DE3513659A1

DE3513659A1 - Verteilter leistungsverstaerker

Info

Publication number: DE3513659A1
Application number: DE19853513659
Authority: DE
Inventors: Yalcin Lexington Mass. Ayasli
Original assignee: Raytheon Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 1984-04-16
Filing date: 1985-04-16
Publication date: 1985-10-17
Also published as: JPS60233912A; GB8509751D0; FR2563065A1; FR2563065B1; GB2157908A; GB2157908B; US4543535A; DE3513659C2

Description

München, den 15. April 1985/M Anwaltsaktenz.: 27 - Pat. 366

RAYTHEON COMPANY, 141 Spring Street, Lexington, MA 02173, Vereinigte Staaten von Amerika

Verteilter Leistungsverstärker

Die Erfindung betrifft allgemein Hochfrequenzverstärker und im einzelnen solche für Hochfrequenz bestimmte Verstärker mit einer Mehrzahl von in Kaskade geschalteten Feldeffekttransistoren, welche einen verteilten Verstärker bilden.

Es ist auf diesem Gebiete bekannt, Hochfrequenzverstärker in der Weise als verteilte Verstärker aufzubauen, daß eine Anzahl von in Kaskade geschalteteten Feldeffekttransistoren eine Leistungsverstärkung der Hochfrequenzsignale vornehmen. Eine Schwierigkeit bei einer derartigen Verstärkerbauart besteht darin, daß bei bestimmten Anwendungsfällen die Ausgangsleistung des verteilten Verstärkers über einem bestimmten ausgewählten Frequenzband von Mikrowellen-Betriebsfrequenzen beschränkt ist.

Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, einen veiteilten Leistungsverstärker für Mikrowellenfrequenz so auszubilden, daß er verbesserte Eigenschaften bezüglich der Beschränkung,der Ausgangsleistung zeigt.

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Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.

Im einzelnen weist ein Leistungsverstärker der hier angegebenen Art eine Mehrzahl von Transistoren, vorzugsweise von Feldeffekttransistoren, auf, die jeweils eine Gateelektrode, eine Drainelektrode und eine Sourceelektrode aufweisen. Zwischen der Gateelektrode und der Sourceelektrode ist jeweils eine Blindwiderstandskomponente wirksam. Die Anzahl von Feldeffekttransistoren besitzen in Kaskade geschaltete Gateelektroden und in Kaskade geschaltete Drainelektroden und sind dex" Reihe nach zwischen einen Eingangsanschluß und einen Ausgangsanschluß gelegt. Eine Eingangsleitung ist dazu bestimmt, der Reihe nach ein Eingangssignal an die jeweiligen Gateelektroden anzukoppeln. Eine entsprechende Anzahl von Kondensatoren jeweils vorbestimmter Kapazität sind zwischen die Eingangsleitung und die Gateelektrode eines jeden Transistors gelegt.

Es kann festgestellt werden, daß die Ausgangsleistung eines verteilten Verstärkers durch drei Gegebenheiten oder begrenzende Faktoren beschränkt wird.

Der erste begrenzende Umstand bezieht sich auf den nur begrenzten Hub der Hochfrequenzspannung, welcher einer Eingangs-Gateleitung mitgeteilt werden kann, ohne daß die Wellenform abgeschnitten wird. Dieser Spannungshub der Hochfrequenzspannung wird bezüglich der positiven Hochfrequenzwelle durch die Leitung in Durchlaßrichtung an jeder Gateelektrode der Feldeffekttransistoren beschränkt und bezüglich dex· negativen Welle erfolgt die Begrenzung durch die Abschnürspannung für jeden der Feldeffekttransistoren. Aus diesem Grunde kann die maximale Leistung, welche von einem verteilten Leistungsvex·- stärker beziehbar ist, nicht größer sein als der maximale Verstärkungsgewinn, multipliziert mit der maximal zulässigen Eingangsleistung, welche in erster Linie durch den maximalen Spannungshub bestimmt wird.

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Der zweite begrenzende Faktor für die Ausgangsleistung von verteilten Verstärkern bekannter Art ist die maximale Gesamt-Gateperipherie, welche zum Betrieb über einen bestimmten Betriebsfrequenzbereich hin in einer einzigen Stufe vorgesehen werden kann. Es kann gezeigt werden, daß die Gesamt-Gateperipherie nw mit einer bestimmten Betriebsfrequenz .'^₀ in folgender Beziehung steht:

worin η die Gesamtzahl von Feldeffekttransistoren ist, w die Gateperipherie eines derartigen Feldeffekttransistors bedeutet, K eine Konstante bezeichnet, die von den charakteristischen Eigenschaften des betreffenden Feldeffekttransistors abhängig ist, 0J₀ die höchste vorkommende Betriebsfrequenz bedeutet und schließlich Z der Wellenwiderstand der Gateleitung ist. Für einen bestimmten Wellenwiderstand der Gateleitung und für einen bestimmten Bereich von Betriebsfrequenzen ist somit die maximale Gateperipherie beschränkt. Dies beruht darauf, daß bei einer Vergrößerung der gesamten Gateperipherie nw bei Verstärkern bekannter Art sich die Belastung auf der Gateleitung entsprechend erhöht, wodurch die Eingangsleistung vermindert wird, welche jedem einzelnen der Feldeffekttransistoren verfügbar gemacht werden kann und

, die Ausgangsleistung vermindert wird, welche von den Drainelektroden jedes der Feldeffekttransistoren zu dem Ausgangs-

. anschluß geführt werden kann.

Der dritte beschränkende Umstand für die Ausgangsleistung bezieht sich auf die Fehlanpassung zwischen der tatsächlichen Ausgangsimpedanz jedes der Feldeffekttransistoren und einer optimalen Ausgangs impedanz dieser Feldeffekttransistoren bei Vorspannung für maximale Ausgangsleistung. Die tatsächliche Ausgangsimpedanz jedes Feldeffekttransistors ist durch den Wellenwiderstand der Ausgangsübertx-agungsleitung bestimmt, während die optimale Ausgangs impedanz eines für maximale Ausgangsleistung vorgespannten Feldeffekttransistors dem Gefälle einer Belastungskennlinie entspricht, welche den Punkt der

maximalen Zusammenbruchsspannung und des maximalen Betriebsstroms trifft. Charakteristischerweise hat ein für maximale Ausgangsleistung vorgespannter Feldeffekttransistor eine optimale Ausgangs impedanz, welche bedeutend höher ist als diejenige der Ausgangsübertragungsleitung.

Bei einer derartigen Anordnung wird ein Hochfrequenzspannungsteiler durch die Kombination jedes Kopplungskondensators und der zugehörigen BlindWiderstandskomponente des Feldeffekttransistors gebildet. Der Spannungsteiler verhindert die Spannung, welche zu jeder der Gateelektroden der- Feldeffekttransistoren geführt wird, wodurch die insgesamt bezüglich der Handhabung der Eingangsleistung gegebenen Möglichkeiten der Eingangsschaltung des Verstärkers verbessert werden. Die Gesamteingangsleistung, welche dem verteilten Verstärker zugeführt wird, kann somit entsprechend der Abnahme der Eingangssignalspannung erhöht werden, welche an jede der Gateelektroden gelegt wird. Auf diese Weise erhält man eine Lösung des Problems, welches bezüglich der Begrenzung einer maximalen Eingangsleistung für die jeweiligen Feldeffekttransistoren besteht. Da die Eingangssignalspannung für jeden einzelnen Feldeffekttransistor herabgesetzt wird, soll sich die Gesamtgeräteperipherie für jedes Gerät entsprechend erhöhen, um denselben Verstärkungsgewinn für jeden Feldeffekttransistor beizubehalten. Da jeder Feldeffekttransistor eine Eingangssignalspannung erhält, welche durch den Spannungsteiler· festgelegt wird und welche ein Teil der Eingangssignalspannung ist, die an den Eingang des verteilten Verstärkers gelegt wird, kann die Gesamtgeräteperipherie vergrößert werden, ohne daß die Belastung an der Gateleitung erhöht wird. Da die Gesamtgateperipherie erhöht wird, wird die Drainperipherie jedes Feldeffekttransistors vergrößert und somit die optimale Ausgangsimpedanz für einen für maximale Ausgangsleistung vorgespannten Feldeffekttransistor entsprechend herabgesetzt, so daß der Wert dieser optimalen Ausgangsimpedanz näher an der tatsächlichen Ausgangs impedanz jedes der Transistoren liegt.

