DE3906448C1

DE3906448C1 -

Info

Publication number: DE3906448C1
Application number: DE3906448A
Authority: DE
Inventors: Karl Dr. 3550 Marburg De Meinzer
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1989-03-01
Filing date: 1989-03-01
Publication date: 1990-03-15
Anticipated expiration: 2009-03-02
Also published as: FR2644017A1; GB9003128D0; GB2229057A; GB2229057B; FR2644017B1; US5017888A; JPH02253710A; CA2011193A1

Description

Die Erfindung betrifft ein breitbandiges nichtlineares Ansteuernetzwerk für Sender-Linearverstärker mit mehreren parallel geschalteten Ver stärkerzügen.

Mehrkanalige Hochleistungslinearverstärker für Sender, wie sie in der älteren Patentanmeldung P 37 33 374.7 beschrieben sind, erfordern ein Netzwerk, das für die einzelnen Kanäle Ansteuer-Signale mit einem geeig neten Amplituden- und Phasenverlauf zur Verfügung stellt. Da die Ver stärker-Kanäle in Abhängigkeit von der momentanen Aussteuerung verschie dene Eingangssignale benötigen, muß das Netzwerk eine nichtlineare Über tragungsfunktion realisieren. Dabei muß es so breitbandig sein, daß die Bandbreite des Gesamtsystems nicht durch das Netzwerk eingeschränkt wird. Weiterhin sollen die Verluste im Netzwerk nicht zu groß sein, der Aufwand sollte gering sein und die Rückwirkungen durch dynamische Anpas sungsänderungen sollten minimal sein.

Bisher sind mehrkanalige Sender nur im Zusammenhang mit modulierten Sender-Verstärkern realisiert worden, wie beispielsweise aus
[1] H. Chireix: High Power Outphasing Modulation Proc. I.R.E., V. 23, No. 11 (Nov. 1935) pp. 1370-1392
[2] W.H. Doherty: "A New High efficiency Power Amplifier for Modulated Waves" Proc. I.R.E. V. 24, No. 9 (Sept. 1936) pp. 1163-1182
bekannt ist. Da in diesem Fall die Hüllkurve des Signals explizit vor liegt, bietet es sich zunächst an, die erforderlichen Ansteuerspannungen als Funktion der Hüllkurve mit geeigneten Bauelementen (z. B. Kapazitäts dioden) zu realisieren. Für Breitbandlinearverstärker ist dieser Weg aber nicht gangbar, da das Hüllkurven-Signal ein Vielfaches der Verstär ker-Bandbreite hat. Ein expliziter Umgang mit der Hüllkurve schränkt die Bandbreite des Verstärkers unzulässig ein.

Dieses Problem hat schon sehr früh zu Versuchen geführt, ohne Hüllkur ven-Manipulation die Ansteuerspannungen zu synthetisieren. Die einzige bekanntgewordene Lösung nach
[3] J. Fagot u. H. Chireix (Soc. franc. Radio-Electrique) DRP 759 851 (3. 12. 1939)
benutzt dazu einen Hochfrequenz(HF)-Gegenkopplungs-Pfad zur Erzeugung der Ansteuerspannungen.

Bei den heute üblichen mehrstufigen Halbleiterverstärkern oder bei hoch verstärkenden Mikrowellenröhren ist aber dieser Weg nicht gangbar, da die Laufzeit in den Verstärkern zu Instabilitäten und zu unzureichender Bandbreite führt.

Es ist das Ziel der Erfindung, ein Ansteuernetzwerk der eingangs genann ten Gattung zu schaffen, das die beschriebenen Nachteile nicht aufweist, sondern vielmehr unter Vermeidung der expliziten Verarbeitung der Hüll kurve bei der Ansteuerung mehrkanaliger Sender größere Bandbreiten er reicht, einen wesentlich geringeren Schaltungsaufwand erfordert, Gegen kopplungspfade vermeidet und bei geringerer Temperaturabhängigkeit eine höhere Stabilität gewährleistet.

Gemäß der Erfindung wird dies durch die Merkmale nach dem kennzeichnen den Teil von Anspruch 1 erreicht.

Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der Beschreibung, in der anhand der Zeichnung mehrere Ausführungsbeispiele erörtert werden. Es zeigt

Fig. 1 schematisch den Aufbau eines Linearverstärkers mit mehreren Verstärkerkanälen mit dem erfindungsgemäßen Ansteuernetzwerk,

Fig. 2 schematisch einen Begrenzer mit Impedanzinverter zum Erzielen einer steigenden Impedanz bei Begrenzung (Zweig 1),

Fig. 3 schematisch die Einfügung eines spannungsabhängigen Widerstandes zur Erzeugung einer zur Begrenzung komplementären Spannung und konstanter Last an der Signalquelle (Zweig 1 und Zweig 2),

Fig. 4 die Kombination von Zweig 1 und Zweig 2 zur Erzeugung von belie bigen vektoriellen Linearkombinationen der Steuerspannungen der einzelnen Kanäle (K 1 ... K n) mit Hilfe von Phasenschiebern (PAK), Leistungsteilern (P, PAK) und Hybriden (H, H′), und

Fig. 5a schematisch die Erzeugung eines Begrenzers (A) und

Fig. 5b eines span nungsabhängigen Widerstandes (C) mit Hilfe von vorgespannten Halbleiterdioden.

Fig. 1 zeigt schematisch den Aufbau eines Linearverstärkers mit mehreren - und zwar im Beispiel fünf - Verstärkerkanälen mit dem erfindungsge mäßen Ansteuernetzwerk.

Die individuellen Verstärker werden gemäß der Erfindung durch ein An steuernetzwerk so angesteuert, daß eine lineare Übertragungsfunktion für das gesamte N-Kanal-System zustande kommt, und daß die Anpassung der einzelnen Verstärker über den Aussteuerbereich optimiert wird. Die reak tive Belastung der individuellen Verstärker wird durch Shunt-Suszeptan zen (S 2 ... S 5) kompensiert.

Typische N-Kanal(Pamela)-Verstärker benötigen auf einem Kanal (K 1) eine Ansteuerspannung, die oberhalb einer bestimmten Amplitude nur wenig an steigen soll (Begrenzereffekt). Die anderen Kanäle (K 2 ... K n) sollen dagegen eine nahezu lineare Amplitudentransferfunktion haben, lediglich die Phase soll sich bei größeren Aussteuerungen charakteristisch verän dern.

Das Problem, das eingangs näher erläutert wurde, wird gemäß der Erfin dung dadurch gelöst, daß man für den ersten Zweig (Z 1) einen amplituden einstellbaren Begrenzer A vorsieht, wie er in Fig. 2 dargestellt ist. Erfindungsgemäß wird dieser Begrenzer A nicht direkt, sondern über einen Impedanzinverter B, der z. B. eine λ/4-Leitung sein kann, an die Signalquelle S angeschlossen. Dadurch wird an der Signalquelle S bei Begrenzungseinsatz eine steigende Impedanz erzeugt. Der Zweig Z₁ arbeitet in die Last L.

Im zweiten Schritt wird gemäß Fig. 3 an der Signalquelle S zusätzlich ein Widerstand C angeschlossen, der erst oberhalb einer einstellbaren HF-Spannung zu leiten beginnt. Dieser Widerstand koppelt auf einen zwei ten Zweig Z 2 des Netzwerkes, dessen Lastimpedanz L 2 konstant ist. Die Amplitude am Begrenzer A und die Amplitude der beginnenden Leitfähigkeit des Widerstandes C sind so aufeinander abgestimmt, daß der vom Begren zereinsatz verringerte Leitwert an der Signalquelle S durch die variable Leitfähigkeit des Widerstandes C kompensiert wird. Dadurch bleibt für die Signalquelle S die Last konstant.

Aus dem Zweig 1 und 2 werden nach Fig. 4 die für die einzelnen Verstär kerkanäle (K 1 ... K n) erforderlichen Steuerspannungen durch geeignete Linearkombinationen gebildet. Der Zweig Z 1 liefert ein Signal, das ober halb einer gegebenen Amplitude begrenzt ist und keinen Phasengang auf weist. Ein Teil dieser Leistung kann also direkt zur Ansteuerung des ersten Verstärkerkanals K 1 dienen. Zur Leistungsteilung wird der Lei stungsteiler P verwendet. Die Eingangsimpedanz des Leistungsteilers stellt die Last L für den Zweig Z 1 dar.

Für die weiteren Verstärker werden aus Zweig Z 1 und Zweig Z 2 nach geeig neter Phasen- und Amplitudenkorrektur (PAK) Linearkombinationen der Steuerspannungen in den Hybriden H, H′ gebildet, die die für die Ver stärkerkanäle K 2 ... K n erforderlichen Phasen- und Amplitudenverläufe haben. Die Phasen- und Amplitudenkorrektur PAK wird durch feste Phasen schieber und Leistungsteiler erzielt. Die Phasenschieber können z. B. Leitungsstücke unterschiedlicher Länge sein, die Leistungsteiler können z. B. als Hybride realisiert werden. Durch die Hybriden H, H′ bleiben auch die Zweige Z 1 und Z 2 entkoppelt.

