Использование Х-параметров при измерении нелинейных характеристик усилителей мощности
Обзор
Силовые полупроводниковые приборы применяются во всех ВЧ и СВЧ системах связи. Одним из устройств, где работают эти приборы, является усилитель мощности, играющий особенно важную роль в современных мобильных телефонах, базовых станциях сотовой сетей и точках доступа беспроводной связи, а также в системах спутниковой связи. На рынке базовых станций, например, типичная выходная мощность усилителей составляет приблизительно 100 Вт. Чтобы повысить мощность таких устройств, разработчики стремятся выжать из них все, что можно, часто вводя их в нелинейный режим работы. В таком режиме усилитель может работать некорректно и при этом, как правило, частотный спектр используется нерационально. При разработке и проверке силовых устройств, аналогичных усилителям мощности, для современных инженеров исключительно важно иметь возможность точно измерить их характеристики и понять особенности их работы.
Проблемы
Тестирование усилителей мощности – непростая задача, требующая от инженера измерения параметров компонентов, работающих в линейном и нелинейном режимах, с использованием мощной испытательной системы. Если бы сегодня такие системы были недоступны, то справиться с этой задачей было бы довольно сложно. Но еще более сложным оказывается иметь дело с нелинейным поведением компонентов. Как правило, инженеры проводят ряд линейных измерений при высоких уровнях мощности с некоторыми ограничениями, а затем просто предполагают, что усилитель является линейным, надеясь, что нелинейность не настолько существенна, чтобы возникали проблемы. В идеале, инженер будет измерять характеристики усилителя, а затем использовать эти результаты для моделирования, чтобы определить, как ведет себя усилитель при работе с другими устройствами. Но результат моделирования будет неправильным, поскольку предполагалось, что усилитель ведет себя как линейное устройство, а на самом деле это не так. Пока инженеры мирятся с такой ошибкой, это неизменно будет приводить к сложным и затратным повторным попыткам проектирования на эмпирической основе, значительно увеличивающим время и издержки на процесс разработки и верификации. Тестирование современных силовых устройств требует альтернативного решения – если вы сможете точно описать нелинейное поведение устройства, у вас будет шанс наиболее полно реализовать все его возможности.
Решение
Линейное и нелинейное поведение таких устройств, как усилители мощности, теперь можно быстро и точно оценить с помощью X-параметров* и анализатора цепей, оснащенного внешними компонентами для тестирования силовых устройств. X-параметры представляют собой новую категорию описания нелинейных цепей для детерминированного проектирования высокочастотных схем. Они используются для оценки работы компонентов в нелинейном режиме. X-параметры измеряют с помощью анализатора цепей и используют для создания моделей, которые можно импортировать в симулятор для проверки разрабатываемой схемы.
Так как анализаторы цепей обычно не работают с уровнями мощности свыше 100 милливатт, то их следует модифицировать, чтобы оценить нелинейное поведение силовых устройств с возможностью подачи и измерения более высоких уровней мощности.
Основные причины модификации анализатора цепей:
от основного и вспомогательного (с выделяющим тоном) источников испытательного сигнала может потребоваться большая мощность, чем они способны обеспечить;
может понадобиться защита входов от повреждения при подаче высокого уровня мощности (например, при работе прибора за пределами максимальной допустимой входной мощности);
может понадобиться ослабить уровни входного сигнала приемника во избежание компрессии;
может потребоваться специальная нагрузка для исследуемого устройства (ИУ), чтобы подавить самовозбуждение.
Для того чтобы избежать этих проблем, к анализатору цепей могут быть добавлены следующие внешние компоненты: аттенюаторы, ответвители, изоляторы, тюнеры и предварительные усилители.
Аттенюаторы и ответвители могут быть использованы для повышения допустимого уровня мощности, подаваемого на анализатор цепей, в то время как предусилители используются, когда для ИУ требуется входная мощность, превышающая максимальный выходной уровень анализатора цепей. Конечно, добавление любого внешнего устройства в измерительную систему может ухудшить характеристики анализатора цепей (например, может увеличиться шум измерения и дрейф калибровки, а процедура калибровки может стать более сложной). Поэтому к выбору дополнительных внешних компонентов для создания измерительной системы силовых устройств следует подходить очень тщательно. Кроме того, инженер должен знать ограничения по мощности входных и выходных сигналов анализатора цепей, а также потери в сигнальных трактах.
СКАЧАТЬ ПРОДОЛЖЕНИЕ СТАТЬИ
Нашли ошибку? Ctrl + Enter