DE19529272A1 - Anordnung zur Kompensation von nichtlinearen Verzerrungen eines Hochfrequenzverstärkers - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft und geht aus von einer Anordnung laut Oberbegriff des Hauptanspruches.

Kompensationsanordnungen dieser Art sind bekannt (EP PS 0 243 898). Mit Hilfe einer entsprechend einge­ stellten nichtlinearen Übertragungskennlinie des Vorver­ zerrungszweiges, die invers zu der nichtlinearen Kennlinie des zu kompensierenden Hochfrequenzverstärkers verläuft können so beispielsweise Kennlinienabflachungen des Hochfrequenzverstärkers im höheren Aussteuerbereich kompensiert werden. In vielen Anwendungsfällen sind die zu kompensierenden Übertragungskennlinien der Hochfrequenzverstärker jedoch nicht nur einseitig, sondern zweiseitig gekrümmt. Fig. 1 zeigt schematisch die Aussteuerkennlinie eines im AB-Betrieb arbeitenden Hochfrequenzverstärkers, sie zeigt, daß nichtlineare Verzerrungen nicht nur bei hohen Signalaussteuerungen im oberen Krümmungsbereich 1 entstehen, sondern auch nichtlineare Verzerrungen bei kleinen und mittleren Signalaussteuerungen im unteren Kennlinienbereich 2. Letztere ergeben sich durch den niedrigen Ruhearbeits­ punkt und der sich abhängig von der Aussteuerung ändernden Stromaufnahme, bei höheren Ruheströmen entsteht im unteren Bereich für kleine Signalaussteuerungen sogar eine zusätzliche gestrichelt eingezeichnete Kennlinien­ krümmung 3. Solche Mehrfachkrümmungen mit Wendepunkten zwischen ansteigendem (streckenden) Kennlinienverlauf 2 und abfallendem (stauchenden) Kennlinienverlauf 1 können mit den bekannten Kompensationseinrichtungen nur unvollständig kompensiert werden.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Kompensationsan­ ordnung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, mit der ein Hochfrequenzsignal auf einfache Weise so nichtlinear vorverzerrbar ist, daß auch Verstärker mit Wendepunkte aufweisenden Kennlinien kompensierbar sind.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Anordnung laut Oberbegriff des Hauptanspruches durch dessen kennzeichnende Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Bei einer erfindungsgemäßen Kompensationsanordnung können beliebig gekrümmte Kennlinien mit einem oder mehreren Wendepunkten kompensiert werden, indem die vorgesehenen Vorverzerrungszweige durch entsprechende Einstellung der Signalpegel der Signalabtrenneinrichtungen jeweils an unterschiedlichen Stellen der Kennlinie wirksam sind. Dabei können in einem Vorverzerrungszweig zwei oder mehr entsprechend unterschiedlich eingestellte Signalabtrenneinrichtungen vorgesehen sein, so daß die in diesem Vorverzerrungszweig vorgesehene Funktions­ einheit zum Erzeugen einer vorbestimmten nichtlinearen Vorverzerrung bei zwei oder mehreren unterschiedlichen Signalpegeln abgetrennten Signalabschnitten wirksam ist. Dadurch kann der Gesamtaufbau einer solchen Kompen­ sationsanordnung stark vereinfacht werden, vor allem dann, wenn auch die Signalabtrenneinrichtungen jeweils gleich ausgebildet sind und auf unterschiedliche Signalpegel einstellbar sind. Zur Kompensation eines streckenden Kennlinienverlaufes 2 gemäß Fig. 1 ist die Subtraktion eines abgetrennten und im zugehörigen Vorverzerrungszweig vorverzerrten Signalabschnittes erforderlich. Dies kann unter Beibehaltung der Addierstelle auf einfache Weise dadurch erreicht werden, daß in diesem Vorverzer­ rungszweig ein 180°-Phasenschieber angeordnet wird, da die Signaladdition eines um 180° phasenverschobenen Signals einer Signalsubtraktion entspricht. So kann beispielsweise zur Kompensation der Amplitudenkennlinie eines AB-Verstärkers mit einer Amplitudenkennlinie gemäß Fig. 1 in einem ersten Vorverzerrungszweig für hohe Signalaussteuerung ein dem abfallenden Kennlinienver­ lauf 1 komplementärer entsprechend ansteigender Kennlinien­ verlauf für die Vorverzerrung eingestellt und das so erzeugte vorverzerrte Ausgangssignal dem linear übertragenen Ausgangssignal hinzuaddiert werden während in einem zweiten Vorverzerrungszweig für kleine und mittlere Signalaussteuerungen ein dem ansteigenden Kennlinienverlauf 2 des Verstärkers entsprechender inverser abfallender Kennlinienverlauf für die Vorverzerrung eingestellt wird und das damit in diesem zweiten Vorver­ zerrungszweig erzeugte Ausgangssignal über einen 180°-Pha­ senschieber im subtrahierenden Sinne der gemeinsamen Addierstelle zugeführt werden. Auf diese Weise können beliebige in beiden Richtungen gekrümmte Kennlinien mit einem oder mehreren Wendepunkten durch Vorverzerrung des Signals kompensiert werden, die Erfindung ist dabei insbesondere für im AB-Betrieb arbeitende Fern­ seh-Hochfrequenz-Verstärker geeignet, wobei die eigentliche Vorverzerrung vorzugsweise im ZF-Bereich durchgeführt wird. Die erfindungsgemäße Kompensationsmaßnahme ist nicht nur zur Kompensation von Amplitudenverzerrungen, sondern in gleicher Weise auch zur Kompensation von Phasenverzerrungen eines Verstärkers geeignet. Wenn in einem der Vorverzerrungszweige beispielsweise durch einen zwischengeschalteten Phasenschieber eine +90° Phasenverschiebung und in einem zweiten Vorverzerrungszweig eine +270° Phasenverschiebung eingestellt wird so kann damit ein Phasenwendepunkt der Kennlinien kompensiert werden. Als besonders vorteilhaft hat es sich dabei erwiesen, einen kontinuierlich zwischen 0° und 360° einstellbaren Phasenschieber zu verwenden, wie er beispielsweise beschrieben ist in der Deutschen Patent­ anmeldung . . . (Patentanmeldung 1416-P "Breitbandiger 360°-Phasenschieber" der Firma Rohde & Schwarz). Mit einem solchen Phasenschieber können beliebige Phasenbe­ ziehungen zwischen den einzelnen Vorverzerrungszweigen eingestellt werden und es sind so beliebig kombinierte Phasen- und Amplituden-Kompensationen bei beliebigen Signalabschnitten einer Verstärkerkennlinie einstellbar.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Fig. 2 an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.