Gemäß einer vorteilhaften Ausbildung des verteilten Verstärkers der hier angegebenen Art hat jeder der genannten Kondensatoren einen jeweils unterschiedlichen, vorgegebenen Kapazitätswert, welcher entsprechend der Blindwiderstandskomponente des betreffenden Feldeffekttransistors gewählt ist, so daß zu jeder der Gateelektroden ein jeweils unterschiedlicher, vorbestimmten- Anteil des Eingangssignales gelangt. Bei dieser Konstruktion wird die Eingangssignalbeaufschlagung jedes der Feldeffekttransistoren selektiv auf die Eigenschaften des betreffenden Feldeffekttransistors und auf die Verluste, welche der Gateübertragungsleitung zugeordnet sind, zugeschnitten, so daß eine gleichförmige Eingangssignalbeaufschlagung jedes der Feldeffekttransistoren vorgenommen wird, was zusätzlich zu der resultierenden Verbesserung der Möglichkeit der Eingangsleistungsbeaufschlagung jedes Transistors auch zu einer Erhöhung des Verstärkungsgewinns, einem verbesserten Wirkungsgrad und einer erleichterten Eingangsimpedanzanpaßbarkeit führt. Demgemäß liefert jeder der Feldeffekttransistoren eine erhöhte Ausgangsleistung bei erhöhtem Verstärkungsgewinn und verbessertem Wirkungsgrad, so daß man auch eine insgesamt erhöhte Ausgangsleistung von dem verteilten Verstärker erhält.

Gemäß einem weiteren Schaltungsmerkmal ist eine Reihe von Kopplungskondensatoren vorgesehen und es wird ein zur Vorspannung dienendes Spannungssignal unmittelbar an jede Gateelektrode jeweils über einen Widerstand von verhältnismäßig großem Widerstandswert geführt. Bei einer derartigen Schaltung werden die komplexen Vorspannungsmittel vermieden, welche im allgemeinen bei entsprechenden bekannten Schaltungen vorgesehen sind, indem an jede Gateelektrode jeweils gesonderte Schaltungszweige für die Hochfrequenz und für den Gleichstrom geführt sind .

Gemäß einer anderen Ausführungsform enthält ein verteilter Verstärker der vorliegend angegebenen Art eine Anzahl von Transistoren, vorzugsweise Feldeffekttransistoren, die jeweils

Gatelektrode, eine Drainelektrode und eine Sourceelektrode besitzen. Eine erste Gruppe oder ein erster Anteil dieser Feldeffekttransistoren weist in Kaskade geschaltete Gateelektroden und in Kaskade geschaltete Drainelektroden auf, welche der Reihe nach zwischen einen Eingangsanschluß und einen Ausgangsanschluß gelegt sind, so daß sich ein erster Verstärkerkanal ergibt. Eine zweite Gruppe oder" entsprechende Gruppe von Feldeffekttransistoren besitzt wiederum in Kaskade geschaltete Gateelektroden und in Kaskade geschaltete Drainelektroden, die ebenfalls der Reihe nach zwischen den Eingangsanschluß und den Ausgangsanschluß geschaltet sind, so daß sich ein zweiter Schaltungskanal ergibt. Die Gateelektroden jedes Feldeffekttransistors in jeder Gruppe dieser Feldef fekttransistoren sind über einen jeweils zugehörigen Kondensator an eine jeweils zugehörige von einem Paar von Gateübertragungsleitungen angeschlossen. Die Drainelektrode jedes der Feldef fektti-ansistoren ist über eine gemeinsame Drain-Ausgangsübertragungsleitung mit der Drainelektrode jedes Feldeffekttransistors des ersten Schaltungskanals verbunden, der bei einem gemeinsamen Verbindungspunkt längs der Ausgangsübertragungsleitung an die Dx^mainelektrode eines entsprechenden der Feldeffekttransistoren des zweiten Schaltungskanals angeschlossen ist. Bei einem derartigen Schaltungsaufbau kann die maximale Ausgangsleistung des in dieser Weise ausgebil- · deten verteilten Verstärkers gegenüber der maximalen Ausgangsleistung erhöht werden, welche von einem verteilten Verstärker mit nur einer einzigen Gruppe von nacheinander zwischen einem Eingangsanschluß und einem Ausgangsanschluß geschalteten Feldeffekttransistoren abnehmbar ist.

Werden also eine erste Gruppe von Feldeffekttransistoren und eine zweite entsprechende Gruppe von Feldeffekttransistoren in der zuvor angegebenen Weise zwischen einen Eingangsanschluß : und einen Ausgangsanschluß gelegt, so ist für diese Schaltung die jeder Gruppe von Feldeffekttransistoren zuzuführende Ein- ^! gangsleistung gleich der Hälfte der Eingangsleistung zu dem ,

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gesaraten verteilten Verstärker. Wendet man also dieselben Konstruktionsprinzipien an, wie sie für den Verstärker mit nur einem Schaltungskanal angegeben wurden, so kann die Gesamteingangsleistung für den verteilten Verstärker verdoppelt werden, wobei gleiche Beträge von Eingangsleistung an jede Gruppe von Feldeffekttransistoren geführt wird, wie bei dem Schaltungsfall mit einem einzigen Kanal. Eine solche Schaltung vermeidet daher das Problem das in der Beschränkung der maximalen Eingangsleistung zu den einzelnen Feldeffekttransistoren besteht. Weiter wird dadurch, daß jede Gateelektrode an die jeweilige Gateübertragungsleitung über einen Kondensator· mit einem bestimmten Kapazitätswert angekoppelt wird, die Eingangsbeaufschlagung jedes Feldeffekttransistors in Beziehung gesetzt mit der Kapazität des Kopplungskondensators, dividiert durch die Summe der Kapazität des Kopplungskondensators und dem intrinsischen Blindwiderstandswert des Feldeffekttransistors. Das jedem Feldeffekttransistor zugeführte Eingangssignal wird also derart bemessen, daß sich eine weitere Erhöhung bezüglich der eingangsseitig zuführbaren Leistung ergibt. Außerdem bewirkt der Schaltungsaufbau, daß das Problem bezüglich der Begrenzung der Gesamtgateperipherie beseitigt wird, da jede Gruppe von Feldeffekttransistoren in gesonderten Zweigen der Gateübertragungsleitung liegt, wobei eine gemeinsame Drainübertragungsleitung die Drainelektroden jedes der Feldeffekttransistoren mit dem Ausgleichsanschluß verbindet. Die Gateperipherie jedes der Trans istox'en wird in entsprechender Weise vergrößert wie bei einer Schaltung mit einem einzigen Schaltungssignal, ohne daß die Gateleitungsbelastung erhöht wird. Für jede Drainübertragungsleitung ergibt sich also eine weitere Erhöhung bezüglich des Betrages der Gateperipherie, welche wirksam wird, so daß eine damit einhergehende Erhöhung der Ausgangsleistung erhalten wird. Da Paare von Drainelektroden einander entsprechender Feldeffekttransistoren an entsprechenden Vrbindungspunkten an eine gemeinsame Drainübex"-tragungsleitung angeschlossen sind und da weiter die Gateperipherie für jeden Feldeffekttransistor erhöht ist, wird

die insgesamt wirksame Drainperipherie jedes Feldeffekttransistors erhöht und dadurch die optimale Ausgangsimpedanz für einen Feldeffekttransistor, der für maximale Ausgangsleistung vorgespannt ist, um einen Faktor herabgesetzt, der zu der gesaraten Erhöhung der Drainperipherie in Beziehung steht, so daß der Wert dieser optimalen Ausgangsimpedanz sich an den Wert der tatsächlichen Ausgangs impedanz jedes Feldeffekttransistors annähert.

Gemäß einem wichtigen Merkmal der hier angegebenen Ausfühx'ungsformen wird der Wert der Kapazität jedes Kondensators so eingestellt, daß eine gleichförmige Erregung oder Beaufschlagung jeder Gateelektrode der Feldeffekttransistoren erreicht wird, wodurch man eine Erhöhung des Verstärkungsgewinns für den verteilten Verstärker erzielt, wie dies auch für die Ausführungsform mit nur einem Schaltungskanal der Fall ist.

Wie bei der Ausführungsform mit einem Schaltungskanal wird auch bei der Schaltung mit zwei Schaltungskanälen ein jeweils gesonderter Schaltungszweig zum Zuführen der Hochfrequenz und der Gleichspannungsvorspannung zu den einzelnen Gateelektroden verwendet.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele zur Erläuterung der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. Es stellen dar:

Fig. 1 ein schematisches Schaltbild eines

verteilten Verstärkers mit einer Mehrzahl von Transistoren, welche in Kaskade zwischen einen Eingangsanschluß und einen Ausgangsanschluß in der hier angegebenen Weise geschaltet sind,

Fig. 2 ein schematisches Schaltbild einer Ersatzschaltung des verteilten Verstärkers nach Figur 1 in etwas vereinfachter Darstellung,

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Fig. 3 eine Aufsicht auf einen verteilten

Verstärker gemäß Figur 1, welcher als monolithischer integrierter Schaltkreis ausgebildet ist,

Fig. 4 einen Schnitt durch die integrierte

Schaltung nach Figur 3 entsprechend der in dieser Zeichnung angedeuteten Schnittlinie 4-4,

Fig. 5 eine Aufsicht auf einen Teil der Schaltung gemäß Figur 1, wobei dieser Teil einen Kopplungskondensator und einen Feldeffekttransistor erkennen läßt,

Fig. 6 einen Schnitt durch den Schaltungsteil gemäß Figur 5 entsprechend dex- in Figur 5 angedeuteten Schnittlinie 6-6,

Fig. 7 einen Schnitt durch den Schaltungsteil gemäß Figur 5 entsprechend der in Figur 5 angedeuteten Schnittlinie 7-7 zur Verdeutlichung der Verbindung zwischen dem Koppelkondensator und dem Transistor und

Fig. 8 ein schematisches Schaltbild einer

anderen Ausführungsform des verteilten Verstärkers der hier angegebenen Konstruktion.

