负载牵引的基础知识

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，找到让有源器件输出功率最大的输入、输出匹配阻抗。同理也可以得到让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？嘿嘿，估计是有点。来个白话版：由于通信制式越来越复杂，对放大器的线性度和效率要求越来越高。由于放大器的效率和线性度是个永恒的矛盾(射频君在前面的放大器科普中讲过，没看过的同学可以复习放大器历史文章系列)，所以如何平衡这样的矛盾达到系统设计

2、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-Pul1)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功放在大信号工作时，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)上，针对不同的输入功率，每给定一个输入功率，画出在不同负载阻抗時的等输出功率曲线(Powercontours)，从而帮助我们找出最大输出功率时的最佳负载阻抗，这种方法称为负载牵引Load

3、-Pull。以典型的晶体管设计为例，首先大家会如何来做阻抗匹配？当然是借助传说中的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（传说中的功率压缩的概念由此得来）。因此，原来的晶体管在小信号状态下，输入/输出端都是设计在共轭匹配的。增益最大化的情况下，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，所以晶体管就无法得到最大的功率输出。我们需要借助仿真软件，以Load-Pull的原理有规则地搜索史密斯图上的每个区域，找

4、出功率放大器最大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之参数提取：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，就可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rL就得到了。由rL的值可得知最佳外部阻抗ZL，並作输出阻抗匹配。那么具体这个负载阻抗调节系统是如何组成的呢？a）移相器其功能在于模拟等r原图（re-j20）上之o角调整（等同加上一段点长度為o的传输线），如图二所示：(b)变压器(Transformer):

5、其功能在于模拟最佳负载阻抗点所对应r圆大小，必须搭配一个Parametersweep模拟器來做n值的控制变化。2)阻抗匹配之参数提取：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，可由此提取器读S-Parameter之值，并求得负载輸入端的反射系数。52RD：.Con.-EMF二匚屮：.-.SrrpiGCcopied.S2-1)=1PSE3:iI=iXH-L*-1-tFU二a：13-i也-S22.821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

6、了。Load-Pu11测试系统是验证功率放大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-Parameter、Power、Noise、IMD、ACPR等。5GSwitchControl_ineNoise云云闷覇肩匡FindRF-1Coipler2PonPower卜光甘BiasSystei-rrBiasTlrurier52RD.comLineDOTALine/iLepi.1图四、Load-PullS

7、NP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，观察输出功率及效率的变化。上图中的电缆、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参数测出来，输入测量系统的软件中，从而修正误差。图六、功率校准Plb：-.on1dBffndBm5-ZOO氏64&-L16.G.0-u.auo-L5.604一1斗W口-14.770-13.000-13.T7C-L2*a&o-ia口斗-Li.aOD-li-ig-gnoo-9.ISO-目證以-心阮i-i5aoo-6.651-5二沙-L77C-专ego-3.783-2_aoo-2.79S-LrOG-Oir：ft?t-h816Q.172

8、2-QOO1.1773.atjol!743_17i-s.aao九1怖b.DDO7.000qvlVS3卫M7.173s.a&o8.1iotq?p9-1-56Li&0lO.lh-b2bQDQL1.16r12#165愉信号:FinbRFsL-b.J&O14J6I上面图六中可以看出来，整个系统的插入损耗基本是0.7dB左右(考虑进电缆、连接器的影响，这个插入损耗是接近实际情况的)。测量时通常先将输入端的Tuner固定在某一阻抗(通常為50?附近)，然后变动输出端的Tuner的位置以得到最大输出功率的輸出端负载阻抗，这个步骤称为Load-PullMeasurement；再將输出端Tuner固定在此阻抗位

9、置去变动输入端Tuner以得到最大的功率增益及更高的輸出功率，这个步骤称为Source-PullMeasurement，重复Load-PullMeasurement及Source-PullMeasurement的步骤，來回不停地重复调整，找出最佳输入与输出阻抗的位置；所以Load-Pull测量最重要的目的便是找出最佳负载阻抗(Optimumloadimpedance)使功率元件或电路在最低的輸入功率下有最高的功率輸出。通过Tuner的調整,我們可以很清楚的从软件看到在SmithChart上的等功率曲线(PowerContour)。下面的图七、八为测量的Source-PullPowerConto

10、ur及Load-PullPowerContour。如号Fir,clHF图八、Load-pullPowerContour上面两图就可以看出来我们的最佳阻抗点了。接着还可以进一步做Powersweep、BiassweepvsPower等测试，如图九、图十所示：V3-1E-EISIIItIIHSWil-i.ri!i=cviiuhxi.J.SuiL応ijbk.Bkxli.u5ZKitflECII.二涣illi】:口miviwr图七、Source-pullPowerContour52RD?com52FlD?xomA上h.FaUiC.EfdEi口曲日绰0m-SijQ5.沁IQ卡坤JiKTLQQQQQ-i.

11、QQd翩IQ1.71710.USD3-fiDZ-3.OU7.61510.1=3.lip10,93S-3.fl0=-2.口口e.617LG1Tm弓1O.S23mmd阿10r=D2訥中4lid.-ifO氣込K?i.qq3后砸I.JEifIQiSMMQQLao11j30ia&303.血lu.ga?3-fiO5.00伦“旳HQ磁b-.汨*311.3Bn0t3.OO13rS5010-G5Oose-z1O.9-5J?eooi.g丄巧-cEO10.5010.711O.9S71.D.1&OQid.10rEl-?!1命lihsiaJ他s.ao1.10睛3116.S1510.SJB)eoi?.GOnmlO.fDQ

12、20.9071O.Q199-6DCQ.迪1：.Y641U1r：T茁中曰呂ld.scy4.bi9口口191-185丄0.SSS10.732yCODg.g工口.卽3汀1口鄴旧訓上廟T.玄华BS.fiDl11.00込Ml43.占J10.31T3.G0112.QO21-SSt9.&E.4qs.斑9959：:i.他IX占1.$爻fld嗣0.hLII-141QQW.ME0.sz.-sa：,甲.S3-2COZis.ao22.ifi7-LA52.QiT7.-3S?i.bd-口丄IM喜MMJ?Lil!1!Iura9,*10317(1.i9rir-3-d-U.27-sG-i-1-tSIDUCPOITLGtEttq

13、cutAdRrrfjLdBUOiOG-i.iOS-CidiiiJT御3f.ap7.A1G,4右語-5E.3E2-3.M93uG0210.0D总却L2.鬧2.边5.3i15.QLi11.JU?Q.007i0貝C_723J.dQaZOtOU“弓g1.MJI?i4”蓟MHrCOl5.00ISlAiE0.MS2.06-5h【曰53.tOi.30.00lb.SO?4.05E_312J.eOl牡mTQ/iag-.瞬：!.fl2i心43-036nni口,ql.e5iQ：血&扫，MR7,3Z03-.WsL弓吕DO19.127.G-3L込r9353：MJ5:.QQfl岳謠爵，訓Hf.72J.tQ2!i5;Ui.lCO.OOp.讣9,J?!Pst-.31沪，的=I叫乳阿Mtn5.002远微信号