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Die Erfindung betrifft eine HF-Signal-Verstärker-Anordnung für einen akustooptischen Modulator (AOM).
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Ein AOM ist ein optisches Bauelement, das einfallendes Licht in Frequenz, Ausbreitungsrichtung oder Intensität beeinflusst also z.B. moduliert oder pulst. Hierzu wird in einem transparenten Festkörper mit Schallwellen ein optisches Gitter erzeugt. An diesem Gitter wird der Lichtstrahl gebeugt und gleichzeitig in seiner Frequenz verschoben.
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Ein AOM besteht häufig aus einem Quader, z.B. aus Quarzglas oder aus einem Kristall, in dem mittels eines Piezoerregers Körperschall (Ultraschall) erzeugt wird. Gegenüber dem Piezoerreger befindet sich ein Schallabsorber, um Reflexionen und stehende Wellen zu vermeiden. Die Ablenkung des Lichts in einem solchen AOM funktioniert nach dem Prinzip der Beugung von Licht an einem optischen Gitter. Das optische Gitter besteht aus den Dichteschwankungen der den Quader durchlaufenden Schallwelle. Die Schallwelle mit Frequenzen von typischerweise 10 bis 2000 MHz bewirkt im Kristall eine periodische Änderung der Dichte und damit eine periodische Modulation des Brechungsindex.
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Zur Anregung des Piezoerregers wird ein elektrisches HF-Signal benötigt. Dieses kann durch eine HF-Signal-Verstärker-Anordnung zur Verfügung gestellt werden. Für einige Anwendungen wird ein moduliertes, insbesondere aber ein gepulstes HF-Signal benötigt. Typischerweise wird ein HF-Signal von z.B. 10 MHz bis 2.000 MHz mit 10 KHz bis 2 MHz gepulst. Dabei ist die Anforderung an die Steilheit des Pulssignals, also an das Ein- und Ausschwingen des HF-Signals zu den Pulsflanken oftmals sehr hoch. Häufig wird gefordert, dass das HF-Signal schon nach wenigen HF-Schwingungen, insbesondere nach spätestens einer Periode des HF Signals ein- bzw. ausgeschwungen ist. Das stellt viele HF-Signal-Verstärker-Anordnungen vor kaum lösbare Probleme, da diese fast immer Resonanzkreise zur Formung der Ausgangsschwingung aufweisen, die sowohl bei Einschalten des HF Signals versorgt werden müssen, also einschwingen, als auch die in ihnen gespeicherte Energie beim Abschalten der HF Energie noch an den AOM liefern, indem sie ausschwingen. Diese Ein- bzw. Ausschwingvorgänge sollten soweit möglich begrenzt werden.
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Bekannt sind solche HF Verstärker z.B. aus
DE102016220349A1 oder
EP1691481B1 . Jedoch haben sich diese Verstärker als nicht robust genug für Störungen herausgestellt, insbesondere im gepulsten Betrieb. Zudem ergeben sich hier immer noch zu viele Stabilitätsprobleme.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine eingangs genannte HF-Signal-Verstärker-Anordnung so zu gestalten, dass die vorgenannten Probleme reduziert werden.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine HF-Signal-Verstärker-Anordnung gemäß Anspruch 1.
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Weitere Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und/oder ergänzend aus der Beschreibung.
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Offenbart ist auch eine AOM Baugruppe mit einer solchen HF-Signal-Verstärker-Anordnung und einem AOM.
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Offenbart ist auch eine solche HF-Signal-Verstärker-Anordnung und deren Nutzung zur Anregung des AOM.
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Offenbart ist auch eine Nutzung einer solchen HF-Signal-Verstärker-Anordnung im Betrieb zur Ablenkung von Laserlicht, insbesondere Laserlicht im Betrieb mit einer EUV Belichtungsanlage.
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Offenbart wird eine HF-Signal-Verstärker-Anordnung für einen akustooptischen Modulator (AOM) mit einem Ausgangsanschluss zum Anschluss an den AOM, wobei die HF-Signal-Verstärker-Anordnung aufweist:
- a) eine Verstärkerstufe, die ausgelegt ist, ein gepulstes HF Eingangssignal mit einer Grundfrequenz und Amplitude, die mit einem rechteckförmigen Pulssignal amplitudenmoduliert ist, zu einem gepulsten HF Ausgangssignal zu verstärken, wobei die Verstärkerstufe einen Transistor aufweist,
- b) eine Versorgungs-Filteranordnung, die an eine DC-Versorgung und an die Verstärkerstufe angeschlossen ist und
- c) eine Ausgangs-Filteranordnung, die zwischen Ausgang der Verstärkerstufe und Ausgangsanschluss angeordnet und angeschlossen ist,
dadurch gekennzeichnet, dass beide Filteranordnungen als dissipative Filter ausgelegt sind.
