一文帶你深入了解先進的矢量有源諧波負載牽引測試技術(shù)

簡介

負載牽引（LOADPULL）技術(shù)是功率放大器設(shè)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行評估測量，進而優(yōu)化功放的功率效率等指標，這對LDMOS，GaN功率放大器的設(shè)計尤為重要。

R&S的網(wǎng)絡(luò)分析儀ZVA24/40/67，內(nèi)部帶有4個激勵源，協(xié)同F(xiàn)OCUS的MPT多諧波TUNER，可以構(gòu)建業(yè)內(nèi)最先進最簡潔的有源諧波LOADPULL解決方案，無需額外的信號源，就可以對基波，二次諧波和三次諧波進行有源負載牽引，實現(xiàn)功放的全面高效測試優(yōu)化。

負載牽引系統(tǒng)介紹

負載牽引（LOADPULL）系統(tǒng)用來進行功率放大器的參數(shù)優(yōu)化，可以準確確定功率放大器的最優(yōu)直流工作點，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等，一般來說，負載牽引系統(tǒng)都是由阻抗調(diào)諧器（TUNER），輔助器件和測試儀器構(gòu)成，對于功率放大器的在片測試，還需要探針臺系統(tǒng)聯(lián)合構(gòu)建。從測試方法上講，負載牽引系統(tǒng)可以分為傳統(tǒng)負載牽引和現(xiàn)代負載牽引兩類。傳統(tǒng)無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行功放的優(yōu)化測試，對于無源的測試附件及TUNER等還需要網(wǎng)絡(luò)分析儀進行校準?，F(xiàn)代負載牽引除了上述設(shè)備之外，還需要諧波接收機，通常由網(wǎng)絡(luò)分析儀實現(xiàn)，可以進一步的測試PAE，同時簡化系統(tǒng)的配置，進一步的，還可以搭建更為高效先進的系統(tǒng)。

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，只通過矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測得的小信號特性，很難用來優(yōu)化功放在大信號情況下的各種指標，使得整個調(diào)試工作變得異常的復雜和繁瑣，也難以達到最優(yōu)性能。通過負載牽引系統(tǒng)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，從而實現(xiàn)放大器的優(yōu)化設(shè)計。

大信號和小信號的不同響應

諧波負載牽引的作用

無論是衛(wèi)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(shè)計師的廣泛認可，但如何優(yōu)化諧波阻抗確是一個難題，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測試系統(tǒng)及缺點

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，由信號源真正激勵到功放輸入端的功率是不知道的，因此無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(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源，頻譜儀，信號的激勵和測量都由矢網(wǎng)來完成。同時，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矢網(wǎng)測得，輸出功率也可以通過矢網(wǎng)接收機測得，從而可以準確地進行PAE的測試。同時該系統(tǒng)的測試速度也比傳統(tǒng)的LOADPULL系統(tǒng)快幾十倍。

矢量負載牽引系統(tǒng)

插入損耗的影響

對于負載牽引系統(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，實現(xiàn)非常小的阻抗調(diào)諧。然而，對于大功率功放來講，實現(xiàn)最大功率和效率時的最優(yōu)阻抗通常是很小的，如果調(diào)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的影響。

插入損耗減小阻抗調(diào)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，就需要一個很大的反向注入功率，通常一個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對功率進行放大，因此整個方案需要信號源，濾波器，隔離器，放大器，TUNER等，大大增加了系統(tǒng)的成本和復雜度。一個更好的解決方案是采用預匹配技術(shù)，即結(jié)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提供一個較大的初始Γ值，在此基礎(chǔ)上進行功率注入，這樣在一個較小的注入功率下，就可以實現(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(tǒng)

結(jié)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，我們就可以實現(xiàn)一個非常先進的，功能更強更完善，準確度更高，同時也更簡潔緊湊的負載牽引系統(tǒng)，即矢量有源諧波負載牽引系統(tǒng)，在整個SMITH圓圖范圍內(nèi)調(diào)諧功放的基波和諧波阻抗，測量最大功率，PAE等指標，全方位的進行功率放大器的設(shè)計優(yōu)化。

矢量有源諧波負載牽引

R&S 先進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(nèi)部帶有4個激勵源，可以實現(xiàn)基波，二次諧波和三次諧波的有源信號產(chǎn)生，協(xié)同F(xiàn)OCUS公司獨有的MPT多諧波TUNER，可以同時對基波，二次諧波和三次諧波進行有源阻抗調(diào)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(tǒng)的復雜度，提高測試效率和精度。由于內(nèi)置4源的矢網(wǎng)是R&S獨有的，因此整個方案是業(yè)內(nèi)唯一的可以同時做三次諧波矢量有源負載牽引的最簡潔高效的系統(tǒng)，實現(xiàn)對功率放大器最完整的阻抗調(diào)諧和優(yōu)化。

R&S 先進矢量有源諧波負載牽引技術(shù)

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