??放大器設計師一直都喜歡用負載拉移系統功能為所選晶體管開發阻抗匹配網絡。在線性系統中，簡單地把小信號輸入阻抗的復共軛用作源匹配網絡、把小信號輸出阻抗的復共軛用作負載匹配網絡就可以了。但針對和它們的非線性特性，負載拉移系統可以提供必要的信息最大限度地提高寬頻率范圍內的功率轉移和輸出功率。 ??負載拉移技術需要研究有源器件（比如功率晶體管）對源和負載阻抗變化的響應。負載拉移系統提供了改變阻抗的途徑，還能針對最佳大信號條件表征器件。諧波負載拉移技術是基頻負載拉移測量的擴展，用于研究待測器件（DUT）在負載阻抗ZL與基準測試頻率和一個或多個基頻諧波頻率組合方面的響應性能。這種方法經常用來提高高壓縮放大器的效率，或降低工作在功率回退狀態下的放大器的誤差向量幅度（EVM）。 ?? ??呈現給DUT的阻抗可以用好幾種格式表述：阻抗ZL（包括R+jX）、電壓駐波比VSWR（作為幅度和相位中的復數）和反射系數ΓL（作為幅度和相位中的復數）。把DUT想像成一種雙端口器件（圖1），出現在DUT上的反射幅度ΓL就只是a2/b2，或反射波和前向行波之比。通用公式可以寫成： ??Γx，n（fn） = ax，n（fn）/bx，n（fn） ??在傳統的無源機械式調諧器系統中，反射產生的原因是由于使用金屬探測器（也稱為調諧塊）部分中斷了壓風管路的電場。探測器以某一可變的深度插入壓風管路；探測器插入壓風管路并中斷電場的深度越深，反射幅度ΓL就越大。沿著厚膜線長度滑動探測器將改變反射的相位。因此，通過選擇相對壓風管路合適的探測器垂直和水平位置，DUT上可以呈現Smith Chart上的任何阻抗。 ??只關注基頻阻抗的基準負載拉移調諧可以用一個調諧探測器或多個調諧探測器組合實現。諧波負載拉移調諧能夠使用級聯或濾波配置方式組合兩個、三個或多個探測器實現。 ??在使用無源機械調諧器時，很明顯a2總是要小于b2，原因是調諧器的反射限制（不是所有能量都可以被反射）以及DUT和調諧器之間的損耗（能量在到達調諧器時已有耗散，從而降低了可以被反射的能量值）。假設ΓL=1左右的諧波阻抗代表理論上理想的端接狀態，那么使用機械式調諧器在DUT參考平面可取得的值范圍應在ΓL=0.8和ΓL=0.92之間。 ??在通信和其它系統中越來越多地使用調制寬帶信號對傳統負載拉移系統提出了很大的挑戰。傳統負載拉移系統設計工作在離散頻率，而寬帶信號所占的頻譜段通常為10MHz或更寬。誠然，負載拉移系統也會在比如10MHz寬的帶寬上呈現一定的阻抗，雖然與調諧的中心頻率阻抗值不盡相同。在寬帶信號的帶寬上可能呈現出巨大差異的阻抗，因為包括探測器、電纜、夾具和調諧器本身在內的DUT和阻抗調諧器之間存在相位延遲。這將導致容易令人誤解的放大器品質因數值，如功率附加效率（PAE）和相鄰通道功率比（ACPR），并導致可能令人誤解的功率放大器性能結果。圖2演示了調諧阻抗上的相位延遲效應。在這個例子中，2.58MHz帶寬的寬帶信號與標準非優化負載拉移系統一起使用，產生的相移是3度/MHz或信號帶寬上的7.74度。對于具有40MHz帶寬的多通道WCDMA信號來說，相移將為120度。 ?? ??自從20世紀70年代后，IEEE出版物中就引用了有源閉環負載拉移方法。這種方法使用放大版的b2作為反射信號a2。為了達到這個目的，需要使用耦合器或環形器引導來自DUT的信號b2經過可變放大級電路控制幅度和相位，最后重新將信號作為a2回注入器件。圖3顯示了典型閉環系統的功能框圖。 ??