跟蹤負(fù)載拉移方法的演進(jìn)

　　開環(huán)負(fù)載拉移方法的缺點(diǎn)是對(duì)應(yīng)每個(gè)感興趣的阻抗受控頻率有多個(gè)信號(hào)發(fā)生器，會(huì)將實(shí)際開環(huán)系統(tǒng)的功能限制為單頻信號(hào)及其諧波。開環(huán)系統(tǒng)在測試大功率器件時(shí)還要求大功率放大器達(dá)到理想的反射系數(shù)。然而，與閉環(huán)系統(tǒng)不同，這些放大器不必是線性的，因?yàn)橛脩粢?guī)定的反射系數(shù)可以通過連續(xù)軟件迭代法達(dá)到。

　　雖然機(jī)械調(diào)諧器簡單，價(jià)格便宜，也可以處理大功率，但沒有自然的方法能克服系統(tǒng)中的損耗，這種損耗會(huì)限制可能達(dá)到的ΓL值。雖然開環(huán)有源負(fù)載拉移系統(tǒng)調(diào)諧速度快，可以實(shí)現(xiàn)ΓL = 1，而且集成方便，但它們要求昂貴的頻帶受限放大器。幸運(yùn)的是，一種被稱為混合負(fù)載拉移方法的技術(shù)不僅具有無源和有源負(fù)載拉移方法的優(yōu)點(diǎn)，還能最大限度地減少兩者的缺點(diǎn)?；旌县?fù)載拉移指的是有源和無源調(diào)諧在同一系統(tǒng)中的組合。傳統(tǒng)的無源機(jī)械式調(diào)諧器可以用來反射基頻處的大功率信號(hào)，允許小得多的有源注入信號(hào)使用小得多的放大器克服損耗，并實(shí)現(xiàn)ΓL = 1。由于諧波頻率的功率電平經(jīng)常遠(yuǎn)小于基頻信號(hào)功率，因此有源調(diào)諧可以使用價(jià)格較低的寬帶放大器實(shí)現(xiàn)ΓL，nf = 1的有源諧波負(fù)載拉移系統(tǒng)。兩種情況下的有源調(diào)諧都只要求低功率電平。

　　Maury Microwave公司與合作伙伴安杰倫科技公司及AMCAD Engineering公司提供可立即使用的開環(huán)有源和無源-有源混合負(fù)載拉移系統(tǒng)，這些系統(tǒng)采用了安杰倫的PNA-X非線性矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀和Maury公司的阻抗調(diào)諧器以及ATS和IVCAD軟件平臺(tái)。AMCAD公司的系列PIV脈沖發(fā)生器增加了脈沖偏壓功能。PNA-X非線性VNA為有源負(fù)載拉移提供要求的a2，并提供接收器用于測量應(yīng)用和發(fā)射的功率。PNA-X的頻率覆蓋范圍是10MHz至50GHz或更高，并提供靈活的測試裝置用于增加外部元件，如放大器。PNA-X通過測量目標(biāo)頻率點(diǎn)的a1、b1、a2和b2波監(jiān)視調(diào)諧后的阻抗，并根據(jù)要求作出校正。即使不調(diào)諧源，a1和b1知識(shí)也能用來計(jì)算DUT輸入阻抗，并確定輸出到DUT的功率。

　　混合信號(hào)有源負(fù)載拉移是Anteverta Microwave公司發(fā)明并獲得專利的一種形式獨(dú)特的開環(huán)有源負(fù)載拉移，并且只能由Maury Microwave公司在其MT2000系列產(chǎn)品中提供。這種負(fù)載拉移不使用直接頻率信號(hào)合成和分析方法，而是使用上變頻和下變頻器以及寬帶模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）和數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）創(chuàng)建和分析基帶波形。由于任意波形發(fā)生器（DAC）的寬帶特性，高達(dá)120MHz的寬帶調(diào)制信號(hào)可以被創(chuàng)建、上變頻并提交給DUT，從而允許幾乎無限數(shù)量具有感興趣帶寬的a1、b1、a2和b2波。

