DE2904011C3

DE2904011C3 - Hochfrequenzimpulsverstärker

Info

Publication number: DE2904011C3
Application number: DE2904011A
Authority: DE
Inventors: Peter 8000 Muenchen Schucht
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1979-02-02
Filing date: 1979-02-02
Publication date: 1981-11-26
Also published as: NL185490B; GB2041684B; NL8000670A; US4322689A; IT1129798B; BE881472A; FR2448254B1; DE2904011B2; IT8019465A0; GB2041684A; FR2448254A1; NL185490C; DE2904011A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Hochfrequenzverstärker, bestehend aus einer in Basisschaltung ausgeführten Leistungstransistor-Verstärkerstufe oder aus mehreren solchen in Kette geschalteten Verstärkerstufen, zur Verstärkung von jeweils emitterseitig über ein Eingangsanpassungsnetzwerk eingegebenen Hochfrequenzimpulsen, die verstärkt kollektorseitig über ein Ausgangsanpassungsnetzwerk abgenommenen werden und eine vorgegebene Hüllkurvenform aufweisen sollen, auf eine hohe Ausgangsleistung.

Bei derartigen bekannten Hochfrequenzimpuls-Verstärkern bzw. -Verstärkerketten, wie sie beispielsweise aus der DE-AS 21 59 738 bekannt sind, treten

jo verschiedene Nachteile auf. Bedingt durch die Ansteuerungskennlinie von Leistungstransistoren im C-Betrieb, ergeben sich bei der Impulsform der Ausgangsleistung verhältnismäßig flache Anstiegsflanken und steile Abfallflanken, so daß die vom Anwendungszweck vorgeschriebenen Impulsformbedingungen vielfach nicht mehr eingehalten werden können. Je mehr Stufen zu einer Verstärkerkette zusammengeschaltet werden, um so steiler wird dabei die Rückflanke und um so flacher fällt die Vorderflanke aus. Dieser Nachteil ist deswegen besonders gravierend, weil sich aufgrund des C-Betriebs lediglich eine verhältnismäßig kleine Verstärkung pro Verstärkerstufe erzielen läßt und somit bei einer eventuell vom Systemkonzept festgelegten höheren Verstärkung unbedingt mehrere Stufen verwendet werden müssen. Darüber hinaus ist der Arbeitspunkt, abgesehen von der Betriebsgleichspannung, von der Hochfrequenz-Ansteuerleistung abhängig. Auch die Regelung der Ausgangsleistung bei den bekannten derartigen Hochfrequenzimpuls-Leistungsverstärkern mittels Betriebsspannungsänderung wird Probleme wegen der dann entstehenden Schwingungen, die eine Transistorzerstörung zur Folge haben, und wegen der sich zwangsläufig ergebenden Impulsform-Veränderungen auf. Größere Änderungen der Ausgangsleistung sind deswegen nur durch Ab- oder Zuschalten von parallel geschalteten Verstärkerstufen möglich, die jedoch noch den zusätzlichen Aufwand von Summiernetzwerken, z. B. von Hybriden, erfordern.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Maßnahme anzugeben, durch welche in einem ein- oder mehrstufigen Transistor-Hochfrequenzimpuls-Leistungsverstärker der eingangs beschriebenen Art eine gewünschte Form der Hochfrequenz-Ausgangsleistungsimpulse erreicht wird.

Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß ebenfalls emitterseitig an jede dieser Verstärkerstufen zusätzlich jeweils eine von einem Pulsgeber gesteuerte Konstantstromquelle angeschlos-

sen ist, die der Kollektor-Emitterstrecke des jeweiligen Leistungstransistors for die Dauer eines jeden vom Pulsgeber abgegebenen Impulses einen dem Impulsverlauf entsprechenden Strom einprägt, und daß der vom Pulsgeber abgegebene Impulsverlauf im wesentlichen ·"> identisch mit der Hüllkurvenform des zu verstärkenden Hochfrequenzimpulses ist. Es ergibt sich durch diese Maßnahme ein über die Konstantstromquelle getasteter A-Verstärker, & h. die einzelnen Transistor-Verstärkerstufen befinden sich wählend jedes von der Konstantstromquelle kommenden Impulses im Α-Betrieb und ziehen sich auch bei hochfrequenzmäßiger Überlastung einen konstant bleibenden Strom. Die Impulsform der Ausgangsleistung der verstärkten Hochfrequenz-Impulse stimmt mit der Form der von der Konstantstromquelle kommenden Impulse überein, so daß sich eine Einstellung der Flanken dieser Verstärker-Ausgangsleistung durch Justieren der Flanken der Impulse der Konstantstromquelle leicht erreichen läßt. Auch bei der Kettenschaltung mehrerer gleich aufgebauter Verstärkerstufen mit je einer Konstantstromquelle bleibt die Impulsform der Ausgangsleistung der gesamten Verstärkerkette entsprechend dem Steuerimpuls erhalten, wobei der Steuerimpuls allen Konstantstromquellen zentral eingegeben werden kann.

