Misure load pull con segnali modulati a banda larga

Le misure con sistemi load pull e segnali modulati a banda larga come quelli utilizzati nelle applicazioni finali permettono di comprendere davvero le prestazioni del frontend RF. Tuttavia, gli amplificatori RF si comportano in modo diverso quando l'impedenza cambia. Gli amplificatori RF si comportano diverso in modo quando l'impedenza varia e quando pilotano un'antenna a banda larga, rendendo difficile prevederne o calcolarne il comportamento per via teorica.

Molti frontend RF e amplificatori RF nei sistemi di comunicazione pilotano i sistemi di antenna con segnali modulati a banda larga. Poiché i frontend sono utilizzati su un intervallo di frequenze più ampio con più bande di trasmissione, vedono impedenze variabili come carichi. Tali carichi dispersivi possono avere un impatto significativo sul guadagno e sulla distorsione dell'amplificatore.

Soluzione load pull con segnali modulati a banda larga utilizzando l'oscilloscopio R&S®RTP164B e il generatore R&S®SMW200A
Soluzione load pull con segnali modulati a banda larga utilizzando l'oscilloscopio ad alte prestazioni R&S®RTP164B e il generatore di segnali vettoriali R&S®SMW200A
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Attività da eseguire

I progettisti di amplificatori di potenza RF vogliono ottenere le migliori prestazioni dei dispositivi nella loro applicazione target. La maggior parte dei sistemi RF lavora nominalmente a 50 Ω, ma l'impedenza reale per il frontend RF può differire notevolmente. Un'antenna può presentare carichi a un amplificatore su un'ampia gamma di frequenze. L'impedenza verso l'amplificatore può cambiare significativamente da meno di 20 Ω a oltre 100 Ω. Sfortunatamente, nessun modello può prevedere il guadagno, l'efficienza o il comportamento di distorsione convalidati in indicatori chiave di prestazione essenziali (KPI), come l'ampiezza del vettore di errore (EVM) o il rapporto di perdita del canale adiacente (ACLR). L'unico modo per sapere se un frontend RF può gestire un carico dispersivo è verificarlo sperimentalmente.

Diagramma a blocchi di una configurazione di base con sistema load pull passivo e ricevitore vettoriale
Diagramma a blocchi di una configurazione di base con sistema load pull passivo e ricevitore vettoriale
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Soluzione Rohde & Schwarz

Rohde & Schwarz adotta un approccio unico al test con load pull e segnali modulati a banda larga. Tradizionalmente, i sistemi load pull utilizzano un analizzatore di reti vettoriale (VNA) insieme a sintonizzatori meccanici per creare un sistema load pull passivo che presenta diverse impedenze a un transistor.

Qui, il VNA è sostituito da un generatore di segnali vettoriali e un analizzatore di segnali vettoriali per supportare vari segnali modulati e la loro valutazione in test modulati con diverse condizioni di carico. Un sintonizzatore viene utilizzato per creare l'impedenza desiderata sul lato di uscita del dispositivo di prova.

Scenario tradizionale di sistema load pull modulato
Scenario tradizionale di sistema load pull modulato. Un generatore di segnali vettoriali utilizzato per lo stimolo e un analizzatore di segnali vettoriali per le misure
Configurazione del sistema load pull modulato con segnali a banda larga
Configurazione del sistema load pull modulato con segnali a banda larga
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L'approccio è utilizzato e dimostrato da anni con segnali a banda stretta. Quando le larghezze di banda del segnale aumentano, la risposta in frequenza e il ritardo di gruppo intrinseci del sintonizzatore falsificano le misure ed è necessario adottare un approccio diverso.

Rohde & Schwarz ha sviluppato una soluzione che utilizza il concetto di sistema di load pull attivo, che crea l'impedenza desiderata con un'iniezione di segnale attivo sul lato di uscita del DUT e non con un sintonizzatore meccanico. Il concetto è mostrato nella figura "Configurazione del sistema load pull modulato con segnali a banda larga".

La soluzione utilizza un oscilloscopio R&S®RTP con quattro porte per misurare le onde avanti e indietro sui lati di ingresso e uscita del DUT. Gli oscilloscopi R&S®RTP garantiscono la sincronizzazione temporale e di fase, oltre a un'elevata larghezza di banda di registrazione. Il generatore di segnali vettoriali R&S®SMW200A fornisce un segnale di prova come ingresso al dispositivo e il segnale di sintonizzazione per creare l'impedenza desiderata. Condizioni di tempo e fase stabili e controllabili dall'utente tra i due segnali sono molto importanti. Il software per il load pull modulato R&S®RTP-K98 controlla l'intero sistema e guida l'utente attraverso le calibrazioni e le misure. Buoni risultati sono stati ottenuti con gli accoppiatori direzionali doppi Marki Microwave CD10-0106 sull'ingresso e sull'uscita del DUT.

La soluzione utilizza un oscilloscopio R&S®RTP con quattro porte per misurare le onde avanti e indietro sui lati di ingresso e uscita del DUT. Gli oscilloscopi R&S®RTP garantiscono la sincronizzazione temporale e di fase, oltre a un'elevata larghezza di banda di registrazione. Il generatore di segnali vettoriali R&S®SMW200A fornisce un segnale di prova come ingresso al dispositivo e il segnale di sintonizzazione per creare l'impedenza desiderata. Condizioni di tempo e fase stabili e controllabili dall'utente tra i due segnali sono molto importanti. Il software per il load pull modulato R&S®RTP-K98 controlla l'intero sistema e guida l'utente attraverso le calibrazioni e le misure. Buoni risultati sono stati ottenuti con gli accoppiatori direzionali doppi Marki Microwave CD10-0106 sull'ingresso e sull'uscita del DUT.

