DE2556706C2

DE2556706C2 - Leistungsverstärker für die Verstärkung eines Hochfrequenzsignals

Info

Publication number: DE2556706C2
Application number: DE2556706A
Authority: DE
Inventors: Gary Robert Glen Arm Hoffman, Md.; William Peter Joppa Rinkers, Md.
Original assignee: Bendix Corp
Current assignee: Bendix Corp
Priority date: 1975-01-31
Filing date: 1975-12-17
Publication date: 1984-10-11
Also published as: IT1063741B; DE2556706A1; GB1481387A; JPS6138268Y2; FR2299760A1; US3963993A; JPS51126027A; CA1041184A; FR2299760B1; JPS59111307U

Description

Die Erfindung betrifft einen Leistungsverstärker für die Verstärkung eines Hochfrcquenzsignals mit folgenden Einrichtungen und Merkmalen: Mehreren Vcrstärkerelementen zum Verstärken des Hochfrequen/signals: Eingangsmitteln zum Empfangen eines zu verstärkenden Hochfrequenzsignals und zum Verteilen dsr Signallecstung dieses Eingangs- Hochfrequenzsignals entsprechend einer vorbestimmten Anordnung auf jedes der Verstärkerelemente, wobei die Eingangsmitiel aus einer Vielzahl von parallelen Eingangs-Übeitragungsleitungen bestehen, von denen jede ein erstes Ende für den Empfang eines vorbestimmten Abschnitts der Signalleistung des Eingangs-Hochfrequenzsignals und ein zweites Ende für die Abgabe des vorbestimmten Abschnitts der Signalleistung des Eingangs-Hochfrequenzsignals zu einem zugeordneten Verstärkerelement besitzt, und wobei jede der Eingangs-Übcrtragungsleitungen eine unterschiedliche Phasenverzögerung zwischen den ersten und den zweiten Enden für die Signale aufweist, die durch diese Übertragungsleitung hindurchlaufen, und wobei vorbestimmte Punkt" an den Eingangs-Übertragungsleitungen vorhanden sind, bei welchen Signale, die eine der Eingangsübertragungsleitungen durchlaufen, normalerweise mit den Signalen in Phase Hegen, die eine andere der Eingangsübertra- : gungsleitungen durchlaufen; Ausgangsmitteln, die zum Empfangen des Ausgangs jedes der Verstärkerelemenie ■angeschaltet sind, um eine phasenkohärente Addition der Ausgangssignale der Verstärkerelemente durchzuführen, und wobei die Ausgangsmittel aus einer Vielzahl von parallelen Ausgangsübertragungsleitungen bestehen, die jeweils einem unterschiedlichen Verslärkerelement zugeordnet sind, und jede Ausgangsübertragungsleitung ein erstes Ende aufweist, welches zum Empfang des Ausgangssignals des zugeordneten Verstärkercle- <ments angeschlossen ist, und ein zweites Ende aufweist, welches mit den zweiten Enden der anderen Ausgangsübertragungsleitungen zusammengeschaltet ist, und wobei das verstärkte Hochfrequenzsignal an den zusammengeschalteten zweiten Enden erzeugt wird, und jede der Ausgangsübertragungsleitungen eine unterschiedliche Phasenverzögerung zwischen ihren ersten und zweiten Enden hinsichtlich de. durch diese Ausgangsübertragungsleitungen hindui einlaufenden Signale aufweist, und ,vobei an den Ausgangsübertragungsleitungen vorbestimmte °unkte vorhanden sind, bei welchen die Signale, welche eine der Ausgangsübertragungsleitungen durchlaufen, normalerweise in Phase zu , den Signalen sind, die andere der Ausgangsübertragungsleitungen durchlaufen.

Es sind eine Reihe von verschiedenen Techniken hinsichtlich Hochleistungsverstärkern für relativ hochfrequente Signale bekannt, durch die die Einschränkungen hinsichtlich der Leistung in Verbindung mit einzelnen Festkörperverstärkerelementen überwunden werden. Diese Techniken basieren allgemein darauf, mehrere Festkörper-Verstärkerelemente parallel zu schalten, wobei jedes Verstärkerelement einen Teil der Verstärkungsaufgabe übernimmt, und zwar dicht an den Grenzen seiner Kapazität. Der gesamte Leistungsausgang, der sich mit Hilfe eines solchen Verstärkers erzielen läßt, ist somit theoretisch gleich dem Produkt aus der Anzahl der verwendeten Verstärkcrclemente und dem Leistungsausgang eines einzelnen Elements. Ein Beispie! eines derartigen Leistungsverstärkers ist in der US-PS 35 93 174 beschrieben. In dieser Patentschrift wird ein Festkörpergerät für die Verstärkung von Signalen im Mikrowellenbereich beschrieben, welches aus

