测试仪表如何满足包络跟踪放大器的需求

移动通信技术从2G时代的GSM/EDGE发展到3G时代的WCDMA/TD-SCDMA/CDMA2000,再到目前的研究热点LTE/LTE-A，高阶调制、多载波等新技术的应用，使得网络所支持的数据速率越来越高，与此同时信号的峰均比（PAR）也越来越大。而传统的固定电源功率放大器在高峰均比、高功率情况下，工作效率很低，从而导致很大一部分能量浪费了，尤其是对于终端的电池寿命影响很大。

与传统的固定电源功放相比，包络跟踪放大器可以与射频信号的包络同步地改变放大器电源电压，从而提高包络跟踪功放的效率。所以，更多的功放厂商开始支持包络跟踪技术，来减少功率消耗，比如应用在智能手机上的功放。

典型的功放测试系统由一台信号源和一台频谱分析仪组成，不过对于包络跟踪放大器测试，需要一台额外的信号源提供包络信号给放大器的直流调制器。罗德与施瓦茨公司的矢量信号源SMW200A，一台仪表就可以同时提供射频信号和包络信号给包络跟踪放大器，同时配合矢量信号分析仪FSW就可以对包络跟踪放大器的功放效率、邻带泄露特性、调制特性等指标进行分析测量，如果加装相应的数字预失真选件，该套测试环境还可以对放大器进行相应的预失真测试。

包络跟踪技术基础

现 代通信系统中的数字调制信号比如LTE/LTE-A 都有很高的峰均比，至少会有几个dB。也就是说LTE的瞬时信号功率随着时间的变化会有很大的变化，为了防止功放工作在饱和区域，所以需要给传统的功放提 供一个很高的直流电压。这样，当功放工作在低输出功率时，会造成很多能量以散热的方式浪费了。

包络跟踪技术的应用，有效地克服了这个问题。理想的包络跟踪技术可以根据射频信号的包络，动态的调节给功放的供电电压，从而使得功放的效率大大提高。以移动终端为例，应用了包络跟踪技术的功放，可以使得电池的寿命大大延长。

图1给出了传统功放与包络跟踪放大器的基本原理差别。

图1：传统功率放大器和包络跟踪放大器基本原理图。

从图1可以看出，对于传统的功率放大器直接把基带的IQ数据上变频之后，以射频形式提供给功放，同时功放需要一个恒定的直流电压供电。但是，对于包络跟踪放大器，除了提供射频信号之外，还需要把相应基带信号的包络下列公式提供给直流调制器，以便提供可变的直流电压给功放。

为了使直流调制器更有效地工作，需要把直接的包络信息A经过一定的赋形处理，比如线性、查找表、多项式、Detroughing等。同时，为了使功放能够正 常有效地工作，到达功放的射频信号和调制直流电压需要严格的时间对齐，如果两者的时间存在一定的误差，就会导致功放输出信号的调制质量变差。

包络跟踪测试方案

罗德与施瓦茨公司针对包络跟踪放大器提 供了完整的测试方案，矢量信号源SMW200A可以提供测试所需的射频信号和包络信号，矢量信号分析仪FSW可以对放大器输出的射频信号以及直流调制器输 出的电压和电流进行测量，同时SMW200A和FSW可以由运行在PC机上的测试软件FS-K180PC进行控制，自动完成包络跟踪的测试。

SMW200A 可以实时产生各种通信制式的标准信号，也可以加载客户自定义的ARB文件。同时，SMW200A的IQ Analog模块可以输出相应的包络信号，并且可以适配直流调制器的电压范围、偏压、增益、阻抗等特征参数。在包络跟踪测试过程中，还需要对包络信号进行 赋形，SMW200A支持线性、查找表、多项式和Detroughing等赋形方式；射频信号和调制电压是否同步，对包络跟踪的效果至关重 要，SMW200A支持包络信号和射频信号之间可调整的时延范围是，可以轻松满足同步的需要。

FSW具有良好的射频指标，可以对放大器的频域特性进行测试，同时可以分析各种通信标准信号的调制质量（EVM、频谱误差等），如果加装模拟IQ输入选件，还可以对直流调制器输出电压和电流进行测试。

FS- K180PC软件可以通过网络接口控制SMW200A和FSW，来完成包络跟踪和数字预失真的自动测试。该软件可以测试常规的频域信息，比如PA输出信号 的功率、ACLR等；测试信号的调制质量，比如EVM、IQ Offset、IQ Imblance等；测试包络信号和射频信号的时域关系；同时还可以测试放大器的AM-AM，AM-PM特性，并且可以通过软件中的“Update DPD on SMW”功能实时对SMW200A中的信号进行数字预失真补偿，使PA工作在线性区域。

本文使用罗德与施瓦茨公司的测试设备和软件，对实际的包络跟踪放大器进行测试，现场测试连接如图2所示：

图2：包络跟踪放大器测试连接图。

测试结果及说明

包络跟踪技术可以使工作在高功率输出状态下的放大器减 少功率损耗，提高功放效率。以该测试为例，当我们使用上行10MHz 带宽的FDD LTE信号作为放大器的输入，其输出平均功率约为25dBm，此时与传统的恒定电压供电放大器相比，使用包络跟踪技术可以使其功放效率提高20%左右。同时，FS-K180PC软件还可以对放大器的EVM、ACLR等射频指标进行测试，也可以测试出进放大器射频信号与包络电压之间的时域关系，具体结果如图3所示。

图3：包络跟踪放大器测试结果。

从测试结果图中可以看出，FS-K180PC软件同时可以对放大器的预失真效果进行测试和补偿，FSW测试出放大器的AM-AM、AM-PM特征，会自动生 成相应的查找表，SMW200A支持实时的修改数字预失真查找表，无需重新生成信号即可实现数字预失真功能，通过激活该功能可以使放大器的线性截止点提高3个dB左右。

小结

本文介绍了罗德与施瓦茨公司针对包络跟踪放大器完整的测试方案，最新的矢量信号源SMW200A是业界第一台同时支持射频信号和包络信号输出的测试仪表，大大提高了测试效率，减轻了测试复杂度。同时，其分析软件基于矢量信号分析仪FSW可以测量包络跟踪放大器测试所需的所有指标，包括功放效率、射频指标等。