DE2908256C3

DE2908256C3 - Verstärkerschaltung für Höchstfrequenz-Fernsprechanwendungen

Info

Publication number: DE2908256C3
Application number: DE2908256A
Authority: DE
Inventors: Jean-Claude Osny Raux
Original assignee: LIGNES TELEGRAPHIQUES ET TELEPHONIQUES PARIS FR
Current assignee: LIGNES TELEGRAPHIQUES ET TELEPHONIQUES PARIS FR
Priority date: 1978-03-03
Filing date: 1979-03-02
Publication date: 1981-10-15
Also published as: DE2908256B2; FR2418981B1; GB2018071A; DE2908256A1; US4258328A; GB2018071B; FR2418981A1

Description

Die Erfindung betrifft Höchstfrequenz-Verstärkerschaltungen für Fernsprechanwendungen und mit niedrigen harmonischen Verzerrungen, die eine Nutzleistung in der Nähe der Maximalleistung abgeben.

Da bei Fernsprechanwendungen der tolerierte Pegel der Intermodulation 50 dB unter dem Niveau des Informationssignals liegt, wird gewöhnlich das Verhältnis zwischen der genutzten Leistung und der Maximalleistung dieser Verstärker auf einen sehr geringen Wert begrenzt, z. B. ein Zehntel, um in dem Durchlaßband das Auftreten von Intermodulationen zu verhindern, die anschließend durch gewöhnliche Filter nicht eliminiert werden können. Um dieses Verhältnis zu vergrößern, kann eine Anordnung vorgesehen werden, die als Vorkopplungsregelung bzw. in der englischen Literatur als »feedforward control« bezeichnet wird.

Im folgenden werden als »Verzerrung« die Intermodulationen aufgrund von Harmonischen bezeichnet, wobei der größte Teil derselben auf die dritte Harmonische zurückzuführen ist; ferner wird als »Elementarverstärker« jeglicher Verstärker bezeichnet, unabhängig von dem dafür vorgesehenen Aufwand, solange bei ihm nicht die Technik der »Vorwärtskopplungsregelung« Anwendung findet, im Gegensatz zu einem »Verstärker mit niedriger Verzerrung«, bei dem die »Vorwärtskopplungsregelung« angewandt wird

In der US-PS 34 71 793 ist eine Verstärkerschaltung mit niedriger Verzerrung für Höchstfrequenz-Fernsprechanwendungen beschrieben. F Ί g. 1 a der beigefügten Zeichnung zeigt die erste Figur dieser Druckschrift; dort sind drei Richlkoppler 2, 4 und 6 sowie eine Fehlerinjektionsschaltung 8, zwei Elementarverstärker 3 und 7, zwei Verzögerungsleitungen 9 und 11 und zwei Phasenschieber 5 und 10 vorgesehen. F i g. Ib zeigt eine sehr ähnliche Schaltung, die in einem Aufsatz mit dem Titel »A wideband feedforward amplifier«, IEEE

ίο Journal of Solid-State Circuit, Dezember 1974, VoL SC-9, Nr. 6, Seiten 422 bis 428, beschrieben ist Diese zweite Verstärkerschaltung mit niedriger Verzerrung unterscheidet sich von der ersten durch die Anwesenheit eines Dämpfungsgliedes 13 zwischen den Kopplern 4 und 6 und durch den Wegfall des Dämpfungsgliedes 10.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Verstärkerschaltung mit niedriger Verzerrung für Fernsprechanwendungen im Bereich der Höchstfrequenzen zu schaffen, bei dem ein Breitband-Verstärkermodul und eine Phasenschiebermodul, der die Phasenverschiebung des Verstärkermoduls genau kompensiert, zum Einsatz gelangen.

Die Verstärkerschaltung mit geringer harmonischer InterniOüulationsverzerrung, die im Bereich der Höchstfrequenzen arbeitet, ist gebildet aus einer ersten Schleife mit einem ersten Verstärker, der an seinem Eingang mit Jem direkten Ausgang eines Eingangsrichtkopplers und an seinem Ausgang mit dem Eingang eines zweiten Richtkopplers verbunden ist, mit einem dritten Richtkoppler, der an den gedämpften Ausgang des zweiten Richtkopplers angeschlossen ist und mit einem über seinem Eingang an den gedämpften Ausgang des Eingangsrichtkopplers angeschlossenen Phasenschieber, und durch eine zweite Schleife mit einem über seinen Eingang an den direkten Ausgang des zweiten Richtkopplers und über seinen Ausgang an den Eingang des Ausgangsrichtkopplers angeschlossenen Phasenschieber und mit einem zweiten Verstärker, der über seinen Eingang mit dem direkten Ausgang des dritten Kopplers und über seinen Ausgang mit dem zweiten Eingang des Ausgangskopplers verbunden ist, und ist gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß ein dritter Verstärker den Ausgang des Phasenschiebers der ersten Schleife mit dem direkten Eingang des dritten Richtkopplers verbindet, und daß der erste und der zweite Verstärker jeweils aus zwei gleichen Verstärkern wie der dritte Verstärker gebildet und in Reihe geschaltet sind.

