Herzlich Willkommen beim beam-Verlag in Marburg, dem Fachverlag für anspruchsvolle Elektronik-Literatur.


Wir freuen uns, Sie auf unserem ePaper-Kiosk begrüßen zu können.

Aufrufe
vor 7 Jahren

2016/2017

Fachzeitschrift für Hochfrequenz- und Mikrowellentechnik

Messtechnik Weiter zu

Messtechnik Weiter zu beachten ist die Fähigkeit, äquivalente Daten-Sets der nichtlinearen Modelle zu erstellen. Die Schaltungs-Design- Software muss in der Lage sein, Daten zu produzieren, die zu den empirisch ermittelten Daten passen und hinzugefügt werden können, um es zu ermöglichen, ganze Gruppen zu modellieren und dadurch genaue Vierpol-Modelle zu erschaffen. Mit anderen Worten: Die Fähigkeit der Produktion äquivalenter Messdaten vollständig durch die Software ist notwendig, um in der Simulation Datensätze zu erzeugen, welche mit den empirischen Daten vergleichbar sind. Auf diese Art kann der Schaltungssimulator nicht nur für die Datenvariation und das Schaltungs-Design genutzt werden, sondern auch für die Verbesserung der Genauigkeit des nichtlinearen Vierpol-Modells. Bild 7: Wenn man den Marker (links) auf einen anderen Gamma Point setzt, ändert sich sofort die Gain-Compression-Kurve (rechts) entsprechend der neuen Impedanz Bild 8: Impedanz-Punkt und ausgewählter Gamma Point für ein 2,1-GHz/80-W-LDMOS- Gerät einen Daten-Plot und ein Manipulationsbeispiel bezüglich der Grundfrequenz und der zweiten Harmonischen. Messergebnisse, die sich plotten lassen, können die Ausgangsleistung, die Verstärkung, den Wirkungsgrad, die Intermodulations-Verzerrungspegel, das AM-PM-Verhalten oder wichtige andere Performance-Größen sein. Sie alle werden von einem modernen Load-pull-System erfasst und aufgearbeitet. Falls man die internen Anpasselemente des getesteten Vierpols und die parasitären Größen seines Gehäuses kennt, lassen sich Messungen auch de-embedded durchführen. Anhand der Load-pull-Daten in der hier gezeigten Form erhält der Fachmann die Möglichkeit der direkten Optimierung seiner Anpassschaltungen, und dies ist für ihn von hoher Bedeutung. Denn Anpassschaltungen, welche direkt auf Grundlage der gemessenen Load-pull-Daten entwickelt werden, erlauben das schnelle und genaue Erstellen von Prototypen, da die Unsicherheit des nichtlinearen Modells nun herausgenommen und durch empirische, verifizierbare Werte ersetzt wurde. Eine Datenbasis, erstellt mithilfe von Load-pull- Messungen, ist dazu zu etablieren. Dann gelingt es, nach dem Importieren der Load-pull-Daten in das Schaltungs-Design-Tool die Anpassschaltungen direkt zu entwerfen. Welche Daten werden unterstützt? Eine große Anzahl von Typen von Daten werden von der Software NI AWR Design Environment unterstützt. Historisch wurden Einzelpunkt-Datensätze (Single-Sweep Point Files) unterstützt (Maury Microwave LP/SP Files, Focus Microwaves LPD Files). NI AWR Design Environment im Verbund mit Microwave-Office-Schaltungs- Design-Software unterstützt nun mehrdimensionale Files, wie etwa Maury SPL, Maury CST und Focus LPD, welche keine Einzelpunkte mehr verwenden, sondern kontinuierlich veränderte Daten. Mit der NI AWR Software gilt: Je dichter die Datensätze sind (Gamma Points, Frequenzen, Leistungsschritte), umso zielgenauer liegt der Fokus auf einem nahtlosen, intuitiven Folgegebrauch (Post-Processing) der Daten (Bild 4). Diese neuen Load-pull-Formate in der Microwave-Office- Software geben dem Designer Zugriff auf einen erweiterten Bestand an Datenvariations- Möglichkeiten. Bild 5 zeigt links jeweils den Verlauf der Eingangsleistung mit drei markierten spezifischen Pegeln. Die Verhältnisse bei diesen Pegeln sind rechts im Smith Diagram dargestellt. In der Praxis wird links einfach der Marker bewegt, damit man die Darstellungen rechts erhält. Dies ist etwas, was ältere Single-Point Files nicht vermögen. Andererseits können Anwender, statt den Eingangsleistungs- Pegel so abzubilden, beispielsweise von einem Gamma Point im Smith Diagramm zu einem Impedanz-Diagramm wechseln. Bild 6 zeigt dies. Aufgrund des entsprechenden Data Files wird die Verstärkungs-Kompressions- Kurve geplottet. Die grauen 12 HF-Einkaufsführer 2016/2017

