DE1209173B - Verteilungsverstaerker fuer elektrische Hochfrequenzschwingungen - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

int. Ci.:

H03f

Deutsche Kl.: 21 a4 - 29/01

Nummer: 1209 173

Aktenzeichen: N 23137IX d/21 a4

Anmeldetag: 7. Mai 1963

Auslegetag: 20. Januar 1966

Die Erfindung betrifft einen Verteilungsverstärker für elektrische Hochfrequenzschwingungen unter Verwendung von Transformatoren mit bifilaren Primär- und Sekundärwicklungen, insbesondere für breite Frequenzbänder, z. B. Antennenverteilerverstärker. Solche Verstärker werden z. B. dazu benutzt, die Antennenenergie einer Anzahl verschiedener Funkbzw. Fernsehempfänger zuzuführen. Diese Empfänger müssen auf verschiedene Stationen abstimmbar sein und sollen sich nicht gegenseitig stören.

Die Anforderungen für den Verteilungsverstärker sind somit:

1. daß Signale in einem breiten Frequenzband, z. B. 1 bis 30 MHz, verstärkt werden können,

2. daß eine vernachlässigbare Rückwirkung zwischen den Ausgängen auftritt und

3. daß ein Mindestmaß an Rauschen und Intermodulation erreicht wird.

Die Erfindung bezweckt, einen Verstärker eingangs erwähnter Art zu schaffen. Sie hat das Merkmal, daß die Hochfrequenzschwingungen über die Primärwicklung eines ersten Transformators der Eingangselektrode, vorzugsweise der Emitterelektrode, eines ersten Transistors zugeführt sind, der ein erstes Ausgangssignal liefert, während die Sekundärwicklung in Reihe mit der Primärwicklung eines zweiten Transformators zwischen die Eingangselektrode eines zweiten Transistors und Masse geschaltet ist, der ein zweites Ausgangssignal liefert, usw.

Der Erfindung liegt unter anderem die Erkenntnis zugrunde, daß es mit Rücksicht auf ein geringes Rauschen und geringe Intermodiilation am vorteilhaftesten ist, wenn alle Transistoren mit ihren Eingangskreisen mit der Signalquelle in Reihe geschaltet sind. Zu diesem Zweck muß jeder Transistor mit einem Trenntransformator versehen werden, wobei die Primärwicklungen dieser Trenntransfonnatoren mit der Signalquelle in Reihe geschaltet werden müssen. Schalttechnisch hat dies den Nachteil, daß die Erdkapazitäten der Transformatorwicklungen sowie ihre Selbstinduktionen unerwünschte Reflexionen der zu übertragenden Signale bewirken können.

Die Erfindung benutzt Transformatoren mit Bifilarwicklungen, wie diese in einem Aufsatz von Ruthroff in »Proc. I.R.E.« vom August 1959, S. 1337ff., beschrieben sind. Durch eine solche Wickhingsweise wird erreicht, daß die Signale, welche einen Transformator durchlaufen müssen, nicht auf unerwünschte Weise reflektiert werden. Solche Transformatoren haben nämlich die Eigenschaft, daß sie sich als ein Jdealtransformator in Reihe mit einer Übertraaunüs-

Verteilungsverstärker für elektrische
Hochfrequenzschwingungen

Anmelder:

N. V. Philips' Gloeilampenfabrieken,

Eindhoven (Niederlande)

Vertreter:

Dipl.-Ing. E. E. Walther, Patentanwalt,

Hamburg 1, Mönckebergstr. 7

Als Erfinder benannt:

Raphael Isidoor Gabriel Bosselaers,

Cornells Arie Schipper, Hilversum (Niederlande)

Beanspruchte Priorität:

Niederlande vom 11. Mai 1962 (278 386)

leitung (Lecherleitung) verhalten. Infolge ihres niederohmigen Abschlusses durch die Eingangsimpedanz der Transistoren kann erreicht werden, daß plötzliche Unterbrechungen (»dips«) in der flachen Übertragungskennlinie infolge Reflexionsdämpfungen für die laufende Welle vermieden werden. Ihr wesentlicher Zweck ist jedoch, eine unerwünschte Erhöhung des Rauschens zu verhüten, was weiter unten erläutert wird.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher

erläutert, die in F i g. 1 im Prinzip und in F i g. 2 mit näheren Einzelheiten ein Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellt.

