放大器設(shè)計(jì)師一直都喜歡用負(fù)載拉移系統(tǒng)功能為所選晶體管開(kāi)發(fā)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)。在線性系統(tǒng)中，簡(jiǎn)單地把小信號(hào)輸入阻抗的復(fù)共軛用作源匹配網(wǎng)絡(luò)、把小信號(hào)輸出阻抗的復(fù)共軛用作負(fù)載匹配網(wǎng)絡(luò)就可以了。但針對(duì)功率器件和它們的非線性特性，負(fù)載拉移系統(tǒng)可以提供必要的信息最大限度地提高寬頻率范圍內(nèi)的功率轉(zhuǎn)移和輸出功率。

　　負(fù)載拉移技術(shù)需要研究有源器件（比如功率晶體管）對(duì)源和負(fù)載阻抗變化的響應(yīng)。負(fù)載拉移系統(tǒng)提供了改變阻抗的途徑，還能針對(duì)最佳大信號(hào)條件表征器件。諧波負(fù)載拉移技術(shù)是基頻負(fù)載拉移測(cè)量的擴(kuò)展，用于研究待測(cè)器件（DUT）在負(fù)載阻抗ZL與基準(zhǔn)測(cè)試頻率和一個(gè)或多個(gè)基頻諧波頻率組合方面的響應(yīng)性能。這種方法經(jīng)常用來(lái)提高高壓縮放大器的效率，或降低工作在功率回退狀態(tài)下的放大器的誤差向量幅度（EVM）。

　　呈現(xiàn)給DUT的阻抗可以用好幾種格式表述：阻抗ZL（包括R+jX）、電壓駐波比VSWR（作為幅度和相位中的復(fù)數(shù)）和反射系數(shù)ΓL（作為幅度和相位中的復(fù)數(shù)）。把DUT想像成一種雙端口器件（圖1），出現(xiàn)在DUT上的反射幅度ΓL就只是a2/b2，或反射波和前向行波之比。通用公式可以寫(xiě)成：

　　Γx，n（fn） = ax，n（fn）/bx，n（fn）

　　在傳統(tǒng)的無(wú)源機(jī)械式調(diào)諧器系統(tǒng)中，反射產(chǎn)生的原因是由于使用金屬探測(cè)器（也稱為調(diào)諧塊）部分中斷了壓風(fēng)管路的電場(chǎng)。探測(cè)器以某一可變的深度插入壓風(fēng)管路；探測(cè)器插入壓風(fēng)管路并中斷電場(chǎng)的深度越深，反射幅度ΓL就越大。沿著厚膜線長(zhǎng)度滑動(dòng)探測(cè)器將改變反射的相位。因此，通過(guò)選擇相對(duì)壓風(fēng)管路合適的探測(cè)器垂直和水平位置，DUT上可以呈現(xiàn)Smith Chart上的任何阻抗。

　　只關(guān)注基頻阻抗的基準(zhǔn)負(fù)載拉移調(diào)諧可以用一個(gè)調(diào)諧探測(cè)器或多個(gè)調(diào)諧探測(cè)器組合實(shí)現(xiàn)。諧波負(fù)載拉移調(diào)諧能夠使用級(jí)聯(lián)或?yàn)V波配置方式組合兩個(gè)、三個(gè)或多個(gè)探測(cè)器實(shí)現(xiàn)。

　　在使用無(wú)源機(jī)械調(diào)諧器時(shí)，很明顯a2總是要小于b2，原因是調(diào)諧器的反射限制（不是所有能量都可以被反射）以及DUT和調(diào)諧器之間的損耗（能量在到達(dá)調(diào)諧器時(shí)已有耗散，從而降低了可以被反射的能量值）。假設(shè)ΓL=1左右的諧波阻抗代表理論上理想的端接狀態(tài)，那么使用機(jī)械式調(diào)諧器在DUT參考平面可取得的值范圍應(yīng)在ΓL=0.8和ΓL=0.92之間。