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Dadurch lässt sich eine sehr robuste HF-Signal-Verstärker-Anordnung realisieren, die insbesondere im gepulsten Betrieb mit sehr steilen Flanken betreibbar ist. Zudem erhöht sich die Stabilität der Verstärker.
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In einer Ausgestaltung kann die HF-Signal-Verstärker-Anordnung dadurch gekennzeichnet sein, dass zumindest eine der Filteranordnungen, insbesondere die Ausgangs-Filteranordnung, eine dissipative Resonanzkreisvorrichtung aufweist.
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Hiermit und mit allen folgenden Ausgestaltungen lässt sich die Anordnung besonders stabil betreiben und die Flankensteilheit verbessern.
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In einer Ausgestaltung kann die dissipative Resonanzkreisvorrichtung aufweisen:
- a) einen Widerstand sowie
- b) einen Resonanzkreis aufweisend:
- i) eine Induktivität und
- ii) einen Kondensator.
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Damit lässt sich die HF-Signal-Verstärker-Anordnung noch stabiler betreiben und/oder die Flankensteilheit weiter erhöhen.
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Ein Kondensator kann auch eine Anordnung aus mehreren Kondensatoren sein, die parallel und/oder seriell zusammengeschaltet sind und so eine gemeinsame Kapazität ausbilden.
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Eine Induktivität kann auch eine Anordnung aus mehreren Induktivitäten sein, die parallel und/oder seriell zusammengeschaltet sind und so eine gemeinsame Induktivität ausbilden.
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In einer Ausgestaltung kann die HF-Signal-Verstärker-Anordnung dadurch gekennzeichnet sein, dass die Ausgangs-Filteranordnung und/oder die Versorgungs-Filteranordnung mehrere Resonanzkreise aufweisen.
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In einer Ausgestaltung kann die HF-Signal-Verstärker-Anordnung dadurch gekennzeichnet sein, dass die Induktivität und der Kondensator des Resonanzkreises in Serie geschaltet sind.
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In einer Ausgestaltung kann die HF-Signal-Verstärker-Anordnung dadurch gekennzeichnet sein, dass der Widerstand parallel zu einem oder mehreren der Bauteile:
- a) Induktivität oder
- b) Kondensator geschaltet ist.
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In einer Ausgestaltung kann die HF-Signal-Verstärker-Anordnung dadurch gekennzeichnet sein, dass mehrere Resonanzkreise, insbesondere mit unterschiedlichen Werten für die Induktivität und/oder den Kondensator, parallel geschaltet sind.
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In einer Ausgestaltung kann die HF-Signal-Verstärker-Anordnung dadurch gekennzeichnet sein, dass ein Kondensator zwischen Eingang und/oder Ausgang der Filteranordnung und Masse geschaltet ist.
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In einer Ausgestaltung kann die HF-Signal-Verstärker-Anordnung dadurch gekennzeichnet sein, dass ein Resonanzkreis eine Parallelschaltung aus einer Induktivität und einem Kondensator aufweist.
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In einer Ausgestaltung kann die HF-Signal-Verstärker-Anordnung dadurch gekennzeichnet sein, dass ein Widerstand in Serie zum Resonanzkreis geschaltet ist.
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In einer Ausgestaltung kann die HF-Signal-Verstärker-Anordnung dadurch gekennzeichnet sein, dass ein Serien-Kondensator zwischen Eingang und Ausgang der Filteranordnung geschaltet ist.
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In einer Ausgestaltung kann die HF-Signal-Verstärker-Anordnung dadurch gekennzeichnet sein, dass eine Serien-Induktivität zwischen Eingang und Ausgang der Filteranordnung geschaltet ist.
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In einer Ausgestaltung kann die HF-Signal-Verstärker-Anordnung dadurch gekennzeichnet sein, dass ein HF Signalerzeuger zur Erzeugung eines HF Kleinsignals vorgesehen ist.
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Der HF Signalerzeuger kann insbesondere ausgestaltet sein, dass das HF Signal digital erzeugt wird, insbesondere mittels DAC, insbesondere mittels DDS.