einer Vielzahl von parallelgeschalteten Festkörper-Ver-Eiiirkcrelementen besieht, die in gleichen Abständen zwischen angezapften Eingangs- und Ausgangsübertragungsleitungen angeschlossen sind, die jeweils die Mikroweüencnergic gleichmäßig auf jedes der parallelgeschalieten Verstärkerelemente verteilen und zu einer phasenkohärenten Addition der Ausgangssignale aus jedem der Verstärkerelemenl führen. Durch die Anwendung dieser Technik einer phasenkohärenten Addition von Ausgangssignalen mehrerer Verstärkerelemente wird es ermöglicht, daß jedes Verstärkerelement unter normalen Bedingungen, das heißt, wenn die Vorrichtung elektrisch abgeglichen ist, seinen proportionalen Anteil der Verstärkeraufgabe übernimmt. Bei nicht abgegliebenen elektrischen Zuständen, wie diese beispielsweise bei einem ungünstigen Spannungs-Stehwellenverhältnis (VSWR), die auf der Ausgangsseite des Verstärkers auftreten können oder gemäß einem anderen Beispiel nach einem anfänglichen Abgleich des Verstärkers, bevor dieser in den elektrischen Abgleichzustand gebracht wird, wird die Vcrstärkungsaufgabe ungleichmäßig auf die verschiedenen Verstärkerelemente verteilt, was dazu führt, daß bestimmte Elemente überlastet werden. Ein Verfahren, die einzelnen Elemente im Falle eines elektrisch nicht abgeglichenen Zustandes zu schützen, besteht darin, mehr Verstärkerelemente vorzusehen als eigentlich erforderlich sind, so daß jedes Verstärkerelement gut unterhalb seiner Nennwerte während des normalen Betrieben arbeitet. Im Falle einer elektrischen Unabgeglicheriheit wird dann kein Verstärkerelement einer potentiellen katastrophalen Überlastung ausgesetzt. Andere Mittel zum Schütze der Verstärkerelemente bestehen aus einem Zirkulator, der zwischen dem Ausgangsanschluß des Verstärkers und die Last geschaltet ist, um dadurch vom Verstärker die von der Last reflektierte Energie fernzuhalten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Leistungsverstärker für die Verstärkung eines Hochfrequenzsignals der eingangs definierten Art derart zu verbessern, daß mit Sicherheit eine Überlastung der Verstärkercleinentc zum Verstärken des Hochfrequenzsignals ausgeschlossen wird und Hilfsvorrichtungen oder Schutzeinrichtungen gegen eine Überlastung nicht mehr erforderlich sind.

Ausgehend von dem Leistungsverstärker der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß erste Widerstandsmiitel vorgesehen sind, um bestimmte der vorbestimmten Punkte an verschiedenen Eingangsübertragungsleitungen mit anderen der vorbestimmten Punkte mit den normalerweise in Phase liegenden Signalen an den anderen der Eingangsübertragungsleitungen zu verbinden, und daß zweite Widerstandsmittel vorgesehen sind, um bestimmte der vorbestimmten Punkte an verschiedenen Ausgangsübertragungsleitungen mit anderen vorbestimmten Punkten mit den normalerweise in Phase liegenden Signalen an anderen Ausgangsübertragungslei-₁ tungen zu verbinden.

Durch die vorliegende Erfindung wird somit jedem Verstärkerelement die Möglichkeit gegeben, unter norn alen Bedingungen nahezu auf dem Nennwert zu arbeiten. Mit anderen Worten brauchen bei dem Leistungsverstärker nach der vorliegenden Erfindung die einzelnen Verstärkerelemente nicht überdimensioniert werden, um einen Schutz gegen eine Überlastung und einen katastrophalen Ausfall für den Fall eines unabgeglichenen Zustandes zu erreichen, noch sind Hilfsvorrichtungen, wie beispielsweise Zirkulatoren, erforder-

Da sich unter normalen Bedingungen jedes Ende jedes Widerstandselementes auf dem gleichen momentanen Spannungswert befindet, fließt in den Widerstandselementen kein Strom und es wird daher in diesen auch keine Energie verbraucht Bei einem elektrisch unabgeglichenen Zustand jedoch werden die sonst normalen Phasenbeziehungen verschoben« Die verschiedenen Enden von bestimmten Widerstandselementen nehmen dann unterschiedliche Spannungswerte an, wodurch dann ein Strom in den Widerstandselementen zu fließen -{beginnt, so daß dadurch in diesen Widerstandselementen Energie vernichtet wird und aufgebraucht wird, so 'daß die Verstärkerelemente vor einer Zerstörung bzw. katastrophalem Ausfall wirksam geschützt werden.

Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteran- ·, Sprüchen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausfiihrungsbeispiels unter Hinweis auf die Zeichnung näher erläutert Es zeigt

Fig. 1 einen schematischen Stromlaufplan zur Erläuterung der Theorie, welche der Erfindung zugrundeliegt;

Fig.2 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform in Festkörpertechnik mit Merkmalen nach der vorliegenden Erfindung; und

F i g. 3 bis 6 verschiedene Kurven, die zur Erläuterung ■ der Betriebsweise des Gegenstandes der Erfindung nützlich sind.

Gemäß F i g. 1 ist eine Ausführungsform nach der Erfindung gezeigt, die vier Verstärkerelemente 10,12,14 und 16 enthält, die zueinander parallelgeschaltet sind. Obwohl vier Verstärkerelemente bei dieser Ausführungsform gezeigt sind, ist darauf hinzuweisen, daß es für den Fachmann selbstverständlich ist, daß irgendeine praktische Zahl von Verstärkerelementen, geradzahlig oder ungeradzahlig, verwendet werden kann.

Ein zu verstärkendes Eingangssignal wird auf der Leitung 17 empfangen, und zwar von einem Leistungsteiler 18, der die Leistung den verschiedenen Verstärkerelementen zuteilt. Bei dieser Ausführungsform wird die Leistung gleichmäßig auf die verschiedenen Eingangsübertragungsleitungen 107.12/. 14/ und 16/ der jeweiligen Verstärkerelemente an dem Eingangsende der verschiedenen Übertragungsleitungen 10a, 12a, 14a und 16a verteilt Die Verstärkerelemente speisen verschiedene Übertragungsleitungen, die hier jeweils aus Ausgangs-Übertragungsleitungen iOk, \2k, 14Jt und 16Ar bestehen, wobei diese Übertragungsleitungen an den Punkten 1Oe, 12e, 14e und 16e mit einer Leistungsverbindungsstufe 44 in Verbindung stehen, wobei die Leistung der verschiedenen Ausgangs-Übertragungsleitungen auf die einzige Ausgangs-Ubertragungsleitung 46 verbunden gegeben wird, die dann an die Last 48 abgegeben wird.

Unter der Annahme normaler abgeglichener elektrischer Zustände bei dem Verstärker gemäß Fig. 1, das heißt, daß die Signale an den Ausgängen des Leistungsteilers 18, an den Punkten 10a, 12a, 14a und 16a in Phase mit den anderen sind, und daß die Phasenverschiebungen der verschiedenen Verstärkerelemente gleich sind, und daß die Signalleistung gleichmäßig zu den verschiedenen Eingangsübertragungsleitungen aufgeteilt ist, läßt sich erkennen, daß die durch die verschiedenen Eingangsübertragungsleitungen laufenden Signale an den Stellen, die relativ zur Phasenverschiebung von dem Leistungsteiler 18 gleichen Absland haben, untereinander in Phase sind und die gleiche Amplitude besitzen. An diese Stellen mit normalerweise gemeinsamer Phase und Amplitude sind die Widerstandselemente 20 bis 42 angeschlossen. Da in diesem Fall über irgendeinem Widerstandselement kein Spannungsabfall vorhanden ist, fließt auch in diesem kein Strom, und es wird keine oder eine vernachlässigbar geringe Energie in diesem Widerstand verbraucht.
Bei einem praktischen Verstärker ist die Phasenver-Schiebung pro Längeneinheit für die verschiedenen Übertragungsleitungen konstant. Ein Widerstandselement ist daher so angeordnet, daß dessen Enden von dem Leistungsteiler 18 gleichen Abstand besitzen und beide Enden entweder auf einer Eingangsübertragungsleitung oder einer Ausgangsübertragungsleitung liegen. Es ist wünschenswert, daß die Signale auf den verschiedenen Übertragungsleitungen zueinander in Phase an der Leistungsverbindungsstufe 44 anlangen und gleiche Amplitude haben. Unter de r zuvor getroffenen Annähme wird dies dadurch erreicht, indem man die Phasenverschiebung zwischen dem Leistungsteiler 18 und der Leistungsverbindungsstufe 44 entlang irgendeiner der Überlragungsieitungen gleich macht Dies läßt sich natürlich dadurch realisieren, indem man die Abstände entlang den verschiedenen Übertragungsleitungen zwischen dem Leistungsteiler und der Leistungsverbindungsstufe gleich wählt Die Leistungsverbindungsstufe 44 braucht daher lediglich ein Impedanzwandler zu sein, um eine Anpassung der Impedanz der Übertragungsleitungen 10Jt. 12Jt, Wk und 16Jt an die Leitung 46 zu erzielen.

