DE2904011C3 - Hochfrequenzimpulsverstärker - Google Patents
HochfrequenzimpulsverstärkerInfo
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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.
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.
29 04 Oil
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 (9)
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.
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