DE3884635T2 - Nichtlineare Signalgeneratorschaltung und davon Gebrauch machende nichtlineare Kompensiereinrichtung. - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Kompensieren der Nichtlinearität von Verstärkern unter Verwendung eines Vorverzerrungsprinzips sowie eine nichtlineare Signalgeneratorschaltung, von der eine solche Einrichtung Gebrauch macht. Insbesondere betrifft die Erfindung eine nichtlineare Kompensiereinrichtung, die eine Verzerrungsgeneratorschaltung verwendet, in der Dioden als verzerrungserzeugende Elemente eingebaut sind.
• Die US-A-4 588 958 betrifft eine variable reflektierende Vorverzerrungsschaltung. Die US-A-4 588 958 offenbart eine nichtlineare Signalgeneratorschaltung mit einer Quadraturhybridschaltung, die einen Eingangskanal, einen Koppelkana!, einen Durchlaßkanal und einen Ausgangskanal hat. Eine Parallelverbindung wird an einer Seite am Durchlaßkanal der Quadraturhybridschaltung angeschlossen und an der anderen Seite an Masse gelegt. Die Parallelverbindung wird durch eine erste und eine zweite Diode gebildet, die parallel geschaltet sind und entgegengesetzte Polarität zueinander haben.
• Die US-A-4 122 399 betrifft einen Verzerrungsgenerator. Die US-A-4 122 399 zeigt einen Koppelkanal und einen Durchlaßkanal, an denen jeweils eine identische Schaltung angeschlossen ist. Dem Koppelkanal und dem Durchlaßkanal ist jeweils nur eine Diode zugeordnet.
• Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine nichtlineare Signalgeneratorschaltung zu schaffen, die über eine große Bandbreite betrieben werden kann.
• Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine nichtlineare Signalgeneratorschaltung zu schaffen, die mit einer Planarschaltung und daher mit einer integrierten Mikrowellenschaltung verwirklicht werden kann.
• Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine nichtlineare Signalgeneratorschaltung zu schaffen, bei der die Notwendigkeit der Einstellung entfällt.
• Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine nichtlineare Kompensiereinrichtung mit hoher Breitbandleistung zu schaffen.
• Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine nichtlineare Kompensiereinrichtung zu schaffen, bei der die Eigenschaftsstreuung infolge des Anschlusses einzelner Bauelemente beseitigt und dadurch die Einheitlichkeit von Eigenschaften gefördert wird.
• Diese Aufgaben werden durch eine nichtlineare Signalgeneratorschaltung und eine nichtlineare Kompensiereinrichtung gemäß den Ansprüchen gelöst.
• Erfindungsgemäß weist eine nichtlineare Signalgeneratorschaltung auf: eine Quadraturhybridschaltung mit einem Eingangskanal, einem Koppelkanal, einem Durchlaßkanal und einem Ausgangskanal, eine erste Parallelverbindung, gebildet durch eine erste und eine zweite Diode, die parallel und in entgegengesetzter Polarität zueinander geschaltet sind, und einen ersten, parallel zur ersten und zweiten Diode geschalteten Abschlußwiderstand, wobei die erste Parallelverbindung an einer Seite am Koppelkanal der Quadraturhybridschaltung angeschlossen und an der anderen Seite an Masse gelegt ist, sowie eine zweite Parallelverbindung, gebildet durch eine dritte und eine vierte Diode, die parallel und in entgegengesetzter Polarität zueinander geschaltet sind, und einen zweiten, parallel zur dritten und vierten Diode geschalteten Abschlußwiderstand, wobei die zweite Parallelverbindung an einer Seite am Durchlaßkanal der Quadraturhybridschaltung angeschlossen und an der anderen Seite an Masse gelegt ist.
• Erfindungsgemäß weist ferner eine nichtlineare Kompensiereinrichtung auf: einen durch einen Eingangskanal und eine erste Quadraturhybridschaltung gebildeten Leistungsverteiler, einen durch eine zweite Quadraturhybridschaltung und nichtlineare Elemente gebildeten und am Leistungsverteiler angeschlossenen Verzerrungsgenerator, ein durch eine dritte Quadraturhybridschaltung und PIN-Dioden gebildetes und an der Verzerrungsgeneratorschaltung angeschlossenes variables Dämpfungsglied, einen durch eine vierte Quadraturhybridschaltung und Fortpflannungsleitungen gebildeten und am Leistungsverteiler angeschlossenen festen Phasenschieber, einen durch eine fünfte Quadraturhybridschaltung und Varaktordioden gebildeten und am festen Phasenschieber angeschlossenen variablen Phasenschleber sowie einen durch eine sechste Quadraturhybridschaltung und einen Ausgabeanschluß gebildeten und am variablen Dämpiungsglied sowie am variablen Phasenschieber angeschlossenen Leistungskombinator.