In Figur 1 ist ein verteilter- Leistungsverstärker 10 dargestellt, welcher eine Anzahl von Feldeffekttransistoren, im vorliegenden Falle die Transistoren FET 1 bis FET 6 enthält, die in Kaskade zwischen einen Eingangsanschluß 12 und einen Ausgangsanschluß 14 geschaltet sind und welche eine Verstär-

kung von Hochfrequenzsignalen vornehmen, die dem Eingangsanschluß 12 von einer Signalquelle 15 über die übertragungsleitung T^ zugeführt wird. Vorliegend handelt es sich um eine Mikrostreifen-Übertragungsleitung mit einem bestimmten Wellenwiderstand Z_Q. Die Signale von der Signalquelle 15 gelangen dann weiter über einen Gleichstrom-Sperrkondensator C-^. Die verstärkten Hochfrequenzsignale werden am Ausgangsanschluß dargeboten und einem Verbraucher 16 zugeführt.

Die Feldeffekttransistoren FET 1 bis FET 6 sind vorliegend Halbleiterfeldeffekttransistoren mit Metallelektrode (MESFET). Die Feldeffekttransistoren FET 1 bis FET 6 besitzen Eingangselektroden, vorliegend Gateelektroden G^ bis Gg, welche jeweils in Kaskade über die Übertragungsleitungen T2 bis Τη, vorliegend Mikrostreifen-Übertragungsleitungen, und die Kondensatoren C₂ bis C7 in der dargestellten Weise zusammengeschlossen sind. Die Ausgangselektroden, vorliegend die Drainelektroden D-^ bis Dg, der genannten Feldeffekttransistoren FET 1 bis FET 6, sind über Übertragungsleitungen Tg bis T-^ und T^5 bis T₂Qr vorliegend ebenfalls Mikrostreifen-Übertragungsleitungen, in der aus Figur 1 erkennbaren Weise in Kaskade zusammengeschlossen. Die Sourceelektroden S-^ bis Sg der Transistoren FET 1 bis FET 6 sind schließlich jeweils über einen für Hochfrequenz und für Gleichstrom gemeinsamen Schaltungszweig an ein Bezugspotential, vorliegend an Erde, gelegt. Die Gateelektrode G·^ des ersten der Feldeffekttransistoren, nämlich des Feldeffekttransistors FET 1 ist mit der übertragungsleitung T₂, vorliegend, wie bereits gesagt, eine Mikrostreifen-Übertragungsleitung, gekoppelt. Die Übertragungsleitung T₂ ist mit dem Eingangsanschluß 12, und dadurch mit der Signalquelle 15, über den Kondensator C-^ gekoppelt. Die Ausgangselektrode, d. h., die Drainelektrode D-^ des ersten Feldeffekttransistors FET 1 ist mit einer Drainelektroden-Gleichstromvorspannungsschaltung 20 über die Übertragungsleitung Tg in der dargestellten Weise gekoppelt. Ein jeweils nachfolgender der Feldeffekttransistoren, hier

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der letzte oder der sechste Feldeffekttransistor FET 6 ist mit seiner Eingangselektrode oder Gateelektrode G₆ an die Schaltung 22 zum Abschluß der mit den Gateelektroden gekoppelten Übertragungsleitungen in der dargestellten Weise verbunden. Die Drainelektrode Dg des Feldeffekttransistors FET 6 ist an den Ausgangsanschluß 14 über die übertragungsleitung Ti«, die damit in Reihe liegende Übertragungsleitung T₂Q, den Gleichstrorasperrkondensator Cg und die damit wieder in Serie liegende Übertragungsleitung T₂₁ verbunden. Vorliegend ist auch die Übertragungsleitung T₂₁ als Mikrostreifen-überträgungsleitung ausgebildet.

Es sei bemerkt, daß die elektrischen Weglängen zwischen dem Eingangsanschluß 12 und dem Ausgangsanschluß 14 über jeden der einzelnen Feldeffekttransistoren FET 1 bis FET 6 im wesentlichen gleich sind. Das bedeutet, daß die Kapazitätswerte der Koppelkondensatoren C₂ bis C^, die elektrischen Längen der Übertragungsleitungen oder Übertragungsleitungsabschnitte T3 bis T^, Tg bis T₁^ und Tj^ bis T-^g zur Vex-bindung der Feldeffekttransistoren FET 1 bis FET 6 sowie die Phaseneigenschaften oder Verzögerungseigenschaften der genannten Feldeffekttransistoren insgesamt so abgestimmt und gewählt sind, daß sich die gleichen elektrischen Weglängen vom Eingangsanschluß zum Ausgangsanschluß über die einzelnen Transistoren einstellen.

Die Schaltung 20 zur Vorspannung der Drainelektroden ist vorliegend ein Leiternetzwerk mit zwei parallel liegenden, zur Erde führenden Schaltungszweigen, von denen einer den Kondensator C-.Q und der andere den Kondensator C₁₁ enthält, wobei die Übertragungsleitungen, vorliegend Mikrostreifen-Übertragungsleitungen T₂₂ und T₂ß Serienelemente der Leiterschaltung darstellen. Eine Spannungsquelle V_DD liefert eine Gleichspannung zur Vorspannung der Drainelektroden über die Eingangsklemmen 21a und 21b. Die Kondensatoren C₁₀ und C₁₁ stellen Ableitungswege niedriger Impedanz für die Hochfrequenzsignale

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zur Erde hin dar, um zu verhindern, daß diese Hochfrequenzsignale zu der die Vorspannung liefernden Gleichspannungsquelle V_DD gelangen, so daß diese Signale von der Spannungsquelle zur Lieferung der Vorspannung ferngehalten werden. Ein Gleichstromleitungsweg wird über die Übertragungsleitungen T22 ^un<3 T23 geführt, so daß Gleichstrom von der zur Lieferung der Vorspannung dienenden Spannungsquelle V^ von der Klemme 21a über die Streifenleiter der die Übertragungsleitungen T₂2 und T23 bildenden Mikrostreifenleitung der Vorspannungsschaltung 20 und dann übe*· die Übertragungsleitungen Tg bis T-^ und Tir bis T-jq zu den Drainelektroden D-^ bis Dg und von dort über die geerdeten Sourceelektroden S-^ bis Sg jeweils zur Erde fließen kann. Es sei angemerkt, daß der Nebenschlußzweig, welcher den Kondensator C^q enthält, außerdem einen in Serie geschalteten Widerstand R₂ enthält. Man erkennt aber, daß der Leitungsweg für den Gleichstrom nicht über den Widerstand R₂ zur Erde verläuft, so daß keine Gleichstromleistung in dem Widerstand R₂ verlorengeht.

Die Schaltung 22 zum Abschluß der den Gateelektroden zugeordneten übertragungsleitung enthält eine Serienschaltung aus einem Widerstand R-^ und der übertragungsleitung Tg, welche vorliegend, wie bereits angedeutet, als Mikrostreifen-Übertragungsleitung ausgebildet ist. Eine Steuerelektrodenvorspannung für jede der Gateelektroden G-^ bis Gg wird über die Widerstände Rq-j_ bis Rgg zugeführt, welche elektrisch an eine gemeinsame Vorspannungsleitung 37 angeschlossen ist, die ihrerseits wiederum an eine Vorspannungsquelle Vqq in der dargestellten Weise angeschlossen ist. Die Kondensatoren C₂ bis C-y bilden für die Vorspannung Gleichstrom-Sperrkondensatoren, so daß keine Vorspannung zu den Übertragungsleitungen T₂ bis 1-j gelangt.

Im Betrieb wixxJ ein hochfrequentes Eingangssignal von einer Hochfrequenzquelle 15 über die übertragungsleitung T-^ dem Eingangsanschluß 12 zugeführt und wird weiter durch den

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Kondensator C₁ an jede der Übertragungsleitungen T₂ bis T₇ der Reihe nach angekoppelt und gelangt daher auch zu den jeweils entsprechenden der Koppelkondensatoren C₂ bis C₇ und hierdurch an die entsprechenden Gateelektroden G₁ bis Gg der Feldeffekttransistoren FET 1 bis FET 6, welche vorgespannt sind, um eine Verstärkung der Eingangssignale mit einem bestimmten Verstärkungsfaktor vorzunehmen. Das verstärkte Signal aus dem Feldeffekttransistor 1 wird von der" Drainelektrode D^ an die Übertragungsleitung Tq weitergegeben und gelangt zu einem Schaltungspunkt 28a, um sich von dort längs der Übertragunsleitungen T₁^ bis T₁^ zu dem Schaltungspunkt 28f hin auszubreiten. Das von dem Feldeffekttransistor FET abnehmbare verstärkte Signal gelangt über die Übertragungsleitung T₁Q zu dem Schaltungspunkt 28b und von dort längs der Übertragungsleitungen T₁^ bis T₁^ wiederum zu dem Schaltungspunkt 28f, wo sich dieses Signal phasengerecht mit dem zuvor erwähnten, von dem Feldeffekttransistor FET 1 zugeführten Signal kombiniert. In entsprechender Weise liefern die nachfolgenden Transistoren FET 3 bis FET 6 jeweils ein verstärktes Hochfrequenzsignal an den jeweils folgenden der Schaltungspunkte 28c bis 28f und jedes dieser Signale kombiniert sich phasenrichtig an dem Schaltungspunkt 28f mit den von den vorausstehenden Feldeffekttransistoren zugeführten Signalen. Das gesamte zusammengesetzte Signal wird dann an dem Ausgangsanschluß 14 dargeboten.

