-
Hochfrequenzverstärkeranordnung mit zwei einander parallel geschalteten
Verstärkerzweigen Die Erfindung bezieht sich auf eine Hochfrequenzverstärkeranordnung.
Sie ist nicht beschränkt, jedoch besonders anwendbar auf solche Anordnungen, mit
denen eine Verstärkung auf eine hohe Ausgangsleistung erzielt werden soll, wie dies
beispielsweise auf die Leistungsstufen von Hochfrequenzsendeanlagen zutrifft.
-
Bei der Anpassung von Verstärkerstufen großer Ausgangsleistung an
den inneren Widerstand ihrer Steuerspannungsquelle ergeben sich häufig Schwierigkeiten,
wenn diese Stufen unter wechselnden Arbeitsbedingungen betrieben werden müssen,
bei denen sie veränderliche Eingangsimpedanzen aufweisen. Diese Schwierigkeit ist
besonders bei einem Gitterbasisverstärker 'gegeben, dessen Eingangsimpedanz in ganz
besonderem Maße durch Änderungen der Elektrodenspannungen, der Resonanzfrequenz
und der Größe der Steuerspannung beeinflußt wird. Infolgedessen hat es sich als
äußerst schwierig erwiesen, zwischen einem solchen Gitterbasisverstärker und seiner
Steuerspannungsquelle eine gute Impedanzanpassung herzustellen, besonders, wenn
in derselben Verstärkerstufe gleichzeitig eine Modulation ausgeübt werden soll.
-
Neben Kompromißlösungen des Problems, die darin bestehen, daß zur
korrekten Impedanzanpassung Abstimmelemente verwendet werden oder dem Verstärkereingang
ein unveränderlicher Dämpfungswiderstand parallel geschaltet wird, sind Schaltungen
bekannt, die die Nachteile der erwähnten Kompromißlösungen, nämlich Schmalbandigkeit
im Falle und Steuerleistungsverlust im andern, vermeiden.
-
Bei einer dieser Schaltungen (schweizerische Patentschrift 323 474)
wird die Steuerleistung mit einer Verzweigungsschaltung aufgeteilt und zwei Verstärkerzweigen
zugeführt. Die Ausgangsleistung dieser Verstärker wird in einer sogenannten Ausgleichsvorrichtung
wieder zusammengefaßt. Die Fig. 1 der Zeichnung zeigt das Blockschaltbild einer
so aufgebauten Hochfrequenzverstärkeranordnung. Die verwendeten Verzweigungsschaltungen
bzw. Ausgleichsvorrichtungen sind unter dem Namen »Magisches T« bekannt. Diese Schaltung
besteht aus einer geschlossenen Leiterschleife mit einer gesamten elektrischen Länge
von sechs Viertelwellenlängen, in die vier Zuführungsleitungen in solchen Abständen
münden, daß zwischen einer Leitung und zwei anderen eine Kopplung vorhanden ist,
während zwischen der ersten Leitung und der verbleibenden Leitung keine Kopplung
besteht. Sie eignet sich gleich gut als Verzweigungsschaltung zur Aufteilung einer
Leistung auf zwei Verbraucher, wobei die beiden Verbraucher gegeneinander entkoppelt
sind, und als Zusammenführungsschaltung (mit umgekehrtem Leistungsfluß), in der
die Leistung zweier Generatoren einem Verbraucher zugeführt wird, ohne daß sich
die Generatoren gegenseitig beeinflussen. Die Leitungen L1, I2, L3, L4 von
den Verzweigungsschaltungen TI, T2 zu den Verstärkern A,, AZ sind
so bemessen, daß sich die elektrischen Längen der Wege zwischen den beiden Verstärkern
und einer Verzweigungsschaltung bei der Betriebsfrequenz um eine ungerade Zahl von
Viertelwellenlängen unterscheiden. Auf diese Weise wird erreicht, daß Reflexionen
an den Verstärkereingängen und -ausgängen, hervorgerufen durch Fehlanpassung, gegenphasig
an den Klemmen 3, 4
bzw. 5, 6 der Verzweigungsschaltung T1 bzw. T2 erscheinen
und sich damit am Eingang 1 bzw. Ausgang 8 gegenphasig überlagern und so wenigstens
zum größten Teil auslöschen, während sie sich am Ausgleichswiderstand R1 bzw. R2
gleichphasig überlagern und vernichtet werden.
