寬頻調變負載拉伸：精準評估 5G 與 Wi-Fi 射頻前端的關鍵技術與應用
類似最終部署所使用的寬頻調變負載拉伸訊號，能真實反映射頻前端性能，然而當阻抗變化時，射頻放大器的行為會有所不同，當射頻放大器將訊號驅動至寬頻天線時，其行為會隨阻抗變化而異，且無法預測或計算。
通訊系統中的許多射頻前端和射頻放大器會將寬頻調變訊號驅動至天線系統，由於前端在具有多個傳輸頻段的寬廣頻率範圍內使用，它們會遇到變化的阻抗負載，這種色散負載（dispersive loads）會對放大器的增益和失真產生顯著影響。
T&M 測試任務
射頻功率放大器工程師希望其元件在目標應用中達到最佳性能，多數射頻系統標稱 50 Ω，但射頻前端的實際阻抗可能差異很大，天線在寬廣的頻率範圍內會對放大器呈現不同的負載，放大器所面對的阻抗可能在 20 Ω 以下至 100 Ω 以上大幅變化；然而沒有模型能預測在關鍵效能指標 (KPI)（如錯誤向量幅度 (EVM) 或相鄰通道洩漏比 (ACLR)）中驗證的增益、效率或失真行為，唯一能知道射頻前端是否能應對色散負載的方法就是進行測試。
結合 R&S RTP 164B 示波器與 R&S SMW200A 向量訊號產生器的寬頻調變負載牽引測試配置
Rohde & Schwarz 對寬頻調變負載拉伸採用了獨特的方法，傳統上負載拉伸系統使用向量網路分析儀 (VNA) 加上機械調諧器（tuner）來建立一個被動負載拉伸系統，以便向電晶體呈現不同的阻抗。
在此 VNA 被向量訊號產生器和向量訊號分析儀取代，以支援各種調變訊號，並在不同負載條件下進行調變測試評估，調諧器用於在待測裝置的輸出端產生所需的阻抗。
基本被動向量接收器負載牽引裝置的配置圖
傳統的調變負載牽引測試配置，激勵訊號由向量產生器提供，測試訊號由向量訊號分析儀產生
這種方法已在窄頻訊號上使用並驗證多年，但是當訊號頻寬增加時，調諧器固有的頻率響應和群組延遲會使量測失真，因此需要不同的方法。
Rohde & Schwarz 的解決方案，採用主動式負載拉伸系統的概念，透過在 DUT 輸出端主動注入訊號（而非使用機械調諧器）來產生所需阻抗，此概念如「寬頻調變負載拉伸設定」圖所示。
R&S 寬頻調變負載牽引配置
該解決方案使用 R&S®RTP 示波器（四埠）來量測 DUT 輸入和輸出端的前向波和反向波，R&S®RTP 示波器具有時間和相位同步功能以及高記錄頻寬；R&S®SMW200A 向量訊號產生器提供測試訊號作為裝置輸入，並提供調諧訊號以產生所需阻抗，兩個訊號之間穩定且使用者可控的時序和相位條件非常重要；R&S®RTP-K98 調變負載拉伸軟體可控制整個設定，並引導使用者完成校準和量測，在 DUT 輸入和輸出端使用 Marki Microwave CD10-0106 雙定向耦合器可獲得良好結果。
功率較高的 DUT 和更寬的調諧範圍需要一個放大器（R&S®SAM100 系統放大器）來增強調諧訊號，為避免不必要的放大器或訊號產生器負載拉伸，可添加一個或多個循環器（circulator）進行解耦。
訊號頻寬和覆蓋的頻率範圍僅受儀器配置限制，可支援高達 2 GHz 的訊號頻寬，涵蓋主要的通訊系統，8 GHz 的最高頻率可涵蓋行動和 Wi-Fi 應用的 FR1 頻段（最高 7.125 GHz）；最大輸出功率、增益、EVM 或 ACLR 可透過採樣的 b2 波形直接量測；如 DUT 性能非常高，b2 訊號可被分離，並使用訊號與頻譜分析儀（R&S®FSVA3000）進行量測，該分析儀具有增強的動態範圍和出色的 EVM 量測能力。
測試應用
與任何類似的網路分析儀量測一樣，需要系統級校準才能準確可靠地調諧到史密斯圖 (Smith chart) 上的某個點，系統中的所有配件（包括放大器和循環器）在校準期間都必須存在，以控制其影響；R&S®RTP-K98 軟體會透過視覺顯示引導此過程，顯示每個校準步驟，校準遵循兩步驟程序，首先在 DUT 輸入平面上進行開路、短路和匹配 (OSM) 校準，然後使用已知的「Through」將其轉移到輸出側。