• Diese und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachfolgenden eingehenden Beschreibung im Zusammenhang mit den beigeftigten Zeichnungen hervor. Es zeigen:
• Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Ausfuhrungsform einer erfindungsgemäßen nichtlinearen Signalgeneratorschaltung;
• Fig. 2 eine schematische Blockdarstellung einer erfindungsgemäßen nichtlinearen Kompensiereinrichtung; und
• Fig. 3 eine Perspektivansicht der Einrichtung von Fig. 2, die in eine integrierte Mikrowellenschaltung eingebaut ist.
• Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße nichtlineare Signalgeneratorschaltung, die allgemein durch die Bezugszahl 30 bezeichnet ist. Wie dargestellt ist, enthält die Schaltung 30 als ihren Hauptbestandteil eine Quadraturhybridschaltung 32. Die Quadraturhybridschaltung 32 hat einen Eingangskanal 34, einen als Ausgangskanal dienenden Isolationskanal 36, einen Koppelkanal 38, an dem zwei Dioden 40 und 42 sowie ein Abschlußwiderstand 44 angeschlossen sind, und einen Durchlaßkanal 46, an dem zwei Dioden 48 und 50 sowie ein Abschlußwiderstand 52 angeschlossen sind. Die Dioden 40 und 42 sind parallel und in entgegengesetzter Polarität zueinander geschaltet, was auch für die Dioden 48 und 50 gilt. Hochfrequenzmäßig sind die Dioden 40 und 48 sowie die Abschlußwiderstände 44 und 52 über Ableitkondensatoren 54, 56, 58 bzw. 60 an Masse gelegt. Andererseits sind die Dioden 42 und 50 direkt an Masse gelegt. Ein Vorspannungsanschluß 62 ist an der Verbindung der Dioden 40 und 48 mit den Ableitkondensatoren 56 und 58 vorgesehen, über den ein Vorstrom zu den vier Dioden 40, 42, 48 und 50 geführt werden kann. Bei diesem Aufbau wird ein am Eingangskanal 34 angelegtes Hochfrequenzsignal aufgeteilt und erreicht einerseits den Koppelkanal 38 und andererseits den Durchlaßkanal 46. Das den Koppelkanal 38 erreichende Signal wird bis zu den Dioden 40 und 42 sowie dem Abschlußwiderstand 44 geführt, während das andere, den Durchlaßkanal 46 erreichende Signal bis zu den Dioden 48 und 50 sowie dem Abschlußwiderstand 52 geführt wird. Infolge dessen werden durch die Quadraturhybridschaltung 32 nur nichtlineare Signale kombiniert, die einzeln durch die Dioden 40 und 42 sowie die Dioden 48 und 50 erzeugt werden, wobei ein zusammengesetztes Signal am Ausgangskanal 36 erscheint.
• Die nichtlineare Signalgeneratorschaltung 30 mit dem vorstehenden Aufbau kann vorteilhaft über eine große Bandbreite betrieben werden, da ihr Hauptelement die Quadraturhybridschaltung 32 ist. Die Quadraturhybridschaltung 32 läßt sich leicht mit einer Planarschaltung verwirklichen, wodurch die Schaltung 30 in einer integrierten Mikrowellenschaltungskontiguration hergestellt werden kann. Zusätzlich entfällt durch die Quadraturhybridschaltung 32 die Notwendigkeit der Einstellung.
• Gemäß Fig. 2 enthält eine erfindungsgemäße nichtlineare Kompensiereinrichtung, allgemein durch 110 bezeichnet, sechs Quadraturhybridschaltungen 112, 114, 116, 118, 120 und 122, die in verteilter Konstantleitung identisch sind. Die erste Quadraturhybridschaltung 112 ist an einem Eingabeanschluß 126 angeschlossen und dient als Leistungsverteiler 124. Einer der beiden Ausgabeanschlüsse des Leistungsverteilers 124 ist an einer Verzerrungsgeneratorschaltung 128 angeschlossen, die mit der Verzerrungsgeneratorschaltung gemäß Fig. mit Ausnahme einer Schaltung für die Gleichstrom-Vorspannung und der Ableitkondensatoren 54 bis 60 identisch ist. Die Schaltung 128 wird durch die zweite Quadraturhybridschaltung 114 und zwei an die Hybridschaltung 114 angeschlossene Parallelverbindungen 130 und 132 gebildet. Die Parallelverbindung 130 besteht aus Dioden 134 und 136 sowie einem parallel zu den Dioden 134 und 136 