-
Die Erfindung macht es sich zur Aufgabe, eine solche vorteilhafte
Hochfrequenzverstärkeranordnung zu vereinfachen und gleichzeitig den Arbeitsfrequenzbereich
zu verbreitern.
Dieses Ziel wird erreicht, indem bei einer solchen
Hochfrequenzverstärkeranordnung mit zwei einander parallel geschalteten Verstärkerzweigen,
deren getrennte Eingänge mit einer gemeinsamen Steuerspannungsquelle über eine ring"f"örmige
Eingangsverzweigungsschaltung und deren Ausgänge mit dem gemeinsamen Verbraucher
über eine ähnliche ringförmige Ausgangsverbindungsschaltung gekoppelt sind, welche
Eingangs- und Ausgangsschaltung außer je zwei mit den Eingängen bzw. Ausgängen der
Verstärkerzweige verbundenen Anschlüssen und je einem mit der Steuerspannungsquelle
bzw. dem gemeinsamen Verbraucher verbundenen Anschluß je einen weiteren Anschluß
für einen Absorptionswiderstand und zwischen den genannten Anschlüssen Zweige einer
elektrischen Länge gleich einem ungeraden ganzzahligen Vielfachen einer Viertelwellenlänge
unter Einschluß des Multiplikators Eins aufweisen, wobei die Summen der elektrischen
Weglängen zwischen der Steuerspannungsquelle und den beiden Eingängen ebenso wie
die Su--imen der elektrischen Weglängen zwischen den beiden Ausgängen und dem Verbraucher
sich um eine ungerade Anzahl von Viertelwellenlängen voneinander unterscheiden,
erfindungsgemäß die Verzweigungsschaltung am Eingang und vorzugsweise auch die Verbindungsschaltung
am Ausgang der Verstärker zum sogenannten H-Typ gehören, deren vier ringförmig verbundenen
Zweige sämtlich je eine Viertelwellenlänge lang sind, die in den Längszweigen der
Ringe liegenden Leitungen einen Wellenwiderstand ZO/r2 und die in den Querzweigen
der Ringe liegenden Leitungen einen Wellenwiderstand ZO aufweisen, und die Eingänge
und vorzugsweise auch die Ausgänge über Verbindungsleitungen von untereinander gleicher
elektrischer Länge mit einander benachbarten Anschlüssen des zugehörigen Ringes
verbunden sind.
-
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf Fig. 2 der Zeichnung
beschrieben, die ein Blockschaltbild einer bevorzugten Ausführungsform einer Hochfrequenzverstärkeranordnung
nach der Erfindung darstellt.
-
Die elektrischen Längen und die Wellenwiderstände der Arme der Ringschaltungen
H1 und H2 vom H-Typ sind in der Zeichnung in Bruchteilen der Arbeitswellenlänge
.? bzw. Bruchteilen des Anpassungswiderstandes Zfl angegeben. Im Falle einer bestimmten
Ausführungsform enthalten diese Ringschaltungen vier Leitungen, und zwar entweder
Koaxialleitungen oder Hohlleitungen, von denen jede eine elektrische Länge gleich
einer Viertelwellenlänge besitzt. Diese vier Leitungen bilden eine geschlossene
Leiterschleife, in der die Leitungen abwechselnd den Wellenwiderstand Zolg und 4
aufweisen. Die gemeinsame Steuerspannungsquelle und der Absorptionswiderstand R1
bzw. der gemeinsame Verbraucher und der Absorptionswiderstand R2 sind dabei an zwei
einander benachbarten Verbindungspunkten 1 und 2 bzw. 7 und 8 des Ringes und die
Verbindungsleitungen zu den Verstärkerzweigen an den beiden anderen benachbarten
Verbindungspunkten 3 und 4 bzw. 5 und 6 angeschlossen.
-
Die Hochfrequenzenergie gelangt von der in der Zeichnung nicht dargestellten
Quelle zu dem Verbindungspunkt 1 der Ringschaltung Hl und über die Arme der Ringschaltung
zu den Verbindungspunkten 3 und 4, an denen auf Grund der Eigenschaften der
Ringschaltung unmittelbar gegeneinander um 90° phasenverschobene Steuerspannungen
auftreten, welche über die gleich langen Leitungen L5 und 4 zu den Verstärkern
A1 und A2 übertragen werden. Der Verbindungspunkt 2 der Ringschaltung Hl
ist mit dem angepaßten Absorptionswiderstand R1 verbunden. Man erkennt, daß im Falle
von Reflexionen an den Eingängen der Verstärker A1 und Az die reflektierten Hochfrequenzwellen
bei dem Verbindungspunkt 1 in Gegenphase zueinander eintreffen und sich gegenseitig
auslöschen. Bei dem Verbindungspunkt 2 treffen die reflektierten Wellen jedoch in
gleicher Phase ein und werden daher in dem Absorptionswiderstand R1 vernichtet.
