DE2519845A1

DE2519845A1 - Schaltungsanordnung zur zusammenfuehrung von hochfrequenzleistungsanteilen

Info

Publication number: DE2519845A1
Application number: DE19752519845
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Dipl Ing Kleische
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1975-05-03
Filing date: 1975-05-03
Publication date: 1976-11-04
Also published as: GB1552137A; FR2310656A1; FR2310656B1; CH604423A5; US4053848A; DE2519845B2; DE2519845C3

Description

Licentia Patent-Verwaltungs-GmbH 6 Frankfurt/Main 70, Theodor-Stern-Kai

Berlin, den 30. April

PT/TFR-B/Wn-zg

B II 75/2

Schaltungranordnung zur Zusammenführung von Hochfr eouenzl eis tungssnt eil en

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Zusammenf-'ihrung von untereinander gleichfrequenten Hochfrequenzleistungsanteilen, die von Verstärkern oder Generatoren kommend wenigstens einer Qö^-Parallelschaltungsbrücke mit wenigstens zwei im v;esentlichen voneinander entkoppelten Eingängen zugeführt t-;erden, deren Eingangswiderstandswerte von der Ausgangsbela εtung abhängen.

Bei Sendern höherer Leistung ist es oft erforderlich, in der Endstufe mehrere Verstärkerelemente (Röhren, Transistoren oder dgl.) parallel zu schalten, um die gewünschte Ausgangsleistung zu erreichen. Dies gilt insbesondere für Transistoren, da zur Zeit die maximale Ausgangsleistung von Hochfrequenz-Transistoren nur in der Größenordnung von -¹OO V liegt. Die nachfolgenden Ausführungen sind daher auf Transistoren ausgerichtet, grundsätzlich können Sie aber auch auf andere Verstärkerelemente (z.B. Röhren) übertragen werden.

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Da eine unmittelbare Parallelschaltung von Transistoren erhebliche Schwierigkeiten bereitet und einige Nachteile hat, ist es üblich, die Parallelschaltung über Parallelschaltungsanordnungen, insbesondere in Form von Parallelschaltungsbrücken durchzuführen. Durch diese werden die Transistoren bei der Parallelschaltung gegeneinander entkoppelt.

JSs sind zwei Gruppen von Parallelschaltungsbrücken gebräuchlich; Brücken, deren Eingänge gleichphasig (oder um 180 phasenversetzt) gespeist werden und Brücken mit um 90° phasenversetzten Speisungen (90°-Brücken). Besonders häufig verwendet werden die 90°-Brücken und zwar meist als sogenannte 3 dB-Koppler in Form von 2 x A/4-Brücken mit gekoppelten Leitungen (A-= Wellenlänge)«

Bei einer 90°-Brücke erscheinen an deren Eingängen bei fehlangepaßtem Lastwiderstand oder fehlangepasster Antenne unterschiedliche Eingangswiderstände, die bewirken, daß die parallel zu schaltenden Generatoren, deren Ausgänge an den Eingängen der 90 Brücke angeschlossen sind, unterschiedliche Abschlußwiderstände erhalten. Für einen der Generatoren erscheint dessen Abschlußwiderstand in gegenüber dem anderen invertierter Form.

Bei Hochfrequenz-Leistungsverstärkern im C-Betrieb ist die Ausgangsleistung Po annähernd

U ²

mit Uqjj = Kollektorspannung und

E = Kollektor-Lastwiderstand.

Die Ausgangsleistung Po ist also umgekehrt proportional zum Lastwiderstand R. Bei gleicher Kollektorgleichspannung für die beiden parallel zu schaltenden Generatoren würden daher bei einer fehlangepaßten 90°-Brücke die beiden Generatoren unterschiedliche Leistungen abgeben, weil R für die Generatoren durch die Fehlan-

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ρaεsung unterschiedlich Ist. Bei größeren Fehl anp as sunken wird der Unterschied "beträchtlich. Um diese ohne Gefährdung der Verstörkerelemente zu ermöglichen, müssen diese bezüglich ihrer maximal zulässigen Verlustleistung entsprechend reichlich dimensioniert werden. Dies erhöht die Kosten für "bisher gebräuchliche Senderendstufen erheblich.

Ein weiterer Nachteil bei einer fehlangepaßten 90 -Brücke besteht darin, daß der Wirkungsgrad des Senders gegenüber richtiger Anrassung verschlechtert wird, denn die Ausgangsleistung Ps des Senders bei Fehl anpassung fällt ab auf

