DE2835751C2

DE2835751C2 - HF-Leistungsverstärker mit einer Modulationseinrichtung

Info

Publication number: DE2835751C2
Application number: DE2835751A
Authority: DE
Inventors: Axel Ing.(Grad.) 6842 Buerstadt Fischer
Original assignee: Standard Elektrik Lorenz AG
Current assignee: Alcatel Lucent Deutschland AG
Priority date: 1978-08-16
Filing date: 1978-08-16
Publication date: 1980-07-03
Also published as: JPS6041883B2; CA1126824A; FR2433855A1; GB2028039B; GB2028039A; AU529804B2; DE2835751B1; AU4977979A; FR2433855B1; US4286236A; IT7924787A0; JPS5539492A; IT1193800B

Description

Die Erfindung betrifft einen HF-Leistungsverstärker

wie im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegeben. Ein derartiger HF-Leistungsverstärker ist aus dem Artikel »R-F Power Amplifier System Solves Linearity Problems« von S. Bayer in Microwave Systems News, May-June, 1971, bekannt.

In dieser Literaturstelle ist allgemein von der

ίο Amplitudenmodulation die Rede. Auf die Modulation der HF-Trägerschwingung mit impulsförmigen Modulationssignalen — die auch eine Amplitudenmodulation der HF-Trägerschwingung ist — wird nicht Bezug genommen. Die aus der Literaturstelle bekannte Lehre zur Regelung des Modulationssignals in Abhängigkeit ve η dem Verstärkerausgangssignal kann nicht ohne weiteres auf HF-Leistungsverstärker, bei denen die HF-Trägerschwingung mit Impulsen moduliert wird übertragen werden. Dies gilt insbesondere dann, wenn die Impulse nur eine kurze Impulsdauer (z. B. 8 us) haben, die bei der bekannten Regelung benötigte Zeit ist für diese Anwendungsfälle zu lang.

Aufgabe

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen HF-Leistungsverstärker mit einer Modulationseinrichtung anzugeben, bei dem die impulsförmigen Ausgangssign.3le genau die gewünschte Form habtn.

Lösung

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit den im Anspruch 1 angegebenen Mitteln. Vorteilhafte Weiterbildungen sind den Unteransprüchen /u entnehmen.

Vorteile

Auch bei nichtlinearer Verstärkung und bei Verstärkern, die aus mehreren Verstärkerstufen bestehen, erhält man am Verslärkerausgang die gewünschte Impulsform. Alterungseffekte von Bauteilen werden kompensiert. Die Durchlaufzei' der \ i<t einem Impuls modulierten Trägerschwingung durch die aufeinanderfolgenden Verstärkerstufen und durch die übrige Einrichtung spielt keine Rolle, da der Hüllkurvenvergleich des impulsförmigen H F-Signals mit dem Amplitudenverlauf des impulsförmigen Soll-Modulationssignals unabhängig vom /citpunkt des Vorhandenseins des impulsförmigen HF-Signalsam Verstärkerausgang ist.

Selbst bei Impulsspit/enleistungen von über I kW hat der Ausgangsimpuls die gewünschte Form. Da die HF-Trägerschwingung bereits in einer der Vorstufen des Verstärkers mit dem impulsförmigen Modulationssignal moduliert werden kann, ist nur eine kleine Mo'lulationssteuerleistung notwendig.

Beschreibung

Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert. Es zeigt

F i g. I ein Blockschaltbild des erfindungsgemäßen HF-Leistungsverstärkers mit einer Modulationseinrichtung;

Fig. 2 bis 4 Diagramme /ur Erläuterung der Funktionsweise des HF-Leistungsverstärkers nach Fig. L

Einem afi sich bekannten und aus drei Verstärkerstües fen Ia, \b, \c bestehenden HF-Leislungsverstärker 1 wird über einen Eingang £die zu verstärkende und zu modulierende HF-Schwingung zugeführt. Das Ausgangssignal wird von einem Ausgang A abgenommen.

In der ersten Verstärkerstufe la erfolgt die Modulation mit einem impulsförmigen Modulationssignal.

