不管是为了削减基站的用电量仍是延伸数十亿部手机的电池运用寿命，无线规划的一个重要方针始终是更高效或更绿色。在有源器材的非线性区域运用它们能够进步无线产品的运转功率。
传统上，为取得对非线性器材行为检测的最佳成果，一般需求进行丈量和建模。就丈量方面而言，现有产品在运用软件和硬件方面都进行了扩展，以满意该商场的需求并协助创立行为模型。可是，这些功率放大器（PA）丈量技能十分或许在与谐波源/负载牵引体系的严密集成方面存在缺乏，然后导致在检测器材时的阻抗与其终究运用时的阻抗不匹配，这就将导致，难以将测得的器材功用转化为功率放大器规划，或许难以发挥器材或功率放大器架构的功用潜力。
最近呈现了将所丈量的波形数据外推到基波调和波空间的新办法。这些办法大多依据PHD模型，PHD模型是将S参数扩展到非线性域的一种清楚、有用的数学办法。可是该办法能否很好地被扩展至基波调和波频率下所测得的阻抗空间规模之外，还有待进一步的研讨。
集成式丈量体系是一种代替计划，它能够一起丈量器材的实践电流及电压波形，并供给谐波源/负载阻抗的操控（在整个Smith圆图上）。关于谐波阻抗操控和有源负载牵引，对被测器材调和波源/负载牵引之间的任何信号丢失进行补偿是十分必要的。这样的集成式体系令非线性器材的检测和功率放大器的规划构成实在而相干的联络。例如，谐波源/负载牵引答应生成RF波形以进步器材的运转功率，并直接供给所取得的阻抗信息，来确保在功率放大器规划中该功用的准确再现。反之亦然，由于体系能够垂手可得地模仿功率放大器中呈现的阻抗，由此发生的RF电流及电压波形便可被用于取得那些更具体的信息，包含有关运转中器材的功率与其最大功率的挨近程度，或这些电流及电压摇摆对器材可靠性的潜在影响等等。
要规划出高效的功率放大器，就有必要对器材的基波调和波阻抗进行准确的操控。因而关键在于规划人员能够依照既定运用的信号杂乱性来进行相关功率等级和频率下的丈量。
本文将评论非线性丈量解决计划的开展演化，然后具体介绍一种新办法，该办法能够明显削减规划中不必要的重复（即便对杂乱的功率放大器形式亦不例外），一起到达与理论十分符合的功用水平。
各种已尝试过的各种非线性丈量办法都面对许多应战，使取得最大的功率放大器功率反常困难。这些办法包含无源/负载牵引、闭环有源负载牵引以及新近呈现的开环有源负载牵引。
无源、负载牵引
如图1所示，功率传感器、矢量网络剖析仪（VNA）或采样示波器可用于非线性丈量。调谐器可调谐谐波在被测器材（DUT）输入和输出时的阻抗值。这供给了用于规划匹配电路和功率等级的阻抗值。 
图1 无源、负载牵引测验框图
这些体系的最大缺陷是，它们在大频率规模上发生阻抗，但操控阻抗只能在单一频率下进行。阻抗操控一般经过放置插片（slug）来完成，插片在物理上会影响一切剩余的调谐器起作用的频率。成果是，一切的谐波阻抗不只无法操控，并且会在每个新方位改动值的巨细，然后引起在实践电路中不行再现的丈量赝象（artefact）。这将会导致负载牵引丈量成果和所规划的功率放大器之间的严峻功用差异。
相同存在缺陷的谐波调谐器（带有多个插片和滑动式短路器的无源调谐器），答应对谐波阻抗进行有限操控，而更高阶的谐波（3阶谐波以上） 并未得到操控且依然改变很大。例如，运用调谐器能够简单发生谐波阻抗（第3谐波以上），依据欧姆定律，能够把来自被测器材的小电流能够被转变成十分大的电压。 不受操控的负载改变令取得波形规划所要求的规矩波形变成不行能，由于它们会引进相当大的%&&&&&%和电感负载，使波形呈现严峻失真。
另一个严峻问题是无源调谐器的正确运转要求高度准确的校准程序，特别是在今日规划周期被紧缩的状况下，这一进程需求花费很多时刻，然后导致过长的罢工时刻。
