负载牵引的基础知识

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1、负载牵引的基础知识负载牵引，百度百科的解释是酱紫滴：负载牵引方法可以通过不断调节输入和输出端的阻抗，找到讣有源器件输出功率最大的输入、输出匹配阻抗。同理也可以得到比功率管效率最高的匹配阻抗。这种方法可以准确地测量出器件在大信号条件下的最优性能，反映出器件输入、输出阻抗随频率和输入功率变化的特性，为器件和电路的设计优化提供了坚实的基础。图一、负载牵引系统示例晕？嗯嘿，估计是有点。來个口话版：由于通信制式越來越复杂，对放人器的线性度和效率要求越来越高。由于放人器的效率和线性度是个永怛的矛厉(射频君在前而的放人器科普屮讲过，没看过的同学可以复习放人器历史文章系列)，

2、所以如何平衡这样的矛盾达到系统设计的最优就是一个需要解决的难题。如何解决？调节输入和输出端的阻抗也就是负载牵引(Load-Pull)原理來改善增益压缩点，从而降低谐波的非线性失真，模拟功放的最大输出功率负载点，然后？然后传说中的高转换效率、高输出功率，高线性功放目标就在眼前了哈！那神功究竟是如何炼成的呢？且听我们一步步详解。RF功放在人信号工作时，最佳负载阻抗会随着输入信号功率的增加而跟着改变，所以我们必须在史密斯圆图上(Smithchart)±，针对不同的输入功率，每给定一个输入功率，M出在不同负载阻抗時的等输出功率曲线(Powercontours),从而帮

3、助我们找出最人输出功率时的最佳负载阻抗，这种方法称为负载牵引Load-Pullo52RD.com以典型的晶休管设计为例，首先人家会如何來做阻抗匹配？当然是借助传说屮的ADS等仿真工具。由于晶体管工作在接近饱和区和线性区交界时，它的ACLoadLine会随着输入信号的增加而改变，尤其S21参数会随着输入信号的增加而变小，因此转换功率增益会因为晶体管工作在饱和区被压缩（传说屮的功率压缩的概念由此得來）。因此，原來的晶体管在小信号状态下，输入/输出端都是设计在共轨匹配的。增益最大化的情况F，如果一旦晶体管位于饱和区工作的时候，输出功率的最佳负载阻抗匹配点就会变动，所

4、以晶体管就无法得到最大的功率输出。我们需耍借助仿真软件，以Load-Pull的原理有规则地搜索史密斯图上的每个区域，找出功率放人器最人功率输出时的最佳外部负载阻抗ZL点。这个模拟系统包括两个部分：分别是负载阻抗调节及阻抗匹配Z参数提取：1）负载阻抗调节：用极坐标表示法有规则地在史密斯图（Smithchart）上的每一点进行模拟，借由模拟不同的外部负载ZL所对应的输出功率结果，就町以得到放大器最大输出功率时负载阻抗在史密斯图上的位置，于是最佳负载发射系数点此「L就得到了。由「L的值可得知最佳外部阻抗ZL,业作输出阻抗匹配。那么具休这个负载阻抗调节系统是如何纽成的

5、呢？a）移相器其功能在于模拟等「原W（re-j20）±Z0角调整（等同加上一段点长度為0的传输线），如图二所示：52RD.comnlnl（p）〜、4二IWJnPhase图二、仿真软件中的移相器(b)变压器(Transformer)：具功能在丁•模拟最佳负载阻抗点所对应「I员I人小，必须搭配一个Parametersweep模拟器來做n值的控制变化。2)阻抗匹配Z参数提取：如图三所示，位于功率器件的输出端和负载阻抗调节器中间,当负载阻抗调节器做任意改变时，可曲此提取器读S-ParameterZ<,并求得负载輸入端的反射系数。(Zl.•S4P^Eqn•••..Sim

6、pieCoupied.S[2.1]=1••S[3.1>f•-•■b•ut-・■11■•■□-•b2•M■T■3・•4]R*4*R3R汽arge^zo・SIGNAL・••«22.S21LineMoiserSourceVWSwitchControlBi罢SystemI_BiasTLJTunerI—ILineNoiseAnalyzerSG(LocalOscillator)图三、阻抗匹配的参数匹配器仿真出来以后，还是理论值怎么办？这个时候我们强大的LoadingPulling系统（当然核心是我们的阻抗调节器Tuner）就要出场了。Load-Pull测试系统是验证功率放

7、人器阻抗匹配最精准且最完整的测试平台，结构图如下图四所示。此测量平台包括：调节器TunerSystem＞信号SG、功率计PowerMetter＞矢网VNA、BiasSystem偏置系统等而组成，几乎兼具基础所有参数的测试功能，如DC-IV曲线、S-ParameteiPower、Noise^IMDnACPR等。52RD.comSG2PortPowerMeter图四、Load-PullSNP系统示意图我们就可以根据改变偏置电压以及调整Tuner对应的匹配阻抗，观察输岀功率及效率的变化。上图屮的电缆、连接器、阻抗调节器等组件，在系统测量前都必须将他们的S参数测出來

8、，输入测量系统的软件屮，从而修正误差。