　　在通信和其它系統(tǒng)中越來(lái)越多地使用調(diào)制寬帶信號(hào)對(duì)傳統(tǒng)負(fù)載拉移系統(tǒng)提出了很大的挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)負(fù)載拉移系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作在離散頻率，而寬帶信號(hào)所占的頻譜段通常為10MHz或更寬。誠(chéng)然，負(fù)載拉移系統(tǒng)也會(huì)在比如10MHz寬的帶寬上呈現(xiàn)一定的阻抗，雖然與調(diào)諧的中心頻率阻抗值不盡相同。在寬帶信號(hào)的帶寬上可能呈現(xiàn)出巨大差異的阻抗，因?yàn)榘ㄌ綔y(cè)器、電纜、夾具和調(diào)諧器本身在內(nèi)的DUT和阻抗調(diào)諧器之間存在相位延遲。這將導(dǎo)致容易令人誤解的放大器品質(zhì)因數(shù)值，如功率附加效率（PAE）和相鄰?fù)ǖ拦β时龋ˋCPR），并導(dǎo)致可能令人誤解的功率放大器性能結(jié)果。圖2演示了調(diào)諧阻抗上的相位延遲效應(yīng)。在這個(gè)例子中，2.58MHz帶寬的寬帶信號(hào)與標(biāo)準(zhǔn)非優(yōu)化負(fù)載拉移系統(tǒng)一起使用，產(chǎn)生的相移是3度/MHz或信號(hào)帶寬上的7.74度。對(duì)于具有40MHz帶寬的多通道WCDMA信號(hào)來(lái)說(shuō)，相移將為120度。

　　自從20世紀(jì)70年代后，IEEE出版物中就引用了有源閉環(huán)負(fù)載拉移方法。這種方法使用放大版的b2作為反射信號(hào)a2。為了達(dá)到這個(gè)目的，需要使用耦合器或環(huán)形器引導(dǎo)來(lái)自DUT的信號(hào)b2經(jīng)過(guò)可變放大級(jí)電路控制幅度和相位，最后重新將信號(hào)作為a2回注入器件。圖3顯示了典型閉環(huán)系統(tǒng)的功能框圖。

　　這種技術(shù)與傳統(tǒng)機(jī)械式負(fù)載拉移調(diào)諧器相比有多方面的優(yōu)勢(shì)，包括速度、伽瑪控制和方便集成，尤其在晶圓上的測(cè)試系統(tǒng)中。由于系統(tǒng)采用電氣調(diào)諧方式，沒(méi)有活動(dòng)的機(jī)械部件，因此調(diào)諧過(guò)程相當(dāng)快速。閉環(huán)配置中的放大器可以用來(lái)增加a2，以便ΓL能夠在DUT的參考平面接近單位1。副作用是，由于無(wú)源器件的漏電流在有源閉環(huán)負(fù)載拉移系統(tǒng)中可能出現(xiàn)振蕩。因此需要采用較強(qiáng)的濾波來(lái)減少振蕩發(fā)生的機(jī)會(huì)，因?yàn)檫@種振蕩通常會(huì)使系統(tǒng)接近窄帶。有源方法不能解決機(jī)械式負(fù)載拉移系統(tǒng)的相位延遲問(wèn)題。事實(shí)上，調(diào)諧環(huán)路長(zhǎng)度的增加可能導(dǎo)致相對(duì)DUT參考平面的相位延遲增加。商用閉環(huán)有源負(fù)載拉移系統(tǒng)相移為30度/MHz或信號(hào)帶寬上的77.4度。對(duì)于上述40MHz的WCDMA信號(hào)來(lái)說(shuō)，相移將是1200度。最后，在有源閉環(huán)負(fù)載拉移方法中使用大功率線性放大器可能會(huì)增加相當(dāng)多的系統(tǒng)成本。

　　對(duì)公式ΓL = a2/b2仔細(xì)檢查可以發(fā)現(xiàn)，在分離a2和b2源方面沒(méi)有限制。顯然b2是來(lái)自器件的波，對(duì)它沒(méi)有直接控制。然而，a2不需要是b2的反射信號(hào)，但完全可以是一個(gè)新的信號(hào)。開(kāi)環(huán)有源負(fù)載拉移依靠外部資源將信號(hào)注入DUT輸出，從而創(chuàng)建a2。簡(jiǎn)單的有源調(diào)諧鏈由信號(hào)源、可變移相器和可變?cè)鲆婕?jí)電路組成（圖4）。內(nèi)置有注入信號(hào)幅度和相移控制功能的商用化信號(hào)發(fā)生器是有源負(fù)載拉移系統(tǒng)的理想選擇。

　　使用有源負(fù)載拉移技術(shù)可以簡(jiǎn)化諧波負(fù)載拉移調(diào)諧，因?yàn)榭梢杂脧?fù)用器合并多條有源調(diào)諧路徑，一個(gè)頻率一條，從而滿足條件Γx，n（fn） = ax，n（fn）/bx，n（fn）。復(fù)用器中固有的任何損耗問(wèn)題可以被每條有源調(diào)諧鏈路中使用的放大器輕松解決。有源開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的好處與閉環(huán)系統(tǒng)類似：快速調(diào)諧，高伽瑪調(diào)諧，方便地與晶圓上測(cè)量系統(tǒng)集成。但開(kāi)環(huán)系統(tǒng)比閉環(huán)系統(tǒng)有更多的優(yōu)勢(shì)：沒(méi)有反饋路徑，因此不會(huì)出現(xiàn)調(diào)諧環(huán)路振蕩現(xiàn)象。

