DE2108955B2

DE2108955B2 - Hochfrequenz-Leistungsverstärker mit Vorwärtskompensation der Fehlerspannung

Info

Publication number: DE2108955B2
Application number: DE2108955A
Authority: DE
Inventors: Harold Warren N.J. Seidel (V.St.A.)
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1970-02-27
Filing date: 1971-02-25
Publication date: 1975-08-21
Also published as: US3649927A; SE372864B; NL161934C; BE763439A; NL7102253A; DE2108955C3; FR2083115A5; DE2108955A1; JPS5129625B1; GB1326348A; NL161934B

Description

malen Ausgangssignal durchgeführt. Unter dieser bevorzugten Bedingung vereinigen sich die gesamte Ausgangsleistung des Hauptveretärkers und des Fehlerverstärkers bei minimalem Verlust miteinander am Ausgang des Verstärkers. Zusätzlich zur Aufrechterhaltung einer dauernden Impedanzanpassung im Hauptsignalkanal, dem Fehlen, ignalkanal und am Ausgang des Vorwärtskompensations-Verstärkers hat die Anordnung die Tendenz, die durch den Fehlerverstärker maximal zuzuführende Leistung ..u reduzieren. Dies führt zu einer Verbesserung der Eigenschaften des Fehlerverstärkers und zu einer entsprechenden Verbesserung der Gesamteigenschaften des Vorwärtskompensations-Verstärkers.

Die Erfindung wird unter Berücksichtigung mehrerer Ausführungsbeispiele an Hand der Zeichnung erläutert. Dabei zeigt

F i g. 1 einen Vorwärtskompensations-Verstärker gemäß Erfindung,

F i g. 2 einen Hauptsignalverstärkcr des Vorwärtskompensations-Verstärkers nach Fig. I,

F i g. 3 und 4 die Amplituden- bzw. Phasen verzerrung des Hauptsignalverstärkers nach F i g. 2.

F i g. 5 A und 5 B Vektordiagramme der in Fig. 3 und 4 dargestellten Verzerrungen,

F i g. 6 den Ausgangskoppler des Vorwärtskompensations-Verstärkers nach Fig. 1,

F i g. 7 die Phase der Signale in dem Ausgangskoppler nach F i g. 6 und

F i g. 8 den Koppler 18 des Vorwärtskompensations-Verstärkers nach Fig. 1 und die ar. diesem anliegende Signale.

F i g. 1 zeigt einen Hochfrequenz-Leistungsverstärker 9 mit Vorwärtskompensation der Fehlerspannung, welcher zwei parallele Signal wege oder Kanäle 10 und 11 aufweist. Der erste oder Hauptsignalkanal 10 umfaßt in Reihe einen Hauptsignalverstärker 12 und ein Zeitverzögerungsnetzwerk 13. Der zweite oder Fehlerkanal 11 umfaßt in Reihe ein zweites Zeitverzögerungsnetzwerk 14 und einen Fehlerverstärker 15. Am Eingang des Verstärkers 9 teilt ein erster Richtungskoppler 16 das Eingangssignal in zwei Komponenten auf und koppelt jeweils eine dieser Komponenten an den Kanal 10 bzw. 11 an. Am Ausgang des Verstärkers 9 koppelt ein zweiter Richtungskoppler 17 das vom Fehlersignalvcι barker 15 kommende Signal in den Hauptsignalkanal ein. um das korrigierte Ausgangssignal zu erzeugen.

Ein dritter Richtungskoppler 18 koppelt ein Teil des von dem Verstärker 12 verstärkten Ausgangssignals in den Eingang des Fehlerverstärkers 15 ein.

Im Betrieb wird das zu verstärkende Eingangssignal durch den Koppler 16 in zwei Komponenten aufgeteilt. Die eine Komponente wird an den Hauptverstärker 12 angekoppelt und verstärkt. Die andere Komponente wird in den Kanal 11 eingespeist und stellt das Bezugssignal dar, welches mit dem Anteil des verstärkten Signals verglichen wird, welcher von dem Verstärker 12 abgeleitet wird. Dieser Vergleich wird durch Einkopplung eines Teils des verstärkten Signals vom Kanal 10 über den Koppler 18 in Kanal 11 und Subtraktion des Referenzsignals von diesem eingekoppelten Teil durchgeführt. Wenn vom Verstärker 12 keine Verzerrung eingeführt wird, ist die Differenz oder das so gebildete Fehlersignal gleich Null. Wenn jedoch andererseits Fehlerkomponenlen vorhanden sind, wird ein Nettofehlersignal am Eingang des Fehlerverstärkers 15 erzeugt. Dieses Fehlersignal wird dann verstärkt und in den Hauptfehlerkanal mittels des Ausgangskopplers 17 in der Weise rückeingeführt, daß die Nettoverzerrung in dem Ausgangssignal möglichst gering wird. Die Amplitude.

die Zeitverzögerung und die Phase der jeweiligen Signalkomponenten werden mittels der Netzwerke 13 und 14 sowie nicht gezeigter, geeignet angeordneter Phasenschieber eingestellt.

