Caractérisation avancée d'amplificateur de puissance RF : ingénierie des formes d'ondes et "load pull" dans le domaine temporel

Votre tâche

Les amplificateurs de puissance RF modernes (en particulier les appareils basés sur GaN dédiés à la 5G, 6G, radar, satellite et aérospatial) sont souvent utilisés à proximité de leurs limites non linéaires afin d'optimiser l'efficacité ou d'augmenter la puissance de sortie. Les paramètres S des petits signaux traditionnels ou les mesures de puissance scalaire ne peuvent pas entièrement capturer le comportement de l'appareil.

Lors de la conception et de la validation des amplificateurs, les ingénieurs doivent déterminer la source et l'impédance de charge optimales à la fréquence fondamentale et aux fréquences harmoniques. Les terminaisons harmoniques influencent directement la puissance de sortie, l'efficacité, la linéarité, les variations de tension, la forme d'onde en courant et la contrainte de l'appareil.

Les mesures vectorielles conventionnelles "load pull" fournissent des informations précieuses sur la puissance de sortie, le gain, la compression et l’efficacité par rapport à l’impédance.

L’ingénierie avancée des formes d’onde nécessite également des informations de magnitude et de phase étalonnées sur les ondes RF incidentes et réfléchies. Ce n’est qu’avec ces informations que les formes d’onde de tension RF et de courant au niveau du plan de référence du dispositif sous test (DUT) peuvent être reconstruites et utilisées pour comprendre le mode de fonctionnement réel d’un dispositif.

Cette information est importante lors de l’optimisation des modes d’amplificateurs de haute efficacité, de la validation de modèles non linéaires ou de la corrélation entre le comportement simulé et mesuré du dispositif. Le défi consiste à combiner des mesures d’ondes étalonnées en phase précises, un contrôle d’impédance harmonique et un flux de travail pratique basé sur la charge dans un environnement de mesure unique.

Solution Rohde & Schwarz

Rohde & Schwarz et Focus Microwaves ont créé une solution dédiée à la caractérisation de formes d'ondes dans le domaine temporel et au "load pull" vectoriel à phase corrigée.

La configuration combine un analyseur de réseaux vectoriels R&S®ZNA avec un générateur R&S®ZN-ZCG (référence de phase) et un système "load-pull" de Focus Microwaves. Les syntonisateurs harmoniques de Focus Microwaves fournissent la source et l'impédance de charge au DUT avec une magnitude indépendante et un contrôle de phase du coefficient de réflexion à f0, 20 et 30, permettant à chaque terminaison harmonique d'être réglée et balayée indépendamment sans perturber les autres. Le R&S®ZNA mesure les ondes réfléchies et d'incidence étalonnées, tandis que le R&S®ZN-ZCG fournit la référence de phase nécessaire pour aligner les informations de phase du récepteur aux fréquences fondamentale et harmonique afin de créer un flux de travail de mesure pratique pour l'ingénierie des formes d'ondes RF I/U. Les ingénieurs peuvent caractériser le load-pull dans le domaine fréquentiel tout en reconstruisant les formes d’onde de tension et de courant dans le domaine temporel au niveau du plan de référence du DUT. Le résultat est une compréhension plus approfondie de la façon dont l’ajustement d’impédance peut modifier le fonctionnement réel des appareils.

Le logiciel de pointe Focus Device Characterization Suite (FDCS) prend en charge l'intégration du générateur R&S®ZN-ZCG au sein du flux de travail load-pull vectoriel de Focus Microwaves. Cela permet au R&S®ZN-ZCG d'agir comme module de référence de phase pour les mesures de formes d'ondes dans le domaine temporel, avec l'étalonnage du syntonisateur, étalonnage de l'onde et mesure load-pull de Focus Microwaves.

Mesures d’ondes étalonnées en phase

Les mesures de phase stables avec un analyseur de réseaux vectoriels (VNA) nécessitent un synthétiseur numérique direct (DDS) dans le VNA et un mode de cohérence de phase pour des relations de phase calibrées sur tous les récepteurs. L’analyseur de réseaux vectoriels R&LARP-ZNA fournit les deux, tandis que le générateur R&LARP-ZCG sert de référence de phase de précision pour le R&LARP-ZNA. Le spectre harmonique caractérisé par phase crée un processus simple en une seule étape pour étalonner les récepteurs R&SD®ZNA sur toutes les composantes de fréquence internes.

Ceci est essentiel pour mesurer la relation de phase entre les ondes fondamentales et harmoniques d’un DUT non linéaire.

Après l’étalonnage, les ondes a et b mesurées sont ajustées en amplitude et en phase et peuvent être utilisées dans le flux de travail du domaine temporel FDCS pour déduire les formes d’onde de tension RF et de courant. Cela nécessite un accès direct au récepteur pour le R&LARP ZNA, des coupleurs bidirectionnels pour les ondes a et b, le générateur R&LARP ZN-ZCG et le fichier de correction vectorielle généré chargé dans le projet load-pull d’onde FDCS. La ligne de charge dynamique, l’écrêtage de la forme d’onde, le chevauchement tension-courant, le contenu harmonique et l’impact des différentes terminaisons harmoniques peuvent alors être observés.

Les connaissances supplémentaires sur la forme d’onde aident les ingénieurs à aller au-delà des contours traditionnels du load-pull. Au lieu de simplement identifier l’impédance pour une puissance ou une efficacité maximale, les ingénieurs peuvent comprendre pourquoi des niveaux d’impédance spécifiques fonctionnent et comment les formes d’onde du dispositif sont formées.

Conclusion

L’intégration des systèmes de load-pull R&SDZNA, R&SDZCG et Focus Microwaves offre un flux de travail pratique pour l’ingénierie des formes d’onde RF I/V et la caractérisation du load-pull dans le domaine temporel.

Les syntoniseurs load-pull Focus Microwaves permettent un contrôle précis de l’impédance aux fréquences fondamentales et harmoniques, tandis que le R&S®ZN-ZCG fournit la référence de phase nécessaire pour les mesures d’ondes harmoniques étalonnées. Les ingénieurs peuvent reconstruire les formes d’onde de la tension RF et du courant au niveau du plan de référence du DUT et relier directement les résultats load-pull au comportement réel de l’amplificateur.

La solution étend les mesures load-pull classiques dans le domaine fréquentiel au domaine temporel, et intègre des flux de travail de conception sensibles aux formes d’onde qui permettent aux utilisateurs d’optimiser la puissance, l’efficacité et la linéarité, tout en permettant également de valider des modes d'amplificateurs haute efficacité et améliorer la corrélation entre les mesures et les simulations non linéaires.