DE2542638B1 - Transistor-Leistungsverstaerker - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einem Transistor-Leistungsverstärker für Sendeanlagen, insbesondere im Kurzwellenbereich, mit zwei parallel geschalteten Signalwegen, die eingangsseitig über eine erste Gabel mit dem Eingangssignal gespeist und ausgangsseitig über eine zweite Gabel wieder zusammengefaßt sind.

Leistungsverstärker mit Ausgangsleistungen zwischen einigen 100 Watt bis zu einigen 1000 Watt werden beispielsweise für Senderstufen, unter anderem für den Kurzwellenbereich benötigt. Für Kurzwellensender im Frequenzbereich zwischen 1,5 und 30 MHz ist dabei insbesondere das Anwendungsgebiet der Punkt-ZuPunkt-Verbindungen über mittlere und große Entfernungen von Interesse, wobei an die Linearität der Verstärker hohe Anforderungen gestellt werden, dergestalt, daß z.B. nach CCIR für bestimmte Anwendungsfälle Intermodulationswerte von 35 dB gefordert werden.

Im Gegensatz zur Röhrentechnik können aus Gründen der zulässigen Temperaturen und Wärmewiderstände im Transistor die geforderten Leistungen mit Transistorsendern allenfalls bei den untersten Werten in einer einzigen Verstärkerstufe abgegeben werden. Ein Weg zu höheren Ausgangsleistungen führte deshalb meist über die Parallelschaltung mehrerer Gegentaktstufen, so wie dies beispielsweise aus dem in F i g. 1 dargestellten Blockschaltbild ersichtlich ist Hier wird das Eingangssignal E zunächst über eine erste Gabel 1 auf zwei Signalwege und dann über zwei

ίο weitere Gabeln 2 und 3 auf insgesamt vier Signalwege aufgeteilt, in denen jeweils eine Verstärkerstufe 4,5,6,7 vorgesehen ist. Ausgangsseitig sind die Verstärker jeweils paarweise über zwei Gabeln 8,9 und schließlich über die Endgabel 10 auf den Ausgang A zusammengeschaltet. Neben der zu geringen Leistungsabgabe besteht jedoch bei Transistorverstärkern zusätzlich noch das Problem unzureichender Linearität, so daß die geforderten Intermodulationsabstände meist nicht eingehalten werden können. Eine Verbesserung der Linearität durch Unteransteuerung kann bei B-Betrieb nicht erreicht werden. Ebenso scheiden Gegenkopplungsmaßnahmen wegen der neidrigen Grenzfrequenz der Breitbandverstärker und der variablen Abschlußwiderstände praktisch aus.

Eine weitere bekannte Möglichkeit, die Linearität von leistungsstarken Breitbandverstärkern zu verbessern, ergibt sich durch die Anwendung des sogenannten »feed-forward«-Verfahrens, das auch unter der Bezeichnung »Vorwärtskopplung« bekannt geworden ist (Vergleiche DT-OS 21 08 955). Die F i g. 2 zeigt das Blockschaltbild eines nach dem Prinzip der Vorwärtskopplung arbeitenden Verstärkers. Das Eingangssignal E wird über ein Verzweigungsnetzwerk, z. B. über eine Gabel 11 gleichmäßig auf zwei parallele Signalwege I und II aufgeteilt Das im Signalweg I übertragene Eingangssignal ^durchläuft zunächst den Hauptverstärker HVmit der Verstärkung G1 und der Gruppenlaufzeit τ 1. Vom Ausgangssignal dieses Hauptverstärkers HV, das nunmehr mit einer durch Nichtlinearitäten charakterisierten Fehlerkomponente behaftet ist, wird z. B. über einen Richtkoppler RK ein Anteil abgegriffen, um den Faktor 1/Gl gedämpft und mit dem im Signalweg II übertragenen und z. B. mit Hilfe eines Kabels um die Gruppenlaufzeit τ 1 verzögerten Ausgangssignal verglichen. Durch Differenzbildung beider Signale verbleibt die reine Fehlerkomponente ε, die in dem nachfolgenden, im Signalweg II eingeschalteten Korrekturverstärker KV auf den Pegel des Hauptverstärker-Ausgangssignals angehoben wird.