Die Anwendung eines Riehtungskopplers 17 als

ίο Fehlereingabenetzwerk am Ausgang des Verstärkers führt dazu, daß ein Teil des Fehlerkorrektursignals und ein Teil des verstärkten Hauptsignals im Abschiußwiderstand 20 verbraucht werden, welcher mit dem Pol 4 des Kopplers 17 verbunden ist. Gemäß

is Erfindung sollen die Parameter des im folgenden auch kurz Vorwärtskompensations - Verstärker genannten Verstärkers 9 so bestimmt werden, daß dieser Verlust bei höheren Leistungen, bei denen die Anforderungen an den Fehlerverstärker am größten

μ sind, verringert werden. Die Grundlage, auf welcher die Neubestimmung der Parameter vorgenommen wird, bezieht sich auf die Natur der im Hauptverstärker erzeugten Verzerrungen, wie nunmehr erläutert wird.

Unter erneuter Bezugnahme auf die Zeichnung, und zwar F i g. 2, die zu Erläuterungszwecken eingefügt worden ist. ist der Haupt verstärker 12 ersichtlich, an welchem ein Eingangssignal ej) anliegt und welcher wiederum ein Ausgangssignal E'[H erzeugt.

Bei geringem Signalpegel erzeugt eine inkrementale Zunahme des Eingangssignals eine proportionale inkrementale Zunahme des Ausgangssignals. Jedoch tendieren alle Verstärker dazu, bei steigendem Eingangssignal in Sättigung zu geraten, so daß inkrementale Zunahmen des Eingangssignals bei diesem höheren Pegel immer kleinere inkrementale Zunahmen des Ausgangssignals erzeugen. Dieser Sättigungseffekt wird durch die typische Eingangs-Ausgangsverstärkercharakteristik 30 gemäß F i g. 3 gezeigt, welche linear in einem Intervall am unteren Eingangspegel ansteigt, aber bei dem höheren Eingangspegel zur Abflachung neigt.

Zusätzlich tritt eine entsprechende Änderung der relativen Phase zwischen Ein- und Ausgangssignalen auf. Dies wird durch die Kurve 31 in F i g. 4 angedeutet, welche die Änderung der Phase des Ausgangssignals als Funktion des Eingangssignalpegels darstellt. Bei niedrigem Pegel ist der relative Phasenwinkel gleich (-). Wenn die Amplitude des Eingangs-

signals zunimmt, tendiert der Phasenwinkel dazu, sich zu ändern. Während in F i g. 4 eine Zunahme des Phasenwinkels angedeutet ist, kann die Änderung jedoch auch in einem abnehmenden Phasenwinkel bestehen, was von der Art des Verstärkers abhängt.

Die Fig. 5 A und 5 B stellen Vektordiagramme dar. welche die den Kurven 30 und 31 entsprechenden . Verzerrungen darstellen. Im einzelnen zeigt die Fig. 5A acht inkrementale Zunahmen 1-8 des Pegels des Eingangssignals e. Die F i g. 5 B zeigt acht zugehörige inkrementale Zunahmen 1-8 der Amplitude des Ausgangssignals eines idealen Verstärkers, welcher ein unverzerrtes Ausgangssignal E erzeugt. Das durch E dargestellte Ausgangssignal ist dahingehend unverzerrt, daß die inkrementalen Zunahmen 1-8 alle bezüglich ihrer Amplitude gleich sind und den gleichen Phasenwinkel aufweisen. In der Praxis jedoch sind die tatsächlichen inkrementalen Zunahmen I'-8' nicht gleich, weder bezüglich ihrer Amplitude

noch bezüglich ihrer Phase. Daher werden sie mit abnehmenden Amplituden und wechselnden relativen Phasen dargestellt. Das wirkliche Ausgangssignal £' ist deshalb durch die Summe der Vektoren 0-Γ, Y-T usw. gegeben. Das tatsächliche Ausgangssignal beim maximalen Eingangssignal wird durch die Vektorsumme aller Inkremen te Γ-8' gebildet und in F i g. 5 B durch den Vektor E' dargestellt. Die Vektordifferenz a zwischen dem unverzerrten Ausgangssignal E und dem tatsächlichen Ausgangssignal £' stellt die maximale, von dem Verstärker eingeführte Verzerrung dar.