geschaltenen Abschlußwiderstand 138, während die Parallelverbindung 132 aus Dioden 140 und 142 sowie einem parallel zu den Dioden 140 und 142 geschalteten Abschlußwiderstand 144 besteht. Die Dioden 134 und 136 sind parallel und in entgegengesetzter Polarität zueinander geschaltet, was auch für die Dioden 140 und 142 gilt, wobei jede Diode als nichtlineares Element dient. An der Verzerrungsgeneratorschaltung 128 ist ein variables Dämpfüngsglied 146 angeschlossen, das durch die dritte Quadraturhybridschaltung 116 sowie zwei PIN-Dioden 148 und 150 gebildet wird. Eine Schaltung für die Gleichstrom-Vorspannung für diese Dioden 148 und 150 ist in Fig. 2 nicht dargestellt. Das variable Dämptungsglied 146 ist an einem Leistungskombinator 152 angeschlossen, der durch die sechste Quadraturhybridschaltung 122 gebildet wird und mit einem Ausgabeanschluß 154 versehen ist. Auf diese Weise sind die Verzerrungsgeneratorschaltung 128 und das variable Dämpfüngsglied 146 zwischen dem Leistungsverteiler 124 und dem Leistungskombinator 152 kaskadiert und bilden einen nichtlinearen Weg.
• Ein fester Phasenschieber 156 besteht aus der vierten Quadraturhybridschaltung 118 und zwei verteilten Konstantleitungen 158 und 160. Der feste Phasenschieber 156 ist am anderen Ausgabeanschluß des Leistungsverteilers 124 und an einem variablen Phasenschieber 162 angeschlossen, der aus der fünften Quadraturhybridschaltung 120 und zwei Varäktordioden 164 und 166 besteht. Eine Schaltung für die Gleichstrom-Vorspannung für diese Varaktordioden ist in Fig. 2 nicht dargestellt. Zu einem variablen Phasenschieber dieser Art kann auf die US-A-4 638 269 Bezug genommen werden. Der variable Phasenschieber 162 ist am Leistungskombinator 152 angeschlossen. Wie dargestellt ist, sind der feste Phasenschleber 156 und der variable Phasenschieber 162 zwischen dem Leistungsverteiler 124 und dem Leistungskombinator 152 kaskadiert und bilden einen linearen Weg, der symmetrisch zum zuvor erwähnten nichtlinearen Weg ist. Über die beiden Wege übertragene Signale werden durch den Leistungskombinator 152 gegenphasig kombiniert, so daß am Ausgabeanschluß 154 ein zusammengesetztes Signal erscheint.
• Gemaß Fig. 3 werden die in der Kompensiereinrichtung 110 eingebauten Dioden 134, 136, 140 und 142, die Widerstände 138 und 144, die PIN-Dioden 148 und 150 und die Varäktordioden 164 und 166 ausnahmslos in Paar-Chlps verwendet. Ferner sind alle Quadraturhybridschaltungen 112, 114, 116, 118, 120 und 122 in Strukturen (Mikrostreifenleitungen) auf einem einzelnen dielektrischen Substrat 168 zusammen mit ihren zugehörigen Verbindungsleitungen und dem festen Phasenschieber 156 vorgesehen. Alle Schaltungen sind in einem einzelnen luftdichten Gehäuse 170 untergebracht und bilden eine integrierte Mikrowellenschaltung. Eine solche Konfiguration kann die Streueung infolge der Anschlüsse und die Eigenschaftsstreuung infolge unnötiger Reaktanzen auf ein Minimum reduzieren, wodurch Eigenschaften vereinheitlicht werden. Aufgrund der zwischen dem nichtlinearen und linearen Weg hergestellten Symmetrie, d. h., der identischen Phaseneigenschaft der beiden Wege, wird zusätzlich die Frequenzabhängigkeit der Phasendifferenz zwischen den beiden Wegen wirksam verringert, so daß das Frequenzband wunschgemäß verbreitert werden kann.
• Zusammenfassend dürfie ersichtlich sein, daß eine nichtlineare Signalgeneratorschaltung der Erfindung eine wünschenswerte Breitbandleistung autweist, mit einer Planarschaltung und daher leicht mit einer integrierten Mlkrowellenschaltung verwirklicht werden kann und die Notwendigkeit der Einstellung entfallen läßt. Alle diese Vorteile ergeben sich aus der Verwendung einer Quadraturhybridschaltung.
• Ferner erreicht eine nichtlineare Kompensiereinrichtung der Erfindung eine große Bandbreite sowie einheitliche Eigenschaften, da sie die Kombination aus Quadraturhybridschaltungen und verschiedenen Diodenarten verwendet und da diese auf einem einzelnen dielektrischen Substrat vorgesehen und in einem einzelnen luftdichten Gehäuse untergebracht sind, wobei die Schaltungssymmetrie erhalten bleibt.