　　開(kāi)環(huán)負(fù)載拉移方法的缺點(diǎn)是對(duì)應(yīng)每個(gè)感興趣的阻抗受控頻率有多個(gè)信號(hào)發(fā)生器，會(huì)將實(shí)際開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的功能限制為單頻信號(hào)及其諧波。開(kāi)環(huán)系統(tǒng)在測(cè)試大功率器件時(shí)還要求大功率放大器達(dá)到理想的反射系數(shù)。然而，與閉環(huán)系統(tǒng)不同，這些放大器不必是線性的，因?yàn)橛脩粢?guī)定的反射系數(shù)可以通過(guò)連續(xù)軟件迭代法達(dá)到。

　　雖然機(jī)械調(diào)諧器簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，也可以處理大功率，但沒(méi)有自然的方法能克服系統(tǒng)中的損耗，這種損耗會(huì)限制可能達(dá)到的ΓL值。雖然開(kāi)環(huán)有源負(fù)載拉移系統(tǒng)調(diào)諧速度快，可以實(shí)現(xiàn)ΓL = 1，而且集成方便，但它們要求昂貴的頻帶受限放大器。幸運(yùn)的是，一種被稱為混合負(fù)載拉移方法的技術(shù)不僅具有無(wú)源和有源負(fù)載拉移方法的優(yōu)點(diǎn)，還能最大限度地減少兩者的缺點(diǎn)?；旌县?fù)載拉移指的是有源和無(wú)源調(diào)諧在同一系統(tǒng)中的組合。傳統(tǒng)的無(wú)源機(jī)械式調(diào)諧器可以用來(lái)反射基頻處的大功率信號(hào)，允許小得多的有源注入信號(hào)使用小得多的放大器克服損耗，并實(shí)現(xiàn)ΓL = 1。由于諧波頻率的功率電平經(jīng)常遠(yuǎn)小于基頻信號(hào)功率，因此有源調(diào)諧可以使用價(jià)格較低的寬帶放大器實(shí)現(xiàn)ΓL，nf = 1的有源諧波負(fù)載拉移系統(tǒng)。兩種情況下的有源調(diào)諧都只要求低功率電平。

　　Maury Microwave公司與合作伙伴安杰倫科技公司及AMCAD Engineering公司提供可立即使用的開(kāi)環(huán)有源和無(wú)源-有源混合負(fù)載拉移系統(tǒng)，這些系統(tǒng)采用了安杰倫的PNA-X非線性矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀和Maury公司的阻抗調(diào)諧器以及ATS和IVCAD軟件平臺(tái)。AMCAD公司的系列PIV脈沖發(fā)生器增加了脈沖偏壓功能。PNA-X非線性VNA為有源負(fù)載拉移提供要求的a2，并提供接收器用于測(cè)量應(yīng)用和發(fā)射的功率。PNA-X的頻率覆蓋范圍是10MHz至50GHz或更高，并提供靈活的測(cè)試裝置用于增加外部元件，如放大器。PNA-X通過(guò)測(cè)量目標(biāo)頻率點(diǎn)的a1、b1、a2和b2波監(jiān)視調(diào)諧后的阻抗，并根據(jù)要求作出校正。即使不調(diào)諧源，a1和b1知識(shí)也能用來(lái)計(jì)算DUT輸入阻抗，并確定輸出到DUT的功率。

　　混合信號(hào)有源負(fù)載拉移是Anteverta Microwave公司發(fā)明并獲得專利的一種形式獨(dú)特的開(kāi)環(huán)有源負(fù)載拉移，并且只能由Maury Microwave公司在其MT2000系列產(chǎn)品中提供。這種負(fù)載拉移不使用直接頻率信號(hào)合成和分析方法，而是使用上變頻和下變頻器以及寬帶模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）和數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）創(chuàng)建和分析基帶波形。由于任意波形發(fā)生器（DAC）的寬帶特性，高達(dá)120MHz的寬帶調(diào)制信號(hào)可以被創(chuàng)建、上變頻并提交給DUT，從而允許幾乎無(wú)限數(shù)量具有感興趣帶寬的a1、b1、a2和b2波。

