DE2837817C3

DE2837817C3 - Hochfrequenz-Breitbandverstärker

Info

Publication number: DE2837817C3
Application number: DE2837817A
Authority: DE
Inventors: Youichi Machida Tokyo Arai
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1977-09-02
Filing date: 1978-08-30
Publication date: 1981-10-08
Also published as: DE2837817A1; US4187471A; JPS5544488B2; JPS5442967A; DE2837817B2

Description

Die Erfindung betrifft einen Hochfrequenz-Breitbandverstärker nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, insbesondere für eine Mikrowellenschaltung.

Es sind verschiedene Verstärkerarten für Mikrowellenschaltungen vorgeschlagen und praktisch verwendet worden. Die meisten dieser vorgeschlagenen Verstärker sind jedoch nur für eine geringe Bandbreite des Mikrowellenfrequenzbereichs ausgelegt. In den letzten Jahren ist nun die Nachfrage nach Verstärkern, die für einen großen Mikrowellenfrequenzbereich geeignet sind, stark angestiegen, beispielsweise bei einem Mikrowellennachrichtenübertragungssystem mit einer Vielzahl von Übertragungskanälen. In einem solchen Nachrichtenübertragungssystem ist es zu bevorzugen, daß ein Verstärker für jeden der vielen Nachrichtenübertragungskanäle betreibbar ist.

Bisher bekannt ist der Aufbau eines Breitbandverstärkers, der ein Paar Verstärkermoduln, einen Quadratureingangsrichtungskoppler, der an den Eingängen der einzelnen Verstärkermoduln angeordnet ist, einen Quadraturausgangsrichtungskoppler, der an den Ausgängen der einzelnen Verstärkermoduln angeordnet ist, und eine Vorspannungsschaltung aufweist. Die Vorspannungsschaltung liefert eine Vorspannung bzw. einen Vorgleichstrom an die Verstärkermoduln. Der Quadratureingangsrichtungskoppler ist sehr nützlich, um zur Schaffung des Breitbandverstärkers eine optimale Eingangsimpedanz des Paares Verstärkermoduln zu erhalten. Dieser Breitbandverstärker erfordert jedoch eine sehr komplizierte Breitband-Vorspannungsschaltung. Deshalb ist diese Art Breitbandverstärker sehr teuer. Demgemäß wird herkömmlicherweise als Vorspannungsschaltung eine nachfolgend erläuterte Vorspannungsschaltung mit im wesentlichen großer Bandbreite benutzt, die relativ billig ist. Diese herkömmliche Breitband-Vorspannungsschaltung umfaßt vier Vorspannungsdrosseln, die an den einzelnen Eingängen und Ausgängen der Verstärkermoduln angeordnet sind. Diese herkömmliche Breitband-Vorspannungsschaltung besitzt jedoch die folgenden beiden Niängol. Erstens ist es recht schwierig die HF-Drossel für den Aufbau des Breitbandverstärkers richtig zu dimensionieren. Zweitens ist es unmöglich, eine Verstärker-Frequenz-Kennlinie zu erhalten, die im wesentlichen derjenigen gleich ist, welche man bei Verwendung der zuvor erwähnten, sehr komplizierten Breitband-Vorspannungsschaltuiig erreicht.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Hochfrequenz-Breitbandverstärker der eingangs angegebenen Art so weiterzubilden, daß ohne Verschlechterung der Übertragungseigenschaften, insbesondere des Verstärkungs-Frequenzgangs und des Spannungsstehwellen-Verhältnisses, die Dimensionierung der für die Vorspannungsschaltung erforderlichen HF-Drosseln vereinfacht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die

Merkmale im kennzeichnenden Teil des Anspruchs I gelöst.

