Load-Pull-Messungen mit digital-modulierten Signalen der

Im Rahmen der sich ausbreitenden Digitalisierung ist die Forderung nach mehr Bandbreite in aller Munde. Das Schlagwort ist allerdings ein umgangssprachlicher Begriff, welcher nicht korrekt verwendet wird. Gemeint ist dabei vielmehr die Übertragungsrate. Bandbreite beschreibt im eigentlichen Sinn den Frequenzumfang, für den ein System ausgelegt wurde. Die Übertragungsrate ist mittlerweile zu einem Standortfaktor für Unternehmen geworden und kann als ein Merkmal der Infrastruktur angesehen werden. Für manche Unternehmen ist eine hohe Übertragungsrate unerlässlich um wettbewerbsfähig zu bleiben. Aus technischer Sicht gibt es verschiedene Ansätze zur Steigerung der Übertragungsrate. Zunächst wird versucht, ohne Veränderungen der Hardware eine kostengünstige Verbesserung zu erzielen. Beispielsweise lässt sich eine Steigerung auf dem Weg der Modulation realisieren, indem mehrere Trägerfrequenzen verwandt werden. Letztlich ist eine Optimierung der Hardware trotzdem notwendig. Ursächlich für niedrige Übertragungsraten sind momentan noch die Netze. Die Empfangseinheiten sind längst für höhere Geschwindigkeiten konzipiert. Sie enthalten neben der Antenne einen Hochfrequenzverstärker, der die schwachen Antennensignale zur anschließenden Demodulation und weiteren Verarbeitung verstärkt. Hohe Frequenzen produzieren in den Leistungsverstärkern große Verlustleistungen aufgrund der Häufigkeit von Umladevorgängen. Daraus resultieren schlechte Wirkungsgrade. Doch nicht nur an die Übertragungsrate, sondern auch an den Wirkungsgrad werden hohe Anforderungen gestellt. Dahinter steht der Bedarf an Mobilität. Von Smartphones und Tablets wird die Fähigkeit erwartet, mit hoher Geschwindigkeit umfangreiche Datenmengen zu laden. Gleichzeitig wird eine maximale Akkulaufzeit gefordert. Im Mittelpunkt dieser Arbeit steht die optimale Betriebsweise von Hochfrequenzverstärkern. Die Verstärker selbst wurden von den Herstellern optimiert. Darüber hinaus wirkt sich die Auswahl der Betriebsparameter sehr stark auf den Wirkungsgrad und die Verzerrung und damit auf die Signalqualität aus. Aufgabe dieser Arbeit ist es, diverse Messungen mit Hochfrequenzverstärkern durchzuführen um daraus die optimale Einstellung der Betriebsgrößen zu ermitteln. Die Messungen erfolgen zunächst mit vier vorgefertigten Verstärkern. Darüber hinaus wird ein Verstärker auf der Basis eines Verstärker-ICs auf einer Leiterplatte selbst hergestellt, mit welchem anschließend die selben Messungen erfolgen. Die Messungen erfolgen mit drei unterschiedlichen Typen von Eingangssignalen: -CW-Signalen entsprechend Sinus-Signalen. -Zweitonmessungen. Zwei Sinus-Signale unterschiedlicher Frequenz am Eingang. -Digitale Telekommunikationsstandards. Alle nachfolgend genannten Messungen werden im Laufe der Dokumentation erklärt. Im CW-Fall werden Load-Pull- und Power-Sweep-Messungen durchgeführt. Es folgen Spektralmessungen zur Bewertung der harmonischen Oberwellen bei Einton-Ansteuerung. Im Zweiton-Fall werden Spektralmessungen im Bereich der Grundfrequenzen und anschließend im Bereich der harmonischen Oberwellen durchgeführt. Auf diese Weise sollen Intermodulationsprodukte bewertet werden. Ebenfalls im Zweiton-Fall erfolgen Load-Pull- Messungen. Die Betrachtung des Spektrums erfolgt unter Variation der Last. Die Auswirkung der Last auf den Störabstand wird dabei untersucht. Im Fall der digitalen Ansteuerung werden unter verschiedenen Betriebsgrößen Messungen der Nachbarkanalleistung durchgeführt. Der Ausdruck Load-Pull-Messung hat verschiedene Bedeutungen. Zum einen werden mit Load-Pull-Messungen umgangssprachlich sämtliche Messungen bezeichnet, die zur Charakterisierung von Hochfrequenzverstärkern dienen. Zum anderen steht Load-Pull- Messung für ein Messverfahren, bei welchem die Lastimpedanz variiert wird. Die letztgenannte Load-Pull-Messung stellt die zentrale Messung in dieser Arbeit dar. Um ihre Bedeutung verständlich zu machen ist eine Auseinandersetzung mit den Grundlagen der Hochfrequenztechnik von Nöten. Im Folgenden werden all jene Aspekte der Hochfrequenztechnik behandelt, die zum Verständnis der Messungen dieser Arbeit notwendig sind