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In einer Ausgestaltung kann die HF-Signal-Verstärker-Anordnung dadurch gekennzeichnet sein, dass eine Signalaufbereitungsvorrichtung vorgesehen ist, die insbesondere an den Eingang der Verstärkerstufe schaltbar ist und die insbesondere zwischen den HF Signalerzeuger und die Verstärkerstufe schaltbar ist.
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In einer Ausgestaltung kann die HF-Signal-Verstärker-Anordnung dadurch gekennzeichnet sein, dass die Signalaufbereitungsvorrichtung ein(e) oder mehrere der folgenden Bauteile bzw. Baugruppen aufweist:
- a) Widerstand, insbesondere in Serie geschaltet,
- b) HF-Schalter, insbesondere in Serie geschaltet,
- c) Kondensator zur DC-Abtrennung, insbesondere in Serie geschaltet,
- d) Vorverstärker, insbesondere in Serie geschaltet,
- e) Impedanzanpassungs-Netzwerk, insbesondere in Serie geschaltet
- f) Transformator, insbesondere in Serie geschaltet,
- g) Induktivität, insbesondere in Serie geschaltet.
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In einer Ausgestaltung kann die HF-Signal-Verstärker-Anordnung dadurch gekennzeichnet sein, dass an den Transistor eine Bias-Versorgungsspannung über einen Bias-Versorgungsbaustein, insbesondere Widerstand anschließbar ist.
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In einer Ausgestaltung kann die HF-Signal-Verstärker-Anordnung dadurch gekennzeichnet sein, dass die Anordnung eingerichtet ist, ein moduliertes insbesondere gepulstes Ausgangssignal auszugeben.
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In einer Ausgestaltung kann die HF-Signal-Verstärker-Anordnung dadurch gekennzeichnet sein, dass die Verstärkerstufe eine Vorverstärkerstufe aufweist.
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In einer Ausgestaltung kann die HF-Signal-Verstärker-Anordnung dadurch gekennzeichnet sein, dass die Verstärkerstufe eine Ausgangsverstärkerstufe aufweist, die insbesondere der Vorverstärkerstufe nachgeschaltet ist.
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In einer Ausgestaltung kann die HF-Signal-Verstärker-Anordnung dadurch gekennzeichnet sein, dass die Verstärkerstufe, insbesondere die Ausgangsverstärkerstufe ein Leitungs-Transmissions-Netzwerk aufweist.
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In einer Ausgestaltung kann die HF-Signal-Verstärker-Anordnung dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkerstufe mehrere Bias-Versorgungsbausteine aufweist. Insbesondere kann die Ausgangsverstärkerstufe einen Bias-Versorgungsbaustein aufweisen. Insbesondere kann die Vorverstärkerstufe einen weiteren Bias-Versorgungsbaustein aufweisen, an den jeweils eine Bias-Versorgungsspannung anschließbar ist.
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In einer Ausgestaltung kann die HF-Signal-Verstärker-Anordnung dadurch gekennzeichnet sein, dass die Verstärkerstufe, insbesondere die Vorverstärkerstufe, ein Impedanzanpassungsglied aufweist, das einen Kondensator und eine Induktivität aufweist.
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In einer Ausgestaltung kann die HF-Signal-Verstärker-Anordnung dadurch gekennzeichnet sein, dass die Verstärkerstufe, insbesondere die Vorverstärkerstufe und/oder die Ausgangsverstärkerstufe, ein Transistormodul aufweisen, in dem der Transistor, insbesondere mehrere, insbesondere parallel geschaltete Transistoren, angeordnet ist/sind.
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In einer Ausgestaltung kann die HF-Signal-Verstärker-Anordnung ausgelegt zum Betrieb im Klasse A-B-Verstärkerbetrieb sein.
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Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen dient im Zusammenhang mit den Zeichnungen der näheren Erläuterung der Erfindung. Einzelne Merkmale dieser Ausführungsbeispiele können auch getrennt von anderen Merkmalen der jeweiligen Ausführungsbeispiele die zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Vorrichtungen weiterbilden.
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Es zeigen:
- 1 ein Ausführungsbeispiel einer HF-Signal-Verstärker-Anordnung gemäß der Erfindung;
- 2 ein Ausführungsbeispiel einer AOM Baugruppe mit HF-Signal-Verstärker-Anordnung;
- 3 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Filteranordnung;
- 4 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Filteranordnung;
- 5 ein Signalverlauf erzeugt von einer HF-Signal-Verstärker-Anordnung gemäß der Erfindung;
- 6 ein drittes Ausführungsbeispiel einer Filteranordnung zusammen mit einem Ausführungsbeispiel einer Verstärkerstufe der HF-Signal-Verstärker-Anordnung gemäß der Erfindung.
