DE19541219C2 - Amplifier circuit - Google Patents
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Description
Die Erfindung geht aus von einer Verstärkerschaltung nach dem Oberbegriff der Ansprüche 1 und 2.The invention is based on an amplifier circuit the preamble of claims 1 and 2.
Aus dem Artikel "A High Power, Low Distortion Feed-Forward Amplifier" von Walter Koprowski in der Zeitschrift "RF", Juli 1994, Seiten 48 bis 50 ist ein Feed-Forward-Verstärker bekannt. Bei dieser Schaltung wird ein Eingangssignal in zwei Teilsignale aufgeteilt. Ein Teilsignal wird verstärkt und das entstehende verklirrte Teilsignal mit dem anderen noch unverklirrten Teilsignal über eine Differenzschaltung verglichen. Bei diesem Vergleich geschieht eine Pegelanpassung derart, daß am Ausgang der Differenzschaltung nur noch die Klirrprodukte übrig bleiben. Diese Klirrprodukte werden in einem Hilfsverstärker verstärkt und dem verklirrten Teilsignal gegenphasig zugeführt, so daß daraus eine Auslöschung der Klirrprodukte resultiert. Bei dieser Schaltung sind jedoch Laufzeitleitungen vorgesehen, welche exakt an die beiden Verstärker angepaßt sein müssen, und sehr abgleichsintensiv und kosteninstensiv sind.From the article "A High Power, Low Distortion Feed-Forward Amplifier "by Walter Koprowski in the magazine" RF ", July 1994, pages 48 to 50 is a feed forward amplifier known. With this circuit, an input signal is in split two sub-signals. A partial signal is amplified and the resulting jammed sub-signal with the other still undistorted partial signal via a differential circuit compared. One happens in this comparison Level adjustment such that at the output of the differential circuit only the dishes are left. This Distortion products are amplified in an auxiliary amplifier and fed the jammed partial signal in phase opposition, so that this results in an extinction of the distortion products. At this circuit, however, runtime lines are provided, which have to be exactly adapted to the two amplifiers, and are very expensive to match and cost intensive.
Aus der DE 44 33 871 A1 ist ein HF-Verstärker bekannt, der insbesondere zur Unterdrückung von Intermodulatinsstörungen zweiter Ordnung dient. Der HF-Verstärker weist zwei Verstärkerzweige mit jeweils einem in den beiden Zweigen vorgesehenen Verstärker auf. Er zeichnet sich dadurch aus, daß in dem einen Zweig ein erster Übertrager dem Verstärker vorgeschaltet und ein zweiter Übertrager entweder in dem gleichen Verstärkerzweig oder in dem anderen Verstärkerzweig dem jeweils dort vorgesehenen Verstärker nachgeschaltet ist. Um mögliche Amplituden- und/oder Phasenfehler in den beiden Übertragern auszugleichen, sind Kompensationsschaltungen vorgesehen. Dadurch läßt sich gewährleisten, daß in beiden Verstärkerstufen eine gleiche Aussteuerung vorhanden ist.From DE 44 33 871 A1 an RF amplifier is known especially for the suppression of intermodulins disorders serves second order. The RF amplifier has two Amplifier branches with one in each of the two branches provided amplifier. He is characterized by that in one branch a first transformer the amplifier upstream and a second transformer either in the same amplifier branch or in the other amplifier branch is connected downstream of the respective amplifier provided there. For possible amplitude and / or phase errors in the two Compensating for transformers are compensation circuits intended. This ensures that in both Amplifier stages have the same level of control.
