DE29914571U1

DE29914571U1 - Hochfrequenz-Verstärkermodul

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Publication number: DE29914571U1
Application number: DE29914571U
Authority: DE
Original assignee: Hirschmann Richard Co GmbH; Hirschmann Electronics GmbH and Co KG
Current assignee: Hirschmann Electronics GmbH and Co KG
Priority date: 1999-08-19
Filing date: 1999-08-19
Publication date: 1999-10-14
Anticipated expiration: 2009-08-20

Description

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Gebrauchsmusteranmeldung Hochfrequenz-Verstärkermodul

Die Erfindung betrifft ein Hochfrequenz(HF)-Verstärkermodul gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Derartige, beispielsweise durch die Module der Baureihen "BGE 88.." von Philips oder "MC 78.." der Firma NEC bekannte HF-Verstärkermodule stehen in großer Anzahl zur Verfügung und werden als fertige Bausteine mit vorgegebenen elektrischen und mechanischen Daten in größeren Hochfrequenz-Geräteeinheiten, insbesondere auch im CATV-Bereich, eingesetzt. Sie sind in sogenannter Hybrid-Technik, also aus passiven und aktiven elektrischen Einzelbauelementen aufgebaut, die auf Keramikoder Aluminiumoxyd-Substraten angeordnet sind, über die die Leistungsbausteine ihre Wärme an den Kühlkörper abfuhren.

Diese Module weisen zwar gute HF-Daten und eine hohe Verstärkung - im CATV-Bereich in der Regel etwa 18,5 dB - auf. Andererseits sind sie, vor allem wegen der aufwendigen Wärmeableitung über die genannten Substrate, für Serienprodukte teuer, wodurch die Herstellkosten insbesondere von derartige Verstärkermodule mehrfach enthaltenden HF-Geräten in erheblichen Maße erhöht sind. Darüber hinaus weisen sie eine verhältnismäßig große Leistungsaufnahme auf und tragen damit auch zu hohen Betriebskosten der Gesamtgeräte bei.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein HF-Verstärkermodul der eingangs genannten Art zu schaffen, das bei vergleichbar guten elektrischen Daten kostengünstiger ist, und dabei die mechanischen Abmessungen so gering zu halten, daß die Kühlkörper der bekannten HF-Verstärkermodule verwendbar sind.

Diese Aufgabe ist durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst.

Die Verwendung eines IC fur die Gegentakt-Endstufe des HF-Verstärkermoduls, das beide Endstufen-Transistorpaare in einem Gehäuse beinhaltet, ist billiger als ein Aufbau aus diskreten Schaltungsbauelementen.

Außerdem werden bei der Herstellung des IC vom gleichen Waver stammende Gegentakt-Transistoren verwendet, die dadurch eine größtmögliche Übereinstimmung in sämtlichen elektrischen Daten aufweisen, so daß eine optimale Verstärkung und Phasenlage sowie eine hohe lineare Aussteuerbarkeit erreicht ist. Allerdings ist der Verstärkungsfaktor des Endstufen-IC im Vergleich zur Gesamtverstärkung der bekannten Hybrid-Verstärkermodule geringer (im CATV-Bereich etwa 11,5 dB). Die deshalb erforderliche Vorstufe ist erfindungsgemäß als Eintakt-Verstär-ker ausgebildet, dessen geringer Platzbedarf sicherstellt, daß der gesamte HF-Verstär-ker auf dem gleichen Kühlkörper Platz hat, wie die bekannten Hybridverstärker. Damit weist das erfindungsgemäße HF-Verstärkermodul zumindest in zwei von drei Raumrichtungen keinen höheren Platzbedarf auf und ist somit bedarfsweise auch anstelle eines herkömmlichen Hybrid-Verstärkers einsetzbar. Im Vergleich zu letzteren weist das erfindungsgemäß aufgebaute HF-Verstärkermodul überdies eine verringerte Leistungsaufnahme auf, so daß auch die Betriebskosten geringer sind.

Vorteilhafte Ausfuhrungen und Weiterbildungen des HF-Verstärkermoduls nach Anspruch 1 sind in den Unteransprüchen angegeben.