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Gleiche oder funktional äquivalente Elemente sind in sämtlichen Ausführungsbeispielen mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.
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1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer HF-Signal-Verstärker-Anordnung 1 für einen AOM 9 mit einem Ausgangsanschluss 6 zum Anschluss an den AOM 9. Die Anordnung 1 weist eine Verstärkerstufe 2 auf. Die Verstärkerstufe 2 weist zumindest einen, bevorzugt mehrere Transistoren 3 auf. Der oder die Transistor(en) kann/können als LDMOS Transistoren ausgelegt sein. Das macht die Verstärkerstufe 2 zum einen sehr robust, zum anderen ermöglicht es einen Betrieb sowohl im linearen als auch im geschalteten Betrieb sowie im Übergangsbereich zwischen linearen und geschalteten Betrieb. Damit kann die Anordnung 1 sehr effizient und damit verlustarm und zugleich sehr zuverlässig betrieben werden, insbesondere im gepulsten Betrieb, wie er in 5 beispielhaft veranschaulicht ist. Die Verstärkerstufe 2 hat einen Eingang 13 und einen Ausgang 7, und ist ausgelegt, ein HF Eingangssignal aufweisend eine Grundfrequenz und Amplitude, das an den Eingang 13 angelegt wird, zu einem HF Ausgangssignal zu verstärken. Das HF Ausgangssignal liegt im Betrieb am Ausgang 7 an. Das Eingangssignal kann insbesondere ein gepulstes HF Eingangssignal mit einer Grundfrequenz und Amplitude sein. Die Amplitude kann insbesondere mit einem rechteckförmigen Pulssignal amplitudenmoduliert sein. Das Signal am Ausgang kann dann insbesondere ein gepulstes HF Ausgangssignal sein. Die Anordnung 1 weist weiter eine Ausgangs-Filteranordnung 8 auf, die so eingerichtet ist und so an den Ausgang 7 der Verstärkerstufe 2 angeschlossen ist, dass sie im Betrieb das Ausgangssignal filtert und an ihrem Ausgang im Betrieb ein gefiltertes Ausgangssignal bereit stellt. Die Ausgangs-Filteranordnung 8 ist weiter so ausgelegt und so an den Ausgangsanschluss 6 angeschlossen, dass das gefilterte Ausgangssignal an diesem anliegt. Die Anordnung weist weiter eine Versorgungs-Filteranordnung 4 auf, die so eingerichtet ist und so an die Versorgungsspannung, insbesondere die DC Versorgung 5, sowie an die Verstärkerstufe 2 angeschlossen ist, dass sie die Versorgungsspannung in eine gefilterte Versorgungsspannung wandelt, die im Betrieb der Verstärkerstufe 2 zugeführt wird.
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Die Versorgungs-Filteranordnung 4 und die Ausgangs-Filteranordnung 8 weisen jeweils zumindest eine dissipative Komponente auf, z.B. einen Widerstand. Die dissipative Komponente ist so ausgestaltet und in den Filteranordnungen 4,8 so angeordnet, dass sie in einem vorgegebenen Frequenzbereich stromdurchflossen ist und in einem anderen vorgegebenen Frequenzbereich nicht von Strom durchflossen wird. Sie wirkt also frequenzselektiv dissipativ. Das hat den Vorteil, dass Leistungsanteile bei den Frequenzen, bei denen die dissipative Komponente stromdurchflossen ist, aus der Filteranordnung entzogen werden und nicht - wie in nicht-dissipativen Filteranordnungen - lediglich reflektiert werden. Dies wirkt sich positiv auf die Flankensteilheit aus, insbesondere im geschalteten Betrieb, sowie im Übergangsbereich zwischen linearen und geschalteten Betrieb. Die Anordnung 1 ist an mehreren Stellen elektrisch mit Masse (Ground) 12 verbunden. So ist z.B. die Verstärkerstufe 2 sowie die Filteranordnungen 4, 8 im vorliegenden Beispiel mit Masse (Ground) 12 verbunden. Die dissipative Komponente kann auch eine Baugruppe enthalten, die die ihr zugeführte Leistung zumindest teilweise aus der Filteranordnung entzieht und einer anderen Baugruppe zuführt, z.B. der DC Versorgung. So kann einer übermäßigen Erwärmung vorgebeugt werden und zugleich ein energieeffizienter Betrieb erfolgen.