Ps = Po 4 s

(s + i)²

Hierbei ist Po vrie oben die Ausgangsleistung bei Anpassung. Die Differenz der Leistungen fließt als verlorene Leistung in den Lastausgleichswiderstand der Brücke, in welchem bei Anpassung keinerlei Leistung vernichtet wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung anzugeben, bei welcher wenigstens teilweise auf eine Überdimensionierung der Verstärkerelemente bezüglich der Verlustleistung verzichtet werden kann. Außerdem kann durch die Erfindung erreicht werden, daß der Wirkungsgrad der parallel geschalteten Verstärker bzw. Generatoren bei Fehlanpassung nicht wesentlich abfällt.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Betriebsspannungsversorgung derart für wenigstens zwei der genannten Verstärker bzw. Generatoren voneinander getrennt regelbar ist, daß die Ausgangsleistungen dxeser Verstärker bzw. Generatoren auch bei Fehlanpassung im wesentlichen konstant bleiben. Meist wird es dabei genügen, wenn jeweils die letzte Verstärkerstufe vor den Eingängen der Parallelschaltungsbrücke geregelt wird. Selbstverständlich wird es dabei nicht möglich sein, die Rege-

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lung in einem unendlich großen Regelbereich durchzuführen, aber jedenfalls ist durch die Regelung sichergestellt, daß die Ausgangsleistungen der Verstärker bzw. Generatoren bei innerhalb vorgegebener Grenzen liegenden Fehlanpassungswerten weniger von denjenigen Ausgangsleistungen, die bei Anpassung erzielt werden, abweichen als ohne die erfindungsgemäße Regelung.

Die erfindungsgemäßen Maßnahmen dienen einerseits zur Vermeidung der uberdimensionierung eines Verstärkers bzw. Generators *) Fehlanpassung und andererseits wird das Absinken des Wirkungsgrades und der Ausgangsleistung der Parallelschaltung infolge Fehlanpassung vermieden.

Anhand der Zeichnung, die ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispieles der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zeigt, werden das Prinzip der Erfindung und weitere Ausführungsformen näher erläutert.

In zwei Parallelschaltungszweigen liegt je ein Verstärker 1 und 2, gespeist von einer als 90 -Koppler ausgeführten 90°-Parallelschaltungsbrücke 3i in deren Eingangstor die EingangsIeistung Pin eingespeist wird, während an ein weiteres Tor ein Lastausgleichswiderstand 4 angeschlossen ist. Auf die Verstärker 1 und 2 folgt innerhalb der Parallelschaltungszweige je ein Richtkoppler 5 und 6, der einen Teil derjenigen Leistung auskoppelt, welche jeweils von den Verstärkern ausgehend in Richtung auf eine ebenfalls, als 90°-Koppler ausgeführte 90°-Parallelschaltungsbrücke 7 fließt. An diesen ist einerseits eine Antenne 8 angeschlossen, in welche die Senderausgangsleistung Ps fließt, und andererseits ein Lastausgleichswiderstand 9·

Für eine konstante Ausgangsleistung Po der Verstärker Λ bzw. 2 ist deren Betriebsspannung nahezu proportional zu /ϊϊ~, da

- /2 RPo
*) mit Rücksicht auf das mögliche Auftreten einer

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ist und die Betriebsspannung nur wenig τ on der Kollektor-Emitter-Gleichspannung IL·,— abweicht.

Hierbei ist R der Kollektorlastwiderstand des Verstärkerelementes, das die letzte Verstärkerstufe vor dem zugehörigen Eingang der Parallelschaltungsbrücke bildet. Dieser Kollektorlastwiderstand ist proportional dem zugehörigen Eingangswiderstand der 90 Parallelschaltungsbrücke 7· üblicherweise liegt zwischen dem Eollektorlastwiderstand und dem zugehörigen Eingang der 90°-Parallelschaitungsbrücke ein Transformationsnetzwerk, das den Eingangswiderstand der Parallelschaltungsbrücke auf den benötigten Kollek-Torlsstvriderstand transformiert, vorzugsweise heruntertransfor-

l'.B.ch obiger Überlegung ist es zur Erzielung konstanter Ausgangsleistungen für den Verstärker 1 und 2 erforderlich, deren Betriebsspannungen Unabhängig voneinander proportional zur Wurzel eus dem zugehörigen Eingangswiderstandswert der 90°-Parallelschaltungsbrücke 7 zu regeln. Dies geschieht durch die Betriebsspannungsregler "0 und 11, die jeweils von einer Überwachungseinrichtung 12 und ^3 gesteuert werden. Die Betriebsspannungsregler 10 und "¹I steuern ihrerseits die Betriebsspannungsversorgung 14 und 15, die wenigstens soweit für jeden Verstärker " und 2 unabhängig voneinander regelbar sein muß, daß sich die Betriebsspannungen der Verstärker 1 und 2 unabhängig voneinander regeln lassen. Dies schließt nicht aus, daß Teile der in der Zeichnung getrennt dargestellten Betriebsspannungsversorgungseinrichtungen 14 und 15 zusammengefasst werden, sofern die getrennte Eegelbarkeit der Betriebsspannungen z\i den Verstärkern " und 2 hierdurch nicht beeinträchtigt wird.