Durch die erfindungsgemäße Verstärkerschaltung mit niedriger Verzerrung werden folgende Vorteile erreicht:

— die Einfügung des dritten Verstärkers, dessen Verstärkung gleich der Hälfte derjenigen des Verstärkers 3 ist, ermöglicht eine Erniedrigung des Fehlersignals am Eingang des Verstärkers 7, aufgrund der Verstärkungsänderung im Band des Verstärkers 3, und zwar um 50% gegenüber der bekannten Schaltung, so daß die Kompensation in einem breiteren Band ermöglicht wird;
da die Elementarverstärker, die in der Verstärkerschaltung enthalten sind, ausgehend von einem Verstärkermodul verwirklicht werden, ist die eingefügte Phasenverschiebung ein Vielfaches derjenigen des Verstärkermoduls.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung eines Ausführungs-

beispiels anhand der Zeichnung. In der Zeichnung zeigen

F i g. 1 a und Ib bekannte Anordnungen,

Fig.2 ein Schaltbild der erfindungsgemäßen Verstärkerschaltung mit niedriger Verzerrung,

F i g. 3 ein Schaltbild des Verstärkermoduls,

F i g. 4 eine schematische Darstellung der verwendeten Phasenschieberschaltung,

Fig.5 eine Grafik, die den Ausgangspegel der Verstärkerschaltung mit niedriger Verzerrung darstellt,

Fig. 6 eiste Kurve, die die Veränderung des Ausgangspegels in dem Durchlaßband darstellt und

Fig.7 eine Kurve, die die Veränderung des Pegels der Intermodulationen dritter Ordnung in Abhängigkeit von der Frequenz darstellt.

F i g. 2 zeigt das Schaltbild einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verstärkerschaltung mit geringem StörgeräuschpegeL In dieser Schaltung sind die untereinander gleichen Richtkoppler 2 und 8 verschieden von den untereinander gleichen Richtkopplern 4 und 6. Die untereinander gleichen Elementarverstärker 3 und 7 sind jeweils aus zwei Verstärkermoduln 15 gebildet Die erste Schleife enthält ferner einen Verstärker, der aus einem einzelnen Modul 15 gebildet ist und dessen Ausgang mit dem direkten Eingang des Richtkopplers 6 verbunden ist. Eine an den gedämpften Ausgang des Richtkopplers 2 und an den Eingang des Verstärkermoduls 15 angeschlossene Phasenschieberschaltung 16 kompensiert die von dem Verstärkermodul 15 eingefügte Phasenverschiebung. In der zweiten Schleife kompensiert ein Phasenschieber 9 die von den Elementarverstärker 7 eingefügte Phasenverschiebung Wenn die Annullierungsbedingung des Informationssignals am Eingang des Elementarverstärkers 7 bei geringem Pegel erfüllt ist und der Pegel des Eingangssignals 1 der Verstärkerschaltung mit niedriger Verstärkung nach und nach angehoben wird, so erscheint ein Fehlersignal am Eingang des Verstärkers 7. Dieses Fehlersignal kann insbesondere zusammengesetzt sein aus den Spannungen mit den Frequenzen 2F₂-F, und 2F- F₂ sowie 3F₂ - 2Fi und 3F, - 2F₂ usw., die sich aus den Schwebungen der zwei Frequenzen Fi und F₂ des Informationssignals ergeben, für die der maximale Eingangspegel des Elementarverstärkers 3 ungefähr erreicht ist. Der Elementarverstärker 7 bringt den Pegel des Fehlersignals auf einen Pegel, der die exakte Korrektur am Ausgang des Kopplers 8 ermöglicht, unter Berücksichtigung der Dämpfungen, die in den Kopplern 4, 6 und 8 und in der Phasenschieberschaltung 9 auftreten.

Bei einem konkreten Ausführungsbeispiel der Schaltungsanordnung für das Frequenzband zwischen 3,8 und 4,2 GHz ist die Verstärkungsänderung innerhalb dieses Bandes geringer als ± 0,5 dB. Diese Schaltung enthält zwei Verstärker 3,7, die jeweils aus zwei Verstärkermoduln 15 der Verstärkung 13 dB gebildet sind.

