矢量網絡分析儀（矢網）是進行微波芯片的微波網絡參數測試的常用儀器，集成度高，可用于微波功率放大等芯片或部件的測試，但使用矢網進行微波芯片S參數測試時，測試功率將有所限制。如3672系列矢量網絡分析儀本機最大輸出功率約為+20dBm左右。而隨著信息技術的發(fā)展和微波功率半導體芯片工藝的改進，小至微波功率芯片單片的輸入功率要求已經大于矢網的最大輸出功率，此時使用單臺矢量網絡分析儀進行放大器測試明顯違背測試規(guī)律，測試結果不能完全表征被測件特性，并且不能準確獲得增益壓縮、功率效率和交調等參數。
針對此問題，本文給出了一種基于3672系列矢量網絡分析儀的功率擴展方法，設計驗證試驗，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，提高微波網絡參數的測試功率。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絡分析儀、放大器、兩個定向耦合器、被測件和衰減器組成，如圖2所示。網絡儀輸出信號經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）矢量網絡分析儀，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)設置
連接儀器和測試附件，設置頻率、硬件通道和功率等測試參數。
（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】→【硬件設置】→【圖形配置】，端口1參考混頻器開關切換到“外部”；配置源1為低波段高功率模式，如圖3所示。
圖3 射頻通道設置對話框
（2）設置測試參數，分別設置頻率范圍（6G~18G）、中頻帶寬(1KHz)、掃描點數(201)等參數。
（3）設置功率偏移。網絡儀的源輸出功率經由放大器放大后進入被測件，實際輸出功率與設置功率存在偏差，因此需要設置功率偏移。
【激勵】→【功率】→【功率和衰減】，對話框中點擊【偏移和門限】按鈕，設置功率偏移（如設置源輸出功率為-10dBm時，經過放大器放大到端口輸出功率為25dBm，則設置偏移為35dB）。
圖4 偏移和門限設置對話框
2.2 校準
進行系統(tǒng)校準，需要校準系統(tǒng)的S參數測試誤差、源輸出功率誤差和接收機誤差。
（1）矢量網絡分析儀和固態(tài)功率放大器開機30分鐘以上，充分預熱。
（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，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。
設置容差和最大讀取次數，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）網絡參數校準，本系統(tǒng)選擇增強型響應校準。
在網絡儀中選擇【校準】→【非向導校準】，進入非向導校準的對話框。選擇校準類型為增強型響應校準；
圖8 非向導校準-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】，矢量網絡分析儀校準打開并應用。
（5）打開接收機修正。
校準結束，當前程序中默認接收機修正為關閉狀態(tài)，測試時應手動打開，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。
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。同時由于補償了衰減器的衰減系數，S21全頻段數據接近于0。
圖11 S參數測量結果
（2）輸出功率線性度分析。
設置輸出功率為20dBm，觀察接收機B測量曲線，測試結果如圖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)定度測量結果
3、測量關鍵點
（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，網絡儀接收端口接收時會產生壓縮，嚴重影響測量結果準確性，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據非常小，修正后反而會使測量結果產生較大偏移。正確的做法是選用增強型響應校準算法，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，網絡儀接收端口接收時會產生壓縮，嚴重影響測量結果準確性，所以需要在接收機端口前加入一固定衰減器。
4、總結
利用3672系列矢量網絡分析儀靈活易用的前面板接口及增強型響應校準、功率偏移設置等功能，可以很方便的測量超過網絡儀最大端口輸出功率作為輸入的器件網絡特性。從實驗結果可以看到，3672系列矢量網絡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）
