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正确设计微波功率晶体管放大器的先决条件是获得所用晶体管的输入/输出阻抗数据，据此开始设计输入匹配和输出匹配网络。微波功率晶体管的输入/输出阻抗数据一般是由晶体管生产厂家提供的，但厂家往往仅提供微波功率晶体管的测试架阻抗，这也没有关系，在一定条件下，可对此值取共轭，由此当作微波功率晶体管的输入/输出阻抗数据来使用。上述阻抗值必须是在电路处于稳定工作状态时的测试值才有效，当微波功率晶体管处在潜在不稳定工作状态时，微波功率晶体管的阻抗数据就测试不准，这时有必要采用更完善的方法，即把用于线性微波电路的网络参数法推广到微波功率晶体管放大器设计中来，用散射参量（ S 参数）来表征微波功率晶体管的特性。
人们知道，微波功率晶体管是一个三端有源器件，可当作双口网络，如图3.6所示。
图3.6 微波功率晶体管双口网络
微波功率晶体管双口网络可由每个端口上的外电压和外电流或每个端口上的入射电压和反射电压来描述，图3.6所示的双口网络的输入/输出反射系数为（下式中 β 为相移常数）
（3.10）
（3.11）
（3.12）
（3.13）
入射波 a 和反射波 b 也可以用入射电压、反射电压及特性阻抗表示，公式为
（3.14）
微波功率晶体管双口网络的散射参量，即 S 参数可定义为
（3.15）
把
a
看成独立自变量，
b
看成应变量，按字母顺序，到达微波功率晶体管双口网络的波“
a
”为入射波，“
b
”为反射波。为了分析方便，令
Z
01
=
Z
02
=
Z
0
，此时有
l
1
=
l
2
=0，这样可求出如图3.6所示的微波功率晶体管双口网络反射系数，它仅与相移和输入/输出无损传输线长度有关，但可暂时略去这个相移，从式（3.15）和
解式（3.10），得
（3.16）
同样用式（3.15）和
解式（3.12），得
（3.17）
当 Γ l = Γ S =0时，上述两式简化为
（3.18）
综上所述，输入/输出反射系数是所有4个 S 参数及终端（负载）反射系数 Γ L 、源反射系数 Γ S 的函数。
可将入射电压和反射电压直接与每个端口的电压和电流联系起来，在双口网络输入端（ l 1 = l 2 =0）有
（3.19）
将式（3.19）中两式相加和相减，得
（3.20）
因此
（3.21）
微波功率晶体管的大信号 S 参数，可在实验室进行测试。下面简要介绍两种常用的测试方法。
用普通方法测试大信号 S 参数的测试系统框图如图3.7所示。
测试在50Ω系统中进行。测试过程大致如下：测 S 11 、 S 22 时，将矢量电压表探头B接在双定向耦合器Ⅰ的B 1 位置，测出入射波和反射波的幅值比和相移角。测 S 11 时，微波功率晶体管测试架正向放置；测 S 22 时，微波功率晶体管测试架反向放置。测 S 12 和 S 21 时，将矢量电压表探头B接于双定向耦合器Ⅱ的B 2 位置。测 S 12 时，测试架反向放置；测 S 21 时，测试架正向放置。在测试 S 参数时要对测试系统进行起始校准，目的是保持双定向耦合器Ⅰ的输入端到矢量电压表探头A的输入信号通道的电长度精确地等于到探头B输入端的电长度。这样两个探头之间的起始相移为0°。
图3.7 微波功率晶体管大信号 S 参数测试系统框图
校准方法如下：将短路器接入图3.7所示的微波功率晶体管测试架位置，加入适当大小的射频信号功率，并调节同轴移相器位置，使短路器产生相移读数为180°。当矢量电压表探头B接在双定向耦合器Ⅱ的B 2 位置时，其起始校准为，将通路器接入图3.7中微波功率晶体管测试架位置，加入适当大小射频信号功率，并调节同轴移相器位置，使两路探头之间相移为0°。如果短路器的电长度精确地等于通路器电长度的一半，且两个双定向耦合器电长度一致，则后一步校准可省略。
