一文帶你深入了解先進(jìn)的矢量有源諧波負(fù)載牽引測(cè)試技術(shù)

簡(jiǎn)介

負(fù)載牽引（LOADPULL）技術(shù)是功率放大器設(shè)計(jì)優(yōu)化非常有效的測(cè)試解決方案。有源諧波LOADPULL可以更加高效準(zhǔn)確的對(duì)功放的諧波特性進(jìn)行評(píng)估測(cè)量，進(jìn)而優(yōu)化功放的功率效率等指標(biāo)，這對(duì)LDMOS，GaN功率放大器的設(shè)計(jì)尤為重要。

R&S的網(wǎng)絡(luò)分析儀ZVA24/40/67，內(nèi)部帶有4個(gè)激勵(lì)源，協(xié)同F(xiàn)OCUS的MPT多諧波TUNER，可以構(gòu)建業(yè)內(nèi)最先進(jìn)最簡(jiǎn)潔的有源諧波LOADPULL解決方案，無需額外的信號(hào)源，就可以對(duì)基波，二次諧波和三次諧波進(jìn)行有源負(fù)載牽引，實(shí)現(xiàn)功放的全面高效測(cè)試優(yōu)化。

負(fù)載牽引系統(tǒng)介紹

負(fù)載牽引（LOADPULL）系統(tǒng)用來進(jìn)行功率放大器的參數(shù)優(yōu)化，可以準(zhǔn)確確定功率放大器的最優(yōu)直流工作點(diǎn)，最大輸出功率，最高效率，最優(yōu)線性，最優(yōu)噪聲匹配和最佳功率匹配點(diǎn)等，一般來說，負(fù)載牽引系統(tǒng)都是由阻抗調(diào)諧器（TUNER），輔助器件和測(cè)試儀器構(gòu)成，對(duì)于功率放大器的在片測(cè)試，還需要探針臺(tái)系統(tǒng)聯(lián)合構(gòu)建。從測(cè)試方法上講，負(fù)載牽引系統(tǒng)可以分為傳統(tǒng)負(fù)載牽引和現(xiàn)代負(fù)載牽引兩類。傳統(tǒng)無源負(fù)載牽引主要由信號(hào)源，TUNER，功率計(jì)和頻譜儀組成，加上負(fù)載牽引測(cè)試軟件就可進(jìn)行功放的優(yōu)化測(cè)試，對(duì)于無源的測(cè)試附件及TUNER等還需要網(wǎng)絡(luò)分析儀進(jìn)行校準(zhǔn)?，F(xiàn)代負(fù)載牽引除了上述設(shè)備之外，還需要諧波接收機(jī)，通常由網(wǎng)絡(luò)分析儀實(shí)現(xiàn)，可以進(jìn)一步的測(cè)試PAE，同時(shí)簡(jiǎn)化系統(tǒng)的配置，進(jìn)一步的，還可以搭建更為高效先進(jìn)的系統(tǒng)。

負(fù)載牽引的作用：

由于功率放大器的小信號(hào)和大信號(hào)特性不同，只通過矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)得的小信號(hào)特性，很難用來優(yōu)化功放在大信號(hào)情況下的各種指標(biāo)，使得整個(gè)調(diào)試工作變得異常的復(fù)雜和繁瑣，也難以達(dá)到最優(yōu)性能。通過負(fù)載牽引系統(tǒng)的掃描測(cè)試，改變功放輸入輸出端的阻抗負(fù)載，找到最大功率，效率等指標(biāo)下的最優(yōu)匹配阻抗，從而實(shí)現(xiàn)放大器的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

大信號(hào)和小信號(hào)的不同響應(yīng)

諧波負(fù)載牽引的作用

無論是衛(wèi)星，雷達(dá)，還是基站，手機(jī)的應(yīng)用，對(duì)于功放效率的要求都是很高的，而且可以說是越高越好。因此提高功率放大器的效率，尤其是功率附加效率，成為功放設(shè)計(jì)優(yōu)化的重中之重。諧波阻抗，特別是二次和三次諧波阻抗優(yōu)化對(duì)效率的改善已經(jīng)得到了功放設(shè)計(jì)師的廣泛認(rèn)可，但如何優(yōu)化諧波阻抗確是一個(gè)難題，利用諧波阻抗調(diào)諧器，掃描改變阻抗和相位特性，是一個(gè)非常有效的解決方案。

諧波TUNER優(yōu)化諧波阻抗，提升功放PAE

傳統(tǒng)LOADPULL測(cè)試系統(tǒng)及缺點(diǎn)

傳統(tǒng)LOADPULL系統(tǒng)的阻抗調(diào)諧器是直接連到功放的輸入輸出端的，由信號(hào)源真正激勵(lì)到功放輸入端的功率是不知道的，因此無法準(zhǔn)確測(cè)量功率附加效率PAE，而PAE是功放的非常重要的指標(biāo)，因此就需要新的解決方案。

矢量LOADPULL測(cè)試系統(tǒng)