Aus der GB 22 51 746 A ist eine Leistungsverstärkeranordnung bekannt, die einen Signalteiler umfaßt, der das zu verstärkende Signal in Komponente gleicher Amplitude aufteilt. Jede Komponente wird in einem Signalverstärkungspfad verstärkt. Die verstärkten Signale werden einem phasensensitiven Signalkoppler zugeführt. Das kombinierte Signal liegt an einem Summenausgang und ein phasenbezogenes Differenzsignal liegt an einem Differenzausgang des Signalkopplers. Das Differenzsignal wird verarbeitet, um ein Steuersignal zu erzeugen. Mit dem Steuersignal werden die relativen Phasen der Signale in den Signalverstärkungspfaden gesteuert. Die durch Alterungseinflüsse, elektromagnetische Interferenz, nukleare Strahlung oder dergleichen in einem Verstärker auftretende Phasenänderung wird kompensiert, um die damit verbundenen Leistungsverluste bei der Kombination der beiden Signalpfade zu verhindern. Dabei ist in einem Signalverstärkungspfad auch ein Dämpfungsglied vorgesehen, mit dem die Signalamplitude in diesem Pfad der Signalamplitude des anderen Verstärungspfades angeglichen wird.GB 22 51 746 A is a power amplifier arrangement known, which includes a signal divider that the amplifying signal in components of the same amplitude divides. Each component is in one Signal amplification path amplified. The amplified signals are fed to a phase-sensitive signal coupler. The combined signal is at a sum output and a phase-related difference signal is due to a Differential output of the signal coupler. The difference signal is processed to generate a control signal. With the Control signals are the relative phases of the signals in the Signal gain paths controlled. By Influences of aging, electromagnetic interference, nuclear Radiation or the like occurring in an amplifier Phase change is compensated to the associated Power losses when combining the two signal paths to prevent. It is in a signal amplification path also provided an attenuator with which the Signal amplitude in this path of the signal amplitude of the other gain path is adjusted.
Die erfindungsgemäße Verstärkerschaltung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 und die erfindungsgemäße Verstärkerschaltung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 2 haben demgegenüber den Vorteil, daß keinerlei Laufzeitleitungen nötig sind, um ein klirrarmes verstärktes Signal zu erzielen. Die Verstärkerschaltung gemäß dem Anspruch 1 hat außerdem den Vorteil, daß deren Stromaufnahme sehr gering ist. Vorteilhaft ist dabei auch die Möglichkeit, Verstärker mit unterschiedlicher Aussteuerungsgrenze zu verwenden. The amplifier circuit according to the invention with the characterizing features of claim 1 and the amplifier circuit according to the invention with the characteristic In contrast, features of claim 2 have the advantage that no runtime lines are necessary to get a to achieve a low-distortion amplified signal. The Amplifier circuit according to claim 1 also has the Advantage that their current consumption is very low. The possibility of using amplifiers is also advantageous different headline to use.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der in den Ansprüchen 1 und 2 angegebenen Verstärkerschaltungen möglich.By the measures listed in the subclaims advantageous developments and improvements in the Claims 1 and 2 specified amplifier circuits possible.
Der Einsatz eines Dämpfungsgliedes als Abschwächmittel stellt eine besonders preiswerte Maßnahme zur Erreichung einer Abschwächung dar.The use of an attenuator as a weakening agent represents a particularly inexpensive measure to achieve a weakening.
Ebenso ist es vorteilhaft, als Signalkoppler einen Richtkoppler einzusetzen, da auch dieser kostengünstig herstellbar ist.It is also advantageous to use one as a signal coupler Use directional couplers, since this is also inexpensive can be produced.
Als besonders herstellungskostengünstig erweist sich der Einsatz eines Gabeltransformators als Richtkoppler.The proves to be particularly inexpensive to manufacture Use of a fork transformer as a directional coupler.
Wird ein Richtkoppler eingesetzt, der eine leistungsunsymmetrische Verkopplung der beiden Ausgangssignale der beiden Verstärker bewirkt, so vermindert sich der Herstellungsaufwand der Verstärkerschaltung, da ein Abschwächmittel eingespart werden kann. If a directional coupler is used, the one unbalanced coupling of the two Output signals of the two amplifiers causes so reduced the manufacturing cost of the amplifier circuit, since a Attenuator can be saved.
Man erspart sich weiterhin in vorteilhafter Weise ein zusätzliches Phasendrehmittel, wenn der Richtkoppler so ausgebildet ist, daß die beiden Signale an den Eingängen des Richtkopplers phasenverschoben miteinander verkoppelt werden.One saves further advantageously additional phase shifting device if the directional coupler is so is formed that the two signals at the inputs of the Directional coupler coupled out of phase with each other will.
Wird ein Signalkoppler angeordnet, an dessen Ausgängen jeweils das zu verstärkende Signal für die beiden Verstärker abgreifbar ist, so vermindert sich weiterhin der Schaltungaufwand, da für die Verstärkung des zu verstärkenden Signals nur noch eine einzige Eingangsleitung nötig ist.If a signal coupler is arranged at its outputs each the signal to be amplified for the two Amplifier can be tapped, so continues to decrease Circuit effort because for the amplification of the amplifying signal only a single input line is necessary.