So ist durch eine Ausbildung des Endstufen-IC gemäß Anspruch 2 in GaAs-Technik ein Schaltungsaufbau mit 12 Volt Betriebsspannung möglich, wodurch im Vergleich zur 24 Volt-Speisung beim Stand der Technik eine weitere wesentliche Reduzierung der Leistungsaufnahme des HF-Verstärkermoduls um bis zu 40% erreicht ist. Darüber hinaus ist durch die Anwendung der genannten Technik auch der maximal zulässige Ausgangspegel erhöht, so daß diese Verstärker einen größeren Aussteuerungsbereich haben.

Eine Ausführung der Vorstufe nach Anspruch 3 stellt sicher, daß je nach Bemessung der Entzerrersteilheit entweder nur der Ausgangs-Signalpegel des HF-Verstärker-

moduls oder auch noch derjenige der nachfolgenden Einrichtung, beispielsweise eines CATV-Verteilnetzes, kompensiert wird, wobei im letzteren Fall an allen Teilnehmernanschlüssen etwa gleich große Signalpegel zur Verfügung stehen.

Zur besonders kostengünstigen Erzeugung eines derartigen Frequenzganges mit einem einfachen Schaltungsaufbau der Vorstufe ist diese gemäß Anspruch 4 als HF-Gegenkopplungsschaltung ausgeführt.

Bei Gegentaktschaltungen wie dem Endstufen-IC sind die durch die am stärksten störenden Signalanteile zweiter Ordnung verursachten Verzerrungen. Durch die Maßnahmen nach den Ansprüchen 5 und 6 ist dies auch beim Ausgangssignal des gesamten HF-Verstärkermoduls erreicht. Wäre auch der Vorverstärker in Gegentaktschaltung aufgebaut, so würde man diese Störungen noch etwas verringern, das Verstärkermodul wäre dann jedoch für den beim Stand der Technik benutzten Kühlkörper zu groß. Durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 5 ist somit ein optimaler Kompromiß zwischen Verstärkergröße und -Abmessungen erzielt.

Die in Anspruch 6 angegebene Maßnahme gewährleistet darüber hinaus eine breitbandig verzerrungsarme Signalübertragung.

Eine bestmögliche Ausnutzung der technischen Möglichkeiten des Endstufen-IC ist durch einen spiegelsymmetrischen Aufbau gemäß Anspruch 7 erreicht. Die elektrischen Daten des Ausgangssignals des HF-Verstärkermoduls sind damit weiter optimiert.

Die bei den bekannten Hybrid-Verstärkern zur Wärmeabführung von Endstufen-Transistoren zum Kühlkörper verwendeten Keramik- oder Aluminiumoxyd-Substrate sind zwar wirksam aber teuer. Im Vergleich dazu ist ein Aufbau mit Epoxydharzplatte nach Anspruch 8 bei gleich wirksamer Wärmeabführung erheblich kostengünstiger, da diese Platine um bis zu 40% billiger ist als die genannten Substrate.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels in den Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 - eine perspektivische Ansicht eines HF-Verstärkermoduls mit schematisch dargestellten Schalrungselementen und

Fig. 2 - eine Draufsicht auf dieses Modul mit aufgebrochenem Endstufen-IC.

Das HF-Verstärkermodul 1 besteht aus einem auf einer Epoxydharz-Schaltungsplatine 2 aufgebauten, eine Vorstufe 3 und eine Endstufe 4 aufweisenden HF-Verstärker sowie einem metallischen Kühlkörper 5.

Die in dem strichpunktiert umrandeten Bereich der Schaltungsplatine 2 angeordnete Vorstufe 3 ist platzsparend als Eintakt-Verstärker in HF-Gegenkopplungsschaltung ausgeführt, wobei dessen Transistor und sein Arbeitspunkt so gewählt sind, daß die Anteile zweiter Ordnung des Ausgangssignals der Vorstufe 3 minimiert sind.