Das Eingangssignal von der hochfrequenten Signalquelle 15 gelangt zu den GateelektxOden G₁ bis Gg über die Kondensatoren C₂ bis Cη sowie über die jeweiligen Übertragungsleitungen T3 bis T7. Die Kondensatoren C₂ bis C₇ bilden in Zusammenwirkung mit der eigenen oder inhärenten Eingangskapazität, die zwischen der Gateelektrode und der Sourceelektrode jedes der Feldeffekttransistoren FET 1 bis FET 6 herrscht, jeweils einen Spannungsteiler für die Hochfrequenzenergie. Da nur ein Teil der Eingangssignalspannung dazu verwendet wird, die Gateelektrode des jeweiligen Feldeffekt-

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transistors zu beaufschlagen, kann bei dieser Schaltungsanordnung die Gesamteingangsspannung und damit die Gesamteingangsleistung zu dem Verstärker 10 entsprechend erhöht werden. Wenn also jeder der Kondensatoren C2 bis C-, eine Kapazität aufweist, welche gleich der Eigenkapazität jedes Feldeffekttransistors ist, so entsteht ein symmetrischer Spannungsteiler und die Spannung an der Gateelektrode ist halb so groß wie die Eingangsspannung. Die Eingangsspannung kann somit verdoppelt werden und einhergehend damit erhöht sich das Vermögen der Verarbeitung von Eingangsleistung durch den verteilten Verstärker um den Faktor vier. Um denselben Verstärkungsfaktor je Stufe aufrechtzuerhalten, wird die Gateelektrodenperipherie für jedes Gerät um einen Faktor erhöht, welcher dem Spannungsteilerverhältnis entspricht. Im obigen Beispiel wird also die Gateelektrodenperipherie um den Faktor zwei erhöht. Dies wird ohne jegliche zusätzliche Belastung auf der Gatesignalübertragungsleitung erreicht, was auf dem Vorhandensein des kapazitiven Spannungsteilers beruht. Eine Erhöhung der Gateelektrodenperipherie bewirkt eine Erhöhung der Gesamthochfrequenz-Ausgangsperipherie für jeden Feldeffekttransistor, wodurch die optimale Gleichstrom-Verbraucherleitung-Ausgangsimpedanz jedes Feldeffekttransistors näher an die tatsächliche Ausgangsimpedanz an der Drainelektroden-Anschlußleitung gebracht wird.

Vorzugsweise ist der Kapazitätswert jedes der Kondensatoren C2 bis Cj so gewählt, daß sich eine vorbestimmte Beaufschla- '.. gung jedes der Feldeffekttransistoren FET 1 bis FET 6 ergibt. Dadurch wix'd der Betrag der Eingangsleistung, der jedem der Feldeffekttransistoren zugleitet wird, so optimiert, daß die Feldeffekttransistoren jeweils gleichförmig mit Eingangsleistung beaufschlagt werden. Der Kapazitätswert jedes der Kondensator C2 bis C^ wird entsprechend der" festen, inhärenten Kapazität C_GS, bis C_GSg (s. Figur 2) jedes der Feldeffekttransistoren gewählt, so daß jedem der Transistoren ein jeweils gleiches Eingangssignal erhält und ein jeweils bestimmter,

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unterschiedlich bemessener Anteil des Eingangssignales auf den mit den Gateelektroden gekoppelten Übertragungsleitungen T2 bis Τη selektiv von jedem Feldeffekttransistor abgezweigt wird. Auf diese Weise läßt sich die Eingangsleistung zu dem verteilten Verstärker 10 beachtlich erhöhen und die gesamte Steuerelektrodenperipherie kann, wie oben ausgeführt, erhöht werden. Auch der Verstäxkungsgewinn des Verstärkers wird dadurch vergrößert. Es ist daher davon auszugehen, daß die Eingangsleistung beispielsweise um einen Faktor vier und die gesamte Geräteperipherie um den Faktor zwei vergrößert werden kann und da jedes Gerät gleichförmig angeregt wird, zeigt der Verstärker einen vergrößerten Verstärkungsgewinn und einen erhöhten Wirkungsgrad, ohne daß das Eingangssignal einen der Feldeffekttransistoren sättigt.

Betrachtet man Figur 2, so erkennt man, daß in der Ersatzschaltung 10' des verteilten Verstärkers 10 nach Figur 1 die Koppelkondensatoren C2 bis C7, die Eigenkapazitäten zwischen Gateelektrode und Sourceelektrode jedes Feldeffekttransistors FET 1 bis FET 6, versinnbildlicht durch die Kondensatoren ^GSl k"^^{s C}GS6' ^unt^ schließlich auch jeweils ein Gateelektroden-Eigenwiderstand, angedeutet durch die Widerstände Rgg^ bis Rqs6 enthalten sind. Außerdem enthalten die einzelnen Ersatzschaltungsabschnitte die Drainelektrodenwiderstände ^RDS1 kis ^RDS6 ^{der Trans}i^{storen FET} 1 bis FET 6 und die Eigenkapazitäten zwischen Drainelektrode und Sourceelektrode C_Dg-^ bis C_Dcg der einzelnen Transistoren. Es sei bemerkt, daß jeder Feldeffekttransistor in dem Ersatzschaltbild eine Stromquelle enthält, welche einen Strom g_me erzeugt, wobei G_m die Dux-chleitung jedes Transistors und e die Spannung an der Eigenkapazität C_GS zwischen Sourceelektrode und Drainelektrode der Transistoren ist, wie dies angegeben wurde. Es ist weiter anzumerken, daß der Wert e, nämlich die Spannung an der Eigenkapazität C_GS zwischen Gateelektrode und Sourceelektrode, die Spannung ist, die durch den Spannungsteiler bestimmt wird, welcher jeweils aus den Koppelkondensatoren

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C2 bis Ο.η und den Eigenkapazitäten Cggn bis Cggg für jede Gateelektrode G·^ bis Gg gebildet ist.

Die Wellenwiderstände der Übertragungsleitungen T2 bis T 7 werden entsprechend den Kapazitäten Cq₅^ bis C_GSg und den Koppelkondensatoren C2 bis C7 gewählt, um ein Kettennetzwerk 10a¹ zu bilden, das eine Eingangs impedanz aufweist, die an den Wellenwiderstand der Signalquelle 15 und der übertragungsleitung Ti angepaßt ist. Es sei darauf hingewiesen, daß das Kettennetzwerk 10a¹ die Mikrostreifen-übertragungsleitungen T3 bis T7 enthält und einen bestimmten Wellenwiderstand verwirklicht, wie an andexer Stelle angegeben wurde. Es sei weiter bemerkt, daß die Impedanz der Kettenschaltung 10a¹ auch eine Funktion der Impedanz der die Schaltung abschließenden Schaltung 22 ist, welche vorliegend komplex sein muß, um ein optimales Verhalten der Schaltung über die Betriebsbandbreite zu erreichen. Der Realteil der komplexen Impedanz der Abschlußschaltung 22 wird teilweise von dem Widerstand R^ gebildet.

Es ist weiterhin anzumerken, daß die Impedanzen der Übertragungsleitungen Tq bis Ti * und Tir bis T-ig entsprechend den Eigenkapazitäten C^g^ bis C^gg gewählt sind, um den verteilten Verstärker 10 bezüglich der Schaltung 10b¹ des Ersatzschaltbildes mit einer bestimmten Ausgangsimpedanz auszustatten, die in der zuvor bereits angedeuteten Weise an die Impedanz des Verbrauchers 16 (s. Figur 1) angepaßt ist.

