Load-Pull ist ein leistungsstarkes Verfahren zur Charakterisierung von HF-Leistungsverstärkern durch variierende Impedanzen. Load-Pull ermöglicht Modellextraktion und Validierung sowie Performance-, Robustheits- und Effizienztests.
Sie entwickeln einen Leistungsverstärker, der nicht schon von Haus aus ein 50-Ω-Gerät ist. Allerdings ist das Zielumfeld typischerweise eine 50-Ω-Umgebung, so dass ein geeignetes Anpassnetzwerk erforderlich ist. Die Leistungsfähigkeit hängt in hohem Maß von der Lastimpedanz ab. Sie charakterisieren den Verstärker mit unterschiedlichen Quellen- und Lastimpedanzen und optimieren ihn im Hinblick auf Verstärkung, Ausgangsleistung (Pout) und Leistungswirkungsgrad (Power Added Efficiency, PAE). Dies ist für die Entwicklung eines entsprechenden Anpassnetzwerks hilfreich. Um den besten Wirkungsgrad zu erzielen, arbeiten die Verstärker üblicherweise nahe am Kompressionspunkt. Klassische Kleinsignal-S-Parameter würden das Messobjekt nicht adäquat beschreiben. Stattdessen benötigen Sie eine Großsignal-Anregung und Lastimpedanzen ohne 50-Ω-Anpassung, um das nichtlineare Verhalten des Messobjekts zu charakterisieren. Vektor-Wellengrößen (a1, b1, a2, b2) beschreiben das Verhalten des Messobjekts und ermöglichen die Erzeugung und Validierung eines Verstärkermodells.
Konturen des Leistungswirkungsgrads (PAE) in % und Ausgangsleistung (Pout) in dBm
Load-Pull basiert auf der flexiblen Variierung der Impedanz, die auf den Verstärker wirkt. Der wesentliche Parameter, der während der Messung modifiziert werden muss, ist weder die Frequenz noch der Pegel oder die Vorspannung, sondern die Impedanz, die am Messobjekteingang und -ausgang bei Grund- und Oberschwingungen herrscht. Mit Load-Pull ist eine Charakterisierung des Messobjekts als Funktion variierender Lastimpedanzen möglich.
Aktuelle Load-Pull-Messaufbauten umfassen gewöhnlich einen Vektornetzwerkanalysator (VNA) wie den R&S®ZNA und zusätzlich Quellen- und Lastimpedanz-Tuner. Mit direktem Zugriff auf den Empfangspfad des VNA lassen sich die Vektoren der a- und b-Wellengrößen zum und vom Messobjekt über externe, verlustarme Koppler messen. Der VNA ermöglicht die Kalibrierung auf Messobjekt-Referenzebene, so dass maximale Stabilität und Genauigkeit für a- und b-Wellengrößenmessungen sichergestellt werden.
Alle relevanten Parameterwerte wie die Reflexionsfaktoren Γ am Ein- und Ausgang des Verstärkers, Eingangsleistung, Ausgangsleistung, Verstärkung, Wirkungsgrad und Leistungswirkungsgrad lassen sich von den gemessenen Wellengrößen (Amplitude und Phase) ableiten. Mit dem Messaufbau ist auch ein Blick in die Tuner möglich, um die jeweiligen Impedanzen, wie sie für das Messobjekt bereitgestellt werden, exakt zu messen und zu steuern.
Der Messaufbau kann einfach zu einem aktiven oder hybriden Load-Pull-System oder einer Kombination aus aktivem und passivem Load-Pull erweitert werden. So wird der verfügbare Abstimmbereich an der Messobjekt-Referenzebene erweitert, indem ein zusätzliches, phasenkohärentes Signal eingespeist wird. Damit lassen sich Geräte mit sehr niedriger Impedanz über einen breiten Impedanzbereich charakterisieren. Dieses Verfahren kommt auch zum Einsatz, falls ein Harmonic-Load-Pull für eine erweiterte Gerätecharakterisierung und Modellierung komplexer Messobjekte erforderlich ist.
Zu den unterstützten Signaltypen gehören häufig Dauerstrich- und gepulste Dauerstrichsignale. Pulssignale sind für Raw-Die- und On-Wafer-Messungen unabdingbar, um Temperaturänderungen während des Tests aufgrund der Selbsterwärmung des Geräts zu vermeiden.
Rohde & Schwarz arbeitet mit den führenden Industriepartnern Focus Microwaves und Maury Microwave zusammen, um schlüsselfertige Load-Pull-Systemlösungen anzubieten.
Siehe auch: www.rohde-schwarz.com/product/zna
Aufbau für Vector-Receiver-Load-Pull-Messungen
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