Um zu gewährleisten, daß die Impulse am Ausgang des Verstärkers 1 die gewünschte Form haben, wird das impulsförmige Modulationssignal auf geeignete Weise vorverzerrt. Dies wird nachfolgend näher erläuterL

Es wird beispielsweise angenommen, daß der Impuls ein DME-Impuls sei. Durch die Angabe von beispielsweise 32 Amplitudenwerten läßt sich der Amplitudenverlauf dieses Impulses (seine Impulsdauer ist \5 \is) \q hinreichend genau festlegen. Diese Ampiitudenwerte, die 32 zeitlich äquidistanten Abtastungen des DME-Impulses entsprechen, und deren Einhüllende das Modulationssignal ist, werden in einem Speicher 8, der mit einem Rechner 7 verbunden ist, gespeichert

Zur Erzeugung des tatsächlichen Modulationssignals werden die in dem Speichel 8 vorzugsweise digital gespeicherten Werte in einem Digital/Analog-Wandler 9 in analoge Werte umgewandelt und diese analogen Werte werden einem Integrator 10 zugeführt. Das Ausgangssignal des Integrators 10 ist das tatsächliche Modulationssigna!, mit dem die hochfrequente Trägerschwingung in der ersten Verstärkerstufe la m.duliert wird.

Der Zeitpunkt, zu dem die Trägerschwingung mit dem impulsförmigen Modulationssignal moduliert wird, ist durch einen Triggerimpuls festgelegt. Der Triggerimpuls wird dem Rechner 7 zugeführt und steuert über diesen den Zeitpunkt, zu dem die gespeicherten Werte von dem Speicher 8 an den Digital/Analog-Wandler 9 ausgegeben werden.

Bis jetzt ist das impulsförmige Modulationssignal noch nicht vorverzerrt und somit hat der Ausgangsimpuls des Verstärkers 1 — beispielsweise infolge von Nichtlinearitäten des Verstärkers — nicht die gewünschte Form.

Es sind deshalb zusätzlich die nachfolgend beschriebenen Einrichtungen notwendig.

Mittels eines Richtkopplers 2 wird ein Teil des Verstärkerausgangssignals ausgekoppelt und in einem Gleichrichter j gleichgerichtet. Das gleichgerichtete Signal (das ist die Einhüllende des HF-Impulses) wird in einem Komparator 4 mit dem Soll-Modulationssignal verglichen.

Das Soll-Modulationssignal ist dasjenige Modulationssignal. mit dem die HF-Trägerschwingung moduliert werden müßte, um am Verstätvcerausgang das gewünschte Signal zu erhalten und zwar für den Fall, bei dem bei der Modulation und bei der Verstärkung keine Verzerrungen entstehen. Das Soll-Modulationssignal und das gleichgerichtete Verstärkerausgangssignal haben im eingeschwungenen Zustand den gleichen Amplitudenvcriauf. Das Soll-Modulationssignal wird in einem Pulsformer (dies ist beispielsweise eine Schaltung, in der der Amplitudenwert digital gespeichert ist und über einen D/A-Wandler und Integrator abgerufen werden kann), der von einem Triggerimpuls gesteuert wird, erzeugt. Der Triggerimpuls wird außerdem — wie bereits erwähnt — auch dem Rechner 7 zugeführt und steuert dort den Zeitpunkt der Ausgabe der gespeicher- ω ten Daten.

Der Komparator 4 gibt eine binäre »0« oder eine binäre »I« ab, abhängig davon, ob das gleichgerichtete Verslärkerausgängssignal kleiner oder größer als das Sollmodulationssignal "im. Es wird angenommen, daß im Falle »größer« eine 0 iibgegeben wird. Diese binären Signale werden dem Rechner 7 zugeführt, der in Abhängigkeit von diteseft Binärwerten und eines geeigneten Programms die im Speichere gespeicherten Werte so verändert, daß das hieraus abgeleitete tatsächliche Modulationssignal die richtige Vorverzerrung erhält.

Die in dem Ausführungsbeispiel verwendeten und nicht näher erläuterten Bausteine und ihre Funktion sind dem Fachmann allgemein bekannt und in der Literatur ausführlich beschrieben. Hinsichtlich der Analog/Digital-Umwandlung und der Funktion des Rechners wird beispielsweise auf die Bücher »Notes on Analog-Digital Conversion Techniques«, von Alfred K.. Susskind, The M.I.T. Press, Cambridge 1963 und »Arithmetic Operations in^ Digital Computers« von R. K. Richards, D. van Nostrand Company Inc. Princeton, New Jersey 1960 verwiesen.