Per Einfluß der mit dem Trenntor des Quadraturrichtungskopplers verbundenen Drossel auf die oben angegebenen Übertragungseigenschaften ist geringer als der Einfluß der beiden Drosseln, die bisher an die Eingänge der Verstärkermoduln angeschlossen waren. Infolgedessen vereinfacht sich bei der erfindungsgemäßen Lösung die Dimensionierung der Drossel. Der für die Eingangsseite der Verstärkermoduln verantwortliche Teil der Vorspannungsschaltung ist besonders kritisch. Vorteile gegenüber der bisherigen Lösung ergeben sich daher bereits dann, wenn nur der eingangsseitige Teil der Vorspannungsschaltung in der angegebenen Weise ausgeführt wird, der ausgangsseitige Teil jedoch die bisherige Form behält. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird jedoch die eingangsseitige Maßnahme entsprechend auch ausgangsseitig vorgesehen, was mit dem Vorteil einer noch einfacheren Dimensionierung und einer Drosseleinsparung verbunden ist, da nun ai> Stelle von vier Drosseln nur noch zwei benötigt werden.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand von Ausführungsformen näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 ein Blockschaltbild eines Verstärkers, bei dem eine bekannte Vorspannungsschaltung verwendet wird,

F i g. 2 ein Blockschaltbild eines Verstärkers, bei dem eine erfindungsgemäße Vorspannungsschaltung verwendet wird,

Fig. 3 eine Kurve zur Erläuterung einer Verbesserung des VSWR-(Spannungsstehwellenverhältnis-) Pegels gemäß vorliegender Erfindung,

F i g. 4 ein Schaltbild einer Testschaltung, die einen in Fig. 2 gezeigten Quadratureingangsrichtungskoppler 13 umfaßt, zum Erhalt der in F i g. 3 gezeigten Kurve,

Fig.5 eine Draufsicht auf eine wirkliche Ausführungsform des in Fig.2 gezeigten Verstärkers, die in einer integrierten Mikrowellenverstärkerschaltung gebildet ist, gemäß vorliegender Erfindung,

Fig. 6 eine Draufsicht auf eine andere Art Koppler, die für den in Fig.5 gezeigten Eingangskoppler 13 verwendet werden kann,

Fig. 7 ein Schaltbild eines anderen Aufbaus der in den F i g. 5 und 6 gezeigten Vorspannungsschaltung,

F i g. 8 eine grafische Darstellung einer Ausgangsenergie-Frequenz-Kennlinie des in Fig.9 gezeigten Verstärkers; und

Fig.9 ein Blockschaltbild eines weitläufig praktischen Verstärkers, der zum Erhalt der in Fig.8 gezeigten Kurve benutzt worden ist und aus drei Verstärkerstufen besteht, von denen jede einem Blockschaltbild entspricht, das dem in F i g. 2 gezeigten erfindungsgemäßen gleich ist.

Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild eines eine Vorspannungsschaltung verwendenden Verstärkers, wie er in den Fig. 15 und 16 auf Seite 749 von »RCA Review«, Vol. 33, Dezember 1972, und außerdem in den Fig. 6 und 8 auf Seite 77 von »Microwaves«, Oktober 1977, gezeigt ist.

Fig. I zeigt einen vollständigen Verstärker für eine Mikrowellenschaltung, der aus einem Paar Verstärkermoduln 11 und 12, einer HF-Drosseln 11-1, 11-2, 12-1 und 12-2 aufweisenden Vorspannungsschaltung, einem Quadratureingangsrichtungskoppler 13 und einem Quadraturausgangsrichtungskoppler 14 besteht. Bezugsziffern 15 und 15' kennzeichnen Trenntore des F.ingangskopplers 13 bzw. des Ausgangskopplers 14.