In den Figuren 3 bis 7 ist eine praktische Ausführungsform des verteilten Leistungsverstärkers 10 in Gestalt einer monolithischen integrierten Schaltung 10'' wiedergegeben, wobei diese Schaltung auf einem Substrat 40, vorliegend aus Galliumarsenid, hergestellt ist, an dessen Unterseite ein Leiterbelag 42 als Erdungsebene angebracht ist und welches auf Teilen seiner Oberseite epitaktische Ablagerungen 44 in Mesastruktur (s. Figuren 4, 6 und 7) trägt, wobei die die

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Mesastrukturen tragende Oberfläche von derjenigen Fläche, welche den Leiterbelag 42 für die Erdungsebene trägt, abgewandt ist und so ausgebildet ist, daß dort die aktiven Bereiche zur Bildung der Feldeffekttransistoren FET 1 bis FET hergestellt werden können. Die Sourceelektroden jedes dex-Transistoren FET 1 bis FET 6 sind elektrisch mit dem die Erdungsebene bildenden Leiterbelag 4 2 über durchplattierte Öffnungen 47 verbunden, welche in dem Substrat 40 vorgesehen sind, wobei eine überlagernde, aufplattierte Schicht 46 die Sourceelektroden der Feldeffekttransistoren FET 1 bis FET 6 insgesamt miteinander verbindet. Weiter ist festzustellen, daß jeder der Feldeffekttransistoren FET 1 bis FET 6 gleichen Aufbau besitzt und jeweils einen allgemeinen DrainelektxOdenbereich D-^ bis Dg, einen allgemeinen Gateelektrodenbereich G-i bis Gg sowie die gemeinsame Sourceelektroden-überlagerungsschicht 46 aufweist, die mit dem die Erdungsebene bildenden Leitex±>elag 42 über· die durchplattierten Öffnungen 47 verbunden ist, wie aus der Zeichnung ersehen werden kann. Betrachtet man also beispielsweise einen der Feldeffekttransistoren FET bis FET 6, vorliegend den Feldeffekttransistor FET 1, so erkennt man aus den Figuren 4 bis 7, daß dieser den erwähnten allgemeinen Drainelektx'odenbereich Di und im Abstand voneinandex" angeordnete Drainelektrodenfinger D-^_a bis D^_c aufweist, wobei Soux'ceelektrodenkontakte S^_a bis S-^ von den jeweils zugehörigen Dx'ainelektrodenf ingex^ D_a bis D_c dux^ch die Gateelektroden G-^_a bis G^£ in der dargestellten Weise getrennt sind. Die GateelektxOden Gi_a bis G-j^ sind an einem gemeinsamen Gateanschluß zusammengeschaltet, welcher vorliegend und auch in Figur 1 mit G-^ bezeichnet ist. Außex-dem ist zu erkennen, daß die Sourceelektrodenteile S^_a bis S^ elektrisch über/ die Leiterschicht 46 verbunden sind, die sich über den FeldeffekttransistoxFET 1 erstreckt und auch über die anderen Feldeffekttransistoren FET 2 bis FET 6 hinweg verläuft, wie aus den Figuren 3 und 4 erkennbar ist. Die Mikrostreifen-Übertragungsleitungen T-^ bis T₂4 werden durch entsprechend geformte Streifenleitungsabschnitte T₃^ bis T_S24 gebildet, welche von

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ΙΛ

dem die Erdungsebene bildenden Leiterbelag 42 durch ein Dielektrikum getrennt sind, welches in dem vorliegenden Beispiel durch den halbisolierenden Galliumarsenidwerkstoff des Substrates 40 gebildet ist. Ein Leiter 45 auf dem Substrat dient zur Anlegung der Gateelektrodenvorspannung an die Gateelektroden der Feldeffekttransistoren FET 1 bis FET 6. Der Leiter ist mit jeder der Gateelektroden unmittelbar über die Widerstände Rq-^ bis R_G6 gekoppelt, wie aus der Zeichnung ersichtlich ist. Die Widerstände Rqt bis Rq/- sind vorliegend durch Halbleiter-Feldeffekttransistoren mit Metallelektrode (MESFET) sowie offener bzw. freier Gateelektrode gebildet, wie in Figur 5 für den Widerstand Rq-^ dargestellt ist, um einen verhältnismäßig hohen Widerstand (ungefähr<^ 2 K Ohm) zu verwirklichen, wobei die Drainelektrode und die Sourceelektrode D bzw. S ohmische Anschlußkontakte dieses als Widerstand Rq·^ wirkenden Transistors darstellen. Wie weiterhin in den Figuren 5 und 7 gezeigt ist, weist jeder der Koppelkondensatoren C₂ bis <Ζη, in dem dargestellten Beispiel, der Kondensator C₂, eine erste ElektxOde C_2a auf, die auf dem halbisolierenden Substrat 40 angeordnet ist. über dieser ersten Elektrode C_2a ist ein geeignetes Dielektrikum C₂^ abgelagert. Ein zweiter Kondensatorbelag oder eine zweite Elektrode C2_C ist wiederum auf einem Teil des Dielektrikums abgelagert. Der zweite Kondensatorbelag C2_C ist elektrisch mit den Streifenleitern Tg2/ Tg3 verbunden, welche die Übertragungsleitungen T2 und T3 bilden. Der untere Kondensatorbelag C2_a des Kondensators C₂ ist in der dargestellten Weise an einen der" zuvor erwähnten Anschlüsse des Widerstandes Rq-^ gelegt und ist mit den Gateelektrodenfingern G"L_a bis G^£ des Feldeffekttransistors FET 1 in der dargestellten Weise gekoppelt, so daß der Kondensatorbelag C₂₃ den zuvor erwähnten Gateelektrodenanschluß G-^ des Feldeffekttransistors FET 1 bildet. Demgemäß ist der Eingangsanschluß 12 mit dem ersten Leiterbelag C₂ des Kondensators C₂ über den Streifenleiter T_g2 des die übertragungsleitung T₂ bildenden Mikrostreifen verbunden und ist außerdem an den Mikrostreifenleiter T₅^, welcher die Übertragungsleitung T 3

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Zl

bildet, angeschlossen. In entsprechender Weise sind die Gateelektrodenanschlüsse G₂ bis G₆, welche von den jeweils unteren Leiterbelägen (nicht dargestellt) der Kondensatoren C₃ bis C₇ gebildet sind, an die Mikrostreifenleiter T₃₃ bis T₃₇ angeschlossen, welche die Übertragungsleitungen T₃ bis T₇ bilden. Die Mikrostreifenleiter T₅₉ bis T₅₁₄, welche die Übertragungsleitungen Tg bis Tj₄ bilden, verbinden in der dargestellten Weise die Drainelektroden Dj bis Dg der Feldeffekttransistoren FET 1 bis FET 6 mit der Ausgangsübertragungsleitung, welche die Übertragungsleitungsabschnitte T-^ bis T₂Q enthält, wobei diese Abschnitte von den Streifenleitern T₃J^ bis T_s2q gebildet sind. Es sei bemerkt, daß jeder Streifenleitungsabschnitt T„g bis Tg-^₃ entsprechend den Übertragungsleitungen Tg bis Tj₃ eine bestimmte Länge besitzt. Die vorbestimmte Länge jedes Streifenleitungsabschnittes Tg bis Ti₄ wird so gewählt, daß sich eine Phasenkompensation bezüglich Signalen ergibt, die sich durch die Feldeffekttransistoren FET 1 bis FET 6 ausbreiten. Weiter ist anzumerken, daß in dem Ausführungsbeispiel nach Figur 3 die Länge der Übertragungsleitung Tj₄ (Figur 1) im wesentlichen gleich Null ist, so daß in Figur 3 ein Streifenleitungsabschnitt T j₄ nicht gezeigt ist. Allgemein ist jedoch ein Streifenleitungsabschnitt T_sj₄ erforderlich. Nachdem das Eingangssignal, welches sich längs der Übertragungsleitungen T₂ bis T₇ ausbreitet, kapazitiv über die Kondensatoren C₂ bis C₇ an die Gateelektroden Gj bis Gg angekoppelt wird, ist die Phasenlage des Signales anteilsmäßig eine Funktion der Kapazität jedes der Kopplungskondensatoren C₂ bis C₇. Um daher die χ-ichtige Phasenbeziehung an dem Schaltungspunkt 28f zwischen jedem durch die Drainelektroden Dj bis Dg angekoppelten Signal aufrechtzuerhalten, wird die elektrische Weglänge der Übertragungsleitungen Tg bis Tj₄ so justiert, daß die erforderliche Phasenbeziehung bezüglich der jeder Drainelektrode Dj bis D₆ angekoppelten Signale gegeben ist.

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Wie zuvor erwähnt, ist die maximale Ausgangsleistung, welche von dem verteilten Verstärker dargeboten wird, als von drei Faktoren beschränkt anzusehen.