Bei Vorwärtskompensations-Verstärkern nach dem Stand der Technik wurden die Schaltungsparamcter mit Rücksicht auf den Verstärkungsfaktor bei niedrigem Pegel des Hauptverstärkers gewählt. Das heißt. die Verstärkung und die Phase bei niedrigem Pegel des Hauptverstärkers werden als Kriterien genommen, an welchen der Fehler gemessen wird. Eine Abweichung des Verstärkungsfaktors oder der Phase mit Zunahme des Signalpegels wird als Fehler betrachtet und ein entsprechendes Fehlerkorrektursignal in den Hauptsignalkanal eingegeben. Dieses Fehlersignal wird dem tatsächlichen Signal zugefügt, um das korrigierte Ausgangssignal zu erzeugen. Unter erzeugter Bezugnahme auf F i g. 5 B ist beim niedrig- *₅ sten gezeigten Pegel das tatsächliche Signal 1' gleich dem unverzerrten Signal 1, so daß kein Fehlerkorrektursignal gebildet wird. Wenn das Eingangssignal auf den Pegel 6 ansteigt, muß beispielsweise ein Fehlersignalvektor a" dem Ausgangssignal E" zugefügt werden, um das korrekte Ausgangssignal 6 zu ergeben. In ähnlicher Weise wird ein Fehlerkorrektursignal a' beim Pegel 8' benötigt, um das richtige Ausgangssignal 8 zu bilden. In jedem Fall führt die Korrektur zu einer Signalphase, die der Signalphase bei niedrigem Signalpegel entspricht, wie dieser durch die Signale 1 und 1' dargestellt wird. Es kann jedoch gezeigt werden, daß bei dieser Korrekturbedingung die Leistung des Fehlerverstärkers nicht wirkungsvoll ausgenutzt wird, indem ein Anteil der Leistung im Abschlußwiderstand 20, der mit dem Pol 4 des Ausgangskopplers 17 verbunden ist, unvermeidlich verlorengeht.

Als Ergebnis dieses Leistungsverlustes im Ausgangskoppler wird die Ausgangsleistung eines Vorwärtskompensationsverstärkers verringert. Während dieser Ausgangsverlust durch eine Verstärkung der Ausgangsleistung des Fehlerverstärkers aufgefangen werden kann, soll daran erinnert werden, daß gerade die Qualitäten des Fehlerverstärkers die Gesamtgüte des Vorwärtskompensationsverstärkers als Ganzes ausmachen. Demgemäß ist der Fehlerverstärker vorzugsweise ein leistungsschwache»" Verstärker hoher Güte. Wenn zwar die Ausgangsleistung des Fehlerverstärkers vergrößert werde» kann, am die durch den Vorwärtskompensationsverstärker gegebenen Anforderungen zu erfüllen, würde diese Maßnahme zu einer Verschlechterung des Fehlerverstärkers und daher wiederum zu einer Verschlechterung des Gesarntverstärkers führe«. Diese Maßnahme fuhrt demnach nur zur Verschleierung der Schwierigkeit, jedoch te nicht ze deren Lösung.

Die vorliegende Erfindung sacht diese Beschränkungen zn vermeiden, indem der Bezugsstandard, gegen den der Fehler gemessen wird, neu definiert wird. Insbesondere wird der Fehlerbezäg ira Hinblick auf Bedingungen bei wsen speziellen hohen Pegeln aufstellt, beispielsweise fur maximale Ausgangsleistung, und nicht mit Rücksicht auf Bedingungen bei geringen Leistungspegeln, wie bisher. Daher werden, unter Bezugnahme auf F i g. 6, die auf den Ausgangskoppler 17 einwirkenden Signale und die Kopplerparameter in Betracht gezogen und auf dem Ausgangssignalpegel 8 gemäß F i g. 5 B definiert, und dieser Signalpegel wird zum Zwecke der vorliegenden Erläuterung als der maximalen Ausgangsleistung des Hauptverstärkers entsprechend angesehen. Vor Beginn dieser Erläuterung sollen jedoch die Eigenschaften eines passiven, reziproken Reaktanz-Vierpol-Kopplers kurz dargelegt werden. Die Pole 1-2 und 3-4 werden als konjugierte Polpaare bezeichnet. Die Verteilungsmatrix M des Kopplers wird durch folgenden Ausdruck gegeben:

M =

O	O	S₁₃	S
O	O	S₂₃	S
S₃.	S₃₂	O	O
S₄₁	S₄₂	O	O

24

Hierbei bezeichnet die verallgemeinernde Bezeichnung S,j die Kopplung zwischen dem i-ten und dem ;-ten Pol. Da der Koppler ein reziprokes Reaktanznetzwerk ist, ist S^- = Sjj und insbesondere

Is₁₃: = Is₃₁I = Is₁₄I = Is₄₂I = |r|_; (D

hierbei ist t der Ubertragungskoeffizient der »Durch«- Signalkomponente. Weiterhin gilt

wobei k der Kopplungskoeffizient der »gekoppelten« Signalkomponente darstellt.