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2 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer AOM Baugruppe 29 mit HF-Signal-Verstärker-Anordnung 1 aus 1. Der Ausgangsanschluss 6 der Anordnung 1 ist so mit dem AOM 9 verbunden, dass der AOM 9 von der Leistung, die die Anordnung 1 im Betrieb zur Verfügung stellt, versorgt wird. Auch der AOM 9 ist im vorliegenden Beispiel mit Masse (Ground) 12 verbunden.
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Die Baugruppe 29 weist weiter einen HF-Signalerzeuger 10 auf, der eingerichtet ist, ein HF-Signal mit sehr niedriger Leistung, z.B. von wenigen mW, bereit zu stellen. Der HF-Signalerzeuger 10 ist ebenfalls im vorliegenden Beispiel mit Masse (Ground) 12 verbunden und erzeugt eine Frequenz von ca. 40 MHz. Andere Frequenzen im Bereich von 10 MHz bis 2.000 MHz sind ebenfalls denkbar. Die Baugruppe 29 weist weiter eine Signalaufbereitungsvorrichtung 20 auf, die so eingerichtet und so an den HF-Signalerzeuger 10 sowie an die Verstärkerstufe 2 angeschlossen ist, dass sie das von ihm bereit gestellte HF-Signal im Betrieb aufbereiten und der Verstärkerstufe 2 an ihrem Eingang 13 zur Verfügung stellen kann. Auch die Signalaufbereitungsvorrichtung 20 ist im vorliegenden Beispiel mit Masse (Ground) 12 verbunden, das bedeutet, einzelne oder mehrere Bauteile in dieser Signalaufbereitungsvorrichtung 20 sind mit Masse (Ground) 12 verbunden.
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Die Signalaufbereitungsvorrichtung 20 weist im vorliegenden Beispiel mehrere Komponenten auf, so z.B.:
- - Einen oder mehrere Widerstände 21 zur Filterung, insbesondere dissipativen Filterung und Dämpfung von Schwingungen,
- - Einen Kleinsignaltransformator zur Isolation (ohne Bild),
- - einen HF-Schalter 22 zum schnellen Trennen und Zuschalten des HF-Signals. Das kann insbesondere im pulsierenden Betrieb die Pulsflanken steil halten. Hierzu kann ein spezieller elektronischer HF-Schalter verwendet werden,
- - einen oder mehrere Kondensatoren 23,25,27, die insbesondere zur DC-Abtrennung, aber auch zur Filterung und/oder Impedanzanpassung verwendet werden,
- - eine oder mehrere Induktivitäten (ohne Bild), die insbesondere zur Filterung und/oder Impedanzanpassung verwendet werden,
- - ein Impedanzanpassungs-Netzwerk 26 zur Verminderung von störenden Reflexionen,
- - einen Vorverstärker 24, um das HF Signal zu verstärken und Filterkomponenten, wie z.B. Kondensatoren 23, 35, 27 Widerstände 21, und ein Impedanzanpassungsglied 26 voneinander zu trennen.
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An den Eingang 13 der Verstärkerstufe 2 ist eine Bias-Versorgungsspannung 17 über einen Bias-Versorgungsbaustein, insbesondere Widerstand 16 angeschlossen. Dies dient der Einstellung der Bias-Spannung am Gate des Transistors 3.
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3 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer Filteranordnung, wie sie z.B. in einer Ausgangs-Filteranordnung 8 vorgesehen sein kann. Sie weist auf:
- - einen ersten Resonanzkreis 30, aufweisend eine Serien-Induktivität 31 und einen Serien-Kondensator 32. Dieser Resonanzkreis kann eine Resonanzfrequenz der Frequenz des HF Signals des Signalerzeugers 10 aufweisen, also z.B. ca. 40 MHz. Dazu kann die Serien-Induktivität 31 z.B. einen Wert von ca. 500 nH und der Serien-Kondensator 32 einen Wert von ca. 30 pF aufweisen. Die Werte können entsprechend angepasst sein, z.B. auch dann, wenn die Anordnung z.B. für eine andere Frequenz ausgelegt ist. Leistungen bei dieser Resonanzfrequenz können diesen Filter passieren, andere Frequenzen werden herausgefiltert. Dieser Filter ist nicht-dissipativ, das bedeutet, die Frequenzen, die ihn nicht passieren können, werden von ihm eher reflektiert als absorbiert.