Nachfolgend wird anhand der Fig.2 bis 4 die Ermittlung der richtigen Vorverzerrung näher erläutert.

Beim Einschalten des Gerätes wird angenommen, daß in dem Speicher 8 32 Werte I (Fig.4a) gespeichert (hiermit erzielt man bei einer Impulsdauer von 3,5 μθ gute Ergebnisse) sind, deren Einhül¹'nde denselben Verlauf wie das Soü-Modulationssigna! hat (es können jedoch auch beliebige andere Werte gespeichert sein; weiterhin ist es möglich, daß zu Beginn alle Werte gleich null sind). Das gleichgerichtete Verstärkerausgangssignal hat jedoch nicht den gewünschten Verlauf III (F i g. 2a), sondern den mit IV (F i g. 2a) gekennzeichneten Verlauf. Es ist verzerrt und infolge der Gerätelaufzeit gegenüber III um ^verschoben.

Da das gleichgerichtete Verstärkeraus^angssignal in der Zeit zwischen TA und 7"1 kleiner als das Soll-Modulationssignal ist, gibt der Komparator während dieser Zeit das binäre Signal 0 ab. In der Zeit zwischen 71 und TE wird das binäre Signal I an den Rechner 7 gegeben.

Gesteuert durch den Rechner 7 werden alle im Speicher 8 gespeicherten Werte schrittweise verkleinert und zwar so lange, bis der Komparator kein binäres Signal mit dem Wert 0 mehr abgibt. Dabei ist es durchaus möglich, daß einige der gespeicherten Werte zu null werden. In der Fig. 2b ist ein Zwischenzustand ange_; sben. Das gleichgerichtete Verstärkerausgangssignai hat den mit V gekennzeichneten Verlauf. Da hier die Kurve V zwischen den Zeitpunkten T2 und 7'3 nach oberhalb der Kurve IM liegt, werden die gespeicherten Werte weiter verkleinert. Erst die Kurve IV ii> der F i g. 2c liegt vollständig unterhalb der Kurve III. In dem Speicher 8 sind jetzt die in der Fig.4a mit Γ gekennzeichneten und gestrichelt dargestellten Werte gespeichert. In der Fig.4 sind zur Vereinfachung nicht alle 32, sondern nur einige wenige Werte eingezeichnet. Das Modulationssignai hat den mit 17gekennzeichneten Verlauf. Wird die HF-Trägerschwingung mit dem aus diesen gespeicherten Werten abgeleiteten Signal moduliert, dann hat das Verstärkerausgangssignal den Verlauf Vl in Fig. Ic

Die notwendige Verzerrung erhält man besonders vorteilhaft auf die nachfolgend beschriebene Weise. Der erste gespeicherte Amplitudenwert wird jetzt nach jedem Vergleich ir.. Komparator 4 schrittweise um jeweils einen bestimmten Wert erhöht und zwar so lange, bis das gleichgerichtete Verstärkerausgangssignal zum ersten Maß größer als das Soll-MoJulationssignal ist.

In der Fig.3a ist angenommen, daß die Korrektur der ursprünglich gespeicherten Amplitudenwerte bis zum fünften Amplitudenwerl erfolgt ist und somit hat das gleichgerichtete Verstärkerausgangssignal VII bis

zum Punkt U(Fig.3a) den gewünschten Verlauf. Bei der Fig.3b ist angenommen, daß gerade der richtige Wert des sechsten gespeicherten ÄmpÜtudenwertes ermittelt wird; er ist jedoch noch nicht ganz erreicht. Das gleichgerichtete Vefstäfkefausgüngssignal hat den Verlauf Vl11. Erst in der F i g. 3c hat das Verstärkerausgangssignal den gewünschten Verlauf IX, der mit dem Verlauf III des Sollmodulationssignals übereinstimmt.