Nach F i g. 1 werden die zu verstärkenden. Signale, z. B. Hochfrequenzschwingungen, von einer Antenne über die Primärwicklung eines ersten Transformators56 der Emitter-Eingangselektrode eines ersten Transistors 57 zugeführt, dessen Basis geerdet ist und dessen Kollektorkreis ein erstes Ausgangssignal liefert. Die Sekundärwicklung des Transformators 56 ist in Reihe mit der Primärwicklung eines zweiten Transformators 59 zwischen die Eingangselektrode eines zweiten Transistors 60 und Masse eingeschaltet, der ein zweites Ausgangssignal liefert. In entsprechender Weise sind weitere Eingangslransformatoren, z. B. 61, mit weiteren Transistoren, z. B. 72, in Reihe geschaltet, derart, daß jeweils die Sekundärwicklung jedes Transformators mit der Primärwicklung des nächsten Transformators und der Eingangselektrode eines ein weiteres Ausgangssignal liefernden Transistors in Reihe geschaltet

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ist. Schließlich ist die Sekundärwicklung des letzten Kollektorkreis aufgenommen, so würde das Eingangs-Transformators 73 an den Eingangskreis des Tran- rauschen und die Intermodulation jedes PufFersistorverstärkers 74 angeschlossen, dessen Ausgang Verstärkers infolge der parallel zu diesen wirksamen mit dem letzten der zu speisenden Empfänger ver- niedrigen Eingangsimpedanz der anderen Pufferbunden ist. 5 verstärker erhöht werden. Daher werden alle Eingangs-

F i g. 2 zeigt einen in Gegentaktschaltung arbei- kreise der Pufferverstärker effektiv (über die Tran-

tenden Verstärker nach der Erfindung mit näheren formatoren 6, 9, 11, 13) in Reihe in den gemeinsamen

Einzelheiten. Dort werden die zu verstärkenden Kollektorkreis der Transistoren 4, 5 aufgenommen.

Signale einer Quelle 1, z. B. einer Antenne, über eine Die erwähnten Transformatoren müssen dabei

angepaßte Leitung einem ersten Transformator 2, io nicht nur eine Breitbanddurchlaßkennlinie aufweisen,

vorzugsweise einem Ringkerntransformator, zugeführt. sondern sollen, von den Emittern der Pufferverstärker

Die Ausgangssignale des Transformators 2 werden (7, 8, 10, 12, 14) her gesehen, keine unerwünschte

einem ersten Verstärker 3 zugeführt, der zwei parallel- Reihenresonanz nach Erde aufweisen. Von diesen

geschaltete Transistoren 4 und 5 enthält. Der Aus- Emittern her gesehen, bildet der gemeinsame Kollektor-

gangssignalstrom des Verstärkers 3 wird über die 15 kreis der Verstärker 4, 5 eine Stromquelle mit hohem

Primärwicklung eines Transformators 6 nach der Innenwiderstand, der erheblich höher ist als der für

Eingangselektrode der parallelgeschalteten Tran- Minimalrauschen (z. B. 1,6 db) gewünschte optimale

sistoren 7 und 8 geführt, die ein erstes Ausgangssignal Widerstand (z. B. 200 Ohm). Die folglich auftretende

liefern. Durch die Parallelschaltung der Transistoren 4 Erhöhung des Rauschens ist jedoch gering (z. B. 0,2 db)

und 5 bzw. 7 und 8 wird erreicht, daß der Signalstrom 20 im Vergleich zu der Erhöhung des Rauschens (z. B.

sich über beide Transistoren verteilt, wodurch die um einige Dezibel), wenn die Emittereingangskreise

Intermodulationsverzerrung verringert wird. Wenn der Transistoren 7 und 8 infolge einer (unerwünschten)

Transistoren zur Verfügung stehen, die einen hohen Reihenresonanz niederohmig (z. B. einige zehn Ohm)

Gleichstrom führen können, genügt ein einziger werden würden. Dies gilt auch für die Intermodulation.