Mit den Trenntoren 1-5 und 15' sind Nachbildungswiderstände 16 bzw. 16' verbunden. Q ,C₂, C₃ und Q sind je Sperrkondensatoren. EIN und AUS sind ein Eingangsanschluß bzw. ein Ausgangsanschluß des Verstärkers. Der Eingangskoppler 13 dient dazu, dem Eingangsanschluß EIN zugeführte Eingangsenergie zwischen den beiden Verstärkermoduln 11 und 12 aufzuteilen, um das Anschluß-Spannungsstehwellenverhältnis, d.h. das sogenannte VSWR, zu reduzieren. Die aufgeteilten Eingangsenergien werden als nächstes von den Verstärkermoduln 11 und 12 verstärkt und dann mit Hilfe des Ausgangskopplers 14 zusammengesetzt, um eine verstärkte Ausgangsenergie am Ausgangsanschluß AUS zu liefern. Im allgemeinen ist es bei einem mit einem Transistor hergestellten herkömmlichen Verstärker schwierig, eine optimale Eingangsimpedanz und einen optimalen VSWR-Wert, d. h„ einen VSWR-Wert kleiner als 1,5, über den weiten Mikrowellenfrequenzbereich zu erhalten. Der Grund für diese Schwierigkeit liegt darin, daß es unmöglich ist, einen Transistor mit einer brauchbaren Eingangsimpedaiu. über den weiten Mikrowellenfrequenzbereich zu erhalte»!, und außerdem bei einem relativ hohen Energieausgang wie ein Watt. Selbst wenn am Eingang des Transistors eine geeignete Anpaßschaltung verwendet wird, ist es unmöglich, die niedrige Eingangsimpedanz über den weiten Mikrowellenfrequenzbereich perfekt an den Wellenwiderstand d:r Übertragungsleitung anzupassen. Wie jedoch zuvor erwähnt worden ist, ist der Verstärker, der das Paar Verstärkermoduln 11 und 12 aufweist sowie den Quadratureingangsrichtkoppler 13, der gewöhnlich ein Drei-dB-Koppler ist, für die Aufiechterhaltung eines relativ niedrigen VSWR brauchbar. Die Verstärkermoduln 11 und 12 sollten jedoch beide die gleichen elektrischen Eigenschaften aufweisen. Wenn die Eingangsimpedanzen der Verstärkermoduln 11 und 12 herabgesetzt sind, wird die Eingangsenergie an deren jeweiligen Eingangstoren reflektiert. Da die Verstärkermoduln 11 und 12 die gleichen elektrischen Eigenschaften aufweisen, sind in diesem Fall die Amplituden und Phasen der Wellen der reflektierten Eingangsenergien ebenfalls einander gleich. Deshalb werden die reflektierten Eingangsenergien durch den Nachbildungswiderstand 16 an: Trenntor 15 absorbiert. Gleichzeitig werden die reflektierten Eingangsenergien nicht am Eingangsanschluß EIN erzeugt. Folglich kann am Eingangsanschluß EIN ein gutes VSWR aufrechterhalten werden, d. h., das VSWR wird über die weite Mikrowellenfrequenzbandbreite auf einem Wert gehalten, der niedriger als 1,5 ist.

Im Gegensatz zum Vorausgehenden ist es im Hinblick auf die einen Gleichstrom liefernde Vorspannungsscha! tung, die aus vier HF-Drusseln 11-1,11-2,12-1 und 12-2 bestell, nicht leicht für die Vorspannungsschaltung, speziell die Eingangs-HF-Drosseln 11-1 und 12-1, ein optimales VSWR üoer die weite MikrowelleRJrequenzbandbreite aufrechtzuerhalten. Dies deswegen, weil die Änderung der Impedanzwerte der HF-Drosseln 11-1 und 12-2 die Ausgangsenergie-Frequenz-Kennlinie beeinflußt, welche Änderung auf Grund der Änderung der Mikrowellenfrequenz induziert werden kann. Demgemäß sollten die Impedanzwerte der HF-Drosseln 11-1 und 12-1 ohne Rücksicht auf eine Änderung der Mikrowellenfrequenz konstant und hoch sein. Beim Breitbandverstärker ist die genannte Änderung des Impedanzwertes der HF-Drosseln 11-1 und 12-1 jedoch unvermeidlich. Folglich erzeugt die Änderung der HF-Drosseln schlechte Verhaltensweisen des Ver-

stärkers, wie hinsichtlich Ausgungsenergie-Frequenz-Kennlinie, Verstärkung usw.. über die weite Mikrowellenfrequenzbandbreite.