Wie bereits erwähnt wurde, fließt, da jedes Widerstandselement an die Steilen angeschlossen ist, die untereinander gleiche Phasenwerte aufweisen, in diesen Widerstandselementen kein Strom, und es wird normalerweise keine Energie verbraucht Wenn jedoch die Schaltung unabgeglichen werden sollte, beispielsweise als Ergebnis einer Fehlanpassung der Last 48, so daß eine übermäßige VSWR-Form eine Reflexion der Energie von der Last bedingt, so erscheinen an den verschiedenen Übertragungsleitungen Spannungs-Stehwellen, und es wird die Phasengleichheit der verschiedenen Stellen, an welchen die Widerstandselemente angeschlossen sind, gestört Es fließt daher Strom in bestimmten oder in allen Wiaerstandselementen, und es wird Leistung verbraucht, die sonst ungleichmäßig auf die verschiedenen Verstärkerelemente verteilt werden würde. Dies soll nun im folgenden näher erläutert werden.

so Fig.2 zeigt eine perspektivische Ansicht eines tatsächlich nach den Prinzipien der vorliegenden Erfindung ausgeführten Verstärkers. Es sind Leiterstresfen und Leiterbahnen auf der oberen Fläche eines Substrats 52 gewöhnlich durch Photoätzverfahren angeordnet.

wobei dieses Substrat eine Grundfläche 50 auf der anderen Seite besitzt Wie dem Fachmann gut bekannt ist, kann das Substrat aus irgendeiner Anzahl von dielektrischen Materialien bestehen, wie beispielsweise Aluminium, oder mit Glas angereichertes Teflon. Ein Eingangs-Leistungsteiler 54 in Form eines Impedanzübertragers empfängt ein zu verstärkendes Eingangssignal an dem Steg 56 und verteilt dieses Signal gleichmäßig auf die Eingangsübertragungsleitungen 58, 60, 62 und 64. Der Impedanzwandler enthält eine Kapazität 57 und paßt;

ω die Impedanz der Eingangslcitung an die Eingangs- ( Übertragungswagen 58 bis 64 an. Die V/iderstands- j elemente 70 bis 75 sind zwischen die Punkte an den j verschiedenen Eingangs.-Übert^riigungsleitungen angc- \

7 8

schlossen, bei welchen die die Übertragungsleitungen erwähnt wurde, ist der Gegenstand der vorliegenden durcheilende Signale normalerweise zueinander bzw. Erfindung insbesondere während der Zeit von Nutzen, untereinander in Phase sind. In ähnlicher Weise emp- während welcher der Verstärker sich in einem elekfängt eine Ausgangsleistungs-Verbindungsstufe 76 in trisch unabgeglichenen Zustand befindet, wie beispiels-Form eine weiteren Impedanzwandlers die verstärkten 5 weise vor dem Zeitpunkt eier Abstimmung des EinSignale von den Ausgangs-Überträgungsleitüngen 80, gangs- und Ausgangsimpedanzwandlers durch Einstel-82, 84 und 86 in Phase und liefert diese verstärkten lung der Kapazitäten 120 und 124. Es sei auch darauf Signale zu dem Steg 78 für den Anschluß an eine Last 79 hingewiesen, daß die verschiedenen Übeitragungsleiüber eine Leitung 77, wobei beide diese Elemente sehe- tungen bei diesem Ausführungsbeispiel eine gemeinsamatisch gezeichnet sind. Auch sind in gleicher Weise die io me Breite aufweisen und daher eine identische Impe-Widerstandselemente 90 bis 95 an die Punkte der Aus- danz besitzen. Bei diesem speziellen Ausführiingsbeigangsübertragungsleitungen angeschlossen, bei wel- spiel beträgt die Impedanz der verschiedenen Ubertrachen die Signale die Ausgangs-Öbertragungsleitungen gungsleitungen 50 Ohm. Die Frequenz des zu verstärnormalerweise in Phase bzw. Phasengieichheit passie- kenden Signals beträgt 1090 MHz. Der elektrische Abren. Der letzte Impedanzwandler enthält eine Kapazität i5 stand zwischen den verschiedenen Verstärkerelemen-75 und p«Ct die Impedanz der Ausgangs-Übertragungs- ten entlang den verschiedenen Übertragungsleitungen, leitungen an die Leitung 77 an. also beispielsweise der elektrische Abstand 125, beträgt

Bei diesem Ausführungsbeispiel sind vier Verstärker- 45°.