-
Die Ausgänge der Verstärker Ar und A2 sind über die gleich langen
Leitungen h und 4 mit einer weiteren Ringschaltung vom H-Typ H2 verbunden, welche
ebenso aufgebaut ist wie die Ringschaltung Hl. Die Leitungen h und L$ sind dabei
mit einander benachbarten Verbindungspunkten 5 und 6 dieser Ringschaltung verbunden.
Ein weiterer Verbindungspunkt 8 ist mit dem gemeinsamen Ausgangskreis R und der
Verbindungspunkt 7 mit dem Ausgleichwiderstand R2 verbunden. Die Ausgangsströme
der Verstärker A1 und A2 weisen gegeneinander eine Phasenverschiebung von 90° auf
und erfahren in der Ringschaltung H2 eine weitere Phasenverschiebung von gleicher
Größe, so. daß sie sich in dem gemeinsamen Ausgangskreis in gleicher Phase zusammensetzen.
Treten an dem gemeinsamen Ausgangskreis Reflexionen auf, so spaltet sich die zurücklaufende
Hochfrequenzwelle in der Ringschaltung H2 in zwei Komponenten auf, welche an den
Verstärkerausgängen mit einer gegenseitigen Phasenverschiebung von 90° erscheinen.
Die Teilwellen werden an den Verstärkerausgängen wiederum reflektiert, erfahren
eine weitere Phasenverschiebung gegeneinander durch die Eigenschaften der Ringschaltung,
und zwar in solcher Weise, daß die beiden Wellenanteile sich an dem gemeinsamen
Ausgangskreis gegenseitig auslöschen und sich an der Anschlußstelle des Ausgleichswiderstandes
R2 in gleicher Phase superponieren, so daß sie in dem Widerstand R2 vernichtet werden.
-
Es ist ein schätzbarer Vorzug einer nach der Erfindung ausgebildeten
Hochfrequenzverstärkeranordnung, daß unter der Voraussetzung, daß die beiden Verstärkerteile
einander gleichen, überhaupt keine reflektierte Energie zu der Steuerspannungsquelle
zurückkehrt. Diese ist daher unter allen Umständen an ihren äußeren, durch die Verstärkereingänge
gebildeten Widerstand exakt angepaßt. Wenn die Verstärker verschieden sind, so daß
sie auch verschiedene Eingangswiderstände aufweisen, wird die sich dadurch für die
Steuerspannungsquelle ergebende Fehlanpassung wesentlich kleiner, als sie es ohne
die Anwendung der Erfindung sein würde.
-
Der Vorzug der erfindungsgemäßen Hochfrequenzverstärkeranordnung gegenüber
ähnlich wirkenden Schaltungsanordnungen, insbesondere der eingangs beschriebenen,
ist die wesentliche Vereinfachung des Schaltungsaufbaues und die verbesserte Breitbandwirkung
der Anordnung, denn die H-förmigen Verzweigungsschaltungen enthalten weniger A/4-Glieder,
so daß sie bei einfacherem Aufbau leichter für eine gute Breitbandwirkung bemessen
werden können, die Verbindungsleitungen zwischen den Ein- und Ausgängen der Verstärker
und den vorfabrizierten und abgeglichenen Verzweigungsschaltungen können untereinander
gleich
lang sein - dabei spielt die absolute Länge der Verbindungsleitungen keine Rolle,
wenn sie nur gleich lang oder paarweise gleich lang sind, diese Möglichkeit ergibt
sich dadurch, daß die H-förmigen Verzweigungsschaltungen an ihren Enden ohne weiteres
die geeignete Phasenverschiebung aufweisen -, so daß wegen des Fortfalls der @/4-Differenzglieder
in den Verbindungsleitungen die angestrebte Kompensation der Reflexionsenergie von
der Einstellung solcher Glieder auch nicht mehr abhängig ist.
-
Bei Anwendung der Erfindung ergibt es sich, daß auch Gitterbasisverstärker
ohne Störung der Anpassung in bezug auf die vorausgehende Treiberstufe einer Modulation
unterworfen werden können.