高反射负载带来了又一个应战。功率传感器的读数会遭到输出调谐器所设定反射系数的严峻影响。在高反射系数（短路或开路）谐波频率下特别如此，这时简直一切谐波功率都被反射回器材。在此状况下，由于功率传感器读数的动态规模有限，所以就难以得到有价值的读数。经过运用读数动态规模更大，且更贵重的网络剖析仪能够补偿这一缺乏。
无源调谐器在被测器材和丈量接纳机之间的方位（如图1所示）使得难以区别来自调谐器和被测器材自身的赝象。此效应又会对功率放大器规划中的输入或输出匹配网络发生潜在影响。长度的添加会发生较大的相位改变，并引进有别于实践电路的丈量赝象。例如，现实标明，只是存在几度的相位差就会引起类似于回忆效应的赝象。更严峻的是，这些阻抗赝象随每个阻抗设置而不断改变（由于各不相同的插片方位），因而要阐明它们是十分困难的。在运用宽频调制信号时，这种相变十分简单呈现，例如在W-CDMA或LTE体系中或许在具有多个通道的窄带体系中。
闭环有源负载牵引
图2所示的闭环架构将被测器材自身用作闭环技能的鼓励源。闭环有用负载牵引体系经过接纳来自被测器材的信号，调制其巨细和相位，并在信号被反射回被测器材之前对其进行增强来补偿任何信号丢失。对被测器材发生的信号与反射回被测器材信号的比率操控答应生成Smith圆图上的任何阻抗，包含反射系数值大于1的负阻抗。 
图2 闭环、有源负载牵引测验装备
被测器材（DUT）所发生的反射系数与任何频率下负载牵引（LP）的积需求满意GDUT·GLP1，以确保其稳定性。为削弱两个系数间的相互作用和下降无法操控的功率增益的危险，环中引进了一个可调谐的窄带滤波器。
关于要求高反射系数以完成最佳运转满意高功率的器材，如硅 LDMOS、砷化镓HBT或氮化镓pHEMT等，怎么应对体系振动和不受操控的功率增益是一项应战。因而，由于器材反射系数GDUT趋近于1，所以有源环体系在挨近GDUT·GLP=1的振动条件下运转。换言之，有源环体系在任何振动的边际运转，且反射系数在相邻频率下的任何小的违背都会使体系呈现振动，而不受操控的功率振动有或许损坏被测器材和丈量仪器。
为了使有源环体系尽或许坚持稳定，所要求的带通滤波器有必要是窄带的，且不能将有源环体系用于带宽超越1MHz的调制信号，如W-CDMA, LTE。
在多音（multi-tone）信号的状况下，闭环架构不支撑在调制带宽上阻抗的独自操控，由于信号巨细和相位操控在调制带宽上坚持稳定。
开环、有源负载牵引
图3所示的是一种更新的非线性丈量办法，即开环、有源负载牵引。该技能选用别离的信号源来鼓励被测器材的源或负载，然后消除了被测器材和负载牵引体系之间的任何不受操控的相互作用。这就消除了闭环技能中的功率增益的不确认性。有意思的是，开环架构乃至能够安全地用于发生大于1的反射系数。这关于功率放大驱动和主功率放大阶段间的相互作用研讨很有协助。由于开环架构具有肯定稳定性，所以它能够方便地用于丈量体系。 
图 3 开环、有源负载牵引测验装备
在实践电路规划中，有源负载牵引体系的方位比阻抗网络更远，可是经过操控由恣意波形发生器（AWG）发生的信号每个频率重量的相位和巨细，就能够简单地加以补偿。由于有源负载牵引体系坐落经校准的通道（由耦合器及其与采样示波器的衔接构成）之外，所以无需从头校准丈量体系即可对负载牵引体系进行从头装备。当恣意波形发生器没有信号输出时，有源/负载牵引架构供给了一个宽带50欧姆阻抗的环境以及在体系的整个带宽上挨近于零的反射系数。这一50欧姆环境仅在恣意波形发生器发生的频率下改变。因而，这一负载牵引架构还消除了前面所评论的运用无源调谐器技能时的赝象。
有源负载牵引体系选用电子操控办法，不包含任何运动机械元件。这使它成为晶片上（on-wafer）丈量的抱负技能。由于负载牵引丈量期间不发生机械振动，所以可最大极限地确保探头接触点的稳定性。