elemente 100 bis 103 zueinander parallelgeschaltct. All- Obwohl das Ausführungsbeispiel gemäß F ι g. 2 in

gemein sind die Verstärkerelemente untereinander 20 Einklang mit den Mikrostreifentechniken hergestellt ist, identisch, so daß lediglich das Element 100 beschrieben ist es für den Fachmann selbstverständlich, daß eine zu werden braucht Das Verstärkerelement 100 ist kapa- ähnliche und praktisch identische Ausführungsform zitiv an die Eingangs-Übertragungsleitung 64 am Ab- auch mit Hilfe von Trickfilmtechniken und/oder Triplaschnitt 64a derselben gekoppelt und ist über die Kapazi- tetechniken hergestellt werden kann, täten 106 und 108 am Abschnitt 86a an die Ausgangs- 25 Im Ergebnis ist die Summe der Länge der Eingangs-Übertragungsleitung 86 gekoppelt. Die anderen Ver- übertragungsleitung irgendeines Verstärkerelementes Stärkerelemente sind in ähnlicher Weise kapazitiv zu und die Länge der Ausgangsübertragungsleitung für das den zugeordneten Eingangs- und Ausgangsübcrtra- gleiche Element eine Konstante. Anders ausgedrückt ist gungsleitungen durch ihre zugeordneten Kopplungska- die Phasenverschiebung eines vom Eingangssteg 56 pazitäten angekoppelt. Die Kopplungskapazitäten 106 30 zum Ausgangssteg 78 übertragenen Signals die gleiche, und 108 stellen diskrete Komponenten dar, wobei die und war ungeachtet des Übertragungs- und Verstär-Kapazität 106 in geeigneter Weise elektrisch zwischen kungselementpfades, welchen das Signal durchläuft. In dem Punkt 64a und dem Punkt HOa auf der Bahn 110 bevorzugter Weise sind unter normalen Bedingungen angeschlossen ist, die einen Eingangs-Impedanzwandler die Signale an den Eingangsenden jeder Eingangsüberdarstellt, welcher eine Anpassung der Eingangsimpe- 35 tragungsleitung in Phase. Dies ist bei dem Ausführungsdanz der Eingangs-Übertragungsleitung 64 zum Ein- Beispiel gemäß F i g. 2 der Fall, und die Übertragungsleigangsanschluß 112a der Verstärkervorrichtung 112 be- tungen und Verstärkerelemente sind bei dieser Figur wirkt. Die Verstärkervorrichtung 112 besteht bei die- derart angeordnet, daß die die verschiedenen Übertrasem Ausführungsbeispiel in geeigneter Weise aus einem gungsleitungen durchlaufenden Signale untereinander NPN-Transistor, dessen Emitter den Eingangsanschluß 40 in Phase sind, und zwar bei ailen benachbarten Punkten 112a darstellt, und dessen Kollektor einen Ausgangsan- entlang der Leitungen. Die Widerstandselemente sind Schluß 112£> darstellt Die Basis ist mit einem Steg 118 dicht bei dem Anschluß der Verstärkerelemente und der verbunden, der bei diesem Ausführungsbeispiel geerdet Übertragungsleitungen angeordnet, und war aus Sym-Ist Die Kanazität 108 ist elektrisch zwischen dem Punkt metriegründen, und besitzen auch gleichen Abstand, 86a an de/übertragungsleitung 86 und dem Punkt 114a 45 wobei die Gründe hierfür im folgenden erläutert werauf der Bahn 114 angeschlossen, die einen Ausgangsim- den sollen.

pedanzwandler darstellt, der die Ausgangsimpedanz des Wie dem Fachmann gut bekannt ist lassen sich VerAnschlusses 1126 an die Impedanz der Übertragungslei- Stärkerelemente als auch Übertragungsleitungen des tung 86 anpaßt bzw. transformiert Der Eingangsimpe- dargestellten Typs mit praktisch identischer Phasenverdanzwandler enthält darüber hinaus eine veränderliche 50 Schiebung herstellen. Dies kann routinemäßig derart Kapazität 120, die dazu verwendet wird, den Eingangs- durchgeführt werden, wie es beispielsweise in der be-Impedanzwandler abzustimmen, und der zwischen dem reits erwähnten US-Patentschrift 35 93 174 beschrieben Punkt 1106 auf der Bahn 110 und Masse bzw. dem Steg ist Es sei nun angenommen, daß das Spannungs-Steh-118 angeschlossen ist. Der Eingangsimpedanzwandler Wellenverhältnis (VSWR) der Last die an den Steg enthält auch einen Widerstand 122, der' eine diskrete 55 angeschlossen ist sehr groß wird. Als Ergebnis hiervon Komponente darstellt und zwischen dem Punkt llöc auf erscheinen Stehwellenspannungen wenigstens entlang der Bahn 110 und Masse bzw. dem Steg 118 angeschlos- den Ausgangsübertragungsleitungen mit dem Ergebnis, sen ist In ähnlicher Weise enthält der Ausgangs-Impe- daß die Leistungsverteilung zu den verschiedenen Verdanzwandler eine einstellbare Kapazität 124, die dazu Stärkerelementen oder die Zuteilung der Leistung zu verwendet wird, den Ausgangs-lmpedanzwandler abzu- 60 diesen Elementen ungleich wird. Dies kann als unabgestimmen, und die zwischen dem Punkt 1142j auf der glichener elektrischer Zustand des Verstärkers betrach-Bahn 114 und Masse bzw. dem Steg 118 angeschlossen tet werden. Diese ungleiche Leistungszuteilung wird ist. Eine Vorspannungsquelle (schematisch dargestellt) durch eine Ungleichheit der Amplituden der Ausgangsfür das Verstärkerelement 112 ist an einem Punkt 114c signale der verschiedenen Verstärkerelemente bewirkt auf der Bahn 114 angeschlossen und enthält eine Kapa- 65 und natürlich auch durch eine Ungleichheit der Amplizität 126, die zwischen die Stelle 114c und Masse bzw. tuden der Eingangssignale zu den verschiedenen Verden Steg 118 angeschlossen ist, um relativ hochfrequen- Stärkerelementen. Dies führt zu einer Änderung in der te Signale zu entfernen. Wie bereits an früherer Stelle Verbindungskapazität der Verstärkerelemente, wobei