Die als überwachungseinrichtungen 12 und 13 dienenden Richtkoppler 5 und 6 für die Ausgangsleistung je eines Verstärkers 1 und 2 erfassen gleichzeitig indirekt den zugehörigen Einganswiderstandswert der 90°-Pars.llelschaltungsbrücke 7 und dienen damit

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auch als Überwachungseinrichtungen 12 und 13 für diese Eingangswiderstandswerte.

Bei Fehlanpassung wird durch die Überwachungseinrichtungen 12, 13 und die Betrie"bsspannungsregler 10, 11 für denjenigen Verstärker 1 bzw. 2, dessen Arbeitswiderstand sich verringert, die Betriebsspannung herunter geregelt und bei demjenigen Verstärker 2 bzw. 1, dessen Arbeitswiderstand sich erhöht, entsprechend hoch geregelt. Voraussetzung dafür ist, daß bei richtiger Anpassung die Verstärker 1 und 2 mit einer Betriebsspannung arbeiten, die ausreichend weit unter der maximal zulässigen Betriebsspannung liegt, damit diese beim Nachregeln. nicht überschritten wird. Mit anderen Worten: Das Verstärkerelement, dessen Betriebsspannung heraufgeregelt wird, muß eine an der oberen Grenze des Regelbereiches liegende, maximal zulässige Betriebsspannung haben. Dies gilt entsprechend für den Strom bei demjenigen Verstärker, dessen Betriebsspannung heruntergeregelt wird, da dieser, um konstante Leistung zu liefern, mit höherem Strom arbeiten muß. Dies bedeutet zugleich, daß der Regelbereich, innerhalb dessen die Betriebsspannung entsprechend der auftretenden Fehlanpassung geregelt werden kann, nicht beliebig groß sein kann, sondern notwendigerweise auf einen Bereich eingeschränkt werden muß, der den praktisch vorkommenden Fehlanpassungswerten der Antenne gerecht wird.

Durch die Erfindung wird zum einen erreicht, daß die die Ausgangsstufen der parallel zu schaltenden Verstärker bildenden Verstärkerelemente nur eine maximal zulässige Verlustleistung haben müssen, die kaum über der bei ungestörter Anpassung auftretenden Leistung liegt. Zum anderen wird erreicht, daß die Verstärkerelemente bei Verwendung einer 90°-Parallelschaltungsbrücke auch bei Fehlanpassung annähernd gleichmässig belastet werden und daß keine wesentliche Leistung im Lastausgleichswiderstand verloren geht und infolge dessen der Wirkungsgrad des Senders bei Fehlanpassung nicht wesentlich absinkt.

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Wenden mehr als zwei Verstärker bzw. Generatoren über 90°- Parallelschaltungsbrücken zusammengeschaltet, so kann auch hier das Prinzip der Erfindung angewendet werden, da die Verstärker bzw. Generatoren, die bei Fehlanpassung den gleichen Arbeitswiderstand erhalten, zu einer Gruppe zusammengefasst werden können. Es entstehen dann zwei Gruppen von Verstärkern bzw. Generatoren, denen zwei getrennt regelbare Betriebsspannungen zugeordnet werden.

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Claims

Patentansprüche

M)/Schaltungsanordnung zur Zusammenführung von untereinander gleichfrequenten Hochfrequenzleistungsanteilen, die von Verstärkern oder Generatoren kommend wenigstens einer 90°- Parallelschaltungsbrücke mit wenigstens zwei im wesentlichen voneinander entkoppelten Eingängen zugeführt werden, deren Eingangswiderstandsw<^rte von der Ausgangs"belastung abhängen, dadurch gekennzeichnet, daß die Betriebsspannungsversorgung (14, 15) derart für !wenigstens zwei der genannten Verstärker (1, 2) bzw. Generatoren voneinander getrennt regelbar ist, daß die Ausgangsleistungen dieser Verstärker (1, 2) bzw. Generatoren auch bei Fehlanpassung im wesentlichen konstant bleiben.
2) Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Überwachungseinrichtung (12, 13) für die Ausgangsleistung eines Verstärkers C, 2) bzw. Generators mit einem von dieser gesteuerten Betriebsspannungsregler (1, 2) vorgesehen ist.
3) Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Überwachungseinrichtung (12, 13) für einen Eingangswiderstandswert mit einem von dieser gesteuerten Betriebsspannungsregler (10, 11) vorgesehen ist.
4) Schaltungsanordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Überwachungseinrichtung ein Richtkoppler (5, 6) ist.
5) Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung der Betriebsspannung im wesentlichen proportional zur Wurzel aus dem zugehörigen Eingangswiderstandswert der Parallelschaltungsbrücke erfolgt.

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6) Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Parallelschaltungsanordnung eine 90 -Parallelschaltungsbrücke (7) ist.
7) Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verstärkerelement, dessen
Betriebsspannung heraufgeregelt wird, eine an der oberen
Grenze des Regelbereiches liegende, maximal zulässige Betriebs ευ annung hat.

S) Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verstärkerelexaent, dessen Betriebsspannung heruntergeregelt wird, eine ausreichende Reserve bezüglich des zulässigen Stromes hat.

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