先進(jìn)的矢量有源諧波負載牽引測試技術(shù)

簡(jiǎn)介

負載牽引（LOADPULL）技術(shù)是功率放大器設計優(yōu)化非常有效的測試解決方案。有源諧波LOADPULL可以更加高效準確的對功放的諧波特性進(jìn)行評估測量，進(jìn)而優(yōu)化功放的功率效率等指標，這對LDMOS，GaN功率放大器的設計尤為重要。

R&S的網(wǎng)絡(luò )分析儀ZVA24/40/67,內部帶有4個(gè)激勵源，協(xié)同FOCUS的MPT多諧波TUNER，可以構建業(yè)內最先進(jìn)最簡(jiǎn)潔的有源諧波LOADPULL解決方案，無(wú)需額外的信號源，就可以對基波，二次諧波和三次諧波進(jìn)行有源負載牽引，實(shí)現功放的全面高效測試優(yōu)化。

負載牽引系統介紹

負載牽引（LOADPULL）系統用來(lái)進(jìn)行功率放大器的參數優(yōu)化，可以準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(xiàn)性，最優(yōu)噪聲匹配和最佳功率匹配點(diǎn)等，一般來(lái)說(shuō)，負載牽引系統都是由阻抗調諧器（TUNER），輔助器件和測試儀器構成，對于功率放大器的在片測試，還需要探針臺系統聯(lián)合構建。從測試方法上講，負載牽引系統可以分為傳統負載牽引和現代負載牽引兩類(lèi)。傳統無(wú)源負載牽引主要由信號源，TUNER，功率計和頻譜儀組成，加上負載牽引測試軟件就可進(jìn)行功放的優(yōu)化測試，對于無(wú)源的測試附件及TUNER等還需要網(wǎng)絡(luò )分析儀進(jìn)行校準?，F代負載牽引除了上述設備之外，還需要諧波接收機，通常由網(wǎng)絡(luò )分析儀實(shí)現，可以進(jìn)一步的測試PAE，同時(shí)簡(jiǎn)化系統的配置，進(jìn)一步的，還可以搭建更為高效先進(jìn)的系統。

負載牽引的作用：

由于功率放大器的小信號和大信號特性不同，只通過(guò)矢量網(wǎng)絡(luò )分析儀測得的小信號特性，很難用來(lái)優(yōu)化功放在大信號情況下的各種指標，使得整個(gè)調試工作變得異常的復雜和繁瑣，也難以達到最優(yōu)性能。通過(guò)負載牽引系統的掃描測試，改變功放輸入輸出端的阻抗負載，找到最大功率，效率等指標下的最優(yōu)匹配阻抗，從而實(shí)現放大器的優(yōu)化設計。

大信號和小信號的不同響應

諧波負載牽引的作用

無(wú)論是衛星，雷達，還是基站，手機的應用，對于功放效率的要求都是很高的，而且可以說(shuō)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，成為功放設計優(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)化對效率的改善已經(jīng)得到了功放設計師的廣泛認可，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LOADPULL測試系統及缺點(diǎn)

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

矢量LOADPULL測試系統

矢量LOADPULL系統利用矢量網(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源，頻譜儀，信號的激勵和測量都由矢網(wǎng)來(lái)完成。同時(shí)，由于定向耦合器的加入，真正激勵到功放輸入端的入射和反射功率都能通過(guò)矢網(wǎng)測得，輸出功率也可以通過(guò)矢網(wǎng)接收機測得，從而可以準確地進(jìn)行PAE的測試。同時(shí)該系統的測試速度也比傳統的LOADPULL系統快幾十倍。

矢量負載牽引系統

插入損耗的影響

對于負載牽引系統來(lái)說(shuō)，由于DUT和TUNER之間的線(xiàn)纜，連接器，探針等的插入損耗的影響，導致阻抗調諧器的調諧范圍變小，也就是說(shuō)Γ值變小，不能調諧到SMITH圓圖的最外圍，實(shí)現非常小的阻抗調諧。然而，對于大功率功放來(lái)講，實(shí)現最大功率和效率時(shí)的最優(yōu)阻抗通常是很小的，如果調諧范圍不夠大，就測試不到功放的最優(yōu)性能。因此必須解決插入損耗帶來(lái)的影響。

插入損耗減小阻抗調諧范圍

有源負載牽引和預匹配技術(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)信號源提供的功率是不夠的，就需要額外的大功率放大器來(lái)對功率進(jìn)行放大，因此整個(gè)方案需要信號源，濾波器，隔離器，放大器，TUNER等，大大增加了系統的成本和復雜度。一個(gè)更好的解決方案是采用預匹配技術(shù)，即結合機械TUNER和有源功率注入為一體的混合負載牽引，由機械TUNER提供一個(gè)較大的初始Γ值，在此基礎上進(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)現非常接近1的Γ值，省掉額外的功率放大器，降低系統復雜度和成本。

預匹配技術(shù)降低所需的反向注入功率

矢量有源諧波負載牽引系統

結合上述的負載牽引，矢量負載牽引，諧波負載牽引，以及有源負載牽引的方法，我們就可以實(shí)現一個(gè)非常先進(jìn)的，功能更強更完善，準確度更高，同時(shí)也更簡(jiǎn)潔緊湊的負載牽引系統，即矢量有源諧波負載牽引系統，在整個(gè)SMITH圓圖范圍內調諧功放的基波和諧波阻抗，測量最大功率，PAE等指標，全方位的進(jìn)行功率放大器的設計優(yōu)化。

矢量有源諧波負載牽引

R&S先進(jìn)矢量有源諧波負載牽引技術(shù)

R&S的網(wǎng)絡(luò )分析儀ZVA24/40/67,內部帶有4個(gè)激勵源，可以實(shí)現基波，二次諧波和三次諧波的有源信號產(chǎn)生，協(xié)同FOCUS公司獨有的MPT多諧波TUNER，可以同時(shí)對基波，二次諧波和三次諧波進(jìn)行有源阻抗調諧，加上FOCUS的預匹配技術(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發(fā)生器，降低了系統的復雜度，提高測試效率和精度。由于內置4源的矢網(wǎng)是R&S獨有的，因此整個(gè)方案是業(yè)內唯一的可以同時(shí)做三次諧波矢量有源負載牽引的最簡(jiǎn)潔高效的系統，實(shí)現對功率放大器最完整的阻抗調諧和優(yōu)化。

R&S 先進(jìn)矢量有源諧波負載牽引技術(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，同時(shí)節省大量的時(shí)間成本，是進(jìn)行高性能功率放大器設計的非常行之有效的方案。