Современная электроника №8/2018

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ 24 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 8 2018 Технология 5G в диапазоне миллиметровых волн Рис. 2. Представление ТУ в виде двухполюсника Рис. 1. Контуры измерений выходной мощности и КПД При разработке устройств для нового стандарта мобильной связи 5G требуется проведение ряда сложных измерений. В данной статье рассматриваются особенности проведения измерений load-pull в миллиметровом диапазоне. Стив Дудкевич, Ричард Хилтон (Maury Microwave) Перевод: Елена Кириленко (ekirilenko@maurymw.com) Стандарт 5-го поколения мобильной связи, также известный как 5G, пред- ставляет собой новую ступень эволю- ции беспроводных коммуникаций. Он предназначен для высокоскоростной передачи данных, голоса, видео, а так- же для Интернета вещей, автомобилей, смарт-домов, смарт-городов, индустри- альной автоматизации и т.д. Создание и развитие данной технологии возмож- но, если задействовать сразу несколько диапазонов частот – от низких мегагер- цовых до сверхвысоких гигагерцовых. Для решения данной задачи потребует- ся большое количество исследований в областиширокого диапазона от 450МГц до 6 ГГц, в диапазоне 28–30 ГГц и милли- метровом диапазоне 37–39 ГГц. Несмотря на наличие определён- ных проблем и особенностей, диапа- зоны миллиметровых волн имеют мно- жество преимуществ в области беспро- водной связи, включая более широкую полосу пропускания, более высокую скорость передачи данных, улучшен- ную защиту данных и высокую энер- гоэффективность. Одной из значимых частей инфра- структуры, позволяющей реализовать данные преимущества в миллиметро- вом диапазоне волн, являются усили- тели мощности (УМ), которые долж- ны быть разработаны для получения оптимальных характеристик. Под опти- мальными характеристиками УМ под- разумеваются высокие выходная мощ- ность и коэффициент полезного дей- ствия при сохранении линейности на приемлемом уровне. Полезным инстру- ментом в арсенале разработчика для получения требуемых характеристик УМ является методика load-pull. М ЕТОДИКА ИЗМЕРЕНИЙ LOAD - PULL Процесс измерений load-pull пред- ставляет собой изменение импедан- са, подключённого к тестируемому устройству (ТУ), чаще всего транзисто- ру, с целью определения его характери- стик на большом сигнале. Различные параметры ТУ (выходная мощность, усиление, КПД) измеряются или рас- считываются для различных значе- ний импеданса. На рисунке 1 показа- ны контурыфиксированных значений выходной мощности и КПД. С помо- щью данных контуров можно опреде- лить точку максимального значения интересующего параметра, скорость его изменения, а также оптимальный импеданс, обеспечивающий компро- мисс между различными критериями оптимизации. Как работает load-pull? Для начала представим ТУ в виде двухполюсни- ка, как показано на рисунке 2. Затем предположим, что сигнал a 1 подаёт- ся на первый порт ТУ. Часть этого сиг- нала будет доставлена в ТУ, в то время как другая часть, волна b 1 , будет отраже- на вследствие рассогласования между входным импедансом ТУ и импедансом источника. Рассмотрим также изменён- ный сигнал b 2 , который является выход- ным сигналом второго порта ТУ. Часть данного сигнала уйдёт в нагрузку, а дру- гая часть отразится от неё в виде сиг- нала a 2 , что также является следстви- ем рассогласования между выходным импедансом ТУ и импедансом нагрузки. Амплитуда отражения Г L рассчитыва- ется из соотношения: . В измерениях load-pull мы управляем амплитудой отражённого сигнала a 2 на выходе ТУ, а также изменяемфазу отра- жённого сигнала. Другими словами, если достигается требуемый уровень сигнала a 2 , любой импеданс нагрузки, рассчитанный по формуле: , может быть подключён к выходу ТУ. Существуют две известные методоло- гии управления импедансом на выхо- де ТУ: активный и пассивный load-pull. Пассивный load-pull основывает- ся на использовании механических тюнеров импеданса для варьирова- ния амплитуды и фазы отражённого сигнала a 2 и, следовательно, измене- ния импеданса нагрузки (см. рис. 3). Импеданс нагрузки на частоте f 0 (Мнимая часть) Импеданс нагрузки на частоте f 0 (Реальная часть) Порт 1 a 1 b 1 a 2 b 2 s 11 s 22 s 21 s 12 Порт 2