Die Anwendung des weiteren Richtkopplers als Abschwächmittel bringt wiederum den Vorteil mit sich, daß ein zusätzliches Abschwächmittel eingespart werden kann.The use of the further directional coupler as a weakening agent again has the advantage that an additional Attenuator can be saved.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.Embodiments of the invention are in the drawing shown and in the following description explained.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 eine Verstärkerschaltung mit zwei gleichartigen Verstärkern, Fig. 1 is an amplifier circuit having two identical amplifiers,
Fig. 2 eine Verstärkerschaltung mit zwei Verstärkern mit unterschiedlicher Aussteuergrenze, Fig. 2 is an amplifier circuit having two amplifiers with different operating limit,
Fig. 3 eine Verstärkerschaltung mit zwei Richtkopplern. Fig. 3 shows an amplifier circuit with two directional couplers.
In Fig. 1 ist ein Signalteiler 7 mit einem Eingang und zwei Ausgängen vorgesehen, dessen einem Ausgang ein erster Verstärker 2 und dessen anderem Ausgang ein zweiter Verstärker 6 unter Zwischenschaltung eines Abschwächmittels 1 nachgeschaltet sind. Dem Ausgang des ersten Verstärkers 1 folgt ein weiteres Abschwächmittel, dessen Ausgang an einen Eingang eines Signalkopplers 4 geschaltet ist. Der andere Eingang des Signalkopplers 4 ist über ein Phasendrehmittel 3 mit dem Ausgang des zweiten Verstärkers 6 verbunden. Der Ausgang des Signalkopplers 4 bildet den Schaltungsausgang und der Eingang des Signalteilers 7 den Schaltungseingang. Beide Verstärker 2, 6 weisen denselben Verstärkungsfaktor V1 auf.In Fig. 1, a signal divider 7 is provided with an input and two outputs, one output of which is followed by a first amplifier 2 and the other output of which is followed by a second amplifier 6 with the interposition of an attenuator 1 . The output of the first amplifier 1 is followed by a further attenuation means, the output of which is connected to an input of a signal coupler 4 . The other input of the signal coupler 4 is connected to the output of the second amplifier 6 via a phase rotation means 3 . The output of the signal coupler 4 forms the circuit output and the input of the signal divider 7 forms the circuit input. Both amplifiers 2 , 6 have the same gain factor V 1 .
Der Signalteiler 7 bewirkt ein Aufteilen eines Eingangssignals in zwei gleichwertige zu verstärkende Signale. Das eine der beiden zu verstärkenden Signale wird mittels des Abschwächmittels 1 in seinem Signalpegel reduziert. Dadurch wird der zweite Verstärker 6 niedriger angesteuert als der erste Verstärker 2. Durch die niedrigere Ansteuerung des zweiten Verstärkers 6 resultieren aus diesem auch geringere Klirrprodukte, wobei dabei die Pegeldifferenz zwischen Klirrproduktpegel und Nutzsignalpegel beim zweiten Verstärker 6 höher ist als beim ersten Verstärker 2. Das Ausgangssignal des ersten Verstärkers 2 gelangt über das weitere Abschwächmittel 5 zum Signalkoppler 4. Das weitere Abschwächmittel 5 ist dabei so eingestellt, daß an dessen Ausgang der Klirrproduktpegel genauso hoch ist, wie der Klirrproduktpegel am Ausgang des zweiten Verstärkers 6. Dabei unterscheiden sich an diesen beiden Punkten immer noch die Nutzsignalpegel. Das Phasendrehmittel 3 bewirkt ein Verdrehen der Phase des Ausgangssignals des zweiten Verstärkers 6 dergestalt, daß die Klirrprodukte um 180° phasenverschoben am Signalkoppler 4 aufeinandertreffen. Dadurch resultiert im Signalkoppler 4 eine Auslöschung der Klirrprodukte und gleichzeitig nur eine vernachlässigbare Verringerung des Nutzsignalpegels. The signal divider 7 causes an input signal to be divided into two equivalent signals to be amplified. The attenuation means 1 reduces the signal level of one of the two signals to be amplified. As a result, the second amplifier 6 is driven lower than the first amplifier 2 . The lower activation of the second amplifier 6 also results in lower distortion products, the level difference between the distortion product level and the useful signal level in the second amplifier 6 being higher than in the first amplifier 2 . The output signal of the first amplifier 2 reaches the signal coupler 4 via the further attenuation means 5 . The further attenuation means 5 is set in such a way that at its output the harmonic product level is just as high as the harmonic product level at the output of the second amplifier 6 . The useful signal levels still differ at these two points. The phase rotation means 3 causes the phase of the output signal of the second amplifier 6 to be rotated such that the distortion products meet at the signal coupler 4 out of phase with one another. This results in the signal coupler 4 is a cancellation of the distortion products at the same time and only a negligible reduction in the useful signal.
