射频和微波测量简介
准确测量射频和微波电路是成功设计和验证的基础。随着频率增加到千兆赫兹范围，传统的测量方法变得不够用，需要专门的技术。
测量频率范围
HF/VHF
3-300 MHz
传统仪器
UHF
300 MHz - 3 GHz
专业校准
微波
3-30 GHz
VNA必不可少
毫米波
30-300 GHz
高级探头
矢量网络分析仪（VNA）基础
矢量网络分析仪是射频测量的基石仪器，在宽频率范围内提供幅度和相位信息。现代VNA可以在从直流到超过100 GHz的范围内进行高动态范围和精度的测量。
关键VNA规格
- 频率范围: 直流到100+ GHz用于毫米波应用
- 动态范围: 通常为100-130 dB用于高隔离
- 迹线噪声: 低噪声用于精确测量
- 测量速度: 快速扫描用于生产测试
S参数测量和解释
S参数（散射参数）描述射频能量如何通过网络传播，是射频电路分析的基础。四个基本S参数（S11、S12、S21、S22）代表反射和传输特性。
S参数快速参考
S11（输入反射）
- < -10 dB: 良好匹配
- < -20 dB: 优秀匹配
- VSWR = (1 + |S11|)/(1 - |S11|)
S21（正向传输）
- 插入损耗 = -20log|S21|
- 群延迟 = -dφ/dω
- 増益 = 20log|S21| (放大器)
校准技术和标准
校准可消除VNA测量中的系统误差，包括方向性、源匹配和反射跟踪误差。
校准方法
SOLT
短路-开路-负载-直通
最适合同轴
TRL
直通-反射-线路
最适合平面
LRRM
线路-反射-反射-匹配
混合方法
时域测量和TDR
时域反射法（TDR）通过分析来自阻抗不连续性的反射，提供对电路物理行为的洞察。TDR测量揭示了沿传输线的阻抗变化的位置和幅度。
- 时域变换揭示脉冲和阶跃响应
- 识别谐振、不连续性和耦合效应
- 门控去除不需要的反射以聚焦于特定元件
噪声系数和噪声温度测量
噪声系数表征通过设备的信噪比降低，对于接收机灵敏度计算至关重要。使用校准噪声源的Y因子方法是标准方法。
噪声测量参考
噪声系数计算：
NF = ENR + 10log((Y-1)/Y) + Loss_after
典型值：
LNAs
0.5-2 dB
混频器
6-12 dB
衰减器
= 衰减
功率测量和校准
准确的功率测量对于表征放大器、发射机和无源元件至关重要。功率传感器包括热敏电阻座、热电传感器和二极管检测器，每个都有特定的频率范围和功率处理能力。
非线性和大信号测量
非线性测量表征大信号条件下的器件行为，包括压缩点、互调失真和谐波失真测量。
关键非线性测量
- P1dB: 1-dB压缩点指示增益压缩开始
- IMD: 双音互调揭示杂散产生
- 负载牵引: 性能与变化负载阻抗
- EVM: 调制信号的误差矢量幅度
晶圆和探针台测量
晶圆测量可以在封装前表征器件，在开发过程中提供更快的反馈。具有精密操纵器和稳定环境控制的探针台对于可重复测量至关重要。
探针测量最佳实践
- • 使用阻抗标准基板（ISS）进行校准
- • 保持一致的探针接触力
- • 将温度控制在±1°C以实现稳定测量
- • 使用尽可能短的探针电缆
- • 定期检查探针尖端状况
- • 去嵌入焊盘寄生效应以实现准确表征
常见测量陷阱
故障排除指南
问题：校准精度差
- • 使用适合测量的校准类型
- • 验证连接器和电缆状况
- • 在校准期间控制环境条件
问题：动态范围不足
- • 优化IF带宽和平均设置
- • 为低电平信号使用外部放大
- • 实施适当的屏蔽和隔离
问题：测量漂移
- • 为仪器留出足够的预热时间
- • 控制温度和湿度变化
- • 执行定期校准验证
关键要点
- VNA对于正确校准的准确射频测量至关重要
- S参数提供全面的线性电路表征
- 时域分析揭示物理行为和不连续性
- 噪声系数和功率测量需要专门技术
- 非线性测量表征实际操作条件