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Source Pull und Load Pull Tuner

Leider haben die meisten Halbleiterbauelemente weder am Eingang noch am Ausgang eine Impedanz von 50W. Da aber in den meisten Anwendungen eine Last von 50W vorliegt, müssen diese Bauelemente mit zusätzlichen Schaltungen versehen werden, um sie an die benötigten Lastimpedanzen anzupassen. Diese sind oft sowohl am Eingang als auch am Ausgang des Bauelementes notwendig. Das folgende Bild zeigt die betroffenen Impedanzen am Beispiel eines Verstärkers:

Verstärkerchips für 1..5 Watt HF-Ausgangsleistung haben oft einen hochohmigen Eingang mit kapazitiven Verhalten und eine Ausgangsimpedanz von nur wenigen Ohm. Anstelle von aufwendigen Experimenten zur Herstellung verlustarmer Anpassungs-Schaltungen kann mithilfe eines Tuners die gewünschte Quellen- (Zsource) oder Lastimpedanz (Zload) einfach hergestellt werden. Der Tuner am Eingang wird als Source Pull Tuner bezeichnet, der Tuner am Ausgang als Load Pull Tuner. Das Grundprinzip des mechanischen Tuners ist im folgenden Bild dargestellt:

Mit einem Schlitten wird die gewünschte Impedanz für genau eine Zielfrequenz eingestellt. Die Impedanz bei einer Oberwelle kann dann nicht mehr variiert werden. Will man die Impedanz einer Grundwelle und einer Oberwelle unabhängig voneinander einstellen, sollten Multi Harmonic Tuner verwendet werden. Diese haben z.B. zwei Schlitten für die Einstellung von zwei unterschiedlichen Frequenzen.

Mit einem mechanischen Tuner kann, abgesehen von den ohmschen Verlusten im Tuner, jede beliebige passive Impedanz dargestellt werden. Mit aktiven Tunern können sogar negative Lastwiderstände erzeugt werden. Das folgende Bild zeigt unseren Load Pull Experten, Herrn Remi Tuijtelaars (bsw TestSystems & Consulting bv), bei Experimenten mit einem Verstärkerprüfling, der sowohl am Eingang und am Ausgang mit automatischen Tuners charakterisiert wird.

Neben kostengünstigen manuellen Tunern haben automatisierte Tuner den Vorteil, dass mithilfe eines Messprogramms die gesamte Charakterisierung des Prüflings vorgenommen werden kann. So können tausende von Messungen notwendig sein, um HF-Leistung und die S-Parameter über viele mögliche Kombinationen der komplexen Eingangs- und Ausgangsimpedanz zu erfassen.

Die Tuner müssen vor der Messanwendung mit einem Netzwerkanalysator charakterisiert werden. Dazu wird eine Tabelle aufgestellt, in der die komplexen S-Parameter des Tuners für eine sinnvolle Auswahl an mechanischen Positionen des Tuner-Schlittens aufgezeichnet werden. Durch Interpolationsverfahren kann dann eine sehr präzise Angabe der S-Parameter (oder Impedanzen) für eine bestimmte mechanische Konstellation bei einer begrenzten Anzahl von Messpunkten erreicht werden.