Fig. 2 zeigt das Prinzipschaltbild einer Fernseh-HF-Sen­ deranordnung mit einem vorzugsweise aus mehreren parallel­ geschalteten Verstärkereinheiten bestehenden Leistungsver­ stärker 10, der ausgangsseitig mit einer Antenne 11 verbunden ist und dem eingangsseitig das zu verstärkende Hochfrequenzsignal HF zugeführt wird. Der Verstärker 10 arbeitet vorzugsweise im AB-Betrieb und besitzt eine Amplitudenkennlinie gemäß Fig. 1. Das Eingangssignal HF für den Verstärker 10 wird in der ZF-Lage in einem Vorverzerrer 12 vorverzerrt. Das mit dem Videosignal modulierte ZF-Signal ZF wird von einer Verzweigungsstelle 13 einem ersten Zweig 15 mit einer linearen Übertragungs­ kennlinie 4, einem ersten Vorverzerrungszweig 16 mit einer nichtlinearen Kennlinie 5 und einem weiteren Vorverzerrungszweig 17 mit einer nichtlinearen Kennlinie 6 zugeführt. In den Vorverzerrungszweigen 16 und 17 sind jeweils Signalabtrenneinrichtungen 18 und 19 vorgesehen, mit denen ein Teil des an der Verzweigungsstelle 13 zugeführten ZF-Signals ab einem vorbestimmten Eingangs­ pegel P1 bzw. P2 abtrennbar ist. Mit der Signalabtrenn­ einrichtung 18 wird ab dem Pegel P1 nach Fig. 1 also beispielsweise der ZF-Signalabschnitt im Kennlinienbereich 1 abgetrennt, die Signalabtrenneinrichtung 19 ist auf den Pegel P2 eingestellt und mit ihr wird so beispiels­ weise der ZF-Signalabschnitt im Kennlinienbereich 2 gemäß Fig. 1 abgetrennt und nur dieser abgetrennte Abschnitt im Vorverzerrungszweig 17 übertragen. Jedem Vorverzerrungszweig 16 und 17 ist außerdem eine schematisch angedeutete Funktionseinheit 20 bzw. 21 zugeordnet, mit der die abgetrennten Signalabschnitte entsprechend der gewünschten Kompensation geformt werden. Die Funktions­ einheiten 20 bzw. 21 erzeugen dabei nicht nur nichtlineare Verzerrungen, sondern auch lineare Veränderungen der Signalabschnitte zur Frequenzgangbeeinflussung. In der Praxis bilden die Signalabtrenneinrichtungen 18, 19 mit den zugehörigen Funktionseinheiten 20, 21 vorzugs­ weise eine Schaltungseinheit. Einer Funktionseinheit 20 bzw. 21 können außerdem in einem der Vorverzerrungszweige auch mehrere Signalabtrenneinrichtungen zugeordnet sein, so daß ein und dieselbe Vorverzerrung an jeweils unterschiedlichen abgetrennten Signalabschnitten wirksam sind. Durch entsprechende Dimensionierung der Signalab­ trenneinrichtungen und der zugeordneten Funktionseinheiten wird der für die Kompensation erforderliche nichtlineare Frequenzgang und die entsprechende Phasenlage eingestellt, dies erfolgt als Amplitudenformung durch entsprechend einstellbare Stellglieder, zur Einstellung der Phasenlage wird vorzugsweise ein breitbandiger Phasenschieber laut Patentanmeldung . . . (Patentanmeldung 1416-P "Breitbandiger 360°-Phasenschieber" der Firma Rohde & Schwarz) benutzt. Damit kann jede gewünschte Amplituden­ und/oder Phasenkennlinie des jeweiligen nichtlinearen Zweiges 16 bzw. 17 eingestellt werden. Im Vorverzerrungs­ zweig 17 ist zur Subtraktion ein 180°-Phasenschieber 22 vorgesehen. Wenn in der Funktionseinheit 21 bereits ein Phasenstellglied vorhanden ist, das eine 180°-Phasen­ verschiebung ermöglicht, ist dieser gesonderte Phasen­ schieber 22 überflüssig, in diesem Fall wird die 180°-Pha­ senverschiebung durch dieses Phasenstellglied der Funktionseinheit erzeugt. Die Signalabtrenneinrichtung 18 ist so eingestellt, daß das ZF-Signal von der Verzwei­ gungsstelle 13 erst ab dem vorbestimmten Signalpegel P1 mit der den ausgewählten Kennlinienverlauf 5 erzeugenden Funktionseinheit 20 verbunden wird, während die Signal­ abtrenneinrichtung 19 so eingestellt ist, daß das ZF-Signal von der Verzweigungsstelle 13 bereits ab dem Pegel P2 mit der den Kennlinienverlauf 6 erzeugenden Funktionseinheit 21 verbunden wird. Damit wird für kleine Pegel ab dem Einsatzpunkt P2 das Eingangssignal ZF mit der zum Kennlinienverlauf 2 inversen Kennlinien­ krümmung 6 vorverzerrt und über den Phasenschieber 22 im subtrahierenden Sinne der Addierstelle 14 zugeführt, das Ausgangssignal des Vorverzerrungszweiges 17 wird also in der Addierstelle 14 von dem Ausgangssignal des linearen Zweiges 15 subtrahiert. Ab dem Einsatzpunkt P1 wird dann der zweite Vorverzerrungszweig 16 wirksam und das ZF-Signal mit dem Kennlinienverlauf 5 vorverzerrt, das so vorverzerrte Ausgangssignal des Zweiges 16 wird unmittelbar der Addierstelle 14 im addierenden Sinne zugeführt. Damit entsteht durch Addition bzw. Subtraktion der Ausgangssignale der Zweige 15, 16 und 17 ein vorverzerrtes Ausgangssignal, das entsprechend einer Kennlinie 7 vorverzerrt ist. Das so erzeugte vorverzerrte ZF-Signal wird dann in einem Frequenzumsetzer 23 in die HF-Lage umgesetzt und als Eingangssignal dem Verstärker 10 zugeführt. Dadurch entsteht am Ausgang des Verstärkers 10 ein Ausgangssignal, das keine nicht­ lineare Verzerrungen aufweist.