Dementsprechend wird das Eingangssignal von dem Eingangsanschluß 12 des verteilten Verstärkers 10 aus eingekoppelt und breitet sich längs der Eingangs-Gateelektrodenleitung aus, welche die Übertragungsleitungen T₂ bis T₇ enthält. Ein jeweils ausgewählter Anteil des Eingangssignales wird an die Gateelektroden G-i bis Gg jedes einzelnen der entsprechenden Feldeffekttransistoren FET 1 bis FET 6 angekoppelt. Die Spannungsamplitude des besagten Signales, welches an die zugehörigen Drainelektroden gelangt, ist jedoch in Abhängigkeit von dem vorbestimmten Kapazitätsverhältnis der Koppelkondensatoren C₂ bis C-j in Kombination mit den internen Kapazitäten Cgg^ bis Cggg zwischen den Gate- und Sourceelektroden jedes der Feldeffekttransistoren FET 1 bis FET 6 gewählt. Durch richtige Dimensionierung des Wertes der Kapazitäten der Kondensatoren C₂ bis C-y, d. h., durch entsprechende Einstellung der Flächen der Konden- :satorbeläge C_2c bis Cg_c, in Abhängigkeit von dem maximalen Eingangssignal, welches an jeden der Feldeffekttransistoren gelangt, sowie in Abstimmung auf die Dämpfung des Eingangssignales längs der Gateelektrodenleitung, ist es möglich, die maximale Eingangsleistungsaufnahme der Schaltung zu erhöhen, während erforderlichenfalls für jeden der Feldeffekttransistoren FET 1 bis FET 6 eine gleichförmige Eingangssignalbeaufschlagung in der angegebenen Weise verwirklicht wird. Auf

ι diese Weise kann die Eingangsleistung zu dem Verstärker ganz

; wesentlich erhöht werden. Um dieselbe Verstärkung je Stufe aufrechtzuerhalten, wird die gesamte Gateelektrodenperipherie

ι jedes Feldeffekttransistors entsprechend erhöht. Dies resultiert in einer damit einhergehenden Erhöhung der Ausgangsleistung. Durch eine gleichförmige Beaufschlagung der Tran- j sistoren wird weiter eine erhöhte Ausgangsleistung bei erhöh- ' tem Verstärkungsfaktor und erhöhtem Wirkungsgrad erreicht.

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Anhand von Figur 8 sei nun ein weiteres Ausführungsbeispiel eines mit 50 bezeichneten verteilten Leistungsverstärkers beschrieben, welcher eine Anzahl von Schaltungskanälen, vorliegend die zwei Kanäle 51a und 51b enthält, wobei jeder dieser Kanäle 51a und 51b zwischen einen Hochfrequenz- Eingangsanschluß 52 und einen Hochfrequenz-Ausgangsanschluß 54 geschaltet ist, so daß eine Verstärkung von Hochfrequenzsignalen erzielt wird, welche an den Eingangsanschluß 52 von einer Signalquelle 55 her über eine Übertragungsleitung Tcq gelegt werden, welche vorliegend eine Mikrostreifen-Übertragungsleitung ist, wobei die verstäx'kten hochfrequenten Signale an dem mit 54 bezeichneten Ausgangsanschluß erscheinen und an einen Verbraucher 56 gelangen. Jeder der genannten Mehrzahl von Schaltungskanälen 51a und 51b enthält eine Anzahl von vorliegend sechs Feldeffekttransistoren. Die Feldeffekttransistoren FET 11 bis FET 16 sind dem Schaltungskanal 51a zugeordnet und die Feldeffekttransistoren FET 17 bis . FET 22 sind dem Schaltungskanal 51b zugeordnet.

Die genannten Feldeffekttransistoren sind wiederum, wie beim Ausführungsbeispiel nach Figur 1, Halbleiter-Feldeffekttransistoren mit Metallelektrode. Die Feldeffekttransistoren ; FET 11 bis FET 16, welche sich in der ersten Schaltungsstufe 51a befinden, besitzen die mit G₁₁ bis G-^g bezeichneten Gateelektroden, welche über die übertragungsleitungen, vorliegend Mikrostreifen-übertragungsleitungen T^₂ bis T₅g und die Koppelkondensatoren T₂₁ bis T₂g, in Kaskade geschaltet sind. Die Ausgangselektroden, vorliegend die Drainelektroden D₁₁ bis D₁₆ der Feldeffekttransistoren FET 11 bis FET 16, sind elektrisch über die Übertrgungsleitungen, nämlich die Mikrostreifen-übertragungsleitungsabschnitte T^g bis Tg^ und Tg₄ bis Tgg in der dargestellten Weise elektrisch in Kaskade geschaltet. Die Sourceelektroden S₁₁ bis S₁₆ der Feldeffekttransistoren FET 11 bis FET 16 sind an ein Bezugspotential im beschriebenen Ausführungsbeispiel an Erde, über einen gemeinsamen Hochfrequenzschaltungszweig und Gleichstromschaltungszweig zusammengeschlossen, wie ebenfalls aus dem Schalt-

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bild zu ersehen ist. Jede Gateelektrode G-^ bis G-^g ist über einen jeweils zugehörigen aus einer Mehrzahl von Widerständen, vorliegend über die Widerstände Rqh bis ^16 ^an eine Gleichstrom-Vorspannungsleitung 67a angeschlossen.

In ganz entsprechender Weise enthält der zweite Schaltungskanal 51b des zweistufig ausgebildeten verteilten Verstärkers 50 die Feldeffekttransistoren FET 17 bis FET 22. Die Gateelektroden dieses Schaltungszweiges, nämlich die Gateelektroden G-^7 bis G₂2 sind elektrisch über die Übertragungsleitungen T52« bis ^T56' sowie «aie Koppelkondensatoren ^-^i bis C251 in Kaskade geschaltet. Die Ausgangselektroden, nämlich die Drainelektroden Ό-^-j bis D22 sind elektrisch über die Übertragungsleitungen T^g1 bis Tg-^i sowie die Übertragungsleitungen Tg^i bis Tggi in Kaskade zusammengeschaltet. Wie somit aus Figur 8 ersichtlich, sind die Drainelektroden D^7 bis D₂2 ^an eine gemeinsame Serien-Kaskadenleitung in Form der Mikrostreigen-Übertragungsleitung mit den Übertragungsleitungsabschnitten Tg^ bis Tgg angeschlossen. Außerdem ist aus dem Schaltbild zu erkennen, daß die Drainelektroden D-n bis D-^g und D-^ bis D22 iⁿ den Schaltungspunkten 58a bis ι 58d an die Übertragungsleitungen angeschlossen sind. Das bedeutet im einzelnen, daß die Drainelektroden D^ und D·^ an idem gemeinsamen Schaltungspunkt 58a mit der übertragungsleitung Tg4 verbunden sind und daß ein jeweils nachfolgendes Paar dex" Paare von Drainelektroden Di^ bis Dn g und Dig bis D22 ^mit dem jeweils entsprechend folgenden Abschnitt der ^; Übertragungsleitungen Tg^ bis Tgg an dem jeweils Zugehörigen der Schaltungspunkte 58b bis 58f angeschlossen ist. Die Sourceelektroden der Transistoren FET 11 bis FET 22 sind an ein gemeinsames Bezugspotential, vorliegend Erde, über einen gemeinsamen Hochfrequenzschaltungszweig und einen gemeinsamen ' Gleichstromschaltungszweig angeschlossen, wie aus dem Schaltbild entnommen werden kann. Die Gateelektroden G·^ bis G22 sind außerdem über die Widerstände Rqit bis Rq22 ^an ^^^e gemeinsame Gleichstrom-Vorspannungsleitung 67b angeschlossen,

welche ihrerseits vorzugsweise mit der Gleichstrom-Vorspannungsleitung 67a gekoppelt ist.

Die Drainelektroden-Vorspannungsschaltung 40 ist bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel ein Leiternetzwerk oder eine Kettenschaltung mit drei parallel geschalteten Zweigen, welche geerdet sind, wobei diese Zweige die Kondensatoren ^29' ^30 ^un^ ^31 ^sow^-^e Übertragungsleitungen, vorliegend die Mikrostreifen-Übertragungsleitungen T-j^, T72 ^un<3 T73 enthalten, welche die Reihenschaltungselemente der Kettenschaltung darstellen. Die Eingangsanschlüsse 41a und 41b der Schaltung dienen zur Ankopplung einer Vorspannungsquelle, etwa einer Quelle zur Lieferung der Spannung V_DD, zur Lieferung einer Drainelektroden-Gleichspannungsvorspannung, wie dies im Zusammenhang mit Figur 1 bereits ausgeführt wurde.

Der verteilte Leistungsverstärker 50 nach Figur 8 enthält weiter ein Paar von Abschlußschaltungen 22 und 22' für die Gateelektroden-Eingangsleitungen. Im Beispiel nach Figur 8 enthält die Gateelektrodenleitungs-Abschlußschaltung 22 ebenso

wie die Gateelektroden-Abschlußschaltung 22' in Reihenschaltung einen Widerstand R^ bis R^ _t und eine Mikrostreifen- : Übertragungsleitung Tc-j bzw. T571 sowie einen Kondensator C97.

j Die den Drainelektroden zugeordnete übertragungsleitung Tg^ bis Tgg ist mit einer komplexen Impedanz abgeschlossen, welche in Serienschaltung eine Übertragungsleitung Tgg, einen Gleichstrom-Sperrkondensator C28 ^un(3 eine Übertragungsleitung T-^q enthält, die wiederum an den Ausgangsanschluß 54 gelegt ist, wie Figur 8 zu entnehmen ist.