F i g. 2 zeigt ein Blockschaltbild eines Verstärkers, bei dem eine erfindungsgemäße Vorspannungsschaltung verwendet wird. Teile in den F i g. 2 und 1. die mit den gleichen Bezugsziffern und Symbolen bezeichnet sind, sind identisch. Die einen Gleichstrom zuführende Vorspannungsschaltung gemäß vorliegender Erfindung weist eine HF-Drossel 21 und eine HF-Drossel 22 auf. Fis sei jedoch darauf hingewiesen, daß die HF-Drossel 22 und auch die Gleichstromsperrkondensatoren G und C₄ . die in F i g. 2 gezeigt sind, durch die herkömmlichen HF-Drosseln 11-2, 12-2 und auch durch die GU-iehstromsperrkondensatoren d und C₄, wie sie in Fig. I gezeigt sind, erforderlichenfalls ersetzt werden können. Wie F i g. 2 zeigt, ist eine einzige HF-Drossel 21 mit dem Trenntor 15 des F.ingangskopplers 13 verbunden, und an das Trenntor i5' des /uisgangskoppiers i4 ist eine einzige HF-Drossel 22 angeschlossen. Diese HF-Drosseln 21 und 22 sind je mit einer (nicht gezeigten) Gleichstromquelle verbunden. Was die HF-Drossel 21 betrifft, werden Gleichströme als Vorströme der Fingangsseite von der Gleichstromquelle über .Streifenleitungen des Eingangskopplers 13 an beide Verstärkermoduln Il und 12 geliefert. Diese Vorspannungsdrossel 21 kann dazu verwendet werden, einen VSWRWert aufrechtzuerhalten, der im wesentlichen gleich dem VSWR-Wert ist. den man durch Verwendung der herkömmlichen HF-Drosseln 11-1 und 11-2 in F i g. I erhäh obwohl die Auslegung der H F-Drossel 21 leichter ist als die der in Fig. 2 gezeigten herkömmlichen HF-Drosseln 11-1, 11-2. Der Grund dafür ist kurz der. daß die HF-Drossel 21 am Trenntor 15 des F.ingangskopplers 15 angeordnet ist. Auf Grund einer derartigen Anordnung beeinflußt eine Änderung des Impedanzwertes dieser HF-Drossel 21 bei einer Änderung der Mikrowellenfrequenz das VSWR am Eingangsanschluß EIN und die Ausgangsimpedanz des Eingangskopplers 13 nicht direkt. Folglich kann der Impedanzwert dieser HF-Drossel 21 sich über einen weiten Bereich der Mikrowellenfreauenzen relativ andern, während sich die Impedanzwerte der herkömmlichen HF-Drosseln 11-1 und 11-2. wie sie in F i g. 1 gezeigt sind, sich über den weiten Bereich der Mikroweilenfrequenzen nicht relativ ändern dürfen.

Die genannte Verbesserung des VSWR entsprechend der vorliegenden Erfindung wird weiter an Hand F i g. 3 verdeutlicht.

F i g. 3 zeigt eine Kurve von Relativwerten des VSWR-Wertes. Her von dem in Fig. 4 gezeigten Pfeil (£ aus gesehen wird und des VSWR-Wertes. der in F i g. 4 vom Pfeil ® gesehen wird.

F i g. 4 ist ein Schaltbild einer Testschaltung, die den in Fig. 2 gezeigten Quadraturrichtungskoppler umfaßt und zum Erhalt der in Fig. 3 gezeigten Kurve benutzt wird. In Fig.4 entspricht ein Quadraturrichtungskoppler 41 dem in F i g. 2 gezeigten Eingangskoppler 13. Ein Eingangstor 42 des Kopplers 41 weist einen Widerstand 46 mit einem Widerstandswert von 50 Ω auf. Das erste und das zweite Ausgangstor 43, 44 besitzen Widerstände 47, 48, je mit einem Widerstandswert von 50 Ω. Ein Trenntor 45 des Kopplers 41 weist einen Widerstand 49 mit einem Widerstandswert von R Q auf. Der Wert von R ist variabel, um die in Fig. 3 gezeigte Kurve zu erhallen. Die relativen Werte des VSWR-Wertes, der vom Pfeil <Ä aus gesehen wird, sind auf der Abszisse der in Fig.3 gezeigten Kurve als VSWR₁ angegeben.

während die relativen Werte des VSWR-Wertes. den man vom Pfeil (B) aus sieht, auf der Ordinate der Kurve als VSWR/? angegeben sind. Es sei bemerkt, daß die relativen Werte des VSWR-Wertes, den man in

"· Richtung des Pfeils Q sieht, exakt die gleichen wie jene des VSWR-Wertes sind, den man in Pfeilrichtung S) in der Mitte der Bandbreite des Frequenzbereichs sieht. Der in Richtung des Pfeils © gesehene VSWR-Wert unterscheidet sich jedoch etwas von dem in Richtung

■' des Pfeils (g) gesehenen VSWR-Wert in dem Mikrowellenfrequenzband außerhalb der Mittcnfrequen/.