Wenn der Koppler 17 gleichzeitig bisymmetrisch ausgebildet ist, sind die durch die Gleichungen (1) und (2) gegebenen Matrixkoeffizienten sowohl in Phase als auch in Größe einander gleich. Wenn der Koppler asymmetrisch ausgebildet ist, tritt eine Phasendifferenz auf, die einigen der Koeffizienten zugeordnet ist.

Da für ein Vierpol gilt: MM* = 1 (wobei das Sternchen den konjugierten Pol des Ausdrucks bezeichnet) folgt allgemein, daß

/= 1

wobei 6_ik = 0 ist, wenn i ψ k und 6_ik = 1 ist, wenn i = k ist.

Dies führt 20 einer Anzahl von nützlichen Beziehungen zwischen den Verteilungskoeffizienten, vor denen einige aufgeführt sind:

S,₃S?j + S₂₃SZ₃ = 1 - (4)

Daraus folgt, daß

Auch gilt beispielsweise

Sf₃S₁₄ + S&S» = 0 (6)

S₁₃SJ₃ + S₁₄SIi =0. <7J

Unter erneuter Bezugnahme auf F i g. 6 wird nunmehr gefordert, daß, wenn alle Verstärker mit ihrer jeweiligen maximalen Ausgangsleistung arbeiten, die ganze einfallende, dem Signal V des Hauptkanals zugeordnete Leistung dem Pol 1 des Kopplers 17 zugeführt wird und daß alle einfallende und dem Fehlerkorrektursignal ν zugeordnete Leistung an den Pol 2 angekoppelt werden, daß diese Eingangssignale im Ausgangspol 3 miteinander kombiniert werden, um das Ausgangssignal E zu erzeugen, und daß keine Leistung in dem ohmschen Abschlußwiderstand 20, welcher an den Kopplerpol 4 angeschlossen ist, verbraucht wird.

Wenn die beiden zuvor angeführten Bedingungen an Hand der unterschiedlichen Signale ausgedrückt werden, wird folgendes erhalten:

KS₁₃ + I)S₂₃ = E

(8)

VS,_A + vS-,, = 0.

(9)

Wenn die Gleichung (9) nach ν aufgelöst wird und in Gleichung (8) eingesetzt wird, findet man

ν = -V-,

^J24

(10)

(Π)

^J24

Wenn der Zähler und Nenner des zweiten Ausdruckes der Gleichung (11) mit SJ₄ multipliziert wird, erhält man

KS₂₃(S₁₄Sf₄)

= E.

(12)

35

Wenn S_iAS^ aus Gleichung (7) substituiert wird unter Berücksichtigung von

,STj = IS₁-/,

wird erhalten:

V Oi

13

(13)

was vereinfacht werden kann zu

KS₁₃ = ElS₂₄I². (14)

Da KS₁₃ die Komponente des Hauptkanalsignals ist, welche an dem Ausgangspol 3 auftritt, und zwar entsprechend dem Signal E' in Fig. 5B, und da |S₂₄r eine reelle Zahl ist, stellt Gleichung (14) fest, daß E' and das Ausgangssignal E in Phase sind.

Die mit dem PoJ 3 gekoppelte Komponente des Fehterkorrektursigaals wird durch Substituieren von EjS₂₄P au SleBe von VS₁₃ m GieicmjBg(8) abgeleitet und nach cS₂₃ aufgelöst. Dies ergibt

CS₂₃ = E-ElS₂₄P

(15)

TS₂₃ = Ed-Is₂₄P) = ElS₁₄P. (16)

Da IS₁₄P ebenfalls eine reeHe Zahl ist, stellt die Gleichung (16) fest, daß das Fehlerkorrektursignal PS₂₃ (entsprechend β' in Fig. 5B> ebenfalls in Phase mit dem Ausgangssignal E ist.