恣意波形发生器还能够发生脉冲信号（pulsed signal），因而支撑运用开环架构进行脉冲丈量。别的，恣意波形发生器能够对构成脉冲信号的一切频谱重量进行准确操控，然后能够用于被反射脉冲信号对器材行为影响的研讨。恣意波形发生器的频率带宽始于直流频率，这意味着能够将同一负载牵引体系用于基带频率下的阻抗操控。终究，现代频率合成器能够包含从亚赫兹到千兆赫兹的频率规模，然后答应在基带、基波和高阶谐波频率下运用开环架构。
现在，市面上的恣意波形发生器能够在6GHz带宽规模（支撑对一切频率重量的相位和巨细进行操控）内生成恣意信号，不管是接连波（CW）信号仍是杂乱的多音信号，这就包含了无线通讯体系所运用的大规模的基波调和波频率。
开环办法有一些小缺陷。例如，为取得所需的反射系数需求重复查找正确的功率等级。由于存在一个根本负载牵引，在被测器材的线性区域无需进行这种重复。可是，在功率扫描期间或需求考虑谐波负载间的非线性联系时，则有必要在被测器材的非线性区域进行重复运算。
此外，在检测高功率器材时还需求额定的功率放大器来战胜体系特征阻抗和最佳负载间的差异。只要在基波频率下才会呈现这种状况，由于在谐波频率下不需求功率耗散。应当留意的是，大多数公司均供给窄带功率放大器。
下一代非线性丈量功用
依据商场对绿色无线器材的需求，要求更先进的丈量解决计划来协助规划人员更快速、高效地检测非线性器材行为。开环有源负载牵引作为一种被遍及看好的新办法，具有了一系列绝无仅有的长处。
原则上，这一负载牵引技能可与任何能够对器材输入和输出时呈现的一切4种波形进行丈量的非线性接纳机结合运用。一个极具吸引力的解决计划是将开环架构与商场上出售的采样示波器结合起来运用，如图4所示。 
图 4 开环、有源源/负载牵引的测验装备
运用采样示波器能够支撑相位相干的宽带丈量。运用采样示波器的长处是可相干调准一起被丈量的多个信号的一切频谱重量。采样示波器最多可一起收集8个信号，使得器材的丈量能够简单地扩展到4个单端或2个差分端口。此外，收集单元可丈量信号内的一切相关频谱重量（包含基波和多个高阶谐波），以及直流和基带呼应——这对捕获器材中经常看到的回忆效应是很重要的，并终究取得代表器材实践物理性质的实在电压和电流波形。
波形规划
为进步规划功率，接下来的过程天经地义是运用方才描绘的测验装备来构建集成式体系，以便将信号生成与波形规划软件结合起来，用于履行非线性校准、丈量和剖析。教科书上现已描绘了特定功率放大器的理论电压和电流波形，例如Class-F和Class-J规划。波形规划则反映了规划人员怎么优化其规划以完成这些理论波形的才能。彻底集成式体系答应经过实在的电流和电压波形来丈量非线性参数，以准确了解被测器材行为。所测得的成果有助于高效功率放大器运转形式的研讨与开发以及回忆效应的高档检测。电压和电流数据的共同性支撑在丈量和模仿之间轻松切换，然后加速规划产品上市速度。此作业流程如图5所示。 
图 5 将波形导出到EDA软件东西的作业流程图
运用者可经过一组非线性丈量成果或一个非线性模型确认既定器材是否在仿真器中得到较好的模仿。这些功用使得这种办法对半导体职业十分有用，由于它能够生成特定波形来测验和研讨晶体管的特别性质，例如其knee-walk-out或电压击穿特征。实践上，该丈量办法是谐波平衡或包络仿真器的实践完成，并供给了用于无缝集成任何非线性EDA（电子规划自动化）软件的功用。
结束语
采样示波器和恣意波形发生器的运用供给了一种能够代替依据矢量网络剖析仪的传统丈量技能的新计划，后者一次只能丈量一个频率重量。该解决计划彻底考虑到了非线性器材和体系会在基带、基波调和波频率下发生频谱广泛的信号，并能够对这些频率进行一起操控，以取得既定技能能够供给的最高功用。其模块化计划彻底考虑到了包含大、中、小功率运用的商场多样性，供给了适用于最大运转功率达20瓦和150瓦的解决计划。该技能不限于声响鼓励源、呼应技能，而是能够进行调整以习惯调制或脉冲鼓励源、运用软件的呼应丈量。此办法在规划更高效——更绿色——的无线器材方面具有很多长处。
