DE2062527B2 - Verstärkeranordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Verstärkeranordnung aus einer Anzahl π von Verstärkern, die aus einer gemeinsamen Signalquelle gespeist werden.

Es gibt viele Gründe für einen derartigen Parallelbetrieb mehrerer Verstärker. Ein Grund ist die Verarbeitung eines breiten Frequenzbandes, welches man auf parallel betriebene Verstärker aufteilt. Ein anderer und sehr wichtiger Grund kann in dem Wunsch bestehen, große Leistungen mit Halbleilesverstärkern zu verstärken. Da ein einzelner Halbleiterverstärker nur mit sehr begrenzten Leistungen betrieben werden kann, andererseits aber die bekannten Vorzüge der geringen Kosten und Herstellbarkeil in Miniaturbauweise hat, sucht man eine Hochleistungsstufe durch Parallelschaltung mehrerer solcher Verstärker zu realisieren. Dies ist ein Fall wo alle Verstärker normalerweise im gleichen Frequenzband arbeiten oder breitbandige Verstärker sind. Das Anwendungsgebiet solcher Parallelschaltungen von Verstärkern und somit auch der Erfindung ist jedoch nicht auf einen bestimmten Frequenzbereich beschränkt. Die Notwendigkeit von Verstärker-Parallelschaltungen kann sich genauso gut auf dem Gebiet der Mikrowellentechnik wie auf dem Gebiet der Niederfrequenztechnik oder Hochfrequenztechnik ergeben.

Bei der Parallelschaltung von Verstärkern gibt es verschiedene Möglichkeiten der Kopplung der Verstärkereingänge an die gemeinsame Signalquelle. Eine beispielsweise aus der USA.-Patentschrift 3 451 004 bekannte Art isi die Speisung der Verstärker über verschiedene Abzapfungen einer Laufzeitkette, wobei man die Eingangskapazitäten der Verstärker in die Dirnensionierung der Kette mit einbezieht. so daß ihre stören den Wirkungen eliminiert werden Man könnte die Verstarker auch einfach über einen Verzweigung·, punkt oder eine äquivalente Anordnung aus der gemeinsamen Signalquelle speisen, jedoch sind derartige Anordnungen nicht rückwirkungsfrei, d. h. beim Ausfall eines Verstärkers oder bei einem Kurzschluß in dessen Eingangskreis ändert sich den übrigen Verstarkern zugeteilte Energie, wodurch nichtlineare Verzerrungen auftreten können und der Störabstand der verstärkten Signale geringer weiden kann. Letzteres ist insbesondere dann der Fall, wenn einer der Verstärker durch einen Kurzschluß in seinem Eingangskreis übermäßig viel Leistung bezieht, ohne sie zu verstärken. Diese Eingangsleistung fehlt dann den anderen Verstärkern, so daß der Abstand der von Ihnen gelieferten Nutzsignale gegenüber deren Eigenrauschen kleiner wird. Zudem besteht der Beitrag eines kurzgeschlossenen Verstärkers lediglich aus dessen Eigenrauschen.

Man kann diese Probleme dadurch vermeiden, daß man zwischen den Verstärkereingängen und der Signalquelle eine Kopplungseinrichtung vorsieht, welche jedem Verstärker einen fest bleibenden Anteil der von der Signalquelle gelieferten Energie oder Leistung zuweist. Dies kann mit Hilfe von sogenannten »Hybrids« geschehen, welche jeweils die an einem Eingang empfangene Leistung in einem bestimmten Verhältnis auf jeweils zwei Ausgange übertragen. Fine entsprechende Maßnahme isi u-- der USA.-Patentschrift 3 444 475 bekannt, der zi»""ψε eine Vielzahl solcher »Hybrids« a's Leistungsteiler eingesetzt werden, die eine sich von der Signalquelle zu den verschiedenen Verstärkern stammbaumförmig verzweigende Anordnung bilden. Dies hat zur Folge, daß die Anzahl »n« der mit einer solchen Anordnung zu speisenden Verstärker nur eine Potenz von 2 (also 2, 4, 8, 16 usw.) sein kann, was in vielen Fällen eine unannehmbare Einschränkung bedeutet.