Die neuen Signalverhältnisse, wie sie durch die Gleichungen (14) und (16) definiert werden, sind in F i g. 7 dargestellt. Die F i g. 7 umfaßt, ebenso wie Fig. 5 B, die unverzerrten Signalinkremente 1-8 und die tatsächlichen Signalinkremente (Zuwachsbeträge) Γ-8'. In F i g. 7 wird jedoch das Fehlerkorrektursignal //' = üS₂₃ nunmehr in Phase mit dem Signal E' = VS₁₃ zugefügt, um das richtige Ausgangssignal £ zu erhalten. Dies ist offenbar unterschiedlich von der in F i g. 5 B gezeigten Arbeitsweise, bei welcher das Fehlerkorrektursignal E' und das resultierende korrigierte Ausgangssignal E nicht in Phase sind. Dieses Erfordernis der Phasengleichheit bedeutet, daß der Bezugsphasenwinkel, gegen welchen der Phasenfehler gemessen wird, durch die Phase des Ausgangssignals 8' bei höchstem Pegel, und nicht durch den Phasenwinkel des Signals 1 bei niedrigstem Pegel, wie früher, definiert wird.

Um ein Maß der Größe des Fehlerkorrektursignals bei Zwischensignalpegeln 1-7 zu erhalten, werden entlang des Vektors E' (in Verlängerung, falls notwendig) Kreise mit den Radien 1 bis 7 geschlagen und Vektoren zwischen den Punkten Γ, 2' ... T und den entsprechenden Punkten 1,2.7 entlang des Vektors E' gezogen. Zur Illustration sind zwei derartige Vektoren ß" und ß'" für die Pegel 5 und 6 in F i g. 7 eingezeichnet.

Es sei unter Bezugnahme auf die F i g. 7 und 5 B darauf hingewiesen, daß mindestens bei den höheren Signalpegeln die Fehlerkorrektursignale, wie sie durch die oben konstruierten Vektoren ß', ß" und /*'" dargestellt werden, kleiner sind als die entsprechenden Fehlerkorrektursignale, wie diese durch die Vektoren a', a" und a'" dargestellt sind und zur Wiederherstellung der Signalphase bei niedrigen Pegeln benötigt werden. Dies bedeutet, daß für das gleiche korrigierte Ausgangssignal der Fehlerverstärker nunmehr kleiner gemacht werden kann. Oder die andere Betrachtungsweise, kann für einen Fehlerverstärker gleicher Größe nunmehr ein größeres Ausgangssignal erhalten werden. Bei geringen Signalpegeln kann die gemäß dem Stand der Technik erforderliche Korrektur geringer sein, aber bei diesen relativ geringen Pegeln ist der Leistungsbetrag jedenfalls klein und weit unter den Leistungsreserven des Fehlerverstärkers.

Zusammenfassend wird festgestellt, daß bei einem Vorwärtskompensationsverstärker gemäß Erfindung das Fehlereingabenetzwerk ein Richtungskoppler mit zwei Paaren konjugierter Pole 1-2 und 3-4 ist. Wenn das Signal in dem Hauptsignalkanal an den Pol 1 und das Fehlerkorrektursignal an den Pol 2 angekoppelt werden, wird alle Signalenergie dem Ausgangspol 3 zugeführt, um das maximale, korrigierte Ausgangssignal E zu erzeugen, wenn die Signalkomponente V des Hauptkanals und das Fehlerkorrektursignal ν durch folgende Ausdrücke gegeben sind:

v ₌

Γ =

(18)

Hierbei ist ν das Fehlerverstärkongssignal bei maximalem Ausgangssignal des Hpiiavj'arkers.

SB? 534/367

Nachdem der Ausgangskoppler und die an diesen anzulegenden Signale definiert worden sind, befaßt sich die verbleibende Erläuterung mit den praktischen Aspekten des Entwurfs eines Vorwärtskompensations-Verstärkers und insbesondere mit dem Entwurf des übrigen Teils des Verstärkers, um die obig definierten Bedingungen zu erfüllen.

In der Praxis wird ein Vorwärtskompensations-Verstärker, ausgehend von den verfügbaren Verstärkern, konstruiert. Es wird demnach mit einem speziellen Hauptverstärker, der eine spezielle maximale Ausgangsleistung P₁₁₁ aufweist, und einem Hilfs- oder Fehlerverstärker ausgegangen, welche ebenfalls eine bekannte maximale Ausgangsleistung P_e aufweist. Für eine erste Annäherung ist die dem Ausgangskoppler von dem Hauptsignalkanal zugeführte Leistung gleich P_n. Die dem Ausgangskoppler von dem Fehlerverstärker zugeführte Leistung ist P_e. Da alle eintreffende Leistung dem Ausgangspol zugeführt wird, beträgt die totale maximale Ausgangsleistung

P_n = P„ + P₁₁

(19)

Das Verhältnis des Hauptverstärkersignals V zum Fehlerkorrektursignal υ ist aus den Gleichungen (17) und (18) durch folgenden Ausdruck gegeben:

(20)

Die Kopplerparameter werden dann mit Rücksicht auf das Leistungsverhältnis PJP, durch folgenden Ausdruck definiert:

V²

Dabei gilt

12 —
l -

P — 1 1 - '

(21)

(22)

Die Gleichungen (21) und (22) definieren vollständig die Parameter des Ausgangskopplcrs 17 an Hand der maximal erzielbaren Leistung des Hauptverstärkers und des Fehlerverstärkers.