An Hand der in F i g. 3 gezeigten Kurve kann die erfindungsgemäße Verbesserung des VSWR weiter verstanden werden. Wählt man den Wert von VSWR«, der ein Wert von VSWR vom Pfeil ® aus gesehen ist, beispielsweise gleich 1.5. dann entspricht der Wert von VSWR₁. der ein Wert von VSWR vom Pfeil (Q aus gesehen ist. dem Wert 2.4. Wenn VSWR» gleich 1.5 ist. dann ist VSWR₁ 2.4. Deshalb kanu der Wen von

■ VSWR., als ein Wert gewählt werden, der schlecht im Vergleich zum Wert von V.SWR« ist. Mit anderen Worten, es gibt einen relativ weiten Bereich von Werten, aus denen der Widerstandswcrt des Widerstandes 49 gewühlt werden kann. Wenn V.SWR» beispielsweise gleich 2.0 ist. dann ist VSWR.t 5.0. da es einen relativ weiten Bereich von Werten gibt, aus denen der Widerstandswert des Widerstandes 49 ausgewählt werden liann. Man kann also folgenden Schluß ziehen: wenn ein Mikrowellenfachmann einen Breitbandver

■ stärker aufbaut, kann er die HF-Drossel 21 (in F i g. 2) grob konstruieren, während e,· die herkömmlichen HF-Drosseln 11-1 und 12-1 (in Fig. I) genau aufbauen muß.

Die vorausgehende Erläuterung betreffend die erfindungsgemäße Verbesserung des VSWR wurde lediglich im Hinblick auf den in F i g. 2 gezeigten Quadratureingangsrichtungskoppler 13 gegeben. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß eine Erläuterung ähnlich der vorausgehenden Erläuterung auch hinsicht- ^: lieh des in Fig. 2 gezeigten Quadraturausgangsrichtungskopplers 14 gegeben werden kann.

F i κ. 5 ist eine Draufsicht auf eine Verwirklichurg des in F i g. 2 gezeigten Verstärkers, der als eine integrierte Mikrowellenverstärkcrschaltung benutzt wird, gemäß vorliegender Erfindung. Schaltungsteile, die in den F i g. 5 und 2 mit den gleichen Bezugsziffern und Symbolen bezeichnet sind, sind identisch. Sowohl der Quadratureingangsrichikoppler 13 als auch der Quadraturausgangsrichtkoppler 14 können unter Verwendung entweder e nes herkömmlichen Ringkopplers oder eines herkömmlichen Kopplers vom verteilten !.opplungstyp aufgebaut werden, wobei beide Kopplertypen mit Streifenleilungen aufgebaut sind. In Fig. 5 sind jedoch nur herkömmliche Ringkoppler 13 und 14 gezeigt. Das Eingangstor des Eingangskopplers 13 ist mit dem Eingangsanschluß EIN über eine Streifenleitung 51 und einen Gleichstromsperrkondensator G verbunden. Das erste Ausgangstor 52 ist mit dem Verstärkermodul II verbunden, das einen FET (Feldeffekttransistor) 54 und herkömmliche Eingangs- und Ausgangsanpaßschaltungen 53 und 55 aufweist. Die Eingangs- und Ausgangsanpassungsschaltungen 53 und 55 sind ebenfalls aus Streifenleitungen mit sogenannten offenen Blind- oder Stichleitungen und Obertragungs-' leitungen aufgebaut. Ein zweites Ausgangstor 56 ist mit dem Verstärkerrnodüi *2 verbunden, das einen FET 58 und herkömmliche Eingangs- und Ausgangsanpassungsschaltungen 57 und 59 aufweist. Die Eingangs- und