Claims (7)

1. Anordnung zur Kompensation von nichtlinearen Verzerrungen eines Hochfrequenzverstärkers (10) mit einem Vorverzerrer (12), der einen das zu verstärkende Hochfrequenzsignal von einer Verzweigungsstelle (13) zu einer Addierstelle (14) unverzerrt übertragenden ersten Zweig (15) und mindestens zwei das zu verstärkende Hochfrequenz­ signal von der Verzweigungsstelle (13) zu der Addier­ stelle (14) in einem die nichtlinearen Verzerrungen des Verstärkers (10) kompensierenden Sinne verzerrend übertragende Vorverzerrungszweige (16, 17) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einem der Vorverzerrungszweige (16, 17), mindestens eine einstellbare Signalabtrenneinrichtung (18, 19) zugeordnet ist, über die dem zugehörigen Vorverzer­ rungszweig das HF-Signal erst ab einem vorbestimmten einstellbaren Signalpegel (P1, P2) von der Verzweigungs­ stelle (13) zuführbar ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der Vorverzerrungszweige (16, 17) einen Phasenschieber (22) aufweist.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Phasenschieber auf beliebige Phasenwinkel einstellbar ist.

4. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalabtrenneinrichtungen (18, 19) jeweils gleich ausgebildet und auf unterschiedliche Signalpegel (P1, P2) einstellbar sind.

5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die die nichtlinearen Vorverzerrungen erzeugenden Funktions­ einheiten (20, 21) der Vorverzerrungszweige (16, 17) jeweils gleich ausgebildet und auf unterschiedliche Kennlinienkrümmungen (5, 6) einstellbar sind.

6. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in mindestens einem der Vorverzerrungszweige zwei oder mehr einstellbare Signalabtrenneinrichtungen einer gemeinsamen Funktionseinheit (20, 21) zugeordnet sind.

7. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorverzerrer (12) im ZF-Bereich arbeitet.