Im Betrieb wird ein hochfrequentes Eingangssignal von der Signalquelle 55 her an den Eingangsanschluß 52 gelegt und gelangt von dort zu der übertragungsleitung 50. Die Übertragungsleitungen T^-J₁, T5J1 und T5Q bilden in Zusammenwirkung • eine abgeglichene Leistungsaufteilungsschaltung 60, wie dies

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η-

bereits an anderer Stelle angegeben ist. Ein Paar von sekundären Eingangssignalen im wesentlichen gleicher Amplitude und gleicher Phasenlage breitet sich durch die Schaltungskanäle 51a und 51b über die Übertragungsleitungen Tc₂ bis Tcg bzw. T52« bis Trc, aus. Das Signal, welches über die Ubertragungsleitungen T^₁ bis T^g fließt, wird über jeweils entsprechende der Kondensatoren C₂₁ bis C₂g an die zugehörigen Gateelektroden G₁₁ bis G₁₆ der Feldeffekttransistoren FET 11 bis FET 16 angekoppelt, welche so vorgespannt sind, daß eine Verstärkung der eingegebenen Signale erhalten wird. Das verstärkte Signal vom Feldeffekttransistor FET 11 wird über die Drainelektrode D₁₁ an die übertragungsleitung T^q angekoppelt und erreicht den Schaltungspunkt 58a, um sich dann längs der Übertr"agungsleitungen Tg^ bis Tgg zu dem Schaltungspunkt 58f hin auszubreiten. Das verstärkte Signal, das von dem Feldeffekttransistor FET abnehmbar ist, wird über die übertragungsleitung Tcg zu dem Schaltungspunkt 58b hin ausgekoppelt und fließt dann längs der Ubertragungsleitungen Tg^ bis Tgo zu dem Schaltungspunkt 58f, um sich dort phasengerecht mit dem zuvor von dem Feldeffekttransistor FET 11 zum Schaltungspunkt 58f übertragenen Signal zu überlagern. In entsprechender Weise liefern die _: jeweils nachfolgenden Transistoren FET 13 bis FET 16 jeweils ein verstärktes Hochfrequenzsignal an die jeweils darauffolgenden Schaltungspunkte 58c bis 58f und jedes dieser Signale kombiniert sich phasenrichtig am Schaltungspunkt 58f mit dem s zuvor von den jeweils vorausgehenden Feldeffekttransistoren dorthin abgegebenen Signalen. Das insgesamt gebildete zusammengesetzte Signal wird dann an dem Ausgangsanschluß 54 dargeboten.

Das Eingangssignal, welches von der Hochfrequenz-Signalquelle 55 in die Übertragungsleitung T^₁ eingegeben wird, wird, wie \ bereits erwähnt, an die Gateelektroden G₁₁ bis G₁₆ jeweils j über entsprechende der Kondensatoren C₂₁ bis C₂g angekoppelt. | Die Kondensatoren C₂₁ bis C₂₆ bilden in Zusammenwirkung mit den Eigenkapazitäten zwischen der Gateelektrode und der

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ZS

Sourceelektrode der Feldeffekttransistoren FET 11 bis FET einen Spannungsteiler für die Hochfrequenzenergie. Aufgrund der Wirkung der Kondensatoren C₂^ bis C₂g wird das Eingangsleistungs-Aufnahmevermögen des Verstärkers erhöht. Vorzugsweise wird durch Wahl der Werte der Kapazität jedes Kondensators ein jeweils unterschiedliches Kopplungsverhältnis der Eingangsspannung zu den Feldeffekttransistoren FET 11 bis FET 22 verwirklicht, so daß eine gleichförmige Beaufschlagung jedes der Transistoren erreicht wird, woraus eine erhöhte Leistungsaufnahraefähigkeit, ein erhöhter Verstärkungsgewinn und ein erhöhter Wirkungsgrad resultieren.

In entsprechender Weise wird das Signal, welches durch die Übertragungsleitungen T₅^1 bis T^g1 gelangt, jeweils über die Kondensatoren C₂-^i bis C₂gi an die zugehörigen Gateelektroden G₁₇ bis G₂₂ der Feldeffekttransistoren FET 17 bis FET 22 gelegt und die Ausgangssignale der Transistoren gelangen zu den Schaltungspunkten 58a bis 58f, wo eine Kombination mit den entsprechenden Signalen von den Feldeffekttransistoren FET 11 bis FET 16 stattfindet, wie ebenfalls an anderer Stelle beschrieben worden ist.

¹Es ergibt sich, daß die elektrischen Weglängen zwischen dem 'Eingangsanschluß 52 und dem Ausgangsanschluß 54 über die jeweiligen Feldeffekttransitoren FET 11 bis FET 22 im wesentlichen gleich sind. Das bedeutet, daß die effektiven Längen der Übertragungsleitungen T₅₁ bis T₅₆, T₅₁I bis T₅₆I, T₅₈ bis T₆₃, T₅₈I bis T₆₃I sowie T₆₄ bis T₆₈, welche die Feldeffekttransistoren FET 11 bis FET 22 verbinden, sowie das Phasenverhalten oder die Verzögerungseigenschaften der Feldeffekttransistoren FET 11 bis FET 22 insgesamt so gewählt sind, daß sich die genannten gleichen elektrischen Weglängen ergeben. Es ist außerdem zu beachten, daß die Koppelkondensatoren C₂^ bis C₂g und C₂^i bis C₂gi einen bestimmten kapazitiven Blindwiderstand in Zusammenwirkung mit dem festen Blindwiderstand der Feldeffekttransistoren zwischen Sourceelektrode und Gateelektrode haben, so daß sie in Zusammenwirkung eine bestimmte

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Iq

Phasenverzögerung für die Signale zu den einzelnen Feldeffekttransistoren FET 11 bis FET 22 hin bewirken. Um daher gleiche elektrische Weglängen zwischen dem Eingangsanschluß 52 und dem Ausgangsanschluß 54 über jeden der genannten Feldeffekttransistoren vorzusehen, werden die elektrischen Weglängen der Übertragungsleitungen T^g bis Tg3 und T^g₁ bis Tg-31 entsprechend den im Zusammenhang mit Figur 1 erläuterten Gesichtspunkten gewählt.

Ein in die Leistungsaufteilungsschaltung 60 eingegebenes Signal wird also im wesentlichen zu gleichen Teilen auf die Übertragungsleitungen Ttj-L und T₅-J^i aufgeteilt. Der Wellenwiderstand der übertragungsleitung T₅Q in Verbindung mit der Übertragungsleitung Tg^ sowie den Übertragungsleitungen T52 bis T^g führt zu derselben Eingangsimpedanz wie ihn die Übertragungsleitung TrjQ in Zusammenwirkung mit den Übertragungsleitungen Tg-p sowie T^2« bis T^gi haben. Die Eingangsleistung, die zu jeder der Gateelektroden G·^ bis G-^g der Feldeffekttransistoren des ersten Schaltungskanals 51a gelangt, ist somit im wesentlichen gleich der Eingangsleistung, die zu den Gateelektroden G-^ bis G22 der Feldeffekttransistoren des zweiten Schaltungskanals 51b geführt wird. Indem man somit dieselbe Eingangsleistung in jeden Schaltungskanal 51a und 51b des verteilten Verstärkers 50 einführt, kann die maximale Eingangsleistung, welche dem verteilten Verstärker 50 zugeführt wird, um den Faktor zwei, im Vergleich zu der maximalen Eingangsleistung zu herkömmlichen verteilten Verstärkern, erhöht werden. Da weiter jede Gateelektrode G-^ bis G-^g mit dem zugehörigen Übertragungsleitungsabschnitt T52 bis T^g und T52' bis Tr,, über einen Kondensator gekoppelt ist, wird ein Spannungsteiler gebildet, welcher das Eingangsleistungs-Aufnahmevermögen jedes Feldeffekttransistors erhöht, wie dies im Zusammenhang mit Figur 1 bereits ausgeführt wurde.

Die Gesamt-Gateelektrodenperipherie des verteilten Verstärkers wird weiter um den Faktor zwei im Vergleich zu entsprechenden herkömmlichen verteilten Verstärkern erhöht. Nachdem die

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Gesamt-Gateelektrodenperipherie zwischen zwei getrennten Schaltungskanälen 51a und 51b des verteilten Verstärkers 50 aufgeteilt wird, ist die Gesamt-Gateelektrodenperipherie-Belastung für das hochfrequente Eingangssignal, welches in jeden der genannten Schaltungskanäle 51a und 51b eingegeben wird, gleich der Gesamt-Gateelektrodenperipherie-Belastung bei einem herkömmlichen verteilten Verstärker mit einem einzigen Schaltungskanal. Nachdem also die Drainelektroden D^ bis D₂₂ der Feldeffekttransistoren FET 11 bis FET 22 an eine gemeinsame, den Drainelektroden zugeordnete übertragungsleitung mit den Übertragungsleitungsabschnitten Tg* bis Tgo angekoppelt sind und an die Feldeffekttransistoren FET 11 bis FET 22 Hochfrequenzenergie in Abhängigkeit von Signalen auf zwei getrennten Signalleitungen zu den Gateelektroden gelangt, ergibt sich eine Ausgangsleistung entsprechend dem Zweifachen der Gateelektrodenperipherie eines herkömmlichen, einen Schaltungskanal aufweisenden verteilten Verstärkers. Die Gateelektrodenperipherie jedes Transistors kann jedoch auch ohne eine Belastung der Gateelektroden-Signalleitung erhöht werden, wie im Zusammenhang mit Figur 1 ausgeführt wurde.