Parallel zum Korrekturverstärker K Vist im Signalweg I ein weiteres Verzögerungsglied eingeschaltet, das die Gruppenlaufzeit τ 2 des Korrekturverstärkers nachbildet. Am Ausgang der gesamten Verstärkeranordnung ist eine weitere Gabel 12 vorgesehen, in der das verzögerte Ausgangssignal (mit Fehlerkomponente ε) des Hauptverstärkers im Singalweg I und die am Ende des Signalwegs II auftretende Fehlerkomponente ε mit negativem Vorzeichen derart zusammengefaßt werden, daß sich beide Fehlerkomponenten auslöschen.

Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen für Senderendstufen, insbesondere im Kurzwellenbereich, geeigneten Transistor-Leistungsverstärker zu schaffen, der sich vor allem durch gute Linearitätseigenschaften auszeichnet, Ausgehend von einem Leistungsverstärker der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe unter Anwendung des Prinzips der Vorwärtskopplung in der Weise gelöst daß dem im ersten Signalweg vorgesehenen ersten Verstärker ein

im zweiten Signalweg liegendes, die Gruppenlaufzeit des ersten Verstärkers nachbildendes Verzögerungsglied parallel geschaltet ist, daß vom Ausgang des ersten Verstärkers und dem des ersten Verzögerungsgliedes je ein Abzweig zu je einem Eingang eines als Differenzverstärker ausgebildeten Korrekturverstärkers geführt ist, daß die dem Korrekturverstärker zugeführten Signale, die einerseits aus Anteilen des verstärkten und mit einer Fehlerkompoinente behafteten Eingangssignals und andererseits aus dem ursprünglichen Eingangssignal bestehen, derart bemessen sind, daß sich aus dem Ausgangssignal des Korrekturverstärkers und dem mittels eines Dämpfungsgliedes abgeschwächten Eingangssignal ein für den im zweiten Signalweg liegenden zweiten Verstärker bestimmtes Ansteuersignal ergibt, in welchem die im ersten Verstärker verursachte Fehlerkomponente in doppelter und invertierter Größe enthalten ist, daß dem zweiten Verstärker ein im ersten Signalweg liegendes, die Gruppenlaufzeit dieses zweiten Verstärkers nachbildendes zweites Verzögerungsglied parallel geschaltet ist und daß der Ausgang dieses Verzögerungsgliedes und der Ausgang des zweiten Verstärkers über die zweite Gabel zusammengeschaltet sind.

Die erfindungsgemäße Schaltung macht sich in vorteilhafter Weise den Umstand zunutze, daß in Transistor-Leistungsverstärkern für Senderendstufen wegen der geforderten Leistung ohnehin wenigstens zwei parallele Signalwege vorhanden sind, so daß durch die Anwendung des Vorwärtskopplungsprinzips kein wesentlicher Mehraufwand entsteht. Ein besonderer Vorteil ergibt sich dadurch, daß der im zweiten Signalweg vorgesehene Verstärker nicht als reiner Korrekturverstärker, sondern zusätzlich zur Nutzsignalverstärkung verwendet wird.

An Hand des in F i g. 3 dargestellten Blockschaltbildes wird die Erfindung im einzelnen näher erläutert.

Das dem Verstärkereingang zugeführte Eingangssignal 2 U wird durch das Leistungsverteiler-Netzwerk Ti gleichmäßig auf die beiden Signalwege I und II aufgeteilt. Im Signalweg I wird das Eingangssignal zunächst in einem Dämpfungsglied Di um 6 dB gedämpft, so daß der nachfolgende Verstärker Vi nur noch mit dem halben Signalpegel U des Nutzsignals gespeist wird. Parallel zum Verstärker 1 ist im Signalweg II ein Laufzeitglied eingeschaltet, welches die Gruppenlaufzeit ν 1 des Verstärkers Vi nachbildet und beispielsweise durch ein Kabelstück realisiert werden kann. Eventuell ist dieses Laufzeitglied durch ein Tiefpaßglied zu ergänzen. Ein Teil des am Ausgang des Verstärkers Vi auftretenden Signals, das sich aus dem mit dem Faktor ν verstärkten Nutzsignals ν ■ U und einer durch Nichtlinearitäten verursachter Fehlerkomponente ε zusammensetzt, wird nun aus dem Signalweg abgezeweigt und über ein durch den Längswiderstand R i und den Querwiderstand R 2 realisiertes Dämpfungsglied auf den Wert
_2__

