PA 諧波效率優化量測解決方案
透過諧波負載牽引量測，釋放功率放大器最大化效率潛力
諧波負載牽引量測是一種用來探索裝置潛在效率、並找出最佳設計拓樸的方法，它能有效提升功率放大器 (PA) 的特性分析與優化，高效率的放大器通常運作在接近飽和的非線性區域，此時會產生顯著的諧波功率；因此，為了優化 PA 的效率，這些諧波訊號需要針對其諧波頻率進行阻抗優化 。
負載牽引配置的核心，便是 R&S®ZNA 向量網路分析儀
測試任務
射頻功率放大器的開發人員，除了必須關注增益、輸出功率與頻率涵蓋範圍等強制性規格外，還需確保在支援的頻寬內，具備足夠平坦的線性度、EVM 與 ACLR，為了在競爭激烈的市場中脫穎而出，更需要投入大量心力提升效率，當放大器運作在接近飽和的狀態時，便會產生諧波成分。
不同的運作模式，例如 Class A 或 Class B，可用於在線性度與效率之間進行權衡，由於這些模式需要調諧作用於電晶體上的電流與電壓曲線，因此被稱為波形工程，Class A 和 Class B 透過偏壓進行調諧，而 Class E 和 Class F 則利用諧波控制來優化效率 。
諧波負載牽引系統能夠全面洞察 Class E 與 Class F 模式 ，並探索待測物最有效率的運作模式 。根據裝置及其運作模式的不同，效率提升 10% 至 20% 是可實現的 。
羅德史瓦茲與 Maury Microwave 一站式諧波負載牽引系統
傳統的負載牽引系統在被動式系統中，會使用機械式調諧器對電晶體施加不同的阻抗位準，相較之下，主動式負載牽引系統則利用一個主動式回饋系統，向放大器輸出端發送一個具有特定位準與相位的訊號來取代調諧器，這種方法可以消除被動式調諧器的損耗，並施加更高的功率，進而達到更寬的史密斯圖調諧範圍，此外，也可採用混合式負載牽引。
基礎被動式向量接收機負載牽引測試配置
當調諧諧波頻率時，也會應用類似的概念，被動式調諧使用多工機械式調諧器，分別針對基頻 (f0)、二次諧波 (2f0) 與三次諧波 (3f0) 進行調諧，這些調諧器可透過三工器（triplexer）整合，或使用具備三個內部滑動單元的串接式機械調諧器，而主動式系統則提供受控的諧波頻率訊號給待測物，從而提供更寬的調諧範圍與更高的彈性；一種常見的方法，是將支援更高功率位準的被動式調諧器用於基頻訊號，再搭配主動式訊號用於二次與三次諧波。
諧波向量接收機負載牽引測試配置
Maury Microwave、AMCAD Engineering 與羅德史瓦茲的一站式（turnkey） 系統，其中包含可校正與執行整個系統的軟體，該解決方案採用 R&S®ZNA 獨有的四個可獨立調整但同步的訊號源，這些訊號源可產生用於輸入的基頻訊號，以及用於主動式諧波負載牽引、具相位與振幅控制的二次與三次諧波；此外，R&S®ZNA 的第四個訊號源還能取代負載端的機械式調諧器，以產生主動式 f0 訊號，這對於輸出功率較低的裝置特別實用，因為可避免基頻訊號驅動進入待測物輸出時產生過大訊號；結合機械式調諧器與主動式訊號的混合式方法，是目前最具彈性的解決方案 。
R&S®ZNA 內建的四個訊號源，可建構一個非常小型化、快速且穩定的配置，同時節省了額外部署外部訊號源或諧波調諧器的成本 。
量測應用
此量測輔助的方法透過不同條件來分析待測物，以尋求一個能產生最高效率的全面性解決方案，常見的方法是採用一個多步驟的流程，使用一個已完整校正至待測物參考平面的系統。
典型的步驟如下所示：
- 步驟 1：
掃描基頻 (f0) 阻抗，尋找最佳 PA 效率，同時將二次諧波 (2f0) 和三次諧波 (3f0) 設定為 50 Ω 終端。 - 步驟 2：
掃描二次諧波 (2f0) 阻抗，同時將基頻 (f0) 固定在步驟 1 中找到的最佳效率阻抗。 - 步驟 3：
掃描三次諧波 (3f0) 阻抗，同時將基頻 (f0) 和二次諧波 (2f0) 阻抗固定在步驟 1 和步驟 2 中找到的最佳效率阻抗。 - 步驟 4：
基頻 (f0) 阻抗的微調：再次掃描基頻 (f0) 阻抗，同時將二次諧波 (2f0) 和三次諧波 (3f0) 阻抗固定在步驟 2 和步驟 3 中找到的最佳效率阻抗。
主動式諧波向量接收機負載牽引配置，運用 R&S®ZNA 的內部訊號源
諧波選擇阻抗匹配，以達到最佳的放大器效率，由於這些圖表會顯示效率與輸出功率的關係，且每條曲線代表不同的阻抗位準 ，使用者可以選擇以下兩種最佳點：
- P1dB 或 P3dB 壓縮點：作為最大輸出功率的最佳點 。
- 回退（back-off） 大於 3 dB 的點：以獲得更好的線性度 。
總結
由 Maury Microwave、AMCAD Engineering 與羅德史瓦茲的 R&S®ZNA 所整合的解決方案，為新一代放大器的開發提供了一種獨特且小型化的諧波負載牽引量測方法 。
由於 Class F 或 Class J 等進階放大器類別已廣泛應用於現代無線通訊系統，因此具備最佳的效率與諧波終端對於盡可能降低功耗至關重要 。
沿著優化路徑的效率曲線 。
這些圖表顯示了功率附加效率（PAE）與電晶體輸出端所傳輸的輸出功率之間的關係，每個步驟的阻抗變化範圍也同時顯示在史密斯圖上，此外，Y 軸的刻度會自動調整，以容納當阻抗變化達到最佳效率時所產生的較大 PAE 值 。
相關產品簡介
R&S®ZNA 向量網路分析儀
R&S®ZNA 系列是羅德史瓦茲高階向量網路分析儀產品線中的代表作，完美結合了卓越的射頻性能、廣泛的軟體功能與獨特的硬體設計，其全觸控操作介面搭配以待測物為中心的設計方法，讓 R&S®ZNA 成為一個功能強大、用途廣泛且小型化的量測系統，適用於分析被動與主動裝置的特性。
主要特點
- 頻率範圍：
涵蓋 10 MHz 至 26.5/43.5/50/67 GHz (R&S®ZNA26/43/50/67)，並可擴展至 10 MHz 至 110 GHz (R&S®ZNA67EXT)。 - 通道配置： 提供雙埠或四埠機種選擇。
- 射頻性能： 具備卓越的射頻性能，確保量測結果的精準性。
- 整合訊號源： 最多可整合四個訊號源，提升量測彈性。
- 操作介面： 採用獨特且直覺的全觸控操作，大幅簡化工作流程。