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung einer Anordnung, mit welcher aus einer gemeinsamen Signalquelle eine Anzahl von Verstärkern gespeist werden kann, die nicht auf eine Potenz, von 2 beschränkt ist. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch n—1 Leistungsteiler, welche die an ihren Eingängen empfangene Leistung im einstellbaren Verhältnis auf jeweils zwei Ausgänge übertragen und zu einer Kette zusammen geschaltet sind, wobei der erste Leistungs-

teiler seine Eingangsleistung von der Signalquelle empfangt und die anderen Leistungsteiler ihne Eingangsleistung jeweils von einem ersten Ausgang des in der Kelle vorangehenden Leistungsteiler, erhalten, wahrend der zweite Ausgang jedes Leist-jngsteilers und darüber hinaus der erste Ausgang des letzten Leistungsteils jeweils einen gesonderten Verstärker beaufschlagt. Hiermit ist die Anzahl der Verstärker nicht at.' Potenzen von 2 beschränkt, vielmehr ist jede Zwischen/ahl möglich .

Durch die Einstellbarkeit des Leistungsverhältnisses an den Ausgängen der Leistungsteiler kann man den Ueistungsanteii, den jeder einzelne Verstärker empfängt, beliebig enstellen, z. B. so, daß jeder Verstärker gleiche Eingangsleisiung erhält. Die Erfindung hat auch den Vorttii, daß es möglich ist, die Verstärker mit unterschiedlicher Leistung zu speisen, was unter Umständen dann erwünscht sein kann, wenn jeder Verstärker ein anderes Frequenzband verstärkt und diese Frequenzbänder nicht alle gleichmäßig stark im gcmeinsamen Eingangsignal vertreten sind.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind zur Zusammenfassung der Ausgangssignaie der Verstärker n— 1 Koppler vorgesehen, deren jeder die an zwei seiner Eingänge empfangene Leistung im einstellbaren Verhältnis auf einen gemeinsamen Ausgang überträgt. Dabei empfängt jeder Koppler an einem Fingang das Ausgangssignal jeweils eines von n— 1 Verstärkern. Die Koppler sind in einer Kelle /usammengeschaltet, worin der erste Koppler an seinem 3c /weiten Eingang das Ausgangssignal des restlichen Verstärkers empfängt und die anderen Koppler an ihrem /weiten Eingang das Ausgangssignal des jeweils in de Kette vorangehenden Koppler empfangen.

Vorzugsweise verwendet man dort, wo mehr als 20 Verstärke¹" parallel arbeiten sollen, zwei erfindungsge- ;näße Anordnungen und betreibt sie parallel. Eine Fntsprechende vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärkeranordnung eine gleichartige zweite Verstärkeranordnung zugeordnet ist und daß die Signalquellen für die beiden Verstärkeranordnungen die beiden Ausgänge eines von zu verstärkenden Eingangssignalen beaufschlagten zusätzlichen Leistungsteiler sind, und daß die Ausgänge des jeweils letzten Kopplers jeder Vcrstärkeranordnung mit den beiden Eingängen eines zusätzlichen Kopplers verbunden sind, an dessen Ausgang das verstärkte Gesanitsignal abnehmbar ist.

Durch die Einstellbarkeit der Leistungsübertragungsverhältnisse an den Leistungsteilern bzw. Kopplern ist es möglich, diese Übertragungsverliältnisse derart asymmetrisch einzustellen, daß das Gesamtrauschen der Anordnung auf ein Minimum reduziert ist. Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung bedient sich einer derartigen asymmetrischen Einstellung. Der Grund für die Verminderung des Gesamtrauschens liegt darin, daß ein asymmetrisch eingestellter Koppler Nutzsignale am Ausgang in additiver Weise kombiniert, da sie kohärent sind. Die inkohärenten Rauschsignale hingegen werden bei asymmetrisch eingestellten Kopplern in den Abschlußwiderständen teilweise als Verlustleistung verbraucht.

Einzelheiten der Erfindung werden nachstehend an Ausführungsbeispielen an Hand von Zeichnungen erläutert.

F i g. 1 zeigt ein Blockschaltbild einer Ausführungsform der Erfindung,

F i g. 2 zeigt in einem vereinfachten Blockschaltbild eine Weiterbildung der Erfindung, die zur Speisung einer sehr großen Anzahl von Verstärkern geeignet ist.