這種技術與傳統機械式負載拉移調諧器相比有多方面的優勢，包括速度、伽瑪控制和方便集成，尤其在晶圓上的測試系統中。由于系統采用電氣調諧方式，沒有活動的機械部件，因此調諧過程相當快速。閉環配置中的放大器可以用來增加a2，以便ΓL能夠在DUT的參考平面接近單位1。副作用是，由于無源器件的漏電流在有源閉環負載拉移系統中可能出現振蕩。因此需要采用較強的濾波來減少振蕩發生的機會，因為這種振蕩通常會使系統接近窄帶。有源方法不能解決機械式負載拉移系統的相位延遲問題。事實上，調諧環路長度的增加可能導致相對DUT參考平面的相位延遲增加。商用閉環有源負載拉移系統相移為30度/MHz或信號帶寬上的77.4度。對于上述40MHz的WCDMA信號來說，相移將是1200度。最后，在有源閉環負載拉移方法中使用大功率線性放大器可能會增加相當多的系統成本。 ?? ??對公式ΓL = a2/b2仔細檢查可以發現，在分離a2和b2源方面沒有限制。顯然b2是來自器件的波，對它沒有直接控制。然而，a2不需要是b2的反射信號，但完全可以是一個新的信號。開環有源負載拉移依靠外部資源將信號注入DUT輸出，從而創建a2。簡單的有源調諧鏈由信號源、可變移相器和可變增益級電路組成（圖4）。內置有注入信號幅度和相移控制功能的商用化信號發生器是有源負載拉移系統的理想選擇。 ?? ??使用有源負載拉移技術可以簡化諧波負載拉移調諧，因為可以用復用器合并多條有源調諧路徑，一個頻率一條，從而滿足條件Γx，n（fn） = ax，n（fn）/bx，n（fn）。復用器中固有的任何損耗問題可以被每條有源調諧鏈路中使用的放大器輕松解決。有源開環系統的好處與閉環系統類似：快速調諧，高伽瑪調諧，方便地與晶圓上測量系統集成。但開環系統比閉環系統有更多的優勢：沒有反饋路徑，因此不會出現調諧環路振蕩現象。 ??開環負載拉移方法的缺點是對應每個感興趣的阻抗受控頻率有多個信號發生器，會將實際開環系統的功能限制為單頻信號及其諧波。開環系統在測試大時還要求大功率放大器達到理想的反射系數。然而，與閉環系統不同，這些放大器不必是線性的，因為用戶規定的反射系數可以通過連續軟件迭代法達到。 ??雖然機械調諧器簡單，價格便宜，也可以處理大功率，但沒有自然的方法能克服系統中的損耗，這種損耗會限制可能達到的ΓL值。雖然開環有源負載拉移系統調諧速度快，可以實現ΓL = 1，而且集成方便，但它們要求昂貴的頻帶受限放大器。幸運的是，一種被稱為混合負載拉移方法的技術不僅具有無源和有源負載拉移方法的優點，還能最大限度地減少兩者的缺點?；旌县撦d拉移指的是有源和無源調諧在同一系統中的組合。傳統的無源機械式調諧器可以用來反射基頻處的大功率信號，允許小得多的有源注入信號使用小得多的放大器克服損耗，并實現ΓL = 1。由于諧波頻率的功率電平經常遠小于基頻信號功率，因此有源調諧可以使用價格較低的寬帶放大器實現ΓL，nf = 1的有源諧波負載拉移系統。兩種情況下的有源調諧都只要求低功率電平。 ??Maury Microwave公司與合作伙伴安杰倫科技公司及AMCAD Engineering公司提供可立即使用的開環有源和無源-有源混合負載拉移系統，這些系統采用了安杰倫的PNA-X非線性矢量網絡分析儀和Maury公司的阻抗調諧器以及ATS和IVCAD軟件平臺。AMCAD公司的系列PIV脈沖發生器增加了脈沖偏壓功能。PNA-X非線性VNA為有源負載拉移提供要求的a2，并提供接收器用于測量應用和發射的功率。PNA-X的頻率覆蓋范圍是10MHz至50GHz或更高，并提供靈活的測試裝置用于增加外部元件，如放大器。