ίο

die Verbindungskapazität der verschiedenen Elemente nicht länger gleich ist Dies läßt sich anhand der F Ί g. 3 bis 6 näher erläutern, wobei die Verbindungskapazität eines Verstärkerelementes gegen die Signalspannung an diesem Verstärkerelement aufgetragen ist. In den F i g. 3 bis 6 stellt die Kurve 130 die Kapazitätskurve dar, und die vertikale Linie 134 stellt die vom Kolleklor zum Emitter verlaufende Vorspannung dar, wenn die aktive Verstärkervorrichtung durch einen Transistor gebildet ist. Gemäß Fig.3 wird keine Signalspannung aufgedrückt, was dazu führt, daß die Verbindungskapazität an der Verbindung der Kurven i30 und 134 gefunden werden kann und speziell am Punkt 132. In Fig.4 stellt die Kurve 138 eine normale Signalspannung dar, das ist die Signalspannung, welche sich einstellt, wenn keine Stehwellen an den verschiedenen Übertragungsleitungen vorhanden sind, und wenn die Leistung gleichmäßig an die verschiedenen Verstärkerelemente verteilt ander in Phase arbeiten. In diesem Fall wird ein ungünstiger VSWR-Zustand in gleicher Weise in jedes Verstärkerelement reflektiert, was dazu führt, daß keine elektrische Unabgeglichenheit auftritt, und in den schtitzenden Widerstandseicmenten kein Strom fließt, so daß alle Vcrstärkerelemente überlastet werden. Aus einem einfachen Grund ist es auch wünschenswert, daß die Widerstandselemente einen Abstand aufweisen.

Es ist somit für den Fachmann zu erkennen, daß der

ίο Gegenstand der Erfindung auch in anderen Ausführungsformen als den dargestellten und beschriebenen realisiert werden kann. Beispielsweise läßt sich der Gegenstand der Erfindung auch dadurch realisieren, indem man diskrete Übertragungsleitungen, wie beispielsweise Koaxialkabel, verwendet, solange die Phasenbeziehung der verschiedenen Signale, die durch die Übertragungsieitungen laufen, in Einklang mit der Lehre der vorliegenden Erfindung steht, und die verschiedenen Verstärkerelemente gegeneinander hinsichtlich der

ist. Unter diesen Bedingungen ist die Verbindungskapazität an der Stelle 136 wiedergegeben. F i g. 5 zeigt eine 20 Phase im Sinne der vorliegenden Erfindung getrennt Darstellung eines Signals mit niedriger Amplitude, wel- sind. Es sei auch erwähnt, daß die Widerstandselemente ches durch die Kurve 140 dargestellt ist. In diesem Fall an den Eingangsübertragungsleitungen eine verbesserist die Verbindungskapazität an der Stelle 142 wieder- te Lastimpedanz für einen Treiberverstärker (nicht gegegeben. Der Punkt 136 von F ig. 4 ist in F ig. 5 als zeigt) darstellen, der den Verstärker mit den Merkmalen Bezugspunkt vorhanden. F i g. 6 zeigt die Situation mit 25 nach der vorliegenden Erfindung speist, was also einen großem Signa), wobei die Kurve 144 das große Signal zusätzlichen Vorteil zu den bereits erläuterten Funktio-

nen dieser Widerstandselemenle darstellt. Dort, wo der

Konstrukteur des Systems nicht beabsichtigt, eine derartige verbesserte Lastimpedanz vorzusehen, kann er auch nach Wunsch die Widerstandselemente der Eingangsübertragungsleitungen weglassen und lediglich die Widcrstandselemente an den Ausgangsübertragungsieitungen verwenden. Alternativ lassen sich auch die Widerstandselcmcnte lediglich an den Eingangsübertragungsleitungen vorsehen, und es können somit die Widerstandselemente an den Ausgangsübertragungsleitungcn beispielsweise dann weggelassen wer-