Transistor pro Stufe. 25 Bei der besonderen Ausführung des Transformators 6

Die Wicklungen des Transformators 6 sind bifilar als Ringkerntransformator mit Bifilarwicklungen wird auf einem Ringkern angebracht, wie dies im oben- diese Reihenresonanz vermieden. Eine solche Auserwähnten Artikel »Proc. I. R. E.« beschrieben ist. führung ist nicht notwendig für den Transformator 2, Durch passende Wahl des Wicklungssinnes der da dieser sowohl primär als auch sekundär so stark Sekundärwicklung des Transformators 6 wird erreicht, 30 belastet ist, daß keine unerwünschten Resonanzdaß der Wellenwiderstand des Transformators 6 für erscheinungen auftreten, die eine solche unerwünschte den Ausgangsstrom des Verstärkers 3 sehr gering ist, Rauscherhöhung hervorrufen können,
z. B. 5 bis 20 Ohm, während die Impedanz der Primär- Der Erdungspunkt der Sekundärwicklungen der bzw. Sekundärwicklung des Transformators 6 an sich Transformatoren 6, 9, 11, 13 ist derart gewählt (im z. B. 100 μΆ beträgt, d. h. bei der niedrigsten Signal- 35 Gegensatz zu dem vorerwähnten Artikel in »Proc. frequenz (1 MHz) 600 Ohm. Folglich ergibt sich eine I. R. E.«), daß alle Transformatoren die gleiche kennreflexionsfreie Energieübertragung von dem Ausgang zeichnende Impedanz für die hindurchgehenden Wellen des Verstärkers 3 auf den Eingang des Verstärkers 7, 8, aufweisen. Zu diesem Zweck ist dasjenige Ende der während gleichzeitig ein Teil der Energie nach der Sekundärwicklungen, das dem mit den Emittern der Sekundärwicklung des Transformators 6 abgeführt 40 Folgeverstärker (7, 8, 10, 12, 14) verbundenen Ende wird. der Primärwicklungen am nächsten liegt, geerdet.

Diese Sekundärwicklung des Transformators 6 liegt Zur Balancierung ist in den Ausgang des Transin Reihe mit der Primärwicklung eines ähnlichen, mit formators 2 noch ein Umkehrtransformator 16 ein-Bifilarwicklungen versehenen Ringkerntransformators 9 gefügt, der ein gegenphasiges Signal an den Eingang und dem Eingangskreis eines auf ähnliche Weise wie 45 eines Verstärkers 17 zuführt, der dem Verstärker 3 der Verstärker 7, 8 ausgebildeten Transistorver- vollkommen ähnlich ausgebildet ist. Der Ausgang des stärker 10. Der Transistorverstärker 10 bildet dabei Verstärkers 17 führt wieder über die Primärwicklung einen reflektionsfreien Abschluß für den Trans- eines den Transformatoren 6, 9 usw. entsprechenden formator9, wobei ein Teil der Signalenergie wieder Transformators mit Bifilarwicklungen nach dem Einvon der Sekundärwicklung des Transformators 9 50 gang eines Transistorverstärkers 18, der dem Tranabgenommen wird. Diese Sekundärwicklung führt sistorverstärker 7, 8 vollkommen ähnlich ist. Die wieder über die Primärwicklung eines ähnlichen, Ausgänge dieser Verstärker werden durch einen Gegenweiteren Transformatiors 11 nach dem Eingang eines takt-Umkehrtransformator 19 kombiniert, und die nächstfolgenden Verstärkers 12. Schließlich wird die Ausgangssignale werden darauf über einen Impedanz-Sekundärwicklung des letzten dieser Transformatoren 55 transformator 20 dem Eingangskreis des anzu-13 an den Eingangskreis des Transistorverstärkers 14 schließenden Empfängers zugeführt. Die Umkehrangeschlossen, dessen Ausgang an den letzten der zu transformatoren 16 und 19 und der Impedanzspeisenden Empfänger angeschlossen ist. transformator 20 sind auch entsprechend den im