Die jetzt im Speicher 8 gespeicherten Werte II, ihre Einhüllende Ue und der qualitative Zusammenhang zu den ursprünglich gespeicherten Werten ist in den Fig.4a und 4b dargestellt. Wird das tatsächliche Modulationssignal aus diesen jetzt gespeicherten Werten abgeleitet, dann hat es die geforderte Vorverzerrung. Es ist damit gewährleistet, daß das modulierte Versiärkerausgangssignal zur richtigen Zeit die richtige Form hat. Die Gerälelaufzeilen sind eliminiert.
Treten während des Betriebs Änderungen auf, dann werden diese laufend kompensiert. Ebenso werden auch Alterüngscrscheiriungen kompensiert. Im Gegensatz zur Zeit nach dem Einschalten sind während des Betriebs keine großen Regclzeiten notwendig.

Wie oben erwähnt wurden die gespeicherten Amplitudenwerte so gewählt, daß die Kurven VII, VlII, IX knapp oberhalb der Kurve III liegen. Werden alle diese Amplitüdchwerle wieder um einen Schritt verringert, dann liegen diese kurven knapp unter der Kurve UL In beiden Fällen erfolgt eine sehr genaue Anpassung an dieKurve III.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. HF-Leistungsversiärker mit einer Modulationseinrichtung, bei dem ein Teil des modulierten Verstärkerausgangssignals abgenommen, gleichgerichtet und in einer ersten Einrichtung mit dem Soll-Modulationssignal verglichen wird und bei dem entsprechend dem Vergleichsergebnis das tatsächliche Modulationssignal so vorverzerrt wird, daß das Verstärkerausgangssignal den gewünschten Verlauf hat, dadurch gekennzeichnet, daß das Modulationssignal impulsförmig ist und aus mehreren in einem Speicher (8) gespeicherten Amplitudenwerten, deren Einhüllende das Modulationssignal ist, abgeleitet wird, daß die erste Einrichtung (4) ein erstes bzw. ein zweites Signal abgibt, wenn das gleichgerichtete Verstärkerausgangssignal größer bzw. kleiner als das Soll-Modulationssignal ist und daß diese Signale dazu verwendet werden, die gespeicherten Amplitudenwerte so zu ändern, daß das tatsächlich.; Modulationssignal die gewünschte Vorverzerrung erhält.

2. HF-Leistungsverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Einrichtung (4) das erste oder das zweite oder ein drittes Signal abgibt, wenn das gleichgerichtete Verstärkerausgangssignal gleich dem Soll-Modi'lationssignal ist.

3. HF-Leistungsverstärker nach Anspruch 1 oder Anspruch 2. dadurch gekennzeichnet, daß die gespeicherten Werte Digitalwerte sind.

4. HF-Leistungsverstärker nach Anspruch 3. dadurch gekennzeichnet, daß /ur Ableitung des Modulationssignals aus den gespeicherten Ampliludenwerten ein D/A-Wandler (9) und ein Integrator (10) vorgesehen sind.

5. HF-Leistungsversiärker nach einem der Ansprüche I bis 4. dadurch gekennzeichnet, daß die Änderung der gespeicherten Amplitudenwerte schrittweise erfolgt.

6. HF-Leislungsverstärker nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet daß alle im Speicher (8) gespeicherten Amplitudenwerte nacheinander um jeweils einen Schritt verkleinert werden und zwar so lange, bis das gleichgerichtete Vcrstärkerausgangssignal überall kleiner als das Soll-Modulationssignal ist und daß anschließend die gespeicherten Amplitudenwerte schrittweise so erhöht werden, daß das gleichgerichtete Verstärkerausgangssignal angenähert gleich dem Soll-Modulationssignal ist.

7 HF-I.eistungsvcrstärker nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß alle im Speicher (8) gespeicherten Amplitudenwerte nacheinander um jeweils einen Schritt vergrößert werden und /war so lange, bis das gleichgerichtete Verstärkcrausgangssignal überall größer als das Soll Modulationssignal ist und daß anschließend die gespeicherten Amplitudenwerte schrittweise so verkleinert werden, daß das gleichgerichtete Vcrstärkerausgangssignal angenähert gleich dem Soll-Modulationssignal ist.

8. HF-Leistungsverstärker nach Ansprüche oder Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß der nächste gespeicherte Amplitudenwert erst dann auf seihen richtigen V/efl gebracht wird, wenn der Vorhergehende seinen richtigen Wert erreicht hat,

Stand der Technik