Messtechnik Bild 11: Überlappung beim Design-Kriterium 50 dBm Leistung und 70% PAE Bild 9: Breiter Spielraum für den Marker und reichhaltige Auswahl verschiedener Gamma Points AM-PM-Kurve, wobei die 2-dB- Leistung nun bis 100 W geht. Ein anderes neues Leistungsmerkmal der NI AWR Software erlaubt eine Darstellung mit sogenannter Überlappungskontur (Overlap Contour). Bild 11 zeigt allgemein die Verläufe (Konturen) für Ausgangsleistung und Wirkungsgrad anhand der Power-added Efficiency (PAE) und die Overlap Contour für spezifische Ausgangsleistungen und PAE-Levels. 50 dBm bei der Leistung und 70% bei der PAE wurden ausgewählt, und die Overlap Contour lässt die kleine Ansammlung von Impedanzen erkennen, wo beide der Design-Kriterien erfüllt werden. Bild 10: Ein anderer Gamma Point und die entsprechenden Kennlinien Linien sind die Gain-Compression-Kurven für die anderen Gamma Points. Wird der Marker auf einen dieser Punkte gelegt, erscheint die entsprechende Kurve in Dunkelblau (Bild 7). Entwickeln mit der NI AWR Software Wie sieht ein heutiger Design- Prozess, der diese neuen Möglichkeiten nutzt, typischerweise aus? Bild 8 zeigt die Impedanz-Punkte, die für einen 2,1-GHz/80-W-Verstärker (1 dB Kompression) in LDMOS-Technik (Laterally Diffused Metal Oxide Semiconductor) ermittelt wurden. Ein Gamma Point wurde ausgewählt. Die zugehörigen Kurven für AM-PM und Verstärkungs-Kompression (1 dB) wurden für drei Frequenzen geplottet (2,11, 2,14 und 2,17 GHz). Die 2-dB-Kompression wurde zusätzlich in Tabellenform erfasst. Bild 9 zeigt, wie Nutzer den Marker einsetzen können, um verschiedene Gamma Points auszuwählen und den Performance-Spielraum des getesteten Vierpols auszuloten und dabei Schwachstellen aufzudecken. Wenn ein neuer Impedanz- Punkt gewählt wird, dann wird automatisch ein neuer Satz von Kurven generiert, die alle mit der Lastimpedanz korrespondieren. In gleicher Weise kann man bezüglich AM-PM, Gain Compression oder einer anderen Größe vorgehen. Designer können dieses solange betreiben, bis sie erreicht haben, was sie sich bei der optimalen Impedanz vorgestellt haben. In Bild 10 wurde ein weiterer Gamma Point ausgewählt, der für eine sehr flach verlaufende Gain- Compression-Kurve steht sowie für eine sehr flach verlaufende Wenn Sie ein Basisstations-Entwickler sind, dann werden Sie niemals auf nur ein bestimmtes Performance-Merkmal hin entwerfen. Es geht darum, mehrere Performance-Kriterien optimal zu erfüllen oder unter einen Hut zu bringen. Und genau hier hilft die Software dem Designer, schnell zum bestmöglichen Ergebnis zu gelangen. Zusätzlich wäre noch anzumerken, dass, obwohl - wie eingangs erwähnt - Nutzer in erster Linie die Eingangsleistung variieren, sie dies nicht als Basis für all ihre Messungen ansehen. Wenn Designer daran interessiert sind, Kurven (Contours) zu plotten oder sich anhand der Ausgangsleistung oder des Verstärkungs-Kompressions- Level zu orientieren, wie es die meisten HF-Techniker tun, so lässt sich dies nun kombinieren, indem sie die Eingangsleistung HF-Einkaufsführer 2016/2017 13

hf-praxis

PC & Industrie

© beam-Verlag Dipl.-Ing. Reinhard Birchel