Ausgangsanpassungsschaltungen 57 und 59 sind ebenfalls aus Streifenleitungen mit den sogenannten offenen Stichleitungen und Übertragungsleitungen aufgebaut. Ein erstes Eingangstor 61 des Ausgangskopplers 14 ist mit der Ausgangsanpassungsschaltung 55 verbunden. -"> Ein zweites Eingangstor 62 des Ausgangskopplers 14 ist mit der Ausgangsanpassungsschaltung 59 verbunden. Da<. Ausgangstor des Ausgangskopplers 14 ist mit dem Ausgangsanschluß AUS über eine Streifenleitung 63 und den Gleichstromsperrkondensator Q verljun- ι» den.

Die beiden (nicht gezeigten) Gateelektroden des FET 54 und des FET 58 zu liefernden Gatevorspannungen bzw. Ströme werden von der erfindungsgemäßen Vorspannungsschaltung über eine Streifenleitung des r> Eingangskopplers 13 zugeführt. Diese Vorspannungsschaltung ist mi· dem Trenntor 15 verbunden. Diese Vorspannungsschaltung besteht aus dem Gleichstrom-

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beispielsweise 39 pF, dem Nachbildungswiderstand 16 2n mit einem Widerstandswert von beispielsweise 50 Ω und der HF-Drossel 21. Die HF-Drossel 21 ist mit einer (nicht gezeigten) Gleichstromquelle verbunden. Andererseits werden die Drainvorspannungen bzw. Ströme, die beiden (nicht gezeigten) Drainelektroden der Λ FETs 54 und 58 zugeführt werden sollen, von der erfindungsgemäßen Vorspannungsschaltung über die Streifenleitung des Ausgangskopplers 14 geliefert, und diese Vorspannungsschaltung ist an das Trenntor 15' angeschlossen. Diese Vorspannungsschaltung besteht in ar. dem Gleichspannungssperrkondensator C₃ mit einem Kapazitätswert von beispielsweise 39 pF, einem Nachbildungswiderstand 16' mit einem Widerstandswert von beispielsweise 50 Ω und der HF-Drossel 22. Die HF-Drossel 22 ist mit einer (nicht gezeigten) )5 Gleichstromquelle verbunden. Die (nicht gezeigten) Sourceelektroden der FETs 54 und 58 sind geerdet. Der FET 54 und der FET 58 sind direkt auf einem Sockel 64 montiert, der von einer Grund- oder Erdungsplatte 65 vorspringt. Der Sockel 64 und die Grundplatte 65 sind <o beispielsweise aus Kupfer hergestellt. Die anderen Schaltungselemente als der FET 54 und der FET 58 sind auf einem dünnen Substrat aus einem dielektrischen Material 66 wie AI2O3 montiert, und dieses dünne Substrat ist auf die Grundplatte 65 geschichtet.

Der Eingangs- und der Ausgangskoppler 13 und 14 können auch aufgebaut sein unter Verwendung des herkömmlichen Kopplers mit verteilter Kopplung, wie zuvor erwähnt. Demgemäß kann jeder der in Fig.5 gezeigten Koppler 13 und 14 durch den herkömmlichen w Koppler mit verteilter Kopplung ersetzt werden, von dem in F i g. 6 eine Draufsicht gezeigt ist. In F i g. 6 ist ein Eingangskoppler 13' mit verteilter Kopplung dargestellt Die in den F i g. 6 und 5 mit den gleichen Bezugsziffern bezeichneten Schaltungselemente sind identisch. Streifenleitungen 71, 72-1 und 72-2 bilden zusammen eine verteilte Kopplung eines Energieeingangs. Die Streifenleitungen 72-1 und 72-2 sind nach herkömmlicher Methode durch einen einfachen Bonddraht 73 verbunden. Die Gatevorspannung wird dem FET des Verstärkermoduls 11 von einer (nicht gezeigten) Gleichstromquelle über die HF-Drossel 21, die Streifenleitung 72-2, den Bonddraht 73 und die Streifenleitung 72-1 zugeführt. Als neues Element wird zusätzlich eine HF-Drossel 74 im Koppler 13' verwendet, um die Gatevorspannung zum FET des Verstärkermoduls 12 zu führen. Der Gatevorstrom fließt durch die HF-Drossel 21, die Streifenleitung 72-2, die zusätzliche HF-Drossel 74 und die Streifenleitung 71. Der in Fig.6 gezeigte Koppler mit verteilter Kopplung kann ebenfalls bei dem in Fig. 5 gezeigten Ausgangskoppler 14 angewendet werden.