Aus der US-PS 37 49 945 ist es aus einem anderen Zusammenhang, nämlich bei einer Treiberschaltung für einen MOS-Speicher bekannt, an eine Verstärkerstufe eine von einem Pulsgeber gesteuerte Konstantstromquelle anzuschließen, welche der Verstärkerstufe für die jo Dauer eines jeden vom Pulsgeber abgegebenen Impulses einen dem Impulsverlauf entsprechenden Strom einprägt Diese Konstantstromquelle, ist jedoch nicht emitterseitig, sondern an der Basis der Verstärkerstufe angeschlossen. Außerdem handelt es sich bei dieser Verstärkerstufe nicht um eine in Basisschaltung ausgeführte Transistorstufe, sondern um einen Stromverstärker mit zwei Transistoren in komplementärer Emitterfolgerschaltung. Diese bekannte Schaltung dient auch nicht als Hochfrequenzimpulsverstärker, sondern für einen MOS-Speicher als Impuls-Treiberschaltung, durch welche verhindert werden soll, daß die Rückflanken der dem MOS-Speicher zugeführten Impulse allzu flach ausfallen. Bei dieser Treiberverstärkerschaltung ist der Verlauf der Pulsgeberimpulse für die Steuerung der Konstantstromquelle so, daß die Konstantstromquelle erst am Ende des mit dem Hüllkurvenimpuls des zu verstärkenden Hochfrequenzimpulses beim erfindungsgemäßen Verstärker zn vergleichenden Trdberverstärkereingangsimpulses eingeschaltet und einige Zeit danach wieder abgeschaltet wird. Die Konstantstromquelle nach der US-PS 37 49 945 übt somit eine andere Funktion aus als diejenige nach der Erfindung.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß die von der Konstantstromquelie abgegebene Stromstärke einstellbar ist, bzw. daß bei Verwendung mehrerer in Kette geschalteter Verstärkerstufen die Stromstärken aller jeweils einer Verstärkerstufe zugeordneten Konstantstromquellen einstellbar sind. Durch diese Maßnahme ist eine so Einstellung der Ausgangsleistung bei gleichbleibender Hüllkurvenform dür Hochfrequenz-Ausgangsleistungsimpulse in weitem bereich, z. B. 10 dB, möglich. Auch bei der Kettenschaltung mehrerer gleich aufgebauter Hochfrequenz-Leistungsverstärkerstufen bleibt die μ Form der Hochfrequenz-Ausgangsleistungsimpulse erhalten, sofern alle Konstantstromquellen zentral angesteuert werden.

Der Arbeitspunkt dus Hochfrequenz-Transistors in jeder nach der Erfindung mit einer gesteuerten Konstantstromquelle ausgebildeten Verstärkerstufe ist nur durch den von der zugeordneten Konstantstromquelle eingeprägten Strom und die Betriebsgleichspannung bestimmt, also nicht von den jeweils zu verstärkenden Hochfrequenzimpulsen abhängig.

Bedingt durch den Α-Betrieb während der Tastung, läßt sich durch die Anwendung der Erfindung die Verstärkung einer Hochfrequenzverstärkerstufe beträchtlich erhöhen, so daß sich bei einer Verstärkerkette in vielen Fällen eine oder mehrere Stufen einsparen läßt.