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darstellt. In diesem Fall ist die Verbindungskapazität am Punkt 146 wiedergegeben. Die normale Übergangskapazität und die Kapazität des kleinen Signals, welche durch die Punkte 136 und 142 dargestellt sind, ist hier reproduziert. Es läßt sich erkennen, daß bei Vorhandensein von Stehwellen an den Übertragungsleitungen die verschiedenen Verstärkerelemente in Abhängigkeit von Signalwerten arbeiten, die hinsichtlich der Signalpegel unterschiedlich sind, bei welchen andere der Verstärkerelemente arbeiten. Als Ergebnis hiervon unterscheidet sich die Verbindungskapazität von verschiedenen Verstärkerelementen von der Verbindungskapazität anderer Verstärkungselemente. Der Verstärker als ganzes betrachtet befindet sich daher in einem elektrisch nicht ausgeglichenen Zustand, was dazu führt, daß entweder die Phase der Signale an den Enden der verschiedenen Widerstandselemente unterschiedlich ist, oder die Amplitude der Signale an den gegenüberliegenden Enden der Widerstandselemente unterschiedlich ist, oder daß beide diese Phänomene auftreten, mit dem Ergebnis, daß in bestimmten Widerstandselementen oder in allen Widentandselementen ein Strom fließt und dadurch in diesen Energie verbraucht wird. Auf diese Weise sind die verschiedenen Verstärkerelemente gegen einen Überlastungszustand gesichert.

Auch andere Faktoren können zu einem unabgeglichenen elektrischen Verstärkungszustand führen. Beispielsweise ist es möglich, daß während der Zeit, wärend welcher die Eingangs- und Ausgangsimpedanzwandler der verschiedenen Verstärkerelemente abgeglichen werden, die Energie ungleichmäßig auf die verschiedenen Verstärkerelemente verteilt wird. Auch in diesem Fall schützen die Widerstandselemente dir Verstärkerelemente gegen eine Überlastung. fco

Es sei hervorgehoben, daß es für die Betriebsweise des Gegenstandes der Erfindung wesentlich ist, daß die verschiedenen Verstärkerclcmenlc untereinander durch eine gewisse elektrische Phasendifferenz getrennt sind, die bei dem Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 2 als μ 45° gewählt wurde. Dies läßt sich einfacher verstehen, wenn man die Grenzbedingung betrachtet, bei welcher die verschiedenen Verstärkerelcinenle exakt untereinden, wenn ein Zirkulator zwischen dem Verstärker und der Last zur Anwendung gelangt, oder die Lastimpedanz auf andere Weise gesteuert wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

!. Leistungsverstärker für die Verstärkung eines Hocbfrcquenzsignals mit folgenden Einrichtungen und Merkmalen: mehreren Verstärkerelementen zum Verstärken des Hochfrequenzsignals; Eingangsmitteln zum Empfangen eines zu verstärkenden Hochfrequenzsignals und zum Verteilen der Signalleistung dieses Eingangs-Hochfrequenzsignals entsprechend einer vorbestimmten Anordnung auf jedes der Verstärkerelemente, wobei die Eingangsmittel aus einer Vielzahl von parallelen Eingangsübertragungsleitungen bestehen, von denen jede ein erstes Ende für den Empfang eines vorbestimmten Abschnitts der Signalleistung des Eingangs-Hochfrequenzsignals und ein zweites Ende für die Abgabe des vorbestimmten Abschnitts der Signalleisiung des Eingangs-Hochfrequenzsignals zu einem zugeordneten Verstärker* jement besitzt, und wobei _r, ■; jede der Eingangs-Übertragungsleitungen eine unterschiedliche Phasenverzögerung zwischen den er-. -^: sten und den zweiten Enden für die Signale aufweist, ' die durch diese Übertragungsleitung hindurchlaufen, und wobei vorbestimmte Punkte an den Eingangs-Übertragungsleitungen vorhanden sind, bei welchen Signale die eine der Eingangsübertragungsleitungen durchlaufen, normalerweise mit den Signalen in Phase liegen, die eine andere der Eingangsübertragungsleitungen durchlaufen; Ausgangsmitteln, die zum so Empfangen des Ausgangs jedes der Verstärkerelemente angeschaltet sind, um eine phasenkohärente Addition der Ausgangssignale der Verstärkerele-'mente durchzuführen, und wobei die Ausgangsmittel aus einer Vielzahl von parallelen Ausgangsüber tragungsleitungen bestehen, die jeweils einem unterschiedlichen Verstärkerelement zugeordnet sind, und jede Ausgangsübertragungsleitung ein erstes Ende aufweist, welches zum Empfang des Ausgangssignals des zugeordneten Verstärkerelements angeschlossen ist, und ein zweites Ende aufweist, welches mit den zweiten Enden der anderen Ausgangsübertragungsleitungen zusammengeschaltet ist, und wobei das verstärkte Hochfrequenzsignal an den zusammengeschalteten zweiten Enden erzeugt wird, und jede der Ausgangsübertragungsleitungen eine unterschiedliche Phasenverzögerung zwischen ihren ersten und zweiten Enden hinsichtlich der durch diese Ausgangsübertragungsleitungen hindurchlaufenden Signale aufweist, und wobei an den Ausgangs- so Übertragungsleitungen vorbestimmte Punkte vorhanden sind, bei welchen die Signale, welche eine der Ausgangsübertragungsleitungen durchlaufen, normalerweise in Phase zu den Signalen sind, die andere der Ausgangsübertragungsleitungen durchlaufen, dadurch gekennzeichnet, daß erste Widerstandsmittel (70—75) vorgesehen sind, um bestimmte der vorbestimmten Punkte an verschiedenen Eingangsübertragungsleitungen (58, 60, 62,64) mit anderen der vorbestimmten Punkte mit den normalerweise in Phase liegenden Signalen an den anderen der Eingangsübertragungsleitungen (58-64) zu verbinden, und daß zweite Widerstandsmittel (90—95) vorgesehen sind, um bestimmte der vorbestimmten Punkte an verschiedenen Ausgangsüberlragungslei- </> tungen (80, 82, 84, 86) mit anderen vorbestimmten Punkten mit den normalerweise in Phase liegenden Signalen an anderen Ausgangsübertragungsleitun