In Fig. 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt, wobei gleiche Elemente aus der Fig. 1 mit gleichen Bezugszeichen dargestellt wurden. Die in der Fig. 2 dargestellte Anordnung unterscheidet dadurch von der in der Fig. 1 dargestellten Anordnung, daß das weitere Abschwächmittel 5 mit dem Phasendrehmittel 3 vertauscht ist. Dadurch ist eines der beiden Abschwächmittel 1, 5 vor und das andere hinter dem zweiten Verstärker 6 angeordnet. Der zweite Verstärker 6 weist hier außerdem eine niedrigere Verstärkung V2 und damit eine niedrigere Aussteuergrenze als der erste Verstärker 2 auf.A further exemplary embodiment is shown in FIG. 2, the same elements from FIG. 1 being shown with the same reference numerals. The arrangement shown in FIG. 2 differs from the arrangement shown in FIG. 1 in that the further attenuating means 5 is interchanged with the phase rotating means 3 . As a result, one of the two attenuators 1 , 5 is arranged in front of and the other behind the second amplifier 6 . The second amplifier 6 also has a lower gain V 2 and thus a lower modulation limit than the first amplifier 2 .
Das durch das Abschwächmittel 1 abgeschwächte Eingangssignal des zweiten Verstärkers 6 resultiert an dessen Ausgang in einem stark verklirrten verstärkten Signal. Das bedeutet, daß der Klirrpegel des Ausgangssignals des zweiten Verstärkers 6 bezogen auf den Nutzsignalpegel an diesem Ausgang wesentlich höher ist, als am Ausgang des ersten Verstärkers 2. Durch das weitere Abschwächmittel 5 wird wiederum eine Angleichung der Klirrpegel der beiden Verstärker 2, 6 zueinander erreicht. Auch hier dient das Phasendrehmittel 3 wiederum der phasenverschobenen Zuführung des gedämpften Ausgangssignals des zweiten Verstärkers 6 und des Ausgangssignals des ersten Verstärkers 2 zum Signalkoppler 4. Es resultiert im Signalkoppler 4 wiederum eine Auslöschung der beiden Klirrprodukte und nur eine unwesentliche Verminderung des Nutzsignalpegels.The input signal of the second amplifier 6 which is attenuated by the attenuation means 1 results in a strongly jammed amplified signal at its output. This means that the distortion level of the output signal of the second amplifier 6, based on the useful signal level at this output, is substantially higher than at the output of the first amplifier 2 . The further attenuation means 5 in turn harmonize the distortion levels of the two amplifiers 2 , 6 with one another. Here, too, the phase rotation means 3 in turn serves for the phase-shifted supply of the damped output signal of the second amplifier 6 and the output signal of the first amplifier 2 to the signal coupler 4 . The signal coupler 4 in turn results in an extinction of the two distortion products and only an insignificant reduction in the useful signal level.
In Fig. 3 ist ein drittes Ausführungsbeispiel dargestellt. Auch hier wurde die Numerierung aus den ersten beiden Figuren beibehalten. Dabei wurden folgende Änderungen vorgenommen: Es entfallen die Abschwächmittel 1, 5 und das Phasendrehmittel 3. Anstelle des Signalkopplers 4 ist ein Richtkoppler 8 und anstelle des Signalteilers 7 ein weiterer Richtkoppler 9 vorgesehen. In Fig. 3, a third embodiment is shown. Here, too, the numbering from the first two figures has been retained. The following changes were made: The attenuating means 1 , 5 and the phase rotating means 3 are no longer required. Instead of the signal coupler 4 , a directional coupler 8 and a further directional coupler 9 are provided instead of the signal divider 7 .
