СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА №9/2015

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ 59 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 9 2015 Активная гармоника смешанного сигнала Гибридная активная гармоника Скалярная пассивная гармоника Векторная пассивная гармоника КПД, % Выходная мощность, дБм 26 30 34 38 42 0 20 40 60 80 Активная гармоника смешанного сигнала Гибридная активная гармоника Скалярная пассивная гармоника Векторная пассивная гармоника Важно помнить, что с ростом часто- ты собственные потери в СВЧ-тракте растут и, следовательно, диапазон согласования пассивной системы уменьшается. На рисунке 5 сравнива- ются амплитуды максимального коэф- фициента отражения для различных методик гармонического Load-Pull при f o = 2,5 ГГц. Системы активного Load-Pull исполь- зуют как векторные приёмники, так и встроенные источники СВЧ-сигнала в анализаторах цепей для формирова- ния активной цепи согласования. Век- торный анализатор цепи (ВАЦ) изме- ряет волны a и b, программное обеспе- чение рассчитывает результирующий сигнал, требуемый для обеспечения отражения Г L = a 2 / b 2 в сечении, и затем отправляет команду источнику для подачи данного сигнала, потом ВАЦ, для точности, снова измеряет получив- шиеся волны в сечении. Итеративный алгоритм ПО регулирует амплитуду и фазу подаваемого сигнала до тех пор, пока не будет достигнут желаемый уро- вень отражения в установленных пре- делах сходимости. Процесс повторяет- ся для каждой точки импеданса и каж- дого уровня мощности. Уникальной модификацией актив- ного Load-Pull является применение методики измерения с использовани- ем смешанного сигнала (Mixed-Signal Active Load-Pull, MSALP), где возможна генерация произвольных форм СВЧ- сигнала и широкополосный анализ данных вместо классических измере- ний. В связи со своей широкополосной природой MSALP использует принцип дробления во времени для практически одновременного представления множе- ства импедансов ТУ, что позволяет реа- лизовать гораздо более быстрые согла- сования и измерения [13]. Несмотря на используемый метод измерения, одни и те же импедансы, представленные на одинаковых часто- тах, должны давать одинаковые резуль- таты. На рисунке 6 показано сравнение измеренных данных для скалярного пассивного, векторного, гибридно- активного Load-Pull и MSALP для одних и тех же импедансов на f o , 2f o и 3f o . Исследование уровня КПД показыва- ет, что максимальный КПД достигает- ся в случае максимального отражения на гармонических частотах. То есть для достижения максимально возможного КПД нужно обеспечить коэффициент отражения по выходу |Г L | = 1 на всех гар- монических частотах. На рисунке 7 показано измене- ние КПД в зависимости от амплиту- ды отражения при фиксированной фазе на второй гармонике для тран- зистора с выходной мощностью 10 Вт и рабочей частотой 2,5 ГГц. Влияние гармонического согласования увели- чивается с ростом амплитуды. В слу- чае коэффициента отражения |Г L | = 0,85 (типичное значение для векторного пассивного Load-Pull) КПД прибли- зительно равен 75%, в то время как |Г L | = 0,99 (возможно, в активном Load- Pull) даёт КПД ∼ 80%. Кроме того, каждая измерительная техника имеет свои ограничения по коэффициенту отражения и пред- полагает свой процесс калибровки. Как правило, пассивные механиче- ские тюнеры имеют свою процедуру установки параметров, при которой S-параметры элемента согласования приводятся в соответствие с позици- ями мотора. Увеличение количества элементов согласования увеличива- ет время процедуры. Современные импедансные тюнеры с интерфейсом LXI TM , используемые вместе с анали- заторами цепей, устанавливаются в течение примерно 11 минут каждый по 700–1000 точкам импеданса. Таким образом, для калибровки двух согла- сующих элементов потребуется око- ло 22 минут. Системная калибровка для скаляр- ных и векторных систем также будет различной. Скалярная калибровка под- разумевает «калибровку по мощности», при которой мощности в нужных сече- ниях вычисляются с помощью проце- дуры де-ембеддинга данных измерите- ля мощности. Этот процесс занимает несколько минут. В векторных изме- рениях Load-Pull калибровка системы проходит в два или три этапа и вклю- чает в себя двухпортовую векторную калибровку в сечении, а также кали- бровку по мощности. Опциональной является калибровка для нелинейных измерений NVNA. Оба этапа вместе занимают около 5 минут, нелинейная калибровка – до 7 минут. Время, затрачиваемое на согла- сование, неодинаково для пассив- ной и активной методик. Скалярный пассивный Load-Pull предполагает перестановку нескольких элементов согласования и достаточно низкую усреднённую скорость сбора данных измерений ваттметра. Пассивные век- торные измерения, также как и ска- лярные, предполагают механическое движение согласующих элементов, но непосредственно измерения прохо- дят быстрее, так как вместо ваттметра используются векторные приёмники анализатора цепей. Активный Load-Pull с открытым контуром инжекции может Рис. 5. Максимально достижимое отражение на второй гармонике при различных методиках Load-Pull Рис. 6. Зависимость КПД от выходной мощности для различных методологий Load-Pull при идентичных импедансах