负载牵引设计与应用负载牵引设计与应用.pdf

負載拉移 (Load-Pull)原理於設計射頻功率放大器之應用 CIC 凃志和 一、前言： 近年來由於微波通訊技術的進步，及通訊頻寬與移動性越來越高的需求，使得無線區域網路 (Wireless LAN)在人類日常生活中之重要性大幅提昇，進而帶動產學界紛紛投入此系統電路技術及 產品之研發。圖一為近年來所發展之無線區域網路技術： 圖一：近年來所發展之無線區域網路技術 其中，尤以IEEE所制定的 802.11a 、g 、HiperLAN通訊系統最受矚目，均採用 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing ；正交分頻多工的技術) OFDM是一種數位展頻調變技術，已成為新 的無線通訊應用中最熱門之傳輸調變選擇，使用 OFDM技術可增加寬頻、降低雜訊、提高必威体育官网网址性與 解決多路徑衰弱等通訊障礙， OFDM技術可使設備在有動態和靜態多路干擾的情況下，仍保持穩定 可靠的性能，因而它在當今無線通訊領域中處於核心地位。而該技術當前的應用範圍還包括了地面 數位電視廣播、及行動電話網路等。其傳統電路架構主要為圖二之收發機： 圖二：收發機之架構 此外，由於OFDM的調變方式為 BPSK 、QPSK 、16QAM及 64QAM ，對於線性度要求較高，且調變 訊號經過功率放大器產生的諧波將造成非線性失真，嚴重影響功率輸出，繼而決定了通訊距離的長 短；又功率放大器之電源功率消耗幾乎佔整個收發機之三分之一，故其效率往往是決定電池的續航 力的重要因素；且大訊號操作時之阻抗變化及熱效應之影響，導致製程廠目前所提供的Nonlinear Models之精確度已不符使用，均使得射頻積體化功率放大器之設計困難度大幅提高。因此我們藉由 負載拉移 (Load-Pull)原理來改善增益壓縮點，進而降低諧波的非線性失真，模擬功率放大器的最大 輸出功率負載點，繼而實現高功率轉換效率、高輸出功率、高線性射頻功率放大器之設計，且利用 負載拉移量測系統 (Load-Pull Measurement System)來進行驗證，並建立相關之功率元件庫(Power-cell Libraries) 以達到電路模組化之研究發展目標。 二、內容： 2-1. 射頻功率放大器之設計規格及考量 (1)頻率範圍 (Frequency Range) ：放大器之工作頻段，需大於實際應用範圍。 (2)功率增益(Power Gain) ：輸出功率與輸入功率之比值。 P G10 log 10 Out P In (3)1dB增益壓縮點之輸出功率 (Power Out at 1dB Compression Point ；P1db)： 當放大器在非常低的輸入功率時，功率增益為常數，放大器工作在線性區。當輸入功率增加 時，受到電晶體非線性特性影響，放大器功率增益被壓縮，限制了最大輸出功率。在此區域， 有線性失真、諧波和交互調變 (Inter-Modulation)失真現象發生。如圖三功率放大器的輸入與 輸出功率關係所示： 圖三：微波放大器之 1dB