通过谐波负载牵引测量提升功率放大器效率

负载牵引应用有助于改善功率放大器表征和优化。高效放大器在接近饱和点的非线性区域工作，会产生非常大的谐波功率。为了优化功率放大器 (PA) 的效率，这些谐波信号需要针对谐波频率优化阻抗。

您的任务

射频功率放大器开发人员关注必要的规范要求，例如增益、输出功率、频率覆盖范围以及所支持带宽范围内的平坦线性度、误差矢量幅度和邻道泄漏比。开发人员协力提升放大器效率，以与市场上的其他供应商产品区分开。放大器在接近饱和点的区域工作时，会产生谐波分量。A 类或 B 类等不同操作模式被用于优化线性度和效率。晶体管上应用的电流和电压曲线经过调谐，因此这些类别被称为波形工程。A 类和 B 类通过偏置电压进行调谐，E 类和 F 类使用谐波控制优化效率。谐波负载牵引模式可多方位洞察 E 类和 F 类模式，并为被测设备（放大器）探究最高效的操作模式。根据设备及其操作模式，效率可提升 10% 至 20%。

罗德与施瓦茨联合 Maury Microwave 推出交钥匙谐波负载牵引系统

传统上，负载牵引系统在无源系统中使用机械调谐器为晶体管应用不同的阻抗（见图 1）。
有源负载牵引系统采用的方法不同，会利用有源反馈系统向放大器输出发送信号，其中包含相对于信号的既定电平和相位，取代了调谐器。这种方法消除了无源调谐器的损耗、应用更大的功率并支持更宽的调谐范围，因而在史密斯圆图中提供更宽的调谐范围。还可以采用混合方法（混合负载牵引）。

谐波频率调谐的概念与此类似。无源调谐对一次谐波 (f₀)、二次谐波 (2f₀) 和三次谐波 (3f₀) 应用多路复用机械调谐器。
它们通过三工器或级联的机械调谐器和用于谐波的三个内部支架相结合。有源系统具备更宽的调谐范围和更高的灵活性，可以为被测设备提供受控的谐波频率信号。

常用的方法是结合用于基频信号的无源调谐器和用于二次谐波与三次谐波的有源信号（见图 2），其中无源调谐器可支持更高的功率电平。

Maury Microwave、AMCAD Engineering 和罗德与施瓦茨联合推出交钥匙系统和能够校准并运行整个系统的软件。解决方案使用 R&S®ZNA 独有的四个可单独调整且同步的信号源，可以为输入生成基频信号，还可以生成具有相位和幅度控制的二次谐波和三次谐波，以便用于有源谐波负载牵引（见图 3）。

或者，第四个 R&S®ZNA 信号源可以使用有源 f₀信号代替负载侧的机械调谐器。
这适合输出功率较低的设备，否则 f0 处输入被测设备输出的信号会过大。结合机械调谐器和向被测设备输入有源信号的混合方法最为灵活。

R&S®ZNA 具备四个内部信号源，装置非常紧凑、快速、稳定，无需使用外部信号源或谐波调谐器，节省了成本。

应用

测量辅助方法使用不同条件表征被测设备，以确定整体解决方案并实现最佳效率。常见的多重步骤方法会使用包括被测设备在内均经过充分校准的系统。典型步骤包括（见图 4）：

步骤 1：扫描 f₀阻抗以确定最佳功率放大器效率，同时将 2f₀和 3f₀设为 50 Ω 端接。

步骤 2：扫描 2f₀阻抗，同时将 f₀固定为步骤 1 中确定的阻抗以确保最佳效率。3f₀保持为 50 Ω。

步骤 3：扫描 3f₀阻抗，同时将 f₀阻抗和 2f₀阻抗固定为步骤 1 和步骤 2 中确定的阻抗以确保最佳效率。

步骤 4：精调 f0 阻抗：再次扫描 f₀阻抗，同时将 2f₀和 3f₀阻抗固定为步骤 2 和步骤 3 中确定的阻抗以确保最佳效率。

此方案提供相关数据以选择不同谐波的阻抗匹配，从而实现最佳放大器效率。这些图表通常显示多条曲线来表明不同阻抗条件下效率和输出功率的关系，因此可以选择 P1dB 或 P3dB 压缩点作为最大输出功率的最佳点，或者可以使用超过 3 dB 的回退选择具有更高线性度的点。

沿优化路径的效率曲线（图 4）
图表显示功率附加效率 (PAE) 和晶体管输出端生成的输出功率的关系。史密斯圆图还显示每个步骤的阻抗变化范围。更改阻抗以实现最佳效率时，Y 轴刻度会相应变化以标记更大的 PAE 值。

总结

Maury Microwave、AMCAD Engineering 和罗德与施瓦茨联合推出结合 R&S®ZNA 的独特、紧凑的解决方案，可在开发新放大器时进行谐波负载牵引测量。

F 类或 J 类等高级放大器类别常用于现代无线通信系统，需要实现最佳效率和谐波端接以尽可能降低功耗。