Da die Drainelektroden D-q bis D₂₂ der Feldeffekttransistoren FET 11 bis FET 22 Ausgangsleistung an eine gemeinsame Über- j tragungsleitung mit den Übertragungsleitungsabschnitten Tg^ : bis Tgg abgeben und da entsprechende Paare der Dx-ainelektroden elektrisch an den jeweils entsprechenden Schaltungspunkten 58a bis 58f zusammengeschaltet sind, wird die effektive Drainelektrodenperipherie, welche an die Ausgangsleitung ■ angekoppelt ist, verdoppelt und die Feldeffekttransistoren werden effektiv parallel geschaltet. Nachdem außerdem noch die Gateperipherie jedes Transistors erhöht wird, ergibt sich eine Vergrößerung der Gesamt-Drainelektrodenperipherie jedes Transistors. Die optimale Ausgangsimpedanz eines Feldeffekt- ! transistors, welcher zur Erzielung eines maximalen Verstär- > kungsgewinns vorgespannt ist, wird somit um einen Faktor reduziert, welcher von der effektiven Erhöhung der Drain-

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elektrodenperipherie abhängig ist, indem die Feldeffekttransistoren parallel geschaltet werden und indem ferner eine effektive Erhöhung der Drainelektrodenperipherie jedes Feldeffekttransistors erreicht wird. Aus diesem Grunde liegt dann die optimale Ausgangs impedanz jedes Feldeffekttransistors näher an der praktischen lastliniengemäßen Impedanz der betreffenden Feldeffekttransistoren, wobei letztgenannte Impedanz durch die Ausgangsimpedanz des betreffenden verteilten Verstärkers vorgegeben ist.

Außerdem wird, wie ebenfalls vorstehend mehrfach gesagt ist, der Wert der Kapazität jedes der Koppelkondensatoren C₂^ bis C₂g und C₂^i bis C₂gi in Entsprechung zu der festen Eigenkapazität jedes der Feldeffekttranistoren so gewählt, daß jeder Feldeffekttransistor ein gleichförmiges Eingangssignal erhält, was bedeutet, daß ein vorbestimmter, jeweils unterschiedlich bemessener Anteil des Eingangssignales auf den Gateelektrodenleitungen T^ bis T^g und Tg-^i bis T^g 1 selektiv dem jeweiligen Feldeffekttransistor zugeführt wird. Auf diese Weise kann die Eingangsleistung zu dem verteilten Verstärker 50 beachtlich erhöht werden und die Gesamt-Gateelektrodenperipherie kann erhöht werden, wie dies bei der Erläuterung von Figur 1 bereits ausgeführt wurde. Durch Schaffung der Schaltungskanäle 51a und 51b und Vorsehen der Koppelkondensatoren C₂I bis C₂g bzw. C₂^i bis C₂gi wird das Eingangsleistungs-Aufnahmevermögen des veteilten Verstärkers 50 erhöht und die Gateelektrodenperipherie jedes Transistors sowie auch die Drainelektrodenperipherie sowie die effektive Drainelektrodenperipherie jedes Transistors werden in der beschriebenen Weise erhöht. Weiter ergibt die gleichförmige Beaufschlagung jedes Transistors eine Verbesserung bezüglich des Verstärkungsgewinns, des Wirkungsgrades und der Ausgangsleistung.

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Claims

Patentansprüche

/ Verteiltex- Leistungsverstärker mit einem Eingangsanschluß --^f und einem Ausgangsanschluß sowie einer Anzahl von in Kaskade geschalteten Transistoren, welche jeweils eine Eingangselektrode und eine Ausgangselektrode besitzen, gekennzeichnet durch ' Kopplungsschaltungen mit einer Anzahl von Kondensatoren, welche je eine der Eingangselektroden der genannten Anzahl von Transistoren mit dem Eingangsanschluß koppeln, sowie durch eine Ausgangskaskadenschaltung zur Verbindung der Ausgangselektroden der Transistoren mit dem Ausgangsanschluß.
2. Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplungsschaltungen einen übertragungsleitungszug enthalten und daß die Kondensatoren zwischen den übertragungsleitungszug

; und eine jeweils zugehörige der Eingangselektroden der Tran-, sistoren geschaltet sind. *
3. Verstärker nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Transistoren eine an ein Bezugspotential gelegte Elektrode enthält und eine Blindwiderstandskomponente zwischen ^! der an das Bezugspotential gelegten Elektrode und der Eingangselektrode darbietet, daß ferner ein hochfrequentes Eingangssignal an den Eingangsanschluß anlegbar ist und daß der Wert der Kapazität jedes der Kondensatoren in Abhängigkeit von dem Wert der Blindwiderstandskomponente des zugehörigen Transistors so gewählt ist, daß ein vorbestimmter Bruchteil des hochfrequenten Eingangssignales zu dem betreffenden Transistor gelangt.
4. Verstärker nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der | Kapazitätswert der Kondensatoren so gewählt ist, daß sich für die einzelnen Transistoren im wesentlichen vorbestimmte gleichmäßige Bruchteile des Eingangs-Hochfrequenzsignales ergeben. ι

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5. Verstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplungsschaltungen eine Impedanz aufweisen, welche in Abhängigkeit der inneren Impedanz der Transistoren zwischen der Eingangselektrode und einer insbesondere geerdeten Bezugselektx'ode sowie der Reaktanz des zugehörigen Kondensators so gewählt ist, daß der Verstärker eine vorbestimmte Eingangs impedanz aufweist.
6. Verstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die an die Ausgangselektroden der Transistoren angeschlossene Ausgangsschaltung einen gemeinsamen Ausgangsübertragungsleitungszug sowie eine Anzahl von übertragungsleitungsabschnitten enthält, welche einerseits an die
entsprechende Ausgangselektrode eines jeweiligen Transistors sowie an den Ausgangsübertragungsleitungszug angeschlossen
sind, wobei die einzelnen Übertragungsleitungsabschnitte

eine bestimmte elektrische Weglänge in Abstimmung mit dem
Wert der jeweils zugehörigen Kondensatoren besitzen, so daß A zwischen dem Eingangsanschluß und dem Ausgangsanschluß des
'" Verstärkers über die einzelnen Transistoren jeweils gleiche elektrische Weglängen gebildet sind.

•
7. Verstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß, insbesondere in symmetrischer Anordnung, eine zweite Anzahl in Kaskade geschalteter Transistoren
sowie eine zweite Anzahl zugehöriger Kopplungsschaltungen
mit darin enthaltenen Kondensatoren der gemeinsamen Ausgangsschaltung zugeordnet ist, derart, daß zwei parallele Schaltungskanäle gebildet sind, denen das Eingangssignal über
eine Leistungsaufteilungsschaltung zuführbar ist, während
das verstärkte Ausgangssignal von einem gemeinsamen Ausgangs-

; anschluß der gemeinsamen Ausgangsschaltung abnehmbar ist.
8. Verstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die gemeinsame Ausgangsschaltung einen
Wellenwiderstand aufweist, welcher in Abhängigkeit von der

Eigenimpedanz der Transistoren zwischen der Ausgangselektrode und einer an Bezugsspannung angelegten Elektrode der Transistoren so gewählt ist, daß sich eine vorbestimmte Ausgangsimpedanz ergibt.
9. Verstärker nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsschaltung eine gemeinsame übertragungsleitung enthält und daß jede der Ausgangselektroden der Transistoren über einen übertragungsleitungsabschnitt mit der gemeinsamen Ausgangsübertragungsleitung verbunden ist, wobei die elektrische Weglänge der übertragungsleitungsabschnitte in Abstimmung mit den zugehörigen Kapazitätswerten der Kondensatoren so gewählt ist, daß sich gleiche Weglängen zwischen dem Eingangsanschluß und dem Ausgangsanschluß des Verstärkers über die einzelnen Transistoren ergeben.
10. Verstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Transistoren Feldeffekttransistoren sind .
11. Verstärker nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die in Kaskade geschalteten Gateelektroden jeweils mit gesonderten Schaltungszweigen für eine Vorspannung und für die Hochfrequenzsignale verbunden sind und daß die in Kaskade geschalteten Drainelektroden über Übertragungsleitungsabschnitte mit dem Ausgangsanschluß des Verstärkers verbunden sind .
12. Verstärker nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Zuführung der Vorspannung zu den Gateelektrodeη dienenden Schaltungszweige übet" eine Reihe von jeweils den Schaltungszweigen angehörenden Widerständen an eine gemein-

same Vorspannungsleitung angeschlossen sind.