Wird eine Änderung der Einstellung der von der Konstantstromquelle erzeugten Stromstärke von Impuls zu Impuls durchgeführt, so können z. B. in einem Impulstelegramm einzelne Impulse mit stärkerer Leistung abgegeben werden. Dies ist beispielsweise bei Geräten der Sekundärradartechnik von Bedeutung, und zwar bei der Abgabe von SLS = (Side-Lobe-Suppressions = ) Impulsen die bei eim.vj Verfahren der künstlichen Aufiösungsverbesserung 'siehe Honoid »Sekundär-Radar«, 1971, Seite 53) unterschiedliche Pegel aufweisen müssen.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht puch darin, daß die einstellbare Stromstärke der Konstantstrcmquelle bzw. im Falle der Verwendung einer Verstärkerkette die einstellbaren Stromstärken der Konstantstromquellen mittels AGC-Regelung so eingeregelt werden, daß am Ausgang der Verstärkerstufe bzw. am Gesamtausgang der in Kette geschalteten Verstärkerstufen eine konstante Ausgangsleistung ansteht.

Eine andere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung bei einem Hochfrequenzverstärker mit einem Kondensator, der den Impulsstrom für einen Impulstelegramme abgebenden Sender liefert, besteht darin, daß am Kondensator ein für den Amplitudenabfall während des Verlaufs eines Impulstelegramms charakteristisches Regelkriterium abgenommen wird, durch welches die Stromstärken der Konstantstromquellen miuels AGC-Rtgelung so eingeregelt werden, daß alle Impulse eines Impulsteiegramms gleiche Amplituden aufweisen. Eine andere Variante in diesem Zusammenhang ergibt sich dadurch, daß der Amplitudenabfall im Verlaufe eines Impulstelegramms durch komplementäre Vorgabe des vom Pulsgeber abgegebenen Impulstelegramms kompensiert wird.

Es wird noch auf die Möglichkeit hingewiesen, dem Transistor einer Verstärkerstufe einen weiteren Transistor oder mehrere Transistoren wechselspannungsmäßig parallel zu schalten, wobei an den Emitter von jedem dieser Transistoren eine eigene, jedoch vom gleichen Pulsier gesteuerte Konstantstromquelle angeschlossen ist. Dadurch entfallen sonst erforderliche aufwendige Eingangs- und Ausgangssummierneuwerk z. B. Hybride. Außerdem können durch die Konstantstromquellen die Arbeitspunkte der parallel geschalteten Transistoren entkoppelt werden.

Eine vorteilhafte Anwendung der Erfindung ist bei Sekundärradarsendern für Abfrage- und Antwortgerate gegeben.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von zwei Fig. erläutert. Es zeigt dabei

F i g. I das Schaltbild einer einzelnen Verstärkerstufe mit einer Konstantstromquelle nach der Erfindung, und

Fig. 2 das Blockschaltbild einer auf konstante Ausgangsleistung geregelten Verstärkerkette nach der Erfindung.

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Fig. I zeigt die Schaltung einer Transistor-Verstärkerstufe 1 für Hochfrequenz-Impulse mit hoher Ausgangsleistung in einem Sekundärradar-Sender. Der Hochfrequenzleistungstransistor 2 ist in Basisschaltung betrieben. Die zu verstärkenden Hochfrequenz-Impulse 3 werden über ein Eingangs-Anpassungsnetzwerk 4 der Emitterseite des Transistors 2 zugeführt. Die verstärkten Hochfrequenz-Impulse 5 werden über ein Ausgangsanpassungsnetzwerk 6 an einem Ausgang 19 abgenommen. Die Betriebsgleichspannungszuführung für den Transistor 2 erfolgt über eine Hochfreqnenzdrossel 7 und einen Durchführungskondensator 8. F.in als schaltfester Elektrolytkondensator ausgebildeter Kondensator 9 liefert den notwendigen Impulsstrom für den Sender.

Die Verstärkerstufe 1 wird von einer Steuerschaltung 10 über den Emitter des Transistors 2 mittels einer durch einen Durchführungskondensator 11 geführten Steuerte Konstantstromquelle) über die Steuerleitung 12 abgegebene Impuls und die Hüllkurve des Hochfrequenz-Impulses 3 in der Form identisch, dann ist die Impulsform der Ausgangsleistung am Ausgang 19 der Verstärkerstufe 1 damit ebenfalls gleich.

Während der Impulsansteuerung über die Konslantstromquelle 10 arbeitet die Verstärkerstufe 1 im Α-Betrieb und zieht auch bei hochfrequenzmäßiger Überlastung stets einen konstant bleibenden Strom. Die Impulsform der Ausgangsleistung der Verstärkerstufe 1 folgt pam allgemein dem über die Steuerleistung 12 kommenden Impuls der Konstantstromquelle 10, so daß sich die flanken der HochfreqiienzAusgangsleistungsimpulsc hierdurch leicht einstellen lassen.