矢量LOADPULL系統(tǒng)利用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀，TUNER，雙定向耦合器和DUT組成。這里不需要額外的信號(hào)源，頻譜儀，信號(hào)的激勵(lì)和測(cè)量都由矢網(wǎng)來完成。同時(shí)，由于定向耦合器的加入，真正激勵(lì)到功放輸入端的入射和反射功率都能通過矢網(wǎng)測(cè)得，輸出功率也可以通過矢網(wǎng)接收機(jī)測(cè)得，從而可以準(zhǔn)確地進(jìn)行PAE的測(cè)試。同時(shí)該系統(tǒng)的測(cè)試速度也比傳統(tǒng)的LOADPULL系統(tǒng)快幾十倍。

矢量負(fù)載牽引系統(tǒng)

插入損耗的影響

對(duì)于負(fù)載牽引系統(tǒng)來說，由于DUT和TUNER之間的線纜，連接器，探針等的插入損耗的影響，導(dǎo)致阻抗調(diào)諧器的調(diào)諧范圍變小，也就是說Γ值變小，不能調(diào)諧到SMITH圓圖的最外圍，實(shí)現(xiàn)非常小的阻抗調(diào)諧。然而，對(duì)于大功率功放來講，實(shí)現(xiàn)最大功率和效率時(shí)的最優(yōu)阻抗通常是很小的，如果調(diào)諧范圍不夠大，就測(cè)試不到功放的最優(yōu)性能。因此必須解決插入損耗帶來的影響。

插入損耗減小阻抗調(diào)諧范圍

有源負(fù)載牽引和預(yù)匹配技術(shù)

為了減小插入損耗的影響，提高Γ值，通常采用反向有源功率注入的方法，即有源負(fù)載牽引的方法。要得到足夠的Γ值，就需要一個(gè)很大的反向注入功率，通常一個(gè)信號(hào)源提供的功率是不夠的，就需要額外的大功率放大器來對(duì)功率進(jìn)行放大，因此整個(gè)方案需要信號(hào)源，濾波器，隔離器，放大器，TUNER等，大大增加了系統(tǒng)的成本和復(fù)雜度。一個(gè)更好的解決方案是采用預(yù)匹配技術(shù)，即結(jié)合機(jī)械TUNER和有源功率注入為一體的混合負(fù)載牽引，由機(jī)械TUNER提供一個(gè)較大的初始Γ值，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行功率注入，這樣在一個(gè)較小的注入功率下，就可以實(shí)現(xiàn)非常接近1的Γ值，省掉額外的功率放大器，降低系統(tǒng)復(fù)雜度和成本。

預(yù)匹配技術(shù)降低所需的反向注入功率

矢量有源諧波負(fù)載牽引系統(tǒng)

結(jié)合上述的負(fù)載牽引，矢量負(fù)載牽引，諧波負(fù)載牽引，以及有源負(fù)載牽引的方法，我們就可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)非常先進(jìn)的，功能更強(qiáng)更完善，準(zhǔn)確度更高，同時(shí)也更簡(jiǎn)潔緊湊的負(fù)載牽引系統(tǒng)，即矢量有源諧波負(fù)載牽引系統(tǒng)，在整個(gè)SMITH圓圖范圍內(nèi)調(diào)諧功放的基波和諧波阻抗，測(cè)量最大功率，PAE等指標(biāo)，全方位的進(jìn)行功率放大器的設(shè)計(jì)優(yōu)化。

矢量有源諧波負(fù)載牽引

R&S 先進(jìn)矢量有源諧波負(fù)載牽引技術(shù)

R&S的網(wǎng)絡(luò)分析儀ZVA24/40/67，內(nèi)部帶有4個(gè)激勵(lì)源，可以實(shí)現(xiàn)基波，二次諧波和三次諧波的有源信號(hào)產(chǎn)生，協(xié)同F(xiàn)OCUS公司獨(dú)有的MPT多諧波TUNER，可以同時(shí)對(duì)基波，二次諧波和三次諧波進(jìn)行有源阻抗調(diào)諧，加上FOCUS的預(yù)匹配技術(shù)，大大減小所需要的反向注入功率，可以省掉外部的放大器和外部的信號(hào)發(fā)生器，降低了系統(tǒng)的復(fù)雜度，提高測(cè)試效率和精度。由于內(nèi)置4源的矢網(wǎng)是R&S獨(dú)有的，因此整個(gè)方案是業(yè)內(nèi)唯一的可以同時(shí)做三次諧波矢量有源負(fù)載牽引的最簡(jiǎn)潔高效的系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)功率放大器最完整的阻抗調(diào)諧和優(yōu)化。

R&S 先進(jìn)矢量有源諧波負(fù)載牽引技術(shù)

利用該技術(shù)，可以非常高效的進(jìn)行功率放大器的效率優(yōu)化，提升整個(gè)放大器的性能指標(biāo)，同時(shí)節(jié)省大量的時(shí)間成本，是進(jìn)行高性能功率放大器設(shè)計(jì)的非常行之有效的方案。