Die in den F i g. 5 und 6 gezeigte Vorspannungsschaltung, die eine Serienschaltung aus dem Gleichstromsperrkondensator Ci und dem Nachbildungswiderstand 16 und die parallel zu dieser Serienschaltung verbundene HF-Drossel 21 aufweist, ist für einen Verstärker geeignet, der einen hohen Gatevorstrom benötigt. Wenn der Gatevorstrom jedoch niedrig ist, ist es zu bevorzugen, die in F i g. 7 gezeigte Vorspannungsschaltung zu verwenden. Diese Vorspannungsschaltung umfaßt eine Serienschaltung aus dem Nachbildungswiderstand 16 und dem Gleichstromsperrkondensator Ci und eine HF-Drossel 2Γ, die einen Endes an einen Verbindungspunkt zwischen dem Widersland 16 und dem Kondensator Ci angeschlossen ist. In diesem Fall ist pjnp Sc^r'f"n"*haliiing aus dem Widerstand 16 und der HF-Drossel 2Γ an eine (nicht gezeigte) Gleichstromquelle angeschlossen. Da der Gatevorstrom niedrig ist. ist der Spannungsabfall über dem Widerstand 16 sehr klein. Der Vorteil dieser Vorspannungsschaltung ist darin zu sehen, daß der Reaktanzwert der HF-Drossel 21' klein gegenüber dem der in den Fig. 5 und 6 gezeigten HF-Drossel 21 gewählt werden kann.

Die in F i g. 7 gezeigte Vorspannungsschaltung kann nur vorzugsweise für die Erzeugung des Gatevorstroms benutzt werden. Dagegen ist es nicht zweckmäßig, diese Vorspannungsschaltung an Stelle der in F i g. 5 gezeigten Drainvorspannungsschaltung zu verwenden, welche die HF-Drossel 22, den Gleichstromsperrkondensator Ci und den Nachbildungswiderstand 16' aufweist, da der Drainvorstrom gewöhnlich ein hoher Strom ist. Wenn die Drainvorspannungsschaltung gemäß Fig. 7 aufgebaut wird, ist der Spannungsabfall über dem Widerstand

16 sehr groß.

F i g. 8 ist eine grafische Darstellung des Frequenzgangs der Ausgangsenergie des in F i g. 9 gezeigten für viele Fälle einsetzbaren Verstärkers. Dieser besteht aus drei in Kaskadenschaltung angeordneten Verstärkerstufen, von denen jede das in F i g. 2 gezeigte Blockschaltbild gemau vorliegender Erfindung aufweist. In F i g. 9 umfaßt der Verstärker 90 eine erste, zweite und dritte Verstärkerstufe 91,92 bzw. 93. Mit 94 und 95 sind ein Eingangsanschluß bzw. ein Ausgangsanschluß des Verstärkers 90 bezeichnet. In F i g. 8 zeigt die Abszisse der grafischen Darstellung die Frequenz in GHz, während auf der Ordinate der am Ausgangsanschluß 95 in F i g. 9 erzeugte Ausgangsenergiepegel bzw. die Ausgangsleistung aufgetragen ist. In diesem Fall ist der Pegel der Eingangsenergie, die dem Eingangsanschluß 94 in Fig.9 zugeführt wird, auf

17 dBm eingestellt Wie man F i g. 8 entnehmen kann, ist der Ausgangsenergie-Frequenzgang vergleichbar mit bekannten Ausgangsenergie-Frequenzgängen, die man von einem herkömmlichen Verstärker mit drei Verstärkerstufen erhält, obwohl die Anzahl der HF-Drosseln, die den HF-Drosseln 21 und 22 in Fig.2 entsprechen, auf die Hälfte der Anzahl der herkömmlichen HF-Drosseln, die den HF-Drosseln 11-1,11-2,11-3 und 11-4 in Fig. 1 entsprechen, reduziert ist Demgemäß kann der Mikrowellenfachmann die HF-Drosseln bei der vorliegenden Erfindung im Vergleich zum Aufbau der herkömmlichen HF-Drosseln mit geringerer Exaktheit konstruieren.

