DE2519845B2 - Schaltungsanordnung zur zusammenfuehrung von hochfrequenzleistungsanteilen - Google Patents
Schaltungsanordnung zur zusammenfuehrung von hochfrequenzleistungsanteilenInfo
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Description
υ-
CE
2R
Die Erfindung betrifft eine 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 Eingangswiderstandswerte von der Ausgangsbelastung abhängen.
Bei Sendern höherer Leistung steht nicht die Überlegung im Vordergrund, durch Leistungsanpassung
60
mit Uce = Koilektorspannung und
R = Kollektor-Lastwiderstand.
Die Ausgangsleistung P0 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 Fehlanpassung unterschiedlich ist. Bei größeren
Jj
Fehlanpassungen wird der Unterschied beträchtlich. Um diese ohne Gefährdung der Verstärkerelemente 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 fehlang>;paßten 90°-Brücke besteht darin, daß der Wirkungsgrad des
Senders gegenüber richtiger Anpassung verschlechtert wird, denn die Ausgangsleistung P5 des Senders bei
Fehlanpassung fällt ab auf
p—p
Ts+ Tf
Hierbei ist P0 wie 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.
Ausgehend von diesen für Sender typischen Überlegungen zum Wirkungsgrad ist es Aufgabe der
Erfindung, 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 parallelgeschalteten Verstärker bzw. Generatoren
bei Fehlanpassung nicht wesentlich abfällt.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. 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 Regelung 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 Überdimensionierung eines
Verstärkers bzw. Generators mit Rücksicht auf das mögliche Auftreten einer Fehlanpassung und andererseits
wird das Absinken des Wirkungsgrades und der Ausgangsleistung det Parallelschaltung infolge Fehlanpassung
vermieden.
An Hand 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 3, in deren Eingangstor die Eingangsleistung P1n 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 P5 fließt, und
andererseits ein Lastausgleichswiderstand 9.
ker 1 bzw. 2 ist deren Betriebsspannung nahezu proportional zu ]j~R, da
ist und die Betriebsspannung nur wenig von der Kollektor-Emitter-Gleichspannung L/cEabweicht.
Hierbei ist R der Kollektorlastwiderstand des Verstärkerelementes, das die letzte Verstärkerstufe vor
ίο dem zugehörigen Eingang der Parallelschaltungsbrücke
bildet. Dieser Kollektorlastwiderstand ist proportional dem zugehörigen Eingangswiderstand der 90°-Parallelschaltungsbrücke
7. Üblicherweise liegt zwischen dem Kollektorlastwiderstand und dem zugehörigen Eingang
der 90°-Parallelschaltungsbrücke ein Transformationsnetzwerk, das den Eingangswiderstand der Parallelschaltungsbrücke
auf den benötigten Kollektorlastwiderstand transformiert, vorzugsweise heruntertransformiert.
Nach obiger Überlegung ist es zur Erzielung konstanter Ausgangsleistungen für den Verstärker ί
und 2 erforderlich, deren Betriebsspannungen unabhängig voneinander proportional zur Wurzel aus dem
zugehörigen Eingangswiderstandswert der 90°-Parallelschaltungsbrücke 7 zu regeln. Dies geschieht durch
die Betriebsspannungsregler 10 und It, die jeweils von
einer Überwachungseinrichtung 12 und 13 gesteuert werden. Die Betriebsspannungsregler 10 und 11 steuern
ihrerseits die Betriebsspannungsversorgung 14 und 15, die wenigstens so weit für jeden Verstärker 1 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 Regelbarkeit
der Betriebsspannungen zu den Verstärkern 1 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 Eingangswiderstandswert der 90° -Parallelschaltungsbrücke 7 und dienen damit auch als Überwachungseinrichtungen 12 und 13 für diese Eingangswiderstandswerte.
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 Eingangswiderstandswert der 90° -Parallelschaltungsbrücke 7 und dienen damit auch als Überwachungseinrichtungen 12 und 13 für diese Eingangswiderstandswerte.
Bei Fehlanpassung wird durch die Überwachungseinrichtungen 12, 13 und die Betriebsspannungsregler 10,
11 für denjenigen Verstärker 1 bzw. 2, dessen Arbeitswiderstand sich verringert, die Betriebsspannung
heruntergeregelt 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 nxht 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 ι ο
belastet werden und daß keine wesentliche Leistung im Lastausgleichswiderstand verloren geht und infolge
dessen der Wirkungsgrad des Senders bei Fehlanpassung nicht wesentlich absinkt
Werden 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.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (8)
1. 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 Eingangswiderstandswerte von der ι ο
Ausgangsbelastung abhängen, dadurch gekennzeichnet, daß die Betriebsspannungsversorgung
(14, 15) derart für wenigstens nwei der genannten Verstärker (I1 2) bzw. Generatoren
voneinander getrennt geregelt ist, daß die Ausgangsleistungen dieser Verstärker (1,2) bzw. Generatoren
auch bei Fehlanpassung der Ausgangsbelastung an die Schaltungsanordnung im wesentlichen konstant
bleiben.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß eine Überwachungseinrichtung (12, 13) für die Ausgangsleistung eines Verstärkers
(1, 2) bzw. Generators mit einem von dieser gesteuerten Betriebsspannungsregler (10,11) 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 Richtkoppier(5,6) ist.
5. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die
Regelung der Betriebsspannung im wesentlichen proportional zur Wurzel aus dem zugehörigen
Eingangswiderstandswert der Parallelschaltungsbrücke erfolgt.
6. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die
Parallelschaltungsanordnung eine 90°-Parallelschaltungsbrücke (7) ist.
7. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
das Verstärkerelement, dessen Betriebsspannung heraufgeregelt wird, eine an der oberen Grenze des
Regelbereiches liegende, maximal zulässige Betriebsspannung hat.
8. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
das Verstärkerelement, dessen Betriebsspannung heruntergeregelt wird, eine ausreichende Reserve
bezüglich des zulässigen Stromes hat.
55 eine möglichst große Leistung aus einem Verstärker herauszuholen, sondern es kommt vorwiegend darauf
an, einen hohen Wirkungsgrad zu erzielen. Ein hoher Wirkungsgrad wird aber gerade nicht bei Anpassung
erzielt, weil dann eine ebenso große Leistung vernichtet wie nach außen abgegeben wird, sondern der Wirkungsgrad
wird um so besser, je größer der Lastwiderstand gegenüber dem Innenwiderstand wird; allerdings muß
dabei in Kauf genommen werden, daß die von dem Verstärker maximal nach außen abgegebene Leistung
absinkt. Im Extremfall, wenn der Lastwiderstand gegen unendlich geht, würde der Wirkungsgrad am größten
sein, die abgegebene Leistung aber zu Null werden. In der Praxis der Leistungsverstärker ist es so, daß der
Lastwiderstand weit größer gewählt wird als der Innenwiderstand, um auf diese Weise große Wirkungsgrade
zu erzielen. Dadurch wird es dann allerdings oft erforderlich, in der Endstufe mehrere Verstärkerelemente
(Röhren, Transistoren od. 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 100 W liegt. Die nachfolgenden Ausführungen sind
daher auf Transistoren ausgerichtet, grundsätzlich können sie aber auch auf andere Verstärkerelemente
(z. B. Röhren) übertragen werden.
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.
Es 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 χλ/4-Brücken mit gekoppelten Leitungen {λ = 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 P0 annähernd
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Family Applications (1)
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