Claims (11)

1. Nichtlineare Signalgeneratorschaltung mit:

einer Quadraturhybridschaltung (32) mit einem Eingangskanal (34), einem Koppelkanal (38), einem Durchlaßkanal (46) und einem Ausgangskanal (36);

einer ersten Parallelverbindung (40, 42, 44) mit einer ersten und einer zweiten Diode (40, 42), die parallel und in entgegengesetzter Polarität zueinander geschaltet sind, wobei die erste Parallelverbindung an einer Seite am Koppelkanal (38) der Quadraturhybridschaltung (32) angeschlossen und an der anderen Seite an Masse gelegt ist; und dadurch gekennzeichnet, daß sie ferner aufweist:

eine zweite Parallelverbindung (48, 50, 52) mit einer dritten und einer vierten Diode (48, 50), die parallel und in entgegengesetzter Polarität zueinander geschaltet sind, wobei die zweite Parallelverbindung an einer Seite am Durchlaßkanal (46) der Quadraturhybridschaltung (32) angeschlossen und an der anderen Seite an Masse gelegt ist, einen ersten, parallel zur ersten und zweiten Diode (40, 42) geschalteten Abschlußwiderstand (44) und einen zweiten, parallel zur dritten und vierten Diode (48, 50) geschalteten Abschlußwiderstand (52).

2. Schaltung nach Anspruch 1, wobei der Ausgangskanal (36) einen Isolationskanal aufweist.

3. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die erste und zweite Parallelverbindung jeweils als nichtlineares Element dient.

4. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die erste Diode (42) der ersten Parallelverbindung und die dritte Diode (50) der zweiten Parellelverbindung so verbunden sind, daß sie identische Polarität haben, was auch für die zweite Diode (40) und die vierte Diode (48) gilt.

5. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei ein erster, ein zweiter, ein dritter und ein vierter Kondensator (54, 56, 58, 60) zwischen dem ersten Abschlußwiderstand (44) und Masse, zwischen der zweiten Diode (40) und Masse, zwischen dem zweiten Abschlußwiderstand (52) und Masse bzw. zwischen der vierten Diode (48) und Masse geschaltet sind, wobei die Schaltung ferner einen Vorspannungsanschluß (62) aufweist, der an einer Verbindung der zweiten Diode (40) und des zweiten Kondensators (56) und an einer Verbindung der vierten Diode (48) und des vierten Kondensators (58) angeschlossen ist, um einen Vorstrom zur ersten bis vierten Diode (40, 42, 48, 50) zu führen.

6. Nichtlineare Kompensiereinrichtung zum Aufteilen eines Eingabesignals in zwei Signale, Erzeugen eines amplitudengesteuerten nichtlinearen Signals aus einem der beiden Signale, Erzeugen eines phasengesteuerten linearen Signals aus dem anderen der beiden Signale und Kombinieren des nichtlinearen Signals und des linearen Signals, wobei die Einrichtung (110) aufweist:

einen durch eine erste Quadraturhybridschaltung (112) gebildeten Leistungsverteiler (124) zum Aufteilen eines über einen Eingangskanal (126) ankommenden Signals in zwei Signale;