gen (8O'-86) zu verbinden.
2. Leistungsverstärker nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß jedes der mehrerer. Vertärkerelcmente (100,101,102,10.1) eine aktive Verstärkervorrichtung (112) mit einem Eingangsanschluß (112a) und einem Ausgangsanschluß (U2b), eine Eingangsimpedanz-Wandlereinrichtung (110) zdm Verbinden einer zugeordneten Eingangsübertragungs leitung (58-64) mit dem Eingangsanschluß (112a) und eine Eingangsimpedatiz-Wandlereinrichtung (114) zum Verbinden des Ausgangsanschlusses (1126) mit einer zugeordneten Ausgangsübertragungsleitung (80—86), aufweist.
3. Leistungsverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungsleitungen (58—64,80—86) aus einer Vielzahl von ebenen Leitern bestehen, von denen jeweils zwei einem Verstärkerelemeni zugeordnet sind, und daß die Übertragungsleitungen parallel und koplanar zueinander angeordnet sind.
Iff; 4. Leistungsverstärker nach den Ansprüchen 1 ijund 3, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten En-■ *den der Eingangsübertragungsleitungen (58—64) ^allgemein untereinander ausgerichtet sind, daß die ^Eingangsübertragungsleitungen (58—64) in Stufen ^unterschiedlicher Längen hergestellt sind, und daß die zweiten Enden der Ausgangsübertragungsleitungen (80—86) allgemein untereinander ausgerichtet sind, und daß die Ausgangsübertragungsleitungen (80—86) jeweils in Stufen zunehmender Länge vorgesehen sind.
5. Leistungsverstärker nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Substrat (52) aus dielektrischem Material mit einer flachen, plattenförmigen Fläche vorgesehen ist, und daß die Übertragungsleitungen auf dieser Fläche angeordnet sind.
6. Leistungsverstärker nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat eine ebene Grundfläche (50) besitzt.
7. Leistungsverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsmittel (76) einen Impedanzwandler (76) enthalten, der zwischen die zweiten Enden der Ausgangsübertragungsleitungen (80—86) und einen gemeinsamen Ausgangsanschluß (78) angeschlossen ist.
8. Leistungsverstärker nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenverzögerung des vom ersten Ende einer der Eingangsübertragungsleitungen (58—64) durch das zugeordnete Verstärkerelement zum zweiten Ende der zugeordneten Ausgangsübertragungsleitung durchlaufenden Signals gleich ist mit der Phasenverzögerung eines ähnlichen Signals, welches vom ersten Ende irgendeiner anderen der Eingangsübertragungsleitungen (5g—64) durch das dieser Leitung zugeordnete Verstärkerelement zum zweiten Ende der Ausgangsüberiragungsleitung dieses Versiärkerelements läuft.
9. Leistungsverstärker nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangsübertragungsleitungen (58—64) und die Ausgangsübertragungsleitungen (80—86) eine gemeinsame Impedanz besitzen.