(U-v + r)

abgeschwächt und zusammen mit dem aus dem Signalweg II am Ausgang des Laufzeitgliedes abgezweigten Nutzsignals 2 U an die beiden Eingänge eines als Differenzverstärker ausgebildeten Korrekturverstärkers Vk geführt. Ferner wird das über den Signalweg ίο II weitergeleitete Eingangssignal 2 U in einem Dämpfungsglied D 2 um 3 dB abgeschwächt. Das aus dem Korrekturverstärker Vk kommende Differenzsignal

wird nun zusammen mit dem um 3 dB abgeschwächten Nutzsignal 2 · U mittels einer Gabel Γ3 zusammengefaßt und über einen Anpassungsübertrager Ü an den Eingang des im zweiten Signalweg II liegenden Verstärkers V2 geleitet. Dieses Ansteuersignal

U-

2 t

enthält somit die im ersten Verstärker verursachte Fehlerkomponente in doppelter und invertierter Größe. Durch die nachfolgende Verstärkung im Verstärker V2 mit dem Verstärkungsfaktor ν entsteht am Ausgang dieses Verstärkers ein Signal U ■ ν — ε, während am Ausgang des ersten Signalweges I, und zwar am Ende des die Gruppenlaufzeit τ 2 des Verstärkers V2 nachbildenden zweiten Laufzeitgliedes das entsprechend verzögerte Ausgangssignal des Verstärkers Vi mit der Größe U ■ ν + ε erscheint. Beide Signale werden schließlich über die Gabel T2 zusammengefaßt und zwar so, daß die Nutzleistung beider Signalwege an den Lastwiderstand RL, die Leistung der linearen Verzerrungen aber an den Nachbildungswiderstand R der Gabel T2 gelangt.

Der Grundgedanke dieser Schaltung besteht darin, die übliche Maßnahme, nämlich die Leistungsverstärkung in zwei parallelen Signalwegen durchzuführen, mit dem Prinzip der Vorwärtskopplung zu kombinieren, bei dem dem Hauptverstärkungsweg ein Korrektursignal zugesetzt wird, welches die im Hauptweg auftretenden Fehler aufhebt. Zu diesem Zweck wird aus dem Eingangs- und dem Fehlersignal die Ansteuerung für den zweiten Verstärker so gebildet, daß darin das doppelte negative Fehlersignal enthalten ist. Der zweite Verstärker wird jedoch nicht nur zur Erzeugung des Korrektursignals verwendet, sondern auch zur Leistungsverstärkung des Nutzsignals herangezogen, wobei, falls die beiden Verstärker Vi und V2 gleichartig ausgebildet sind, jeder Verstärker mit einem gleichgroßen Maß an der Gesamtausgangsleistung beiträgt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Transistor-Leistungsverstärker für Sendeanlagen, insbesondere im Kurzwellenbereich, mit zwei parallel geschalteten Signalwegen, die eingangsseitig über eine erste Gabel mit dem Eingangssignal gespeist und ausgangsseitig über eine zweite Gabel wieder zusammengefaßt sind, dadurch gekennzeichnet, daß dem in ersten Signalweg vorgesehenen ersten Verstärker (Vl) ein im zweiten Signalweg liegendes, die Gruppenlaufzeit (τ 1) des ersten Verstärkers (Vl) nachbildendes Verzögerungsglied parallelgeschaltet ist, daß vom Ausgang des ersten Verstärkers (Vl) und dem des ersten Verzögerungsgliedes je ein Abzweig zu je einem Eingang eines als Differenzverstärker ausgebildeten Korrekturverstärkers (Vk) geführt ist, daß die dem Korrekturverstärker zugeführten Signale, die einerseits aus Anteilen des verstärkten und mit einer Fehlerkomponente behafteten Eingangssignals und andererseits aus dem ursprünglichen Eingangssignal bestehen, derart bemessen sind, daß sich aus dem Ausgangssignal des Korrekturverstärkers ( Vk) und dem mittels eines Dämpfungsgliedes abgeschwächten Eingangssignal ein für den im zweiten Signalweg liegenden Verstärker (V2) bestimmtes Ansteuersignal ergibt, in welchem die im ersten Verstärker verursachte Fehlerkomponente in doppelter und invertierter Größe enthalten ist, daß dem zweiten Verstärker (V2) ein im ersten Signalweg liegendes, die Gruppenlaufzeit (r 2) dieses zweiten Verstärkers nachbildendes zweites Verzögerungsglied parallel geschaltet ist und daß der Ausgang dieses Verzögerungsgliedes und der Ausgang des zweiten Verstärkers über die zweite Gabel (T2) zusammengeschaltet sind.

2. Transistor-Leistungsverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in den beiden Signalwegen angeordneten ersten und zweiten Verstärker jeweils gleichartig ausgebildet sind.