Was ist ein Lastzug?

Ein Lastzug ist die Änderung der Lastimpedanz einer Hochfrequenz-(HF)-Last zum Zweck der Messung der resultierenden Leistung von HF-Leistungsgeräten für große Signale und extreme Bedingungen. Das zu testende Gerät könnte ein HF-Leistungsverstärker mit einer typischen 50-Ohm-Impedanz sein, was der nominalen Leitungsimpedanz entspricht. Load-Pull-Messungen ermöglichen die Beobachtung von Schaltungseigenschaften, die bei der Verbesserung des Designs einer Schaltung für eine bessere Leistung unter extremen Signalbedingungen und Betriebsbedingungen nützlich sind.

In der Funkelektronik wird ein HF-Leistungsverstärker idealerweise bei seiner Mittenfrequenz als rein resistiv bewertet. Ein HF-Verstärker ist für den Betrieb in einem bestimmten Frequenzbereich ausgelegt, daher sind Leistungsmessungen bei anderen Frequenzen als der Mittenfrequenz erforderlich. Normalerweise ist die Leistung an den Extremen des Frequenzbereichs verringert. Die extrem niedrigsten und höchsten Frequenzen für den Bereich können zu einer Verstärkerverstärkung führen, die die Hälfte der Mittenfrequenz beträgt.

Load Pull ändert die Impedanz der Last zum Testen von Leistungsverstärkern, während Source Pull die Ausgangsimpedanz der Signalquelle ändert. Beispielsweise könnte die Ausgangsimpedanz eines Leistungsverstärkers modifiziert werden, um die resultierenden Leistungsübertragungseigenschaften zu messen. Dies könnte die Messung der Übertragungseffizienz umfassen, indem das Verhältnis der tatsächlichen Leistung, die die Last erreicht, zur tatsächlichen Leistung, die vom Sender gesendet wird, bestimmt wird. Der harmonische Lastzug berücksichtigt die Ausgangsimpedanz und die Leitungsimpedanz bei Oberwellen, bei denen es sich um Frequenzen handelt, die ein Vielfaches der Betriebsfrequenz sind. Zum Beispiel ist die doppelte Betriebsfrequenz die zweite Harmonische, während die dreifache Betriebsfrequenz die dritte Harmonische ist.

Die Impedanzanpassung zwischen dem Funksender und der Übertragungsleitung erfordert elektrische Bedingungen, die die kapazitiven und induktiven Eigenschaften sowohl des Funksenderausgangs als auch des Senders beinhalten. Die kapazitive Reaktanz in einer Schaltung wird durch die Nähe von Schaltungsknoten verursacht, die durch die Spannungsdifferenz ein elektrostatisches Feld erzeugen. Das Ergebnis ist eine Tendenz, dass die Spannung dem Stromfluss nacheilt. Dieser Mechanismus macht es notwendig, die kapazitiven Effekte mit induktiven Elementen in der Schaltung zu kompensieren. Das induktive Element kann konzentrierte Induktivitäten sein oder kann aufgrund der Längen der Schaltungsdrähte oder Kupferspuren eine verteilte Induktivität aufweisen.

Ein Werkzeug namens Smith-Diagramm unterstützt den Prozess der Impedanzanpassung. Das Smith-Diagramm zeigt die rein ohmsche Schaltung sowie die beiden Fälle, in denen eine Reaktanz dominiert. Eine Schaltung kann kapazitiv oder induktiv sein, wenn sie nicht rein ohmsch ist. In einer rein ohmschen Schaltung absorbiert die Last die gesamte Eingangsleistung. Load-Pull-Messungen können sicherstellen, dass die Leistung der Schaltung bei kleinen und großen Signalpegeln unter Berücksichtigung von Kriterien wie Übertragungseffizienz und Oberwellenausgang akzeptabel ist.