In einem Vorwärtskompensations-Verstärker übersteigt die Rauschzahl des Fehlerverstärkers die Gesamtrauschzahl des Verstärkers. Aus diesem Grund wird der Eingangskoppler vorzugsweise so ausgelegt, daß der Hauptanteil des Eingangssignals in den Kanal 11 des Fehlerverstärkers eingekoppelt wird und nicht in den Kanal 10 des Hauptverstärkers. Insbesondere kann gezeigt werden, daß die gesamte relative Rauschtemperatur ί eines Vorwärtskompensations-Verstärkers durch folgenden Ausdruck ungefähr darstellbar ist:

t =

" 0

ι +

(23)

diese Substitution durchgeführt wird, reduziert sich die Gleichung (23) zu

- 1

(24)

Gleichung (24) stellt fest, daß, wenn das gesamte Eingangssignal in den Kanal 11 eingeführt wird, d. h., In₂₄. = 1, die Gesamtrauschtemperatur t gleich t_c ist, welches die optimale Rauschtemperatur ist, welche erreicht werden kann. Offenbar muß ein Anteil des Eingangssignals dem Hauptverstärker zugeführt werden. Da jedoch die Verstärkung durch den Hauptverstärker gewöhnlich nicht schwer zu verwirklichen ist, wird der Eingangskoppler mehr im Hinblick auf Rauschzahl als auf Verstärkungsgewinn ausgelegt. Als Beispiel sei angenommen, daß 20% Zunahme der relativen Rauschtemperatur als zulässig betrachtet werden kann. Aus Gleichung (24) wird erhalten:

⁼w^{=1 =}

oder

Da

^!24l

-y !

14

P + Im₂₄I² = 1

(25)

(26)

(27)

ist, bestimmen die Gleichungen (26) und (27) den Eingangskoppler 16 völlig.
Als weiteres Beispiel wird angenommen, daß eine relative Rauschtemperatur von 5 für den Fehlerverstärker angenommen wird. Einsetzen in Gleichungen (26) und (27) ergibt m₂₄ = 6/7 und m,₄ = 1/7. Das Letztere entspricht 8,45 db. Typischerweise würde ein Koppler für 10 db benutzt werden.

Ein Maß für die Verbesserung der Rauschzahl, die mittels des neuen Vorwärtskopplungs-Verstärkers erzielt werden kann, ist durch Vergleich der Rauschtemperatur von 6 gemäß erläutertem Beispiel mit der relativen Rauschtemperatur von 1000 gegeben, die beispielsweise dann erhalten wird, wenn der Hauptsignalverstärker eine Wanderfeldröhre ist.

Zur Bestimmung der Verstärkung G₂ des Fehlerverstärkers wird ein Einheitsverzerrungssignal angenommen, welches aus dem Hauptverstärker bei Abwesenheit eines Eingangssignals austritt. Da ein reines Fehlersignal vorliegt, würde ein derartiges Signal kein Ausgangssignal erzeugen. Hieraus macht der Schleifenausgleich erforderlich, daß

+ SuS₂₃G₂ = 0.

(28)

Dabei ist s_y der verallgemeinerte Verteilungskoeffi zient des Kopplas 18. Die Auflösung nach G₂ ergibt

Hierbei ist t_s die relative Rauschtemperatur des Fefalerverstärkers, In₂₄ der Verteilkoeffizjent, welcher die Kopplung zwiscfaea des Poiea 2 and 4 des Kopplers 16 definiert, and S₂₄ ist der Verteilkoeffizient, welcher die Kopplang zwischen den Polen 2 und 4 6$ des Kopplers IS definiert.

Typischerweise weist der Koppler 18 20 bis 30 db auf. so daß die Größe von S₂₄ nahezu eins ist. Wenn G, =

(29)

Das Eingangssignal 1₁ des Fehlerverstärkers i;

1

11

Durch Substitution von ν und G₂ aus Gleichun- Hieraus wird abgeleitet, daß

gen (18) und (29) wird erhalten:

_ES* v_m = -^f- [1 - IS₁₃P - U₁₃I²] . (37)

²³ (31) ^SD'!|J

Si₃S₁₃ ^v ' 5

~ί—F— Substitution für v,„ in Gleichung (35) ergibt

oder ε = ^- , (38)

υ=— £S² · ——-- · ^ (32) ^l0

^{c 23} S₁₃ S₁₃ " was, nach Einfügung in Gleichung (37), folgendes

ergibt:

F i g. 8 ist ein Blockdiagramm des Kopplers 18

und zeigt die Eingangssignale v_m und v_r, die an den _v _ ~^m24 r|_s ρ _ \_s p-j

Polen 1 bzw. 2 anliegen, und die Ausgangssignale V 15 "' s_2isf₃ ^{23 13}

und i' _E, die an den Polen 3 bzw. 4 entnommen werden.