　　在混合信號(hào)方法中，由于寬帶調(diào)制信號(hào)相位延遲引起的誤差可以被消除，因?yàn)樽杩箍梢员缓铣?，在整個(gè)信號(hào)帶寬上沒(méi)有限制。這種系統(tǒng)能夠?qū)⑿盘?hào)中的每個(gè)頻率分量放到一個(gè)阻抗點(diǎn)，或一個(gè)任意圖案，甚至典型匹配網(wǎng)絡(luò)的真實(shí)頻率響應(yīng)。圖5顯示了混合信號(hào)方法下的信號(hào)合成和分析過(guò)程。

　　首先，單頻、多頻或調(diào)制信號(hào)（as）在頻域中與用戶定義的反射系數(shù)一起被定義為頻率的一個(gè)函數(shù)。再用反向快速傅里葉變換（FFT）將信號(hào)轉(zhuǎn)換到時(shí)域，然后加載進(jìn)基帶的DAC。輸出信號(hào)再由射頻測(cè)試裝置從基帶上變頻為目標(biāo)頻率，并注入DUT。

　　其次，注入（an）和反射（bn）波由直接耦合器采樣，并經(jīng)射頻測(cè)試裝置下變頻為低中頻（IF）信號(hào)，并由ADC在時(shí)域中捕獲每個(gè)信號(hào)。FFT用來(lái)將信號(hào)轉(zhuǎn)換到頻域，并計(jì)算測(cè)量得到的反射系數(shù)與調(diào)制帶寬的關(guān)系。

　　第三，將測(cè)量得到的信號(hào)中每個(gè)頻率分量的反射系數(shù)與用戶預(yù)定義的值進(jìn)行比較，然后在頻域中調(diào)整原始注入信號(hào)（a1，n， a2，n），并收斂到用戶定義的值。接著使用反向FFT將新的注入信號(hào)轉(zhuǎn)換到時(shí)域，并上載到DAC產(chǎn)生新的基帶信號(hào)。這些信號(hào)被射頻測(cè)試裝置上變頻為目標(biāo)頻率，并回送給DUT。如同最初的開(kāi)環(huán)方法中一樣，使用迭代過(guò)程比較創(chuàng)建的波形和目標(biāo)波形，并根據(jù)需要進(jìn)行連續(xù)校正。圖6給出了描述這個(gè)過(guò)程的流程圖。

　　創(chuàng)新的MT2000系列混合信號(hào)有源負(fù)載拉移系統(tǒng)提供從0.4至26.5GHz的寬帶能力，支持用寬帶調(diào)制信號(hào)實(shí)施從標(biāo)準(zhǔn)帶寬到120MHz（可用帶寬到240MHz）的負(fù)載拉移測(cè)量。

　　利用MT2000系列負(fù)載拉移系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)開(kāi)展單頻測(cè)量，測(cè)試速度可以超過(guò)每分鐘1000個(gè)功率和阻抗負(fù)載狀態(tài)。MT2000系統(tǒng)可以使用90個(gè)基準(zhǔn)負(fù)載狀態(tài)、掃頻式負(fù)載與源諧波端接以及16個(gè)功率電平在5分鐘內(nèi)執(zhí)行獨(dú)立的完全受控的多維負(fù)載拉移參數(shù)掃描并捕獲5000多個(gè)測(cè)量點(diǎn)。

　　混合信號(hào)開(kāi)環(huán)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)有很多：高速單頻器件表征，高伽瑪，對(duì)實(shí)際通信標(biāo)準(zhǔn)兼容的調(diào)制信號(hào)提供寬帶控制，最終形成非常實(shí)用的DUT表征，而它的有源特性允許方便地集成晶圓上的測(cè)量系統(tǒng)。

　　與閉環(huán)技術(shù)不同，混合信號(hào)開(kāi)環(huán)技術(shù)沒(méi)有反饋路徑，因此不會(huì)產(chǎn)生調(diào)諧環(huán)路振蕩。與傳統(tǒng)的開(kāi)環(huán)有源負(fù)載拉移方法相比，可以達(dá)到更高的測(cè)量速度，不再需要為每個(gè)阻抗受控頻率準(zhǔn)備單個(gè)合成器。另外，系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)特性使得注入放大器可以被一直使用到飽和功率電平，因?yàn)樾盘?hào)合成和分析可以識(shí)別由于功率放大器造成的非線性問(wèn)題，并通過(guò)修改注入信號(hào)自動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償。

　　最后，由于有源負(fù)載拉移系統(tǒng)只控制目標(biāo)頻率處的阻抗，DUT看到的系統(tǒng)特征阻抗即使對(duì)帶外頻率來(lái)說(shuō)也是50Ω。這樣可以減少在使用無(wú)源負(fù)載拉移技術(shù)時(shí)可能發(fā)生的帶外振蕩。