In der F i g. 1 ist eine Vielzahl von Verstärkern 1, 2. 3 und 4 zu erkennen, die parallel betrieben werden sollen, um die an einer Eingangsklemme 5 zugefuhrten Eingangssignale zu verstärken. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind nur vier dieser Verstärker dargestellt. es kann jedoch eine beliebige Anzahl vorgesehen sein, von drei aufwärts bis (in der Praxis) etwa zwanzig, und zwar gemäß den jeweiligen Erfordernissen. Zur Kopplung der Klemme 5 zugeführten Eingangssignale auf die Eingänge der Verstärker I bis 4 ist eine Kettenschaltung von einzelnen Gliedern 6, 7, 8 vorgesehen, deren jedes die an einem Eingang 9 bzw. 10 bzw 11 zugeführte Leistung im einstellbaren Verhältnis auf seine beiden Ausgänge 12. 14 bzw. 13, 15 bzw. 13', 16 überträgt.

Diese Leistungsteiler 6, 7 und 8 sind vorzugsweise sogenannte »Hybrids« und auch in der Fig I durch das entsprechende übliche Schaiiungssymbol dargestellt. Ein »Hybrid« ist eine Ar: Koppler mit vier Toren oder Anschlüssen, in welchem die an einem Anschluß /ugeführte Leistung in einen bestimmten Verhältnis auf zwei andere Anschlüsse übertragen wird, während der jeweils vier«'· Anschluß eitkoppelt bleibt. Hybrids können beispielsweise als gewickelte IJberfager aus gebildet sein, sie können auch aus Abschnitten von Übertragungslcitungen oder Wellenleitern aufgebaut sei" Im dargestellten I all ist jeweils einer der vier Anschlüsse der Hybrids ft. 7 und 8 mit einem Widerstand abgeschlossen, während die anderen Anschlüsse ak Eingang bzw. Ausgänge verwendet werden.

Der Eingang 9 des ersten Hybrids 6 in der Kettenschaltung ist mit der Eingangsklemme 5 verbunden, und die Eingangsklemme 10 b/w. 11 jedes nachfolgenden Hybrids ist in der Kettenschaltung mit einem ersten Ausgang des unmittelbar vorhergehenden Hybrids verbunden. Das heißt, der Eingang 10 des Hybrids 7 ist mit dem ersten Ausgang 12 des Hybrids 6 verbunden. Der erste Ausgang 13' des letzten Hybrids 8 der Kettenschaltung ist mit dem Eingang eines der Verstärker (Verstärker 4) verbunden. Die zweiten Ausgänge 14, 15 und 16 der Hybrids sind einzeln mit den Eingängen der übrigen Verstärker 1, 2,3 verbunden.

Die von den Verstärkern 1, 2, 3 und 4 verstärkten Ausgangssignale werden einer zweiten Kettenschaltung aus den Gliedern 17, 18 und 19 zugeführt, bei denen es sich um Koppler handelt, deren jeder die an zwei seiner Eingänge empfangene Leistung im einstellbaren Verhältnis auf einen gemeinsamen Ausgang überträgt. Bei diesen Kopplern handelt es sich vorzugsweise ebenfalls um sogenannte Hybrids, bei denen jeweils ein Anschluß mit einem Widerstand abgeschlossen ist. Von den übrigen Anschlüssen der Hybrids 17,18 und 19 wird ein erster (in der Zeichnung jeweils oben) als erster Eingang, ein zweiter (in der Zeichnung jeweils unten) als zweiter Eingang und ein dritter (in der Zeichnung jeweils rechts) als Ausgang verwendet. Von der an irgendeinem Eingang zugeführten Leistung wird ein bestimmter Anteil auf den Ausgang übertragen. Mit Ausnahme des ersten Hybrids 17 ist jedes Hybrid der zweiten Kettenschaltung mit seinem ersten Eingang (z. B. 21 des Hybrids 19) an den Ausgang des unmittelbar vorhergehenden Hybrids angeschlossen, während der erste Eingang des ersten Hybrids 17 mit dem Ausgang des Verstärkers 1 verbunden ist, der vom zweiten Ausgang 14 des ersten Hybrids 6 der ersten Kettenschaltung gespeist wird. Der Ausgang 22 des letzten

Hybrids 19 der zeilen Kettenschaltung ist an die Hndausgangsklemme 23 der Anordnung angeschlossen. Die übrigen (zweiten) Eingänge der Hybriden (mit Ausnahme des letzten) der zweiten Kettenschaltung sind jeweils mit den Ausgängen der Verstärker verbunden, deren Eingänge von den zweiten Ausgängen des zweiten und der folgenden Hybrids der ersten Kettenschaltung beaufschlagt werden. Der zweite Eingang des lei/-ten Hybrids 19 der zweiten Kettenschaltung ist mit dem Ausgang desjenigen Verstärkers 4 verbunden, der vom ersten Ausgang des letzten Hybrids der ersten Kettenschaltung gespeist wird.