eine Verzerrungsgeneratorschaltung (128) mit einer ersten Parallelverbindung mit einer ersten und einer zweiten Diode (134, 136), die parallel und in entgegengesetzter Polarität zueinander geschaltet sind, und einem zur ersten und zweiten Diode (134, 136) parallel geschalteten ersten Abschlußwiderstand (138), einer zweiten Parallelverbindung mit einer dritten und einer vierten Diode (140, 142), die parallel und in entgegengesetzter Polarität zueinander geschaltet sind, und einem zur dritten und vierten Diode (140, 142) parallel geschalteten zweiten Abschlußwiderstand (144), und einer zweiten Quadraturhybridschaltung (114) mit einem an einem Koppelkanal der ersten Quadraturhybridschaltung (112) angeschlossenen Eingangskanal, einem an der ersten Parallelverbindung (134, 136, 138) angeschlossenen Koppelkanal und einem an der zweiten Parallelverbindung (140, 142, 144) angeschlossenen Durchlaßkanal;

ein variables Dämpfungsglied (146), gebildet durch eine dritte Quadraturhybridschaltung (116) mit einem an einem Isolationskanal der zweiten Quadraturhybridschaltung (114) angeschlossenen Eingangskanal sowie einem Koppelkanal und einem Durchlaßkanal, die jeweils über PIN-Dioden (148, 150) an Masse gelegt sind;

einen festen Phasenschleber (156), gebildet durch eine vierte Quadraturhybridschaltung (118) mit einem an einem Durchlaßkanal der ersten Quadraturhybridschaltung (112) angeschlossenen Eingangskanal sowie einem Koppelkanal und einem Durchlaßkanal, die jeweils an verteilten Konstantleitungen (158, 160) angeschlossen sind; einen variablen Phasenschleber (162), gebildet durch eine fünfte Quadraturhybridschaltung (120) mit einem an einem Isolationskanal der vierten Quadraturhybridschaltung (118) angeschlossenen Eingangskanal sowie einem Koppelkanal und einein Durchlaßkanal, die jeweils über Varaktordioden (164, 166) an Masse gelegt sind; und

einen Leistungskombinator (152), gebildet durch eine sechste Quadraturhybridschaltung (122) mit einem an einem Isolationskanal der dritten Quadraturhybridschaltung (116) angeschlossenen Isolationskanal, einem an einem Isolationskanal der fünften Quadraturhybridschaltung (120) angeschlossenen Eingangskanal und einem Durchlaßkanal zum Ausgeben eines Ausgabesignals über einen Ausgabeanschluß (154).

7. Einrichtung nach Anspruch 6, wobei der Leistungsverteiler (124), die Verzerrungsgeneratorschaltung (128), das variable Dämpfüngsglied (146) und der Leistungskombinator (152), die kaskadiert sind, einen nichtlinearen Weg bilden und der Leistungsverteiler (124), der feste Phasenschleber (156), der variable Phasenschleber (162) und der Leistungskombinator (152), die kaskadiert sind, einen linearen Weg bilden und der nichtlineare und lineare Weg zueinander symmetrisch sind, wobei ein am Eingangskanal (126) angelegtes Signal über den nichtlinearen und linearen Weg übertragen, danach gegenphasig durch den Leistungskombinator (152) kombiniert und anschließend über den Ausgabeanschluß (154) herausgeführt wird.

8. Einrichtung nach Anspruch 6 oder 7, ferner mit einem dielektrischen Substrat (168), auf dem der Leistungsverteiler (124), die Verzerrungsgeneratorschaltung (128), das variable Dämpfüngsglied (146), der feste Phasenschleber (156), der variable Phasenschieber (162) und der Leistungskombinator (152) angebracht sind.

9. Einrichtung nach Anspruch 8, wobei alle PIN-Dioden (148, 150) und Varaktordioden (164, 166) auf dem dielektrischen Substrat (168) in Paar-Chips angebracht sind und die erste bis sechste Quadraturhybridschaltung (112, 114, 116, 118, 120, 122) und die Leitungen (158, 160) in Strukturen auf dem dielektrischen Substrat (168) vorgesehen sind.

10. Einrichtung nach Anspruch 8 oder 9, wobei die nichtlinearen Elemente durch Dioden gebildet werden.

11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, ferner mit einem luftdichten Gehäuse (170), in dem das dielektrische Substrat (168) untergebracht ist, auf dem die Bauelemente angebracht sind.