Als im punktiert umrandeten Bereich befindliche Gegentakt-Endstufe 4 ist ein im Vergleich zu bekannten Hybrid-Schaltungen kostengünstiger IC 6 vorgesehen, dessen ein- und ausgangsseitige Anschlußschaltungen spiegelsymmetrisch zum IC 6 angeordnet sind. Von den schematisch dargestellten Schaltungselementen der Vorstufe und der Anschlußschaltungen des IC 6 sind lediglich beispielhaft ein Balun-Übertrager 7 und ein Kondensator 8 bezeichnet.

Die Vorstufe 3 weist einen positiven Frequenzgang auf, der so ausgelegt ist, daß er den negativen Frequenzgang des IC 6 kompensiert, wodurch das gesamte HF-Verstärkermodul 1 eine im ganzen Betriebsfrequenzbereich konstante Verstärkung aufweist. In der Schaltungsplatine 2 sind an der Stelle des darauf aufliegenden IC-Gehäuses durchkontaktierte Löcher 9 vorgesehen, die auf der Platinenrückseite mit einer nicht dargestellten Metallfläche verbunden sind, an welcher der mittels Schrauben 10 an der Schaltungsplatine 2 befestigte Kühlkörper 5 flächig anliegt.

Im Vergleich zu den bekannten Hybrid-Verstärkern ist es durch diesen Aufbau bei etwa gleich effektiver Wärmeabführung vom IC 6 auf den Kühlkörper 5 ermöglicht, anstelle teurer Keramik- oder Aluminiumoxyd-Trägerplatten wesentlich billigere Epoxydharz-Platinen zu verwenden.

Insgesamt ist durch die vorbeschriebene Ausführung ein HF-Verstärkermodul 1 realisiert, das bei zumindest gleich guten elektrischen Daten um bis zu 40% kostengünstiger ist als die aus dem Stand der Technik bekannten Hybrid-Verstärker und darüber hinaus die gleichen mechanischen Abmessungen aufweist, so daß es einfach gegen diese austauschbar und auf dem selben Kühlkörper montierter ist.

Claims

1. Auf einer Trägerplatte (2) angeordnetes Hochfrequenz-Verstärkermodul (1), vorzugsweise für CATV-Anwendungen, mit wenigstens einer Vorstufe (3) und einer Gegentakt-Endstufe (4) sowie einem auf der gegenüberliegenden Seite der Trägerplatte (2) angebrachten Kühlkörper (5), dadurch gekennzeichnet, daß der aktive Teil der Gegentakt-Endstufe (4) als IC (6) und die Vorstufe (3) als Eintakt-Verstärker ausgeführt ist, und daß Vor- und Endstufe (3, 4) bezüglich Verstärkungsfaktor Linearität und Aussteuerung des gesamten Verstärkers aufeinander abgestimmt sind.

2. Verstärkermodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der IC (6) in GaAs-Technik ausgeführt ist.

3. Verstärkermodul nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der negative Frequenzgang des IC (6) durch einen positiven Frequenzgang des Ausgangssignals der Vorstufe (3) zumindest kompensiert ist.

4. Verstärkermodul nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorstufe (3) als Hochfrequenz-Gegenkopplungsschaltung ausgeführt ist.

5. Verstärkermodul nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Transistor jeder Vorstufe (3) derart ausgewählt und die Gegenkopplungsschaltung so aufgebaut ist, daß das Ausgangssignal möglichst geringe Signalanteile zweiter Ordnung aufweist.

6. Verstärkermodul nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitspunkt der Vorstufe (3) derart festgelegt ist, daß die Signalanteile zweiter Ordnung des Ausgangssignals minimiert sind.

7. Verstärkermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalwege der Anschlußschaltungen des IC (6) zur Vorstufe (3) einerseits und zum Ausgang des HF-Verstärkermoduls (1) andererseits spiegelsymmetrisch zum IC (6) angeordnet sind.

8. Verstärkermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerplatte eine beidseitig beschichtete Epoxydharz-Platine (2) ist, welche durchkontaktierte Löcher (9) aufweist, auf denen einerseits das Gehäuse des IC (6) aufliegt, und die auf ihrer gegenüberliegenden Seite mit einer wärmeleitenden Fläche der Epoxydharz-Platine (2) verbunden sind, an welcher der Kühlkörper (5) flächig anliegt.