Alle Hybrids sind vorzugsweise asymmetrisch, d. h. die von den jeweiligen Eingängen auf die jeweilige Ausgänge übertragene Energie kann auf bestimmte Verhältniswertc eingestellt werden. Durch geeignete Einstellung der Verhältniswerte der Energie kann das Gesamtrauschen der gesamten Schaltungsanordnun; auf einen optimal niedrigen Pegel reduziert werdcr der sich demjenigen Rausch-Pegel nähert, der am Aus gang eines einzigen Verstärkers erreicht wird.

Falls man mehr als zwanzig Verstärker parallel be treiben will, ist vorzugsweise die Anordnung nacl· F i g. 2 zu verwenden. Hier sind zwei Verstärkeranordnungen 25 und 26 vorgesehen, deren jede als Anordnung innerhalb des gestrichelten Blocks 24 der F i g. 1

ίο entspricht. Die beiden Anordnungen 25 und 26 sind so geschaltet, daß sie parallel arbeiten. Die an der Eingangsklemme 5 zugeführten Signale werden durch ein Hybrid 27 (Lcitungsteiler) zwischen den Anordnungen 25 und 26 gleich aufgeteilt. Die Ausgangssignale von den Anordnungen 25 und 26 werden in einem weiteren Hybrid 28 (Koppler) kombiniert, dessen Ausgang mit der Endausgangsklemme 23 verbunden ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verstärkeranordnung aus einer Anzahl η von Verstärkern, die aus einer gemeinsamen Signalquel-Ie gespeist werden, gekennzeichnet drrch n- 1 Leistungsteiler (6, 7, 8), weiche die an ihren Eingängen (9, 10, U) empfangene Leisiung im einstellbaren Verhältnis auf jeweils zwei Ausgänge

(z. B. 12 und 14) übertragen und zu einer Kette zusammengeschaltet sind, wobei der erste Leistungsteiler (6) seine Eingangsleistung von der Signalquelle (5) empfängt und die anderen Leistungsteiler (7, 8) ihre Eingangsleistung jeweils von einem ersten Ausgang des in der Kette vorangehenden Leistungsteilers (6, 7) erhalten, während der zweite Ausgang (14, 15, 16) jedes Leistungsteiler (6, 7, 8) und darüber hinaus der erste Ausgang (13), des letzten Leistungsteilers (8) jeweils einen gesonderten Vei .tärker (1,2,3.4) beaufschlagt.

2. Verstärkeranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Zusammenfassung der Ausgangssignale der Verstärker (1, 2, 3) n- 1 Koppler (17, 18, 19) vorgesehen sind, deren jeder die an zwei seiner Eingängeempfangene Leistung im einstellbaren Verhältnis auf einen gemeinsamen Ausgang überträgt, und daß jeder Kuppler an einem Eingang das Ausgangssignal jeweils eines von n— 1 Verstärkern (2, 3,4) empfängt, und daß die Koppler zu einer Kette zusammengeschaliet sind. worin der erste Koppler (17) an seinem /weiten Eingang das Ausgangssignal des restlichen Verstärkers (1) empfängt und die anderen Koppler (18, 19) an ihrem zweiten Eingang des Ausgangssignal des jeweils in der Kette vorangehenden Kopplers (17, 18) empfangen.

3. Verstärkeranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, da3 ihr eine gleichartige zweite Verstärkeranordnung (26) zugeordnet ist und daß die Signalquellen für die beiden Ver-Stärkeranordnungen (25, 26) die beiden Ausgänge eines von zu verstärkenden Eingangssignalen beaufschlagten zusätzlichen Leistungsteilers (27) sind, und daß die Ausgänge des jeweils letzten Kopplers jeder Verstärkeranordnung mit den beiden Eingängen eines zusätzlichen Kopplers (28) verbunden sind, an dessen Ausgang (23) das verstärkte Gesamtsignal abnehmbar ist.

4. Verstärkeranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch solche asymmetrisehe Einstellung der Übertragungsverhältnisse zwischen Eingängen und Ausgängen der Leistungsteiler bzw. Koppler, daß das Gesamtrauschen auf ein Minimum reduziert ist.

55