Durch eine Verstellung am Spannungsteiler 14 wird die der Basis des Transistors 15 zugeführte Impulsspannung und damit auch die von der Steuerschaltung 10 jeweils abgegebene konstante Stromstärke geändert.

teilung Ut Mi wmiii<iui£: gciicticft. iti uif.K .jn-uCrtCiiiing 12 ist noch eine Hochfrequenzdrossel 13 eingeschaltet. Die Steuerschaltung 10 ist als von einem Pulsgeber 29 getastete Konstantstromquelle ausgebildet, wodurch der Transistor 2 der Verstärkerstufe 1 unter anderem gegen thermische Überlastung geschützt und sein Arbeitspunkt stabil gehalten wird. Zugeführt wird der Konstantstromquelle 10 aus dem Impulsgeber 29 die impulsförmige Eingangsspannung mit konstantem Impuisdach an einem am Steuereingang 16 liegenden Spannungsteiler 14. dessen Abgriff mit der Basis eines Transistors 15 verbjr-i"" ::.t. Bei der Tastung der Steuerschaltung am Eingang 16 wird somit auch der am Emitter mit einem Widerstand 17 und am Kollektor mit einem Widerstand 18 beschaltete Transistor 15 durchgesteuert. Ein konstanter Stromfluß im Kollektor des Transistors 15. der im wesentlichen unabhängig von der Kollektorspannung am Transistor 2 sowie auch unabhängig von der am Ausgang 19 ausgekoppelten Leistung ist. wird durch den Emitterwiderstand 17 des Transistors 15 bei einer konstanten Ansteuerung seiner Basis erzwungen Mit 20 ist ein Kondensator in der Steuerschaltung 10 und mit iidie Betriebsspannung für rlrn Transistor It hc/pirhnpt Mit Hern Snanniinpurilpr 14 kann der benötigte Konstantstrom in der Steuerleitung 12 eingestellt werden.

Die Konstantstromquelle 10 an der F.mitterseite des Hochfrequenzleistungstransistors 2 prägt diesem wäh- -end eines am Eingang 16 vorliegenden Steuerimpulses einen konstanten S'rom ein. wobei die Flanken dieser impulse je nach Anforderung ausgebildet werden kennen. Die Hochfrequen/transistoransteuerung er-•*o:gt durch Hochfi jquenzTmpulse 3 der gewünschten Impulsform. Sind der von der Steuerschaltung 10 c;nc Änderung der

leistung der Verstärkerstufe 1 bei gleichbleibender Impulsform dieser Ausgangsleistung in einem weiten Bereich möglich. Das Spannungsteilerverhältnis des Teilers 14 läßt sich auch im Rahmen einer AGC-Regelung in Abhängigkeit von einer auszuregelnden Größe einstellen, so daß der Verstärkerstufe 1 z. B. stets eine konstante Ausgangsleistung abgenommen wird.