PNA-X通過測量目標頻率點的a1、b1、a2和b2波監視調諧后的阻抗，并根據要求作出校正。即使不調諧源，a1和b1知識也能用來計算DUT輸入阻抗，并確定輸出到DUT的功率。 ??混合信號有源負載拉移是Anteverta Microwave公司發明并獲得專利的一種形式獨特的開環有源負載拉移，并且只能由Maury Microwave公司在其MT2000系列產品中提供。這種負載拉移不使用直接頻率信號合成和分析方法，而是使用上變頻和下變頻器以及寬帶模數轉換器（ADC）和數模轉換器（DAC）創建和分析基帶波形。由于任意波形發生器（DAC）的寬帶特性，高達120MHz的寬帶調制信號可以被創建、上變頻并提交給DUT，從而允許幾乎無限數量具有感興趣帶寬的a1、b1、a2和b2波。 ??在混合信號方法中，由于寬帶調制信號相位延遲引起的誤差可以被消除，因為阻抗可以被合成，在整個信號帶寬上沒有限制。這種系統能夠將信號中的每個頻率分量放到一個阻抗點，或一個任意圖案，甚至典型匹配網絡的真實頻率響應。圖5顯示了混合信號方法下的信號合成和分析過程。 ?? ??首先，單頻、多頻或調制信號（as）在頻域中與用戶定義的反射系數一起被定義為頻率的一個函數。再用反向快速傅里葉變換（FFT）將信號轉換到時域，然后加載進基帶的DAC。輸出信號再由射頻測試裝置從基帶上變頻為目標頻率，并注入DUT。 ??其次，注入（an）和反射（bn）波由直接耦合器采樣，并經射頻測試裝置下變頻為低中頻（IF）信號，并由ADC在時域中捕獲每個信號。FFT用來將信號轉換到頻域，并計算測量得到的反射系數與調制帶寬的關系。 ??第三，將測量得到的信號中每個頻率分量的反射系數與用戶預定義的值進行比較，然后在頻域中調整原始注入信號（a1，n， a2，n），并收斂到用戶定義的值。接著使用反向FFT將新的注入信號轉換到時域，并上載到DAC產生新的基帶信號。這些信號被射頻測試裝置上變頻為目標頻率，并回送給DUT。如同最初的開環方法中一樣，使用迭代過程比較創建的波形和目標波形，并根據需要進行連續校正。圖6給出了描述這個過程的流程圖。 ?? ??創新的MT2000系列混合信號有源負載拉移系統提供從0.4至26.5GHz的寬帶能力，支持用寬帶調制信號實施從標準帶寬到120MHz（可用帶寬到240MHz）的負載拉移測量。 ??利用MT2000系列負載拉移系統可以實時開展單頻測量，測試速度可以超過每分鐘1000個功率和阻抗負載狀態。MT2000系統可以使用90個基準負載狀態、掃頻式負載與源諧波端接以及16個功率電平在5分鐘內執行獨立的完全受控的多維負載拉移參數掃描并捕獲5000多個測量點。 ??混合信號開環技術的優勢有很多：高速單頻器件表征，高伽瑪，對實際通信標準兼容的調制信號提供寬帶控制，最終形成非常實用的DUT表征，而它的有源特性允許方便地集成晶圓上的測量系統。 ??與閉環技術不同，混合信號開環技術沒有反饋路徑，因此不會產生調諧環路振蕩。與傳統的開環有源負載拉移方法相比，可以達到更高的測量速度，不再需要為每個阻抗受控頻率準備單個合成器。另外，系統的開環特性使得注入放大器可以被一直使用到飽和功率電平，因為信號合成和分析可以識別由于功率放大器造成的非線性問題，并通過修改注入信號自動進行補償。 ??最后，由于有源負載拉移系統只控制目標頻率處的阻抗，DUT看到的系統特征阻抗即使對帶外頻率來說也是50Ω。這樣可以減少在使用無源負載拉移技術時可能發生的帶外振蕩。 ??作者：Steve Dudkiewicz (mbbeetchina)