　　在混合信號(hào)方法中，由于寬帶調(diào)制信號(hào)相位延遲引起的誤差可以被消除，因?yàn)樽杩箍梢员缓铣?，在整個(gè)信號(hào)帶寬上沒有限制。這種系統(tǒng)能夠?qū)⑿盘?hào)中的每個(gè)頻率分量放到一個(gè)阻抗點(diǎn)，或一個(gè)任意圖案，甚至典型匹配網(wǎng)絡(luò)的真實(shí)頻率響應(yīng)。圖5顯示了混合信號(hào)方法下的信號(hào)合成和分析過程。

　　首先，單頻、多頻或調(diào)制信號(hào)（as）在頻域中與用戶定義的反射系數(shù)一起被定義為頻率的一個(gè)函數(shù)。再用反向快速傅里葉變換（FFT）將信號(hào)轉(zhuǎn)換到時(shí)域，然后加載進(jìn)基帶的DAC。輸出信號(hào)再由射頻測試裝置從基帶上變頻為目標(biāo)頻率，并注入DUT。

　　其次，注入（an）和反射（bn）波由直接耦合器采樣，并經(jīng)射頻測試裝置下變頻為低中頻（IF）信號(hào)，并由ADC在時(shí)域中捕獲每個(gè)信號(hào)。FFT用來將信號(hào)轉(zhuǎn)換到頻域，并計(jì)算測量得到的反射系數(shù)與調(diào)制帶寬的關(guān)系。

　　第三，將測量得到的信號(hào)中每個(gè)頻率分量的反射系數(shù)與用戶預(yù)定義的值進(jìn)行比較，然后在頻域中調(diào)整原始注入信號(hào)（a1，n， a2，n），并收斂到用戶定義的值。接著使用反向FFT將新的注入信號(hào)轉(zhuǎn)換到時(shí)域，并上載到DAC產(chǎn)生新的基帶信號(hào)。這些信號(hào)被射頻測試裝置上變頻為目標(biāo)頻率，并回送給DUT。如同最初的開環(huán)方法中一樣，使用迭代過程比較創(chuàng)建的波形和目標(biāo)波形，并根據(jù)需要進(jìn)行連續(xù)校正。圖6給出了描述這個(gè)過程的流程圖。

　　創(chuàng)新的MT2000系列混合信號(hào)有源負(fù)載拉移系統(tǒng)提供從0.4至26.5GHz的寬帶能力，支持用寬帶調(diào)制信號(hào)實(shí)施從標(biāo)準(zhǔn)帶寬到120MHz（可用帶寬到240MHz）的負(fù)載拉移測量。

　　利用MT2000系列負(fù)載拉移系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)開展單頻測量，測試速度可以超過每分鐘1000個(gè)功率和阻抗負(fù)載狀態(tài)。MT2000系統(tǒng)可以使用90個(gè)基準(zhǔn)負(fù)載狀態(tài)、掃頻式負(fù)載與源諧波端接以及16個(gè)功率電平在5分鐘內(nèi)執(zhí)行獨(dú)立的完全受控的多維負(fù)載拉移參數(shù)掃描并捕獲5000多個(gè)測量點(diǎn)。

　　混合信號(hào)開環(huán)技術(shù)的優(yōu)勢有很多：高速單頻器件表征，高伽瑪，對(duì)實(shí)際通信標(biāo)準(zhǔn)兼容的調(diào)制信號(hào)提供寬帶控制，最終形成非常實(shí)用的DUT表征，而它的有源特性允許方便地集成晶圓上的測量系統(tǒng)。

　　與閉環(huán)技術(shù)不同，混合信號(hào)開環(huán)技術(shù)沒有反饋路徑，因此不會(huì)產(chǎn)生調(diào)諧環(huán)路振蕩。與傳統(tǒng)的開環(huán)有源負(fù)載拉移方法相比，可以達(dá)到更高的測量速度，不再需要為每個(gè)阻抗受控頻率準(zhǔn)備單個(gè)合成器。另外，系統(tǒng)的開環(huán)特性使得注入放大器可以被一直使用到飽和功率電平，因?yàn)樾盘?hào)合成和分析可以識(shí)別由于功率放大器造成的非線性問題，并通過修改注入信號(hào)自動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償。

　　最后，由于有源負(fù)載拉移系統(tǒng)只控制目標(biāo)頻率處的阻抗，DUT看到的系統(tǒng)特征阻抗即使對(duì)帶外頻率來說也是50Ω。這樣可以減少在使用無源負(fù)載拉移技術(shù)時(shí)可能發(fā)生的帶外振蕩。