作为工作在大信号状态下的微波真空器件,行波管放大器(TWTA)凭借高功率、高增益、宽频带和高工作频率等性能特点,广泛应用于深空探测和电子对抗等无线通信领域,并在其中扮演着将信号进行放大的重要角色。由于TWTA是一种非线性器件,大信号条件下表现出的非线性幅相(AM-AM、AM-PM)效应会对整个系统的通信质量造成影响。基于此,有必要建立测试模块,对TWTA的AM-AM、AM-PM行为进行测试和预判,根据测试的结果,对TWTA进行线性化处理。本文立足TWTA测试的基本原理,首先对TWTA的非线性幅相测试在国内外的研究现状进行调研,通过对幅相测试系统的深入了解,综合制作成本、在线测试和测试精度等因素,采用了六端口电路实现TWTA幅相测试模块。对六端口的原理进行推导,印证了采用该测试模块作为非线性幅相测试部件的合理性。本文从以下几个方面对测试模块进行了研究和设计:1.结合幅相测试模块基本原理,确定了采用多节非对称形式耦合器作为取样耦合器的方案。通过对传统多节耦合器的对称和非对称结构进行理论研究,研制了改进形式的10dB非对称定向耦合器,测试结果表明:在2~18GHz内,耦合度在10dB±1dB内,且回波损耗>15dB,隔离度>20dB。2.为提升耦合结构的回波损耗和隔离性能,研制了加载锯齿形结构的2~8GHz90°混合耦合器,并制作了加载矩形结构的6~18GHz 90°混合耦合器。实测结果表明:2~8GHz的耦合器具有回波损耗>20dB,隔离度>25dB的性能;6~18GHz的耦合器具有回波损耗>15dB,隔离度>17dB的性能。3.从切比雪夫(Chebyshev)变换器和隔离电阻两方面对宽带功分器的本质进行了研究。描述了2~8GHz、6~18GHz器件的设计方法,进行了模型仿真,并制作了2~8GHz的等分同相功分器。4.利用90°混合耦合器的设计原理,研制了部分、完全两种集成方式的2~8GHz六端口电路,并研制了完全集成方式的6~18GHz六端口电路。搭建了测试系统,对模块进行了验证测试,结果表明:与Agilent E8363B测试结果相比较,幅度误差小于1.2dB,相位误差小于10°。