矢量网络分析仪外置耦合器扩展测试S参数具体测试案例（上）
矢量网络分析仪(矢网)是进行微波芯片的微波网络参数测试的常用仪器，集成度高，可用于微波功率放大等芯片或部件的测试，但使用矢网进行微波芯片S参数测试时，测试功率将有所限制。如3672系列矢量网络分析仪本机最大输出功率约为+20dBm左右。而随着信息技术的发展和微波功率半导体芯片工艺的改进，小至微波功率芯片单片的输入功率要求已经大于矢网的最大输出功率，此时使用单台矢量网络分析仪进行放大器测试明显违背测试规律，测试结果不能完全表征被测件特性，并且不能准确获得增益压缩、功率效率和交调等参数。
针对此问题，本文给出了一种基于3672系列矢量网络分析仪的功率扩展方法，设计验证试验，利用3672灵活的前面板信号接口，使用本公司配套的定向耦合器、功率放大器和自主的校准技术，提高微波网络参数的测试功率。测试输入功率目标为+25dBm，组成的测试系统框图如图1所示：
图1 测试系统框图
1、系统组成
大功率输入信号测试系统主要组成部分为矢量网络分析仪、放大器、两个定向耦合器、被测件和衰减器组成，如图2所示。网络仪输出信号经由前面板跳线源输出端口到达放大器，信号被放大器放大后接入定向耦合器1，定向耦合器1的直通端连接定向耦合器2，耦合端经过固定衰减器衰减后接入前面板跳线R输入。定向耦合器2接收到被测件返回的信号后，通过耦合端连接的衰减器直接反馈到前面板跳线A输入端口。
图2 测试系统实物图
此系统主要组成部分：
(1)矢量网络分析仪，型号3672D，频段10MHz~50GHz;
(2)固态功率放大器，型号3871DC，频段6GHz~18GHz;
(3)功率计，型号87233L，频段50MHz~67GHz;
(4)定向耦合器两个，耦合度20dB;
(5)大功率衰减器一个，衰减值30dB;
(6)固定衰减器两个，衰减值20dB;
(7)机械校准件，型号31121;
(8)测试电缆若干。
2、测试流程
2.1 系统设置
连接仪器和测试附件，设置频率、硬件通道和功率等测试参数。
(1) 按照原理图连接测试系统。由于本方案需要使用系统前面板新号接口，因此需要进行通道配置：【通道】→【硬件设置】→【图形配置】，端口1参考混频器开关切换到“外部”;配置源1为低波段高功率模式，如图3所示。
图3 射频通道设置对话框
(2)设置测试参数，分别设置频率范围(6G~18G)、中频带宽(1KHz)、扫描点数(201)等参数。
(3)设置功率偏移。网络仪的源输出功率经由放大器放大后进入被测件，实际输出功率与设置功率存在偏差，因此需要设置功率偏移。
【激励】→【功率】→【功率和衰减】，对话框中点击【偏移和门限】按钮，设置功率偏移(如设置源输出功率为-10dBm时，经过放大器放大到端口输出功率为25dBm，则设置偏移为35dB)。
图4 偏移和门限设置对话框
2.2 校准
进行系统校准，需要校准系统的S参数测试误差、源输出功率误差和接收机误差。
(1)矢量网络分析仪和固态功率放大器开机30分钟以上，充分预热。
(2)进行源功率校准。
第一、配置功率计。
【校准】→【功率校准】→【源功率校准】，配置功率校准参数，点击【功率计配置】，配置功率计的GPIB地址或USB连接地址(点击【USB检测】可以自动检测USB功率计);
第二、编辑损耗补偿表。
端口输出功率超出功率计的额定功率，则需要在功率计前端接衰减器。衰减器的衰减值需要写入损耗补偿表。点击【编辑损耗补偿表】，根据源功率校准时功率计前方所需的衰减器特性，增加损耗信息。
图5 编辑损耗补偿表对话框
第三、执行源功率校准。
设置容差和最大读取次数，点击【执行校准扫描】，等待校准完成,校准完毕，点击【确定】。
图6 源功率校准对话框
(3)接收机校准。
创建两条轨迹R1和A，源端口为1，分别进行接收机校准。
端口1输出连接负载，选中轨迹R1，【校准】→【功率校准】→【接收机校准】。
图7 接收机校准对话框
端口1输出连接开路器，选中轨迹A，进行接收机功率校准。
(4)网络参数校准，本系统选择增强型响应校准。
在网络仪中选择【校准】→【非向导校准】，进入非向导校准的对话框。选择校准类型为增强型响应校准;
图8 非向导校准-选择校准类型对话框
点击【下一步】，选择校准件为31121;
按照界面显示，依次连接开路器、短路器和负载，最后将两个端口直通，完成校准步骤;
图9 选择校准类型对话框
校准完成后，点击【确定】，矢量网络分析仪校准打开并应用。
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