Der Richtkoppler 8 ist hierbei so ausgeführt, daß die beiden Signale am Eingang des Richtkopplers 8 phasenverschoben miteinander verkoppelt werden. Dadurch übernimmt der Richtkoppler 8 gleichzeitig die Funktion des Phasendrehmittels 3 aus den ersten beiden Ausführungsbeispielen. Je nachdem, welche Art von Verstärkern 2, 6 nun in der Schaltung eingesetzt ist, läßt sich mit der vorliegenden Schaltung die Variante der Schaltung aus Fig. 1 oder die Variante der Schaltung aus Fig. 2 realisieren.The directional coupler 8 is designed so that the two signals at the input of the directional coupler 8 are coupled to each other out of phase. As a result, the directional coupler 8 simultaneously takes over the function of the phase rotation means 3 from the first two exemplary embodiments. Depending on which type of amplifiers 2 , 6 is now used in the circuit, the variant of the circuit from FIG. 1 or the variant of the circuit from FIG. 2 can be realized with the present circuit.
Zur Realisierung der Schaltung aus Fig. 1 wird der weitere Richtkoppler 9 so ausgelegt, daß eine leistungsunsymmetrische Aufteilung des Eingangssignals des weiteren Richtkopplers 9 dergestalt auftritt, daß nur ein abgeschwächtes Teilsignal dem zweiten Verstärker 6 zugeleitet wird, während das Teilsignal, welches dem ersten Verstärker 2 zugeleitet wird, nahezu nicht abgeschwächt ist. Andererseits wird gleichzeitig der Richtkoppler 8 so ausgelegt, daß das Ausgangssignal des ersten Verstärkers 2 nur in abgeschwächter Form dem Ausgangssignal des zweiten Verstärkers 6 zugeführt wird. Durch geeignete Dimensionierung des Richtkopplers 8 werden die beiden Signale einander automatisch phasenverschoben zugeführt.In order to implement the circuit from FIG. 1, the further directional coupler 9 is designed such that a power-asymmetrical distribution of the input signal of the further directional coupler 9 occurs in such a way that only an attenuated part signal is fed to the second amplifier 6 , while the part signal which is sent to the first amplifier 2 is fed, is almost not weakened. On the other hand, the directional coupler 8 is simultaneously designed so that the output signal of the first amplifier 2 is supplied to the output signal of the second amplifier 6 only in an attenuated form. By suitable dimensioning of the directional coupler 8 , the two signals are automatically fed out of phase with one another.
Zur Realisierung des Schaltungsbeispiels aus Fig. 2 bleibt die Ausführung des weiteren Richtkopplers 9 bestehen, während die beiden Eingänge des Richtkopplers 8 vertauscht werden, d. h. in diesem Falle wird das Ausgangssignal des zweiten Verstärkers 6 abgedämpft zum unbedämpften Ausgangssignal des ersten Verstärkers 2 im Richtkoppler 8 addiert. In diesem Falle müssen sich wiederum die Ansteuergrenzen der beiden Verstärker 2, 6 unterscheiden, um eine bestmögliche Auslöschung der Klirrprodukte zu ergeben. To realize the circuit example of FIG. 2 remains the execution of the other directional coupler 9 are made, while the two inputs of the directional coupler are interchanged 8, ie, in this case, the output of the second amplifier 6 is added to the unattenuated output signal of the first amplifier 2 in the directional coupler 8 damped . In this case, the control limits of the two amplifiers 2 , 6 must again differ in order to achieve the best possible extinction of the distortion products.
Die beiden Schaltungstypen, also Einsatz zweier Verstärker mit unterschiedlichen Aussteuergrenzen und Ansteuerung mit verscheiden hohen Eingangssignalpegeln sind auch miteinander gleichzeitig in einer gemeinsamen Schaltung kombinierbar.The two types of circuit, i.e. use of two amplifiers with different control limits and control with Different high input signal levels are also with each other can be combined in a common circuit at the same time.
Die erfindungsgemäßen Verstärkerschaltungen sind insbesondere zur Verstärkung von Funksignalen, beispielsweise im Frequenzbereich zwischen 470 und 606 MHz aber auch im Tunnelfunk, im Bereich um 900 MHz einsetzbar.The amplifier circuits according to the invention are especially for amplifying radio signals, for example in the frequency range between 470 and 606 MHz but can also be used in tunnel radio, in the 900 MHz range.
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