Fig.3 zeigt das elektrische Schaltbild eines Verstärkermoduls 15. Die zwei in dem Schaltbild angegebenen Transistoren 17 sind normalerweise mit dem Emitte·· nach Masse geschaltet und arbeiten in Klasse Α-Einstellung. Ihr maximaler Ausgangspegel bei 1 dB Verstärkungskompression beträgt 25 dBm, und ihre Verstärkung beträgt dann 7 dB bei der Frequenz

ίο 4,2GHz. Die Induktivitäten 18 und 19 sind aus Mikrobandleitungsstücken gebildet, die in die gedruckte Schaltung eingearbeitet sind, die als Träger der Widerstände 20, 21 und 22 und der Koppelkondensatoren 23 dienen. Die in Dreifachbandleitungstechnik verwirklichten Richtkoppler 2, 8 haben eine Übertragungsdämpfung von 1,5 dB und eine Abzweigungsdämpfung von 6 dB. Die in gleicher Technik hergestellten Richtkoppler 4, 6 haben eine Übertragungsdämpfung von 0,5 dB und eine Abzweigungsdämpfung von etwa 10 dB.

Fig.4 zeigt eine Phasenschieberschaltung 16, die mittels eines Zirkulators 24 verwirklicht ist, der von der Anmelderin in den Handel gebracht wird sowie mittels eines Dreifachbandleitungsstücks 25, das mit einem Kurzschlußkolben 26 endet und sechs Anpassungsschrauben 27 aufweist. Die Phasenschieberschaltung 29 enthält zusätzlich zu den beschriebenen Elementen ein Koaxialleitungsstück, das in Reihe mit dem Zirkulator geschaltet ist.

Fig.5 zeigt die Kurve des Ausgangspegels der Verstärkerschaltung mit niedriger Verzerrung in Abhängigkeit von dem Eingangspegel. Die Kurve 30 zeigt, daß der +26 dBm entsprechende Ausgangspegel mit einem dB Kompression erhalten wird. Die bei einem Elementarverstärker, der aus zwei Verstärkermoduln gebildet ist, aufgenommene Kurve 31 weist bei dem Pegel +23 dBm eine Kompression von 1 dB auf. Die Kurven 32 und 33 entsprechen dem Intermodulationspegel dritter Ordnung bei der Verstärkerschaltung mit niedriger Verzerrung bzw. bei dem Elementarverstärker, der aus zwei Verstärkermoduln zusammengesetzt ist.

F i g. 6 zeigt die Kurve der Änderung des Ausgangspegels innerhalb des Durchlaßbandes der Verstärkerschaltung mit niedriger Verzerrung, wie sie vorstehend beschrieben wurde.

F i g. 7 zeigt als Kurve 50 die Intermodulation dritter Ordnung bei der zuvor beschriebenen Verstärkerschaltung mit niedriger Verzerrung bei einem Ausgangspegel

so von +25 dBm und als Kurve 51 die Intermodulation dritter Ordnung bei einem Verstärker aus zwei Verstärkermoduln 15 und bei dem Ausgangspegel + 22 dBm.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Verstärkerschaltung mit niedriger harmonischer Intermodulationsverzerrung, die im Höchstfrequenzbereich arbeitet und gebildet ist aus einer ersten Schleife mit:

— einem ersten Verstärker, der über seinen Eingang an den direkten Ausgang eines Eingangsrichtkopplers und über seinen Ausgang an den Eingang eines zweiten Richtkopplers angeschlossen ist,

— einem dritten Richtkoppler, der an den gedämpften Ausgang des zweiten Richtkopplers angeschlossen ist,

— und mit einem über seinen Eingang an den gedämpften Ausgang des Eingangsrichtkopplers angeschlossenen Phasenschieber,

— sowie durch eine zweite Schicht mit

— einem über seinen Eingang mit dem direkten Ausgang des zweiten Richtkopplers und über seinen Ausgang mit dem Eingang eines Ausgangsrichtkopplers verbundenen Phasenschieber,

— und mit einem zweiten Verstärker, der über seinen Eingang mit dem direkten Ausgang des dritten Kopplers und über seinen Ausgang mit dem zweiten Eingang des Ausgangskopplers verbunden ist,

dadurch gekennzeichnet, daß ein dritter Verstärker den Ausgang des Phasenschiebers der ersten Schleife mit dem direkten Eingang des dritten Richtkopplers verbindet und daß der erste und der zweite Verstärker jeweils aus zwei gleichen Verstärkermoduln wie der dritte Verstärker gebildet sind, welche in Reihe geschaltet sind.