- - Einen weiteren Resonanzkreis 38 aufweisend eine Induktivität 33 und einen Kondensator 34, die vorliegend parallel geschaltet sind und somit einen Parallel-Resonanzkreis darstellen. Dieser Resonanzkreis 38 kann ebenfalls eine Resonanzfrequenz bei der Frequenz des HF Signals des Signalerzeugers 10 aufweisen, also z.B. bei 40 MHz. Dazu kann die Induktivität 33 z.B. einen Wert von ca. 68 nH und der Kondensator 34 einen Wert von ca. 220 pF aufweisen. Die Werte können entsprechend angepasst sein, z.B. auch dann, wenn die Anordnung z.B. für eine andere Frequenz ausgelegt ist. Ein Parallel-Resonanzkreis hat die Eigenschaft, dass Frequenzen bei seiner Resonanzfrequenz von ihm blockiert werden und Frequenzen bei anderen als der Resonanzfrequenz durchgelassen werden. Somit fließen Leistungsanteile ungleich der Resonanzfrequenz auf die Widerstände 35,36,37, die vorliegend parallel geschaltet und mit Masse 12 verbunden sind. Diese Widerstände 35,36,37 wirken somit als dissipative Komponenten und bilden zusammen mit dem Resonanzkreis 38 eine so genannte dissipative Resonanzkreisvorrichtung 39. Die Widerstände 35,36,37 können jeweils den gleichen Wert aufweisen. Dann teilen sie sich den Strom und damit die Verlustwärme zu gleichen Teilen auf. Der Wert kann jeweils im Bereich 15 Ω bis 30 Ω, insbesondere bei 22 Ω, liegen, so dass ein gemeinsamer Wert von ca. 5 Ω bis 10 Ω, insbesondere ca. 7 Ω ausgebildet wird.
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4 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer Filteranordnung, wie sie z.B. in einer Ausgangs-Filteranordnung 8 vorgesehen sein kann. Sie weist auf:
- - Eine erste dissipative Resonanzkreisvorrichtung 412,
- - Eine zweite dissipative Resonanzkreisvorrichtung 414,
- - Eine dritte dissipative Resonanzkreisvorrichtung 416 und
- - Einen Kondensator 40.
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Die erste dissipative Resonanzkreisvorrichtung 412 weist einen Resonanzkreis 411 auf. Der Resonanzkreis 411 ist als Serien-Resonanzkreis aufgebaut und weist eine Induktivität 41 auf, die in Serie mit einer Anordnung 42 aus mehreren parallel geschalteten Kondensatoren geschaltet ist. Ein zusätzlicher Widerstand 43, der parallel zu der Anordnung 42 aus mehreren parallel geschalteten Kondensatoren geschaltet ist, erweitert den Resonanzkreis 411 zu der dissipativen Resonanzkreisvorrichtung 412.
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Die zweite dissipative Resonanzkreisvorrichtung 414 weist ebenfalls einen Resonanzkreis 413 auf. Der Resonanzkreis 413 ist ebenfalls als Serien-Resonanzkreis aufgebaut und weist eine Induktivität 45 auf, die in Serie mit einem Kondensator 44 geschaltet ist. Ein zusätzlicher Widerstand 46, der parallel zu dem Kondensator 44 geschaltet ist, erweitert den Resonanzkreis 413 zu der dissipativen Resonanzkreisvorrichtung 414.
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Die dritte dissipative Resonanzkreisvorrichtung 416 weist ebenfalls einen Resonanzkreis 415 auf. Der Resonanzkreis 415 ist ebenfalls als Serien-Resonanzkreis aufgebaut und weist eine Induktivität 47 auf, die in Serie mit einem Kondensator 48 geschaltet ist. Ein zusätzlicher Widerstand 49, der parallel zu dem Kondensator 48 geschaltet ist, erweitert den Resonanzkreis 415 zu der dissipativen Resonanzkreisvorrichtung 416.
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Alle Widerstände 43,46,49 und Kondensatoren 42,44,48,40 sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel auch mit Masse 12 verbunden.
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Die Resonanzkreise 411, 413, 415 weisen alle unterschiedliche ResonanzFrequenzen ungleich der Frequenz, die der HF-Signalerzeuger 10 erzeugt, auf.
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Wenn die Frequenz, die der HF-Signalerzeuger 10 erzeugt, z.B. bei 40 MHz liegt, so können die Resonanzfrequenzen der Resonanzkreise 411,413,415 z.B. bei 10 bis 20 MHz liegen.