Wenn ein Einheitseingangssignal angenommen wird, Durch Substitution von v,„ aus Gleichung (33)

wird das Ausgangssignal v_m des Hauptverstärkers 12 und Auflösung nach S₂₃ wird folgendes angenähertes durch folgenden Ausdruck gegeben: Ergebnis erhalten:

_s p ~ —ι (4Q\

wobei wijj der verallgemeinerte Verteilungskoeffizient ²³ ~ |ni₂₃ G₁1² 2 -IS₁₃T

des Eingangskopplers 16 und G₁ der Hauptverstär- !'H₂₄I²IS₁₃I⁴" |S₁₃|²

kergewinn bei maximaler Ausgangsleistung ist.

v_rl das Referenzsignal, ist einfach 25 _{Unter Erinnerung>
daß}

v, = m₂₄. (34)

Das Verhältnis zwischen den Ein- und Ausgangs- !^sul + '-^S231 - 1 '

Signalen des Kopplers 18 ist wie folgt:

_ _v _ „„ι 30 bestimmen die Gleichungen (40) und (41) den Kopplei

v_ms_x3 + W₂₄S₂₃ - — υ (35) jg vollständig an Hand von S₁₃ des Kopplers 17

, fernerhin der Leistungsverstärkung G, des Haupt

^un I „ Verstärkers bei maximaler Ausgangsleistung und m₂

vs +ms = ν = — ^S'⁴ (36) sowie Wi₂₄ des Kopplers 16, wobei alle diese Aus

^{11114 24 24 e} S₁₃Su ' 35 drücke bekannt sind.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

1620

Claims

sierte Verstärker genannt, beschrieben, wobei das Patentansprüche: von einem Hauptverstärker abgeleitete, verstärkte Signal auf Grund eines zeit verzögerten Referenzsignals

1. Hochfrequenz-Leistungsverstärker mit Vor- kompensiert wird, so daß in dem verstärkten Signal wärtskompensation der Fehlerspannung mit einem 5 enthaltene FebJeranteile isoliert werden. Die Fehlerersten Signalweg und parallel hierzu einem zweiten anteile, die sowohl Rauschen als Verzerrungen um-Signalweg, wobei der erste Signalweg, in Kaskade, fassen können, welche von dem Haupiverstärker einen Hauptsignalverstärker und ein erstes Zeit- eingeführt werden, werden dann mittels eines Hilfsverzögerungsnetzwerk umfaßt, während der zweite Verstärkers verstärkt, und dem zeitverzögerten ver-Signalweg, in Kaskade, ein zweites Zeitverzöge- _l0 stärkten Signal in solcher Phase wieder zugefügt, daß rungsnetzwerk und einen Fehlerverstärker auf- der verbleibende Fehler in dem Ausgangssignal mögweist, mit einem ersten Richtungskoppler zur Auf- Liehst klein wird.

teilung des Eingangssignals in zwei unterschiedliche Eine der größten Schwierigkeiten bei dem Entwurf Signalkomponenten und zur Kopplung jeweils von vorwärtskompensierten Verstärkern ist die Beeiner Komponente an den Eingang des zugehörigen 15 reitstellung eines wirksamen Fehlereingabenetzwerkes. Signalweges, mit einem zweiten Richtungskoppler Dieses Netzwerk koppelt das relativ kleine Fehlerzur Kopplung eines Teils de* Ausgangssignals des signal in den Weg des relativ großen Hauptsignals ein. Hauptsignalverstärkers an den Eingang des Fehler- Zusätzlich zur Eingabe des Fehlersignals mit korrekter Verstärkers, sowie mit einem dritten Richtungs- Phase muß das Eingabenetzwerk den Hilfsverstärker koppler zur Verbindung der Signale der beiden _M von dem großen Hauptsigna] abtrennen und gleich-Signalwege, dadurch gekennzeichnet, - zeitig das Fehlersignal in den Hauptsignalweg mit daß der dritte Richtungskoppler (17) die Signale minimalem Verlust sowohl für das Fehlersignal als in zeit-und phasengerechter Weise an seinem Aus- auch für das Hauptsignal einkoppeln. Außerdem gangspol (3) bei einem Signalpegel miteinander wäre es vorteilhaft, wenn sowohl für den Hauptvereinigt, der dem maximalen Ausgangssignalpegel ₂₅ signalkanal als auch den Fehlersignalkanal eine entspricht oder diesem angenähert ist. Impedanzanpassung vorhanden wäre