Fig. 2 zeigt das Blockschaltbild einer auf konstante Ausgang .'eistung mittels einer AGC-Regelschleife geregelten dreistufigen Verstärkerkette, leder der drei Transistor-Verstärkerstufen 22, 23 und 24, von denen jede der Verstärkerstufe 1 nach Fig. 1 entspricht, ist eine Konstantstromquelle 25, 26 bzw. 27 zugeordnet, von denen jede der Steuerschaltung 10 nach Fig. 1 entspricht. Die Steuerimpulse 29 für alle drei Konstantstromquellen 25, 26, 27 laufen über eine gemeinsame Pulsformerschaltung 28 und werden dort bezüglich ihrer Spannungsamplitude eingestellt, und zwar von einer AGC-Regelspannung. die in Abhängigkeit von der gesamten Ist-Ausgangsleistung der drei Verstärkerstufen 22, 23 und 24 im Vergleich zur konstant zu haltenden Soll-Ausgangsleistung gewonnen wird. Die Flanken der von der Pulsformerschaltune abeeeebenen Impulse, welche die Konstantstromquellen 25, 26 und 27 steuern, richten die Flanken der die Verstärkerstufen 22, 23 und 24 durchlaufenden Hochfrequenzimpulse 3 aus. Dabei wird in zweckmäßiger Weise die Form der die Konstantstromquellen 25, 26 und 27 zentral steuernden Impulse identisch mit der Hüllkurve der Hochfrequenz-Impulse 3 an Eingang der ersten Verstärkerstufe 25 gemacht. Mi: 5 sind die Hochfrequenzimpulse am Ausgang der dreistufigen Verstärkerkette bezeichnet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Hochfrequenzverstärker, bestehend aus einer in Basisschaltung ausgeführten Leistungstransistor-Verstärkerstufe oder aus mehreren solchen in Kette geschalteten Verstärkerstufen, zur Verstärkung von jeweils emitterseitig über ein Eingangsanpassungsnetzwerk eingegebenen Hochfrequenzimpulsen, die verstärkt kollektorseitig über ein Ausgangsanpassungsnetzwerk abgenommen werden und eine vorgegebene Hüllkurvenform aufweisen sollen, auf eine hohe Ausgangsleistung, dadurch gekennzeichnet, daß ebenfalls emitterseitig an jede dieser Verstärkerstufen (1) zusätzlich jeweils eine von einem Pulsgeber (29) gesteuerte Konstantstromquelle (10) angeschlossen ist, die der Kollektor-Emitterstrecke des jeweiligen Leistungstransistors (2) für die Dauer eines jeden vom Pulsgeber (29) abgegebenen Impulses einen dem Impulsverlauf entsprechenden Strom einprägt, und daß der vom Pulsgeber (29) abgegebene impulsverlauf im wesentlichen identisch mit der Hüllkurvenform des zu verstärkenden Hochfrequenzimpulses (3) ist.

2. Hochfrequenzverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dk- von der Konstantstromquelle (10) abgegebene Stromstärke einstellbar ist.

3. Hochfrequenzverstärker nach Anspruch 2 unter Verwendung mehrerer in Kette geschalteter Verstärkerstufen, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromstärken aller jeweils einer Verstärkerstufe (22, 23, 24) zugeordneten Konstantstromquellen (25, 26, 27) zentral einstellbar sind.

4. Hochfrequenzverstärker nach Anspruch 2 oder 3, gekennzeichnet durch eine Veränderung der Einstellung der Stromstärken der Konstantstromquellen von Impuls zu Impuls.

5. Hochfrequenzverstärker nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die einstellbare Stromstärke der Konstantstromquelle bzw. im Falle des Vorliegens einer Verstärkerkette die einstellbaren Stromstärken der Konstantstromquellen (25,26, 27) mittels AGC-Regelung so eingeregelt wird/werden, daß am Ausgang der Verstärkerstufe bzw. am Gesamtausgang der in Kette geschalteten Verstärkerstufen (22, 23, 24) eine konstante Ausgangsleistungansteht.

6. Hochfrequenzverstärker nach einem der Ansprüche 2 bis 4 mit einem Kondensator, der den Impulsstrom für einen Impulstelegramme abgebenden Sender liefert, dadurch gekennzeichnet, daß am Kondensator ein für den Amplitudenabfall während des Verlaufs eines Impulstelegramms charakteristisches Regelkriterium abgenommen wird, durch welches die Stromstärken der Konstantstromquellen mittels AGC-Regelung so eingeregelt werden, daß alle Impulse eines Impulstelegramms gleiche Amplitude aufweisen.

7. Hochfrequenzverstärker nach einem der Ansprüche 2 bis 4 mit einem Kondensator, der den Impulsstrom für einen Impulstelegrarnme abgebenden Sender liefert, dadurch gekennzeichnet, daß der Amplitudenabfall im Verlaufe eines Impulstelegramms durch komplementäre Vorgabe des vom Pulsgeber abgegebenen Impulstelegramms kompensiert wird.

8. Hochfrequenzverstärker nach einem der vor

hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Transistor einer Verstärkerstufe noch ein weiterer Transistor oder mehrere Transistoren wechselspannungsmäßig parallel geschaltet ist/sind und daß an den Emitter von jedem dieser Transistoren eine eigene, jedoch vom gleichen Pulsgeber gesteuerte Konstantstromquelle angeschlossen ist

9. Hochfrequenzverstärker nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Verwendung bei einem Sekundärradarsender für Abfrage- und Antwortgeräte.