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Die Werte für die Widerstände 43, 46,49 können von 22 Ω bis 4,7 kΩ liegen.
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Der Wert für den Kondensator 40 kann von 50 bis 500 pF insbesondere z.B. bei 160 pF liegen.
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6 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel einer Filteranordnung, wie sie z.B. in einer Versorgungs-Filteranordnung 4 vorgesehen sein kann. Ferner zeigt 6 ein Ausführungsbeispiel einer Verstärkerstufe 2 der HF-Signal-Verstärker-Anordnung 1. Die Versorgungs-Filteranordnung 4 ist an die DC-Versorgung 5 angeschlossen. Hier ist auch ein Kondensator 601 angeschlossen. Er dient der Stabilisierung der Spannung der DC Versorgung 5 und kann aus mehreren, insbesondere parallel zusammen geschalteten Kondensatoren aufgebaut sein, die zusammen einen Wert von mehreren 10 µF aufweisen.
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Die Versorgungs-Filteranordnung 4 weist zwei Anschlüsse zur Verstärkerstufe 2 auf und versorgt diese jeweils über gefilterte DC Spannung. In beiden Fällen kann die Spannung dissipativ gefiltert sein.
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Die Verstärkerstufe 2 weist eine Vorverstärkerstufe 68 und eine Ausgangsverstärkerstufe 67 auf.
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Die Vorverstärkerstufe 68 weist zwei in einem Transistormodul 613 angeordnete Transistoren 3 auf, die an allen Anschlüssen parallel geschaltet sind. Mit den Gate-Anschlüssen sind sie an den Eingang 13 der Verstärkerstufe 2 angeschlossen. Ihr im Modul zusammengeschalteter Sourceanschluss ist mit Masse 8 verbunden. Die Drain-Anschlüsse des Transistormoduls 613 sind miteinander verbunden und mit einem Kondensator 611 verbunden, der für eine DC-Trennung sorgt. Zusammen mit einer an ihn angeschlossenen Serien-Induktivität 612 bildet er einen Resonanzkreis. Ein weiterer Kondensator 610 ist zwischen dem Verbindungspunkt des Kondensators 611 mit der Induktivität 612 und Masse geschaltet. Der Ausgang der Vorverstärkerstufe 68 ist über einen Serien-Widerstand 609 mit dem Eingang der Ausgangsverstärkerstufe 67 verbunden. Der Kondensator 610 und die Induktivität 612 können gemeinsam ein Impedanzanpassungsglied ausbilden.
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An den Eingang der Ausgangsverstärkerstufe 67 ist außerdem eine Bias-Versorgungsspannung 617 über einen Bias-Versorgungsbaustein, insbesondere Widerstand 616 angeschlossen. Dies dient der Einstellung der Bias-Spannung am Gate des Transistors der Ausgangsverstärkerstufe 67.
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Die Ausgangsverstärkerstufe 67 weist auch zwei in einem Transistormodul 603 angeordnete Transistoren 3 auf, die an allen Anschlüssen parallel geschaltet sind. Ihr ebenfalls im Modul zusammengeschalteter Sourceanschluss ist ebenfalls mit Masse 8 verbunden. Die Gate-Anschlüsse des Transistormoduls 603 sind miteinander verbunden und mit dem Eingang der Ausgangsverstärkerstufe 67 verbunden. Die Drain-Anschlüsse des Transistormoduls 603 sind miteinander verbunden und mit einem Leitungs-Transmissions-Netzwerk 620 an einem Anschluss 621 verbunden. Das Leitungs-Transmissions-Netzwerk 620 ist bevorzugt als Mikro-Strip-Leitung auf einer Leiterkarte ausgebildet. Es ist vorliegend als planare Leitungsspirale gezeigt, die so auch eine Induktivität aufweist. Bevorzugt ist aber auch eine Mäander-förmige Leitungsanordnung denkbar, deren Induktivität nicht durch eine Windung hervorgerufen wäre. An ihrem zweiten Anschluss ist das Leitungs-Transmissions-Netzwerk 620 mit dem Ausgang 7 der Verstärkerstufe 2 verbunden.
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Die Transistoren 3 in der Ausgangsverstärkerstufe 67 und/oder der Vorverstärkerstufe 68 können, wie zuvor schon erwähnt, als LDMOS Transistoren ausgestaltet sein.
