簡介

負載牽引（LOADPULL）技術是功率放大器設計優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的網絡分析儀ZVA24/40/67,內部帶有4個激勵源，協同FOCUS的MPT多諧波TUNER，可以構建業內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，實現功放的全面高效測試優化。

負載牽引系統介紹

負載牽引（LOADPULL）系統用來進行功率放大器的參數優化，可以準確確定功率放大器的最優直流工作點，最大輸出功率，最高效率，最優線性，最優噪聲匹配和最佳功率匹配點等，一般來說，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。傳統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化測試，對于無源的測試附件及TUNER等還需要網絡分析儀進行校準。現代負載牽引除了上述設備之外，還需要諧波接收機，通常由網絡分析儀實現，可以進一步的測試PAE，同時簡化系統的配置，進一步的，還可以搭建更為高效先進的系統。

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，只通過矢量網絡分析儀測得的小信號特性，很難用來優化功放在大信號情況下的各種指標，使得整個調試工作變得異常的復雜和繁瑣，也難以達到最優性能。通過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匹配阻抗，從而實現放大器的優化設計。

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，成為功放設計優化的重中之重。諧波阻抗，特別是二次和三次諧波阻抗優化對效率的改善已經得到了功放設計師的廣泛認可，但如何優化諧波阻抗確是一個難題，利用諧波阻抗調諧器，掃描改變阻抗和相位特性，是一個非常有效的解決方案。

諧波TUNER優化諧波阻抗，提升功放PAE

傳統LOADPULL測試系統及缺點

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系統利用矢量網絡分析儀，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測得，輸出功率也可以通過矢網接收機測得，從而可以準確地進行PAE的測試。同時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，導致阻抗調諧器的調諧范圍變小，也就是說Γ值變小，不能調諧到SMITH圓圖的最外圍，實現非常小的阻抗調諧。然而，對于大功率功放來講，實現最大功率和效率時的最優阻抗通常是很小的，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諧范圍

有源負載牽引和預匹配技術

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，大大增加了系統的成本和復雜度。一個更好的解決方案是采用預匹配技術，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提供一個較大的初始Γ值，在此基礎上進行功率注入，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，我們就可以實現一個非常先進的，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，即矢量有源諧波負載牽引系統，在整個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，全方位的進行功率放大器的設計優化。

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

R&S的網絡分析儀ZVA24/40/67,內部帶有4個激勵源，可以實現基波，二次諧波和三次諧波的有源信號產生，協同FOCUS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諧，加上FOCUS的預匹配技術，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源的矢網是R&S獨有的，因此整個方案是業內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，實現對功率放大器最完整的阻抗調諧和優化。

R&S 先進矢量有源諧波負載牽引技術

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

作者：楊洪文，羅德與施瓦茨（中國）科技有限公司

本文刊登于微波射頻網旗下《微波射頻技術》雜志 2016微波技術?？?，未經允許謝絕轉載。