Wie erwähnt, kann man bei Verwendung der erfindungsgemäßen Vorspannungsschaltung die Ab-

messungen des Breitbandverstärkers verringern, ferner kann man auf Grund der Verringerung der Anzahl der darin befindlichen HF-Drosseln die Kosten des Breitbandverstärkers verringern und dessen Aufbau vereinfachen.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Hochfrequenz-Breitbandverstärker, umfassend einen Quadraturrichtungskoppler, der zwei Ausgangstore, die je mit dem Eingang eines von zwei Verstärkermoduln verbunden sind, und ferner ein Eingangstor und ein Trenntor aufweist, und eine mit einer Gleichstromquelle verbundene HF-Drosseln umfassende Vorspannungsschaltung für die Verstärkermoduln, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannungsschaltung (C₂, 21, Cj, 22; Ci, 21, Cj , α , 11-2,12-2; C₂,16,21', C₃ ,22; C₂,16, 21', C₁ , C₄, 11-2, 12-2) eine das Trenntor (15) des Quadraturrichtungskopplers (13) mit der Gleichstromquelle verbindende HF-Drossel (21; 2V) enthält.

2. Hochfrequenz-Breitbandverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß den Verstärkermoduln (Ui 12) ein Quadraturausgangsrichtungskoppler (14) nachgeschaltet ist, der ein erstes und ein zweites Eingangstor aufweist, denen je ein Ausgang der Verstärkermoduln zugeordnet ist, und der ferner ein Ausgangstor und ein Trenntor (15') aufweist, und daß die Vorspannungsschaltung eine das Trenntor (15') des Quadraturausgangsrichtungskopplers (14) mit der Gleichstromquelle verbindende HF-Drossel (22) enthält.

3. Hochfrequenz-Breitbandverstärker nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der Ouadraturrichtungskoppler (13, 14) als Ringkopplei ausgebildet ist.

4. Hochfrequenz-Brsitbanc¹ .erstärker nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der Quadraturrichtung koppler (13') als Koppler mit verteilter Kopplung ausgebildet ist, der eine erste Streifenleitung (71) und eine zweite Streifenleitung (72-1, 72-2) aufweist, daß sich die erste und die zweite Streifenleitung über ein zwischen ihnen befindliches Oberkreuzungsteil schneiden und daß zwischen diese ein Drosselelement (74) geschaltet ist.

5. Hochfrequenz-Breitbandverstärker nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannungsschaltung ferner eine Serienschaltung aus einem Gleichstromsperrkondensator CC₂; Ci) und einem Nachbildungswiderstand (16; 16'), dessen eines Ende geerdet ist, aufweist.

6. Hochfrequenz-Breitbandverstärker nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die HF-Drossel (21; 22) und die Serienschaltung (C₂, 16- C₃, 16') parallel an das Trenntor (15; 15') angeschlossen sind.

7. Hochfrequenz-Breitbandverstärker nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das der Gleichstromquelle abgewandte Ende der HF-Drossel (21') an den Verbindungspunkt zwischen dem Nachbildungswiderstand (16) und dem Gleichstromsperrkondensator (C₂) angeschlossen ist.

8. Hochfrequenz-Breitbandverstärker nach Anspruch 1, dadursh gekennzeichnet, daß an das Eingangstor des Quadraturrichtungskopplers (13, 13') ein Gleichstromsperrkondensator (Ci) angeschlossen ist.

9. Hochfrequenz-Breitbandverstärker nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß am Eingangstor des Quadraturrichtungskopplers (13, 13') und am Ausgangstor des Quadraturausgangsrichtungskopplers (14) je ein Gleichstromsperrkondensator (Ci , G) angeschlossen ist.