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Die Ausgangsverstärkerstufe 67 wird von der DC Versorgung 5 versorgt und ist über eine Induktivität 602, die Teil der Versorgungs-Filteranordnung 4 ist, mit dieser verbunden. Genauer sind die Drain-Anschlüsse des Transistormoduls 603 mit der Induktivität 602 verbunden. Parallel zur Induktivität 602 kann ein dissipativer Schaltkreis vorgesehen sein, der eine Induktivität 635 und eine Widerstands-Kapazitäts-Anordnung 634 aufweist. Die Induktivität 602 ist ausgelegt für hohe Ströme und dient dazu, den mittleren Strom von der DC-Versorgung 5 zu dem Transistormodul 603 bei der Frequenz im Betrieb, insbesondere auch im Schaltbetrieb des Transistormoduls 603, konstant zu halten. Sie kann auch durch mehrere parallel betriebene Induktivitäten aufgebaut sein. Typische Werte liegen z.B. bei 100 nH bei 40 MHz Frequenz.
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Die Vorverstärkerstufe 68 wird auch von der DC Versorgung 5 versorgt und ist über eine Induktivität 603, die Teil der Versorgungs-Filteranordnung 4 ist, mit dieser verbunden. Genauer sind die Drain-Anschlüsse des Transistormoduls 613 mit der Induktivität 603 verbunden. Die Verbindung erfolgt über eine weitere Serien-Induktivität 61, die Teil eines Resonanzkreises 65 ist. Ein weiterer Teil des Resonanzkreises 65 ist ein Kondensator 62. Die Kondensatoren 611 und 610, die in der Vorverstärkerstufe 68 angeordnet sind, sind parallel zu dem Kondensator 62 geschaltet. Wenn ihr Wert ausreichend groß ist, kann auf den Kondensator 62 verzichtet werden, dann bildet die Serienschaltung der Kondensatoren 610, 611 die Kapazität des Resonanzkreises 65 allein. Parallel zur Induktivität ist ein dissipativer Schaltkreis, aufweisend eine Induktivität 64 und einen in Serie geschalteten Widerstand 63, geschaltet. Dieser Schaltkreis bildet den Resonanzkreis 65 aus zu einer dissipativen Resonanzkreisanordnung 66.
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5 zeigt einen gepulsten HF-Signalverlauf 51 erzeugt von einer HF-Signal-Verstärker-Anordnung 1, wie er z.B. im Betrieb am Ausgang 7 der Anordnung 1 anliegen kann. Er weist eine Amplitude 52 des Signalverlaufs auf, wenn ein Puls ausgegeben wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- HF-Signal-Verstärker-Anordnung
- 2
- Verstärkerstufe
- 3
- Transistor, insbesondere LDMOS-Transistor
- 4
- Versorgungs-Filteranordnung
- 5
- DC-Versorgung
- 6
- Ausgangsanschluss zum Anschluss an den AOM
- 7
- Ausgang der Verstärkerstufe
- 8
- Ausgangs-Filteranordnung
- 9
- akustooptischen Modulator (AOM)
- 10
- HF-Signalerzeuger
- 12
- Masse, Ground
- 13
- Eingang der Verstärkerstufe
- 15
- DC-Versorgung
- 16,616
- Bias-Versorgungsbaustein, insbesondere Widerstand
- 17,617
- Bias-Versorgungsspannung
- 20
- Signalaufbereitungsvorrichtung
- 21, 35,36,37,
- Widerstand
- 43,46,49, 63,609, 617 22
- HF-Schalter
- 23,25,27
- Kondensator, insbesondere zur DC-Abtrennung
- 24
- Vorverstärker
- 26
- Impedanzanpassungs-Netzwerk
- 29
- AOM Baugruppe mit HF-Signal-Verstärker-Anordnung
- 30,38,411,413,
- Resonanzkreis
- 415, 65 32
- Serien-Kondensator
- 33,41,45,47,
- Induktivität
- 61,64,602, 603,612,635 34,40,44,48,62,
- Kondensator
- 601,604,610,611 39,412,414,416,
- dissipative Resonanzkreisvorrichtung
- 66 42
- Anordnung aufweisend mehrere Kondensatoren
- 51
- Signalverlauf
- 52
- Amplitude des Signalverlaufs
- 67
- Ausgangsverstärkerstufe
- 68
- Vorverstärkerstufe
- 603, 613
- Transistormodul
- 620
- Leitungs-Transm issions-Netzwerk
- 621
- Anschluss
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102016220349 A1 [0005]
- EP 1691481 B1 [0005]
