DE2519845C3

DE2519845C3 - Schaltungsanordnung zur Zusammenführung von Hochfrequenzleistungsanteilen

Info

Publication number: DE2519845C3
Application number: DE2519845A
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Dipl.-Ing. 1000 Berlin 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: 1978-06-08
Also published as: GB1552137A; US4053848A; FR2310656B1; DE2519845B2; CH604423A5; FR2310656A1; DE2519845A1

Description

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 Ibcrlegung im Vordergrund, durch Leistungsanpassung 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 Lastwiderstanü gegenüber dem Innen widerstand 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 Nachteil; hat, ist es üblich, die Parallelschaltung über Parallelschaltungsanordnungen, insbesondere in Form von Parallelschaltungsbrücken durchzuführen. Durch diese werden die Tranaistoren 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

ν cn 2R

mit UcE = Kollektorspanniiing und
R = Kollektor- Lastwiderstand.

Die Ausgangsleistung P_a ist also umgekehrt proportional zum Lastwidersland R. Bei gleicher Kollektorgleichspannung für die beiden parallel zu schaltenden Generatoren würden daher bei einer fehlangepaßten 90°-Briicke die beiden Generatoren unterschiedliche Leistungen abgeben, weil R für die Generatoren durch die Fehlaiipassung unterschiedlich ist. Bei größeren

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 fehlangepaßten 90°-Brücke besteht darin, daß der Wirkungsgrad des Senders gegenüber richtiger Anpassung verschlechtert wird, denn die Ausgangsleistung P_s des Senders bei Fehlanpassung fällt ab auf

4s

ker 1 bzw. 2 ist deren Betriebsspannung nahezu proportional zu fR, da

¹⁰ (S₊ I)² ·

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 parallelgeschalteicn 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 Parailelschaltungsbrücke 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 'veniger 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 der 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 P_1n eingespeist wird, während an ein weiteres Tor ein Lastausgleichswiderstand 4 angeschlossen ist. Auf die Verstärker 1 und 2 folgt innerhalb der Parallelschaltungszweige je ein RichtkopplerS 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 P, fließt, und andererseits ein Lastausgleichswiderstand 9.

Für eine konstante Ausgangsleistung P₁₁ der Verstärist und die Betriebsspannung nur wenig von der Kollektor-Emitter-Gleichspannung i/c£abweicht

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°-Para!lelschaltungsbrücke 7. Üblicherweise liegt zwischen dem Kollektorlastwiderstand und dem zugehörigen Eingang

i> der 90°-Parallelschaltungsbrücke ein Transformationsnetzwerk, das den Eingangswiderstand der Parallelscha'tungsbrücke auf den benötigten Kollektorlastwiderstand transformiert, vorzugsweise heruntertransformiert.

2Ci Nach obiger Überlegung ist es zur Erzielung konstanter Ausgangsleistungen für den Verstärker 1 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 11, 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.

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

si 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

1.s Regelbereich, innerhalb dessen die Betriebsspannung entsprechend der auftretenden Kehlanpassung 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 Fehlanpas sung nicht wesentlich absinkt.

Werden mehr als zwei Verstärker bzw. Generatorei über 90°-Parallelschaltungsbrücken zusammengeschal tet, so kann auch hier das Prinzip der Erfindunj angewendet werden, da die Verstärker bzw. Generato ren, die bei Fehlanpassung den gleichen Arbeitswider stand erhalten, zu einer Gruppe zusammengefaß werden können. Es entstehen dann zwei Gruppen voi Verstärkern bzw. Generatoren, denen zwei getrenn regelbare Betriebsspannungen zugeordnet werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Zusammenfahrung von untereinander gleichfrequenten Hochfrequenzleistungsanteilen, die von Verstärkern oder Generatoren kommend wenigstens einer 90°-Parallelschallungsbrücke mit wenigstens zwei im wesentlichen voneinander entkoppelten Eingängen zugeführt werden, deren Eingangswiderstandswerte von der Ausgangsbelastung abhängen, dadurch gekennzeichnet, daß die Betriebsspannungsversorgung (14, 15) derart für wenigstens zwei der genannten Verstärker (1, 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 Richtkoppler (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.