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß erwähnten Artikel in »Proc. I. R. E.« angegebenen bei Einfügung von Querwiderständen in den gemein- 60 Anweisungen als Ringkerntransformatoren mit Bifilarsamen Kollektorkreis der Transistoren 4 und 5 das wicklungen ausgebildet. Letzterer Transformator erRauschen und die Intermodulation lediglich erhöht höht den Signalstrom, der dem Empfänger zur Verwerden. Es ist somit erwünscht, die in diesem Kollektor- fügung gestellt werden kann, und somit den Verkreis wirksame Impedanz im wesentlichen aus der Stärkungsfaktor der ganzen Anlage.
Eingangsimpedanz der nächstfolgenden Pufferver- 65 In einem praktischen Ausführungsbeispiel eines stärker (7, 8, 10, 12, 14) bestehen zu lassen. Wurden Verteilungsverstärkers für 1 bis 30 MHz wurden diese Verstärker gegebenenfalls über Anpassungs- Transistoren des Typs AFZ12 verwendet. Der transformatoren parallel zueinander in den erwähnten Transformator 2 war als Ringkerntransformator aus-

gebildet, der mit Rücksicht auf eine optimale Rauchanpassung primär neun Windungen und sekundär sechs Windungen enthielt. Als Kernmaterial wurde »Ferroxcube« 3 E benutzt. Für die Transformatoren 16, 19 und 20 wurden Ringkerntransformatoren mit bifilaren Primär- und Sekundärwicklungen von je 22 Windungen verwendet. Das Kernmaterial war wieder »Ferroxcube« 3 E. Für die Transformatoren 6,9, usw. wurden Ringkerntransformatoren mit Bifilarwicklungen von je 15 Windungen verwendet. Das Kernmaterial war »Ferroxcube« 3 Hl. In allen Fällen waren die Kernabmessungen der Transformatoren: Außendurchmesser 6 mm, innendurchmesser 4 mm, Höhe 2 mm. Die Kondensatoren 21 waren alle Trennkondensatoren von 39.000 pF. Die Emitterwiderstände 22 betrugen alle 120 Ohm. Die Emitterwiderstände 23 hatten einen Wert von 2700 0hm. Die Widerstände 24 betrugen 1200 0hm; die Drosselspulen 25 hatten einen Wert von 1 niH. Der Transformator 2 wurde durch einen Kondensator von 15 pF primär und durch einen Kondensator von 47 pF sekundär überbrückt. Die erzielte Verstärkung betrug etwa 3 db.

Grundsätzlich ist es möglich, die Transistoren auch in geerdeter Emitterschaltung zu betreiben. Dann sind jedoch eine höhere Intermodulation der Antennensignale und eine niedrigere Grenzfrequenz der Transistoren zu berücksichtigen. Die Antennensignale können dem Eingang der Stufen 3, 17 auch über eine Uberlagerungsstufe zugeführt werden, in welchem Falle z. B. ein Brand mit niedriger mittlerer Frequenz, aber mit größerer relativer Bandbreite verarbeitet werden muß.

Transformatoren mit bifilaren Primär- und Sekundärwicklungen, insbesondere für breite Frequenzbänder, z. B. Antennen verteiler verstärker, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochfrequenzschwingungen über die Primärwicklung eines ersten Transformators der Eingangselektrode, vorzugsweise dem Emitter, eines ersten Transistors zugeführt sind, der ein erstes Ausgangssignal liefert, daß die Sekundärwicklung in Reihe mit der Primärwicklung eines zweiten Transformators zwischen die Eingangselektrode eines zweiten Transistors und Masse geschaltet ist, der ein zweites Ausgangssignal liefert, usw., so daß jeweils die Sekundärwicklung jedes Transformators mit der Primärwicklung des nächsten Transformators und der Eingangselektrode eines ein weiteres Ausgangssignal liefernden Transistors in Serie geschaltet ist.

2. Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dasjenige Ende der Sekundärwicklungen, das dem mit den erwähnten Eingangselektroden verbundenen Ende der Primärwicklungen am nächsten liegt, mit einem Punkt konstanten Potentials verbunden ist.

3. Verstärker nach Anspruch 1 und 2 in Gegentaktschaltung, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochfrequenzschwingungen über einen Umkehrtransformator (16) gegenphasig dem Eingang eines zweiten, gegenüber dem ersten Verstärker (3) ähnlich ausgebildeten Verstärkers (17) zugeführt werden und daß die Ausgänge dieser Verstärker über einen Gegentakt-Umkehrtransformator (19) kombiniert werden.

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Verteilungsverstärker für elektrische Hochfrequenzschwingungen unter Verwendung von

35 In Betracht gezogene Druckschriften:
»Proc. IRE«, August 1959, S. 1337 bis 1342.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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