Nach Fig. 5a wird der Begrenzer A mit einstellbarem Begrenzungseinsatz durch eine mit einer untergelegten Gleichspannung rückwärts vorgespann ten Halbleiterdiode 1 gebildet. Die Kapazität 3 und die Induktivität 2 dienen zur Entkopplung des Gleichstrompfades vom HF-Signal-Pfad des Begrenzers A.

Solange die HF-Spitzenspannung die Gleichspannung U _G1 nicht überschrei tet, bleibt die Diode nichtleitend. Wird die HF-Spannung jedoch so groß, daß die Diode vorwärts ausgesteuert wird, steigt der Leitwert rasch an und verhindert ein weiteres Ansteigen der HF-Spannung. Im Diagramm nach Fig. 5a ist mit G der Leitwert der Diode bezeichnet, mit U _HF die HF-Signalspannung.

Der Widerstand C mit HF-spannungsabhängiger Leitfähigkeit wird gemäß Fig. 5b nach dem gleichen Prinzip gebildet. Eine rückwärts vorgespannte Halbleiterdiode 11 liegt in Serie mit einer konstanten Last L 2. Die Kapazität 13 und die Induktivitäten 12 und 14 dienen wiederum zur Ent kopplung des Gleichstrompfades vom HF-Signalpfad des Widerstandes C.

Solange die HF-Spitzenspannung die Diode 11 nicht vorwärts aussteuert, fließt kein Strom in die Last L 2. Bei größerer Spannung fängt die Diode 11 an zu leiten, und an der Last L 2 entsteht eine Ausgangsspannung U _Last, die mit der Eingangsspannung U _in steigt. Die konstante Last L 2 entspricht dem konstanten Eingangswiderstand des PAK-Netzwerkes.

Das Ansteuernetz gemäß der Erfindung gestattet den Bau mehrkanaliger Hochleistungs-Linearverstärker mit bescheidenem Aufwand. Das Ansteuer netz kann bis zu Mikrowellenfrequenzen realisiert werden und gestattet Bandbreiten, wie sie sonst mit wirkungsgradverbesserten Verstärkern nicht erzielbar sind. Die Durchlaßverluste liegen bei wenigen d B und sind für die Anwendung unerheblich.

Claims

1. Breitbandiges nichtlineares Ansteuernetzwerk für Linearverstärker mit mehreren parallel geschalteten Verstärkerzügen, dadurch gekenn zeichnet,

- daß im ersten Zweig (Z₁) des Ansteuernetzwerkes ein amplituden einstellbarer Begrenzer (A) vorgesehen ist, der über einen Impedanz inverter (B) an die Signalquelle (S) angeschlossen ist, wodurch an der Signalquelle (S) bei Begrenzungseinsatz eine steigende Impedanz erzeugt wird,
- daß an der Signalquelle (S) zusätzlich ein Widerstand (C) ange schlossen ist, der erst oberhalb einer einstellbaren HF-Spannung zu leiten beginnt und daß dieser Widerstand (C) auf einen zweiten Zweig (Z₂) des Netzwerkes mit konstanter Lastimpedanz koppelt, wobei die Amplitude am Begrenzer (A) und die Amplitude der beginnenden Leit fähigkeit des Widerstandes (C) so aufeinander abgestimmt sind, daß der vom Begrenzereinsatz verringerte Leitwert an der Signalquelle (S) durch die variable Leitfähigkeit des Widerstandes (C) kompen siert wird und somit die Last für die Signalquelle (S) konstant bleibt und
- daß der erste Zweig (Z₁) ein Signal liefert, das oberhalb einer gegebenen Amplitude begrenzt ist und bezogen auf das Eingangssignal der Signalquelle (S) keinen Phasengang aufweist und daß ein Teil dieser Leistung über einen Leistungsteiler (P) direkt zur Ansteue rung des ersten Verstärkerkanals dient, und
- daß die zur Ansteuerung der weiteren Verstärkerkanäle benötigten Steuerspannungen mit variabler Phase durch vektorielle Linearkombi nationen der Signale aus den Zweigen (Z₁, Z₂) nach fester Phasen- und Amplitudenkorrektur (PAK) in Hybriden (H, H′) gebildet werden.

2. Ansteuernetzwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Begrenzer (A) mit einem einstellbaren Begrenzungseinsatz durch eine mit einer untergelegten Gleichspannung rückwärts vorgespannte Halbleiter diode (1) gebildet wird. (Fig. 5a).

3. Ansteuernetzwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand (C) mit HF-spannungsabhängiger Leitfähigkeit durch eine rück wärts vorgespannte Halbleiterdiode (11) gebildet wird, die in Serie mit einer konstanten Last (L 2) liegt. (Fig. 5b).