Hybrid Load Pull Systeme

Die Verwendung mechanischer Tuner führt zu Einschränkungen für die Realisierung von Lastimpedanzen am Rande des Smith-Charts, also nahe am Fall der Totalreflexion. Verstärkt wird diese Einschränkung bei Messungen auf dem „Wafer Prober“, da hier die Ohmschen Verluste von Messtastkopf und HF-Kabel noch zusätzlich zu den Verlusten des Tuners hinzukommen. Ein Beispiel für eine solche Messsituation ist in Abbildung 1 gezeigt, die zeigt, dass ein großer Anteil der möglichen Impedanzen des Smith Charts dem „Device under Test“ nicht mehr als Lastimpedanz angeboten werden kann.

Einschränkungen mechanischer Tuner in einem Vector Load Pull Messplatz

Will man den Rand des Smith-Charts vollständig erreichen oder sogar negative Impedanzen einstellen, stehen folgende Möglichkeiten zur Verfügung (negative Impedanzen stellen Reflexionsverstärker dar, die in diesem Fall eine frei wählbare Phasenlage ermöglichen):

  • Hybride Load Pull Methoden

Das Prinzip des hybriden Load Pull Verfahrens ist in Abbildung 2 am einfachsten Beispiel für das Tunen der Lastimpedanz bei einer Frequenz dargestellt. Zunächst wird mit dem mechanischen Tuner eine feste Impedanz eingestellt. Falls der Verstärker und der Synthesizer am rechten Ende des Tuners ausgeschaltet sind und eine Last von 50Ω darstellen, „sieht“ die Probe (DUT) nun die mit dem Tuner eingestellte Lastimpedanz. Nun kann mit dem Synthesizer und dem Verstärker ein HF-Signal erzeugt werden und „rückwärts“ durch den Tuner in den Probenausgang eingespeist werden. Damit kann, wie bei aktiven Load Pull Systemen, eine Änderung der  Lastimpedanz elektronisch eingestellt werden. Voraussetzung dabei ist, dass Synthesizer und Verstärker auf das HF-Signal am Eingang der Probe synchronisiert werden können und die Phase exakt eingestellt werden kann. Dies geschieht durch S-Parameter- und Leistungs-Kalibration mit Hilfe des bidirektionalen Richtkopplers zwischen Probe und Tuner.

Grundprinzip der hybriden Load Pull Methode

Als Synthesizer kann ein geeignetes externes Gerät oder ein dafür ausgestatteter Netzwerkanalysator verwendet werden. Eine effiziente Kalibration, Steuerung, Messwerterfassung und Datendarstellung des gesamten Messplatzes mit Einbindung aller Geräte wird mit Hilfe der IV-CAD SW von Maury-Microwave ermöglicht. Dabei wird der Anwender mit Hilfe gut verständlicher Menüs bequem durch die komplexe Kalibrierprozedur geführt. Somit entstehen rasch präzise Messreihen ohne Detailkenntnisse dieses Verfahrens.

In den Abbildungen 3 und 4 wird gezeigt wie die Erweiterung auf mehrere Frequenzen vorgenommen werden kann. Dabei wird im Beispiel von Abbildung 3 ein Triplexer verwendet, um 3 aktive Frequenzen zu tunen: ein mechanischer Tuner für die Grundfrequenz  f0 und zwei aktive Quellen für die erste Harmonische (2·f0) und die zweite Harmonische (3·f0). Geeignete Triplexer (oder Duplexer für 2 Frequenzen) sind auf der folgenden Webseite zu finden: http://www.bsw-ag.com/de/komponenten-diplexer-duplexer-triplexer.html.

Der Triplexer wurde in diesem Beispiel zwischen den Messkoppler und den Tuner eingebaut. Das hat den Vorteil, dass die Impedanzen der Harmonischen weitgehend unabhängig voneinander und von der Grundwelle eingestellt werden können. Nachteilig ist jedoch, dass Triplexer mit hoher Trennschärfe nur mit relativ niedriger Bandbreite verfügbar sind. Daher sind für die Abdeckung einer hohen Frequenzbandbreite mehrere Triplexer notwendig, die dann entsprechend ausgetauscht werden müssen.

Erweiterung auf 3 Frequenzen mit einem Triplexer

Einen breitbandigeren Aufbau erreicht man mit einem Power Splitter, wie in Abbildung 4 gezeigt. Power Splitter sind bis zu mehreren Oktaven Frequenzbandbreite verfügbar. Allerdings müssen in diesem Fall die HF-Signale der Synthesizer durch den Tuner zum Probenausgang geführt werden, was aufgrund der Anpassungs­verluste des Tuners eine höhere Ausgangsleistung der Verstärker bedingt.

Erweiterung auf 3 Frequenzen mit einem Power-Splitter

Es gibt sehr viele Kombinationsmöglichkeiten für die Zusammenstellung von hybriden Load Pull Systemen welche von der IVCAD SW unterstützt werden. Dabei spielt die Anzahl der benötigten Frequenzen und HF-Leistungen eine entscheidende Rolle. Ein kommerzieller Vorteil im Gegensatz zu der Neuanschaffung eines aktiven Load Pull Systems kann dabei aus der Einbindung vorhandener mechanischer Tuner und Synthesizer entstehen. Bei Interesse erstellen wir Ihnen sehr gerne einen technischen und kommerziellen Vorschlag für Ihre Anwendung unter Berücksichtigung dieser Faktoren.