测 S 11 时，微波功率晶体管测试架正向放置，将电压加到额定值，并加上正常使用条件下射频信号功率，测A、B两端上的电压幅度比值和相位角 φ ；再将微波功率晶体管测试架反接并加上同样的电压和功率，就可测出 S 22 的相应指标。测 S 21 时，当矢量电压表探头B接在双定向耦合器Ⅱ的B 2 位置时，微波功率晶体管测试架正向放置。测 S 12 时，微波功率晶体管测试架反向放置。
应当说明的是，根据上述测试方法所得 S 参数的测试结果与工作状态密切相关。因此，要提高准确度就必须尽可能地在与实际运用状态相同的条件下测试，尤其是偏置状态，因此 S 21 受工作条件影响最大；由于 S 12 很小，而测试误差大，为了提高测试的精确度，建议用“双信号法”来测试大信号 S 参数。
在一定的功率、偏置状态和工作频率下，微波功率晶体管特性可由式（3.15）来描述。从式（3.15）可推导出下列各式
（3.22）
（3.23）
（3.24）
（3.25）
上述等式中各量均为复数。等式左边
（
i
,
j
=1, 2，以下同）等于等式右边的
S
ij
与另一复数之和，如上式中
等于
与
S
11
之和。
测试轨迹的“双信号法”大信号
S
参数测试系统框图如图3.8所示。
图3.8 “双信号法”大信号 S 参数测试系统框图
在此测试系统中有一射频信号源，其输出分成
a
1
和
a
2
两路。测试
幅值比，在网络分析仪上，可根据反射（
i
=
j
）和传输（
i
≠
j
）的测试获得。测
轨迹时，将双定向耦合器Ⅱ的C端接到网络分析仪的基准端R上，并将D端接到网络分析仪的测试端T上，然后用移相器改变
a
1
和
a
2
之间的相位差。
测 b 1 / a 2 轨迹时，将双定向耦合器Ⅰ的A端接到网络分析仪的R端；将双定向耦合器Ⅱ的D端接到网络分析仪的T端，再用移相器改变 a 1 和 a 2 之间的相位差。
测 b 2 / a 1 轨迹时，将双定向耦合器Ⅱ的C端接到网络分析仪的R端，将双定向耦合器Ⅰ的B端接到网络分析仪的T端，再用移相器改变 a 1 和 a 2 之间的相位差。
测 b 2 / a 2 轨迹时，将双定向耦合器Ⅰ的A端接到网络分析仪的R端，将双定向耦合器Ⅰ的B端接到网络分析仪的T端，再用移相器改变 a 1 和 a 2 之间的相位差。
在测试过程中， a 1 和 a 2 的幅度可由可变衰减器来调节。 a 2 的幅度要调到使微波功率晶体管具有所要求的集电极直流电流。 a 2 的幅度可调到任一合适的数值，一般在额定集电极电流 I C 下，测出各组| a 2 | 值下的 b i / a j 轨迹才有意义。
不同的 a 2 值，实际上模拟了输出端口不同的负载反射系数。因此， b i / a j 的轨迹在不同 a 2 值时的变化反映了负载“失配”效应对 S 参数的影响。如果集电极电流 I C 值随 a 2 和 a 1 之间相位不同而有显著的变化，则必须调节 a 1 的幅度，使 I C 保持恒定不变，在此情况下测试不同| a 2 / a 1 | 值时的 b i / a j 的轨迹。上述测试中参考面的校准须按矢量网络分析仪标准方法进行校准。
“双信号法”的另一个优点是从 b i / a j 轨迹的性质可预期放大器设计的正确度。如 b i / a j 轨迹明显偏离圆形，则放大器预期的性能和实验结果之间将有较大的差别。