Configurazione migliorata del sistema load pull modulato con segnali a banda larga
Configurazione migliorata del sistema load pull modulato con segnali a banda larga
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I DUT ad alta potenza e con una più ampia gamma di sintonizzazione necessitano di un amplificatore come l'amplificatore di sistema R&S®SAM100, che può essere collegato per potenziare il segnale di sintonizzazione. Per evitare il load pull indesiderato dell'amplificatore o del generatore di segnale, si possono aggiungere uno o più circolatori per il disaccoppiamento.

La larghezza di banda del segnale e l'intervallo di frequenza coperto sono limitati solo dalla configurazione dello strumento. Possono essere supportati fino a 2 GHz di larghezza di banda del segnale, coprendo i principali sistemi di comunicazione. La frequenza massima di 8 GHz significa che la banda FR1 fino a 7,125 GHz per applicazioni mobili e Wi-Fi è coperta.

La potenza massima in uscita, il guadagno, l'EVM o l'ACLR possono essere misurati direttamente con la forma d'onda campionata b2. Se il DUT è ad altissime prestazioni, il segnale b2 può essere suddiviso e può essere utilizzato un analizzatore di spettro e segnali, come lo strumento R&S®FSVA3000, con un intervallo dinamico migliorato ed eccellenti capacità di misura EVM.

Grafico di contorno per i rapporti di potenza picco-media (PAPR) come misura della distorsione di modulazione del DUT acquisita da R&S®RTP-K98
Grafico di contorno per i rapporti di potenza picco-media (PAPR) come misura della distorsione di modulazione del DUT acquisita da R&S®RTP-K98
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Applicazione

Come per qualsiasi misura di analizzatore di reti simile, è necessaria una calibrazione a livello di sistema per sintonizzarsi con accuratezza e affidabilità su un certo punto del diagramma di Smith. Tutti gli accessori nel sistema devono essere presenti durante la calibrazione, compresi amplificatori e circolatori, per controllarne l'influenza. Il software R&S®RTP-K98 guida il processo con un display visivo che mostra ogni fase della calibrazione. La calibrazione segue una routine in due fasi che inizia con una procedure di calibrazione OSM (open, short, match) sul piano di ingresso del DUT, seguita da un trasferimento al relativo lato di uscita utilizzando un through noto.

Il segnale di sintonizzazione dovrebbe differire dal segnale di ingresso per una maggiore accuratezza. Anche se può sembrare contraddittorio, la spiegazione è semplice: il frontend RF aggiunge distorsione al segnale e il segnale di uscita b2 differisce dal segnale di ingresso a1. Il segnale di sintonizzazione a2 deve essere lo stesso di b2 per l'accuratezza. L'applicazione prima registra il segnale di uscita del DUT b2 per ogni punto di frequenza e livello e lo utilizza come segnale di sintonizzazione a2 che include la distorsione individuale aggiunta dal DUT per un dato scenario prima di sintonizzarsi su diversi punti di impedenza.

Il software applicativo R&S®RTP-K98 fornisce la sintonizzazione dell'impedenza singola per controlli a punto singolo o, se controllato da un programma utente esterno, in un approccio passo-passo. Un piano di scansione può creare una sequenza di misura attraverso diverse impedenze per più frequenze e livelli per creare grafici di contorno dei KPI del dispositivo come guadagno, potenza massima in uscita o EVM. Poiché la variazione di impedenza comporta semplicemente la modifica dell'ampiezza e della relazione di fase tra i due canali nel generatore di segnali vettoriali, la sintonizzazione è molto rapida.

Il rapporto di test creato automaticamente contiene tutti i risultati. Inoltre, tutti i dati di test possono essere compilati in formati facilmente accessibili come file CSV per la postelaborazione.

La predistorsione digitale (DPD) è disponibile collegando il software di misura degli amplificatori R&S®VSE-K18 con il processo DPD diretto per l'oscilloscopio R&S®RTP. Utilizzando segnali personalizzati e predistorti e una valutazione esterna, rende disponibile anche qualsiasi DPD definito dall'utente.

La soluzione include una potente estensione che contribuisce al deembedding delle impedenze dispersive per un maggiore realismo e apre a potenziali nuove applicazioni. L'impedenza di un'antenna dipende fortemente dalla frequenza. Larghezze di banda del segnale di 100 MHz e oltre significano che, anche in banda, questa variazione non può più essere trascurata. La soluzione può utilizzare un file S1P che descrive il comportamento dell'antenna per offrire uno scenario realistico che include la variazione di frequenza. Due file S2P possono essere sottoposti a deembedding per ricreare una rete di adattamento o un filtro passa-banda. Utilizzando diversi file S2P per diverse reti di adattamento, l'influenza della rete di adattamento può essere facilmente ottimizzata e il suo design adottato in un ambiente di simulazione per una rappresentazione con file S2P. Anche i sistemi ibridi potrebbero essere assemblati caricando i dati del sintonizzatore come file S2P nel software R&S®RTP-K98 per il deembedding.

Infine, questa soluzione basata su oscilloscopio può essere utilizzata per abbinare l'envelope tracking con un secondo generatore R&S®SMW200A, così come informazioni reali nel dominio del tempo sulla risposta del DUT.

Impedenza dispersiva e deembedding
Impedenza dispersiva e deembedding
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Riassunto

La soluzione con load pull modulato con segnali a banda larga utilizzando strumenti da laboratorio standard è una soluzione rapida, versatile ed economica per una sintonizzazione accurata dell'impedenza. La flessibilità degli strumenti consente una vasta copertura di segnali e applicazioni.