秘的部分也許就是校準(zhǔn)和誤差校正了。第3章介紹矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的誤差源模型、 校準(zhǔn)方法, 討論不確定度和校準(zhǔn)殘留誤差。本章還介紹了源功率校準(zhǔn)和接收機(jī)功率校準(zhǔn)技術(shù), 這些內(nèi)容目前在其他的書(shū)籍上很難找到。最后給出了一些影響矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀校準(zhǔn)效果的因素和實(shí)例分析。 第4章是與數(shù)學(xué)公式相關(guān)最多的, 討論了一些用網(wǎng)絡(luò)分析儀進(jìn)行時(shí)域轉(zhuǎn)換時(shí)比較實(shí)用的問(wèn)題, 特別介紹了“門(mén)選通”(gating)的作用和補(bǔ)償方法。本書(shū)的前四章不僅包含了引導(dǎo)性的信息, 也覆蓋了一些微波器件測(cè)量的方法。 其他的章節(jié)都是針對(duì)特定微波器件的應(yīng)用實(shí)例來(lái)進(jìn)行討論的。第5章是無(wú)源微波器件, 如電纜和轉(zhuǎn)接頭, 傳輸線, 濾波器, 隔離器和耦合器, 等等。對(duì)于每一種器件, 書(shū)中都介紹了一些測(cè)量的最佳實(shí)踐和常見(jiàn)問(wèn)題的解決方法。 第6章的內(nèi)容是測(cè)量放大器, 為了更好地理解放大器的特性, 中間還穿插了一些必須理解的概念。其間還特別提到了測(cè)量高增益和大功率放大器時(shí)遇到的一些問(wèn)題, 包括脈沖射頻測(cè)試。對(duì)于非線性測(cè)試, 如諧波和雙音互調(diào)測(cè)試, 失真和噪聲測(cè)量, 無(wú)論是用頻譜儀還是網(wǎng)絡(luò)分析儀來(lái)測(cè)量, 其概念都是一致的。 第7章將有源器件的討論擴(kuò)展到混頻器的范圍。由于缺乏混頻器的測(cè)量經(jīng)驗(yàn), 有些工程師對(duì)于混頻器測(cè)量的知識(shí)大多從比較淺顯的課程中獲得。本章先是詳細(xì)討論了混頻器和頻率轉(zhuǎn)換器件的模型與主要特性。混頻器的測(cè)量方法可能會(huì)非常復(fù)雜, 尤其是相位和時(shí)延響應(yīng)測(cè)量。本章對(duì)幾種主要的測(cè)量方法進(jìn)行了討論, 包括校準(zhǔn)、 使用相位參考件等, 這些信息都是第一次展現(xiàn)給讀者。除了幅度和相位的頻率響應(yīng), 本章也介紹了混頻器特性和射頻, 本振功率, 還有失真和噪聲的測(cè)量。對(duì)于混頻器和頻率轉(zhuǎn)換器件相關(guān)的測(cè)試工程師來(lái)說(shuō), 本章是絕佳的閱讀參考文獻(xiàn)。 第8章引入了差分與平衡器件的概念, 并給出了較為詳細(xì)的差分器件的分析和測(cè)量方法, 包括非線性響應(yīng)、 噪聲系數(shù)與失真等。 第9章介紹了一些對(duì)測(cè)試工程師非常有用的技術(shù)與概念, 尤其是與測(cè)量夾具相關(guān)的, 例如創(chuàng)建夾具內(nèi)校準(zhǔn)件等。 致 謝 感謝我的同事在本書(shū)的編寫(xiě)和檢查過(guò)程中所給予的幫助。感謝研發(fā)經(jīng)理Henri Komrij和元器件測(cè)量部門(mén)總經(jīng)理Greg Peters從本書(shū)的初始規(guī)劃之時(shí)就給予的大力支持。衷心感謝我們實(shí)驗(yàn)室的以下研發(fā)工程師在原稿內(nèi)容檢查時(shí)給予的各自專業(yè)領(lǐng)域的意見(jiàn): Keith Anderson, Dara Sarislani, Dave Blackham, Ken Wong, Shinya Goto, Bob Shoulders, Dave Ballo, Clive Barnett, 程寧, 陳新, Mihai Marcu 和 Loren Betts等。感謝他們對(duì)于本書(shū)的成功完成所給予的巨大幫助。如果書(shū)中還殘存其他的錯(cuò)誤, 我表示很抱歉并且承擔(dān)全部責(zé)任。 書(shū)中所列舉的諸多較新的測(cè)量技術(shù)和方法都依賴于其復(fù)雜但精確的實(shí)現(xiàn), 因此在這里我要感謝我們的軟件設(shè)計(jì)組成員: Johan Ericsson, SueWood, Jim Kerr, Phil Hoard, Jade Hughes, Brad Hokkanen, Niels Jensen, Raymond Taylor, Dennis McCarthy, Andy Cannon, Wil Stark, 胡雨辰, Zhi-Wen Wong 和楊洋等, 以及他們的經(jīng)理Sean Hubert, Qi Gao 和 Dexter Yamaguchi, 感謝他們幾年來(lái)對(duì)于我們產(chǎn)品的實(shí)現(xiàn)所給予的所有幫助。 最后我想紀(jì)念一下我在英國(guó)利茲大學(xué)的博士生顧問(wèn), 并且同時(shí)也是我在HP和安捷倫公司的同事Roger Pollard博士, 感謝他的意見(jiàn)、 指導(dǎo)以及對(duì)我的友誼。我會(huì)永遠(yuǎn)懷念他。 Joel P. Dunsmore 于Sebastopol, CA
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