Современная электроника №8/2018

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ 25 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 8 2018 Рис. 3. Выходная цепь базовой пассивной load-pull-установки Рис. 4. Устройство пассивного тюнера импеданса со скользящим зондом Рис. 5. Выходная цепь базовой активной load-pull-установки Амплитуда и фаза импеданса нагруз- ки устанавливаются путём изменения позиции зонда относительно осей Х и Y вдоль 50-омной воздушной линии (см. рис. 4). Амплитуда импеданса регулируется вертикальным движе- нием зонда относительно 50-омной линии, фаза устанавливается пере- мещением зонда вдоль линии. Таки- ми вертикальными и горизонтальны- ми перемещениями зонда можно уста- новить практически любой импеданс Г L <1 при условии достаточного уровня отражённого от нагрузки сигнала a 2 . Важно понимать, что , поскольку отра- жённый от нагрузки сигнал a 2 всегда будет меньше b 2 из-за потерь в СВЧ- тракте между выходом ТУ и тюнером импеданса. Активный метод формирования импеданса в открытом контуре показан на рисунке 5. В данном методе нет необ- ходимости использовать тюнер импе- данса для отражения части выходного сигнала b 2 и получения таким образом сигнала a 2 . Вместо этого для создания сигнала a 2 используется генерация СВЧ-сигнала с требуемыми амплиту- дой и фазой. С помощью использова- ния в цепи усилителя мощности мож- но достигать любого уровня сигнала a 2 и, следовательно, любого коэффициен- та отражения Г L . На первый взгляд, активный метод load-pull может показаться более совершенным по сравнению с пас- сивным ввиду отсутствия видимых ограничений на значение амплиту- ды коэффициента отражения Г L . На практике же величина может быть ограничена недостатком мощности, требуемой для формирования сигна- ла a 2 , который, в свою очередь, пода- ётся на выход ТУ. Активный метод load-pull имеет ряд преимуществ перед пассивным. Среди них – значительное увели- чение скорости измерений, покры- тие всей области диаграммы Смита (теоретическая возможность дости- гать Г L >1 ). Данные преимущества обу- словлены отсутствием необходимо- сти в механических перемещениях и прямой генерацией сигнала a 2 , значе- ние которого может превышать зна- чение b 2 , и, соответственно, коэффи- циент отражения Г L может быть боль- ше 1. Обратимся вновь к рисунку 5. Вследствие рассогласования между 50-омным усилителем и не 50-омным ТУ часть сигнала будет отражаться и возвращаться обратно к усилите- лю, и чем сильнее рассогласование, тем бо ′ льшая часть сигнала вернётся. В случаях экстремального рассогла- сования существует вероятность того, что только 10% сигнала, доступно- го на выходе ТУ, будет действитель- но доставлено к ТУ. Таким образом, для выполнения данных измерений может потребоваться более мощный усилитель. Гибридно-активный метод load-pull решает данную проблему с помощью предварительного согласования ТУ от сильно рассогласованного к умерен- но рассогласованному, таким обра- зом уменьшая мощность, требуемую для обеспечения того же сигнала a 2 на выходе ТУ. Во время измерений load-pull жела- тельно иметь возможность получения «закрытых» контуров (когда опти- мальное значение импеданса полно- стью окружено результатами изме- рений). В случае «открытого» конту- ра существует вероятность того, что импеданс, соответствующий максиму искомой характеристики, не является оптимальным. И ЗМЕРЕНИЯ LOAD - PULL В ДИАПАЗОНЕ МИЛЛИМЕТРОВЫХ ВОЛН Современные нитрид-галлиевые тран- зисторы (GaN) обладают выходным импедансом порядка 1–2 Ом, которо- му соответствуют значения Г = 0,96 и Г = 0,92. Для того чтобы иметь возмож- ность получить так называемые «закры- тые» контуры в результате измерений load-pull, амплитуды коэффициента отражения должны быть больше, чем амплитуда выходного импеданса ТУ. В пассивной системе измерений load- pull амплитуда отражения в опорной плоскости ТУ может быть рассчитана следующим образом: ; ; ; . В случае типичных значений КСВН- тюнера, потерь в направленном ответ- вителе, кабеле и зонде на 30 ГГц, VSWR tuner = 20:1, IL coupler+cable+probe = 2,5 дБ мак- симальное значение амплитуды коэф- фициента отражения снижается с Г = 0,9 в опорной плоскости тюнера импедан- са до Г = 0,5 в опорной плоскости ТУ. На рисунке 6 представлены результа- ты пассивных измерений load-pull GaN- транзистора на частоте 30 ГГц. Мак- симальная выходная мощность тран- Г L Зонд Воздушная линия Воздушная линия Вид с торца Вид сбоку Тройник для подачи питания/ смещения на транзистор Тройник для подачи питания/ смещения на транзистор Усилитель мощности Генератор СВЧ-сигнала Г L Зонд