2. Verstärker nach Anspruch 1, dadurch ge- Bei der Schaltungsanordnung gemäß der US-Pakennzeichnet, daß der dritte Richtungskoppler tentschnft 34 71 798 wurde ein Kompromiß zwischen (17) zwei Paare konjugierter Pole (1-2, 3-4) auf- diesen unterschiedlichen, sich gegeneinander ausweist, daß die Signale des ersten und zweiten _J0 schließenden Erfordernissen durch Verwendung eines Signalweges an den konjugierten Polen (1 und 2) Transformator-Netzwerkes mit drei Polen getroffen, zugeführt werden und das Ausgangssignal von Ein derartiges Netzwerk ergibt jedoch nicht die gedem Pol (3) eines zweiten Paares konjugierter wünschte Impedanzanpassung. Wenn es durch einen Pole (3 und 4) abgenommen wird und daß die Richtungskoppler ersetzt wird, führt die Verwendung Kopplungsparameter (S₁₃ und S₂₃)durch folgenden ₃₅ des Kopplers in der beschriebenen Weise zu einem Ausdruck gegeben sind: Verlust an der Hauptsignalleistung und Fehlersignal-

Ic ρ ρ leistung.

J ¹³' ₌ _-_»L· Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine

$23 P_c Schaltungsanordnung für den Koppler anzugeben,

40 bei welcher die obenangeführten Anforderungen alle

wobei (P₁₁₁) die maximale Ausgangsleistung des möglichst gut erfüllt sind.

Hauptsignal\erstärkers und (P₁.) die maximale Zur Lösung der gestellten Aufgabe geht die Erfin-

Ausgangsleistung des Fehlerverstärkers ist und dung von einem Verstärker der eingangs angegebenen

(S,₃ + Sj₃ = 1) gilt. Art aus und sieht vor. daß der dritte Richtungskoppler

45 die Signale in zeit- und phasengerechter Weise an sei-

nein Ausgangspol bei einem Signr.lpegel miteinander

vereinigt, der dem maximalen Ausgangssignalpegel entspricht oder diesem angenähert ist.

Im allgemeinen treten zwei sich beeinflussende,

Die Erfindung betrifft einen Hochfrequenz-Lei- 50 aber sehr unterschiedlich gewichtete Typen von Ver-

stungsverstärker mit Vorwärtskompensation der Feh- Zerrungen in einem Verstärker auf. Die erste Er-

lerspannung mit einem ersten Signalweg und parallel scheinung wird als Kompression bezeichnet und führt

hierzu einem zweiten Signalweg, wobei der erste typischerweise zu einer Verringerung der Amplitude

Signalweg, in Kaskade, einen Hauptsignalverstärker des Ausgangssignals, während die zweite Erscheinung

und ein erstes Zeitverzögerungsnetzwerk umfaßt, 55 als Intermodulation bezeichnet wird und neue Si-

während der zweite Signalweg, in Kaskade, ein zweites gnalkomponenten mit Frequenzen erzeugt, die von den

Zeitverzögerungsnetzwerk und einen Fehlerverstärker Frequenzen des F.ingangssignals unterschiedlich sind,

aufweist, mit einem ersten Richtungskoppler zur Die erste Erscheinung stellt einen kohärenten Fehler

Aufteilung des Eingangssignals in zwei unterschied- dar, welcher durch eine Fehlerspannung erster Ord-

liche Signalkomponenten und zur Kopplung jeweils 60 nung gekennzeichnet ist. Die zweite Erscheinung stellt

einer Komponente an den Eingang des zugehörigen einen nicht kohärenten Fehler dar und ist von zweiter

Signalweges, mit einem zweiten Richtungskoppler Ordnung. In der nun folgenden Beschreibung werden

zur Kopplung eines Teils des Ausgangssignals des nur die Fehlerkomponenten infolge Kompression

Hauptsignalverstärkers an den Eingang des Fehler- wegen der in Frage stehenden Größenordnung be-

verstärkers, sowie mit einem dritten Richtungskoppler 65 trachtet. Es wird jedoch darauf hingewiesen, daß die

zur Verbindung der Signale der beiden Signalwege. Vorwärtskompensation auf Grund ihrer Wirkungs-

In der US-Patentschrift 34 71 798 sind solche Ver- weise beide Fehlerarten gleichzeitig korrigiert,

stärker, im folgenden auch einfach vorwärtskompen- Typischerweise wi-d die Einstellung beim maxi-