為了獲得更高準確性，調諧訊號 (tune signal) 應不同於輸入訊號，射頻前端會為訊號增加失真，因此輸出訊號 b2 不同於輸入訊號 a1；調諧訊號 a2 需要與 b2 相同以確保準確性；該應用程式首先記錄每個頻率和功率點的 DUT 輸出訊號 b2，並將其用作調諧訊號 a2，其中包括 DUT 在特定情境下產生的個別失真，然後再調諧到不同的阻抗點。
使用 R&S RTP K98 量測的帶測物峰值平均功率比 (PAPR) 等高線圖，以此作為調變失真的衡量指標。
R&S®RTP-K98 應用軟體提供單一阻抗調諧（用於單點檢查），或在外部程式控制下進行逐步操作；掃描計畫 (sweep plan) 可建立跨越不同阻抗、多個頻率和功率的量測序列，以建立裝置 KPI（如增益、最大輸出功率或 EVM）的等高線圖 (contour plots)，由於阻抗變化僅涉及改變向量訊號產生器中兩個通道之間的幅度和相位關係，因此調諧速度非常快。
自動產生的測試報告包含所有結果，此外所有測試數據都可以編譯成易於存取的格式（例如 CSV）以進行後處理；可透過 R&S®VSE-K18 放大器量測軟體（搭配 R&S®RTP 示波器的直接 DPD 流程）來實現數位預失真 (DPD)，使用客製化的預失真訊號和外部評估，也可用於任何使用者自定義的 DPD。
該解決方案包含一個功能擴充，有助於去嵌入 (deembed) 色散阻抗，以提高真實性並開闢潛在的新應用，天線的阻抗高度依賴於頻率，100 MHz 及以上的訊號頻寬表示即使在頻帶內，這種變化也不能再被忽略。
該解決方案可以使用描述天線行為的 S1P 檔案來提供包含頻率變化的真實情境，可以去嵌入兩個 S2P 檔案來重現匹配網路或帶通濾波器，透過為不同匹配網路使用不同的 S2P 檔案，可以輕易優化匹配網路的影響，並在模擬環境中採用其設計以進行 S2P 表示，甚至可以組建混合系統，同時將調諧器數據作為 S2P 檔案載入 R&S®RTP-K98 軟體中進行去嵌入。
色散阻抗與去嵌入
最後，這種示波器的解決方案可與第二台 R&S®SMW200A 搭配使用以進行封包追蹤 (envelope tracking) 匹配，並提供有關 DUT 響應的真實時域資訊。
總結
使用標準實驗室儀器的寬頻調變負載拉伸解決方案，是一種用於準確阻抗調諧的快速、多功能且具成本效益的方案。儀器的靈活性使其能夠廣泛覆蓋各種訊號和應用。
核心產品介紹
R&S®RTP 示波器
即時呈現訊號的完整性
R&S®RTP 高性能示波器結合了頂尖的訊號完整性與超快的擷取率，客製化的前端 ASIC 和即時處理硬體，使其能在極小的體積內，實現前所未有的高速與高精度量測，其平坦的頻率響應和即時去嵌入 (De-embedding) 功能，是實現精準負載拉伸測試的基石。
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R&S®SMW200A 向量訊號產生器
頂尖性能與無與倫比的靈活性
R&S®SMW200A 為訊號產生器樹立了新標竿，其雙通道架構、高達 2 GHz 的調變頻寬以及卓越的訊號品質，使其成為產生測試訊號與主動調諧訊號的完美選擇，是整個主動式負載拉伸方案的訊號核心。
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R&S®VSE 軟體
帶到桌面的強大訊號分析能力
R&S®VSE 向量訊號分析軟體，將羅德史瓦茲強大的分析能力帶到電腦上，在此方案中，它能與 RTP 示波器協同工作，提供包含數位預失真 (DPD) 在內的深度分析功能，助於進一步優化放大器性能。
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