DE4411894C1

DE4411894C1 - Power impedance transformer for transistor push=pull power amplifiers

Info

Publication number: DE4411894C1
Application number: DE19944411894
Authority: DE
Inventors: Josef Dipl Ing Becker
Original assignee: Rohde and Schwarz GmbH and Co KG
Current assignee: Rohde and Schwarz GmbH and Co KG
Priority date: 1994-04-07
Filing date: 1994-04-07
Publication date: 1995-06-14
Anticipated expiration: 2014-04-08

Abstract

The power impedance transformer (1) has connections (2, 3) to a transistor power amplifier (4) that is formed from a pair of FET devices (5, 6) that receive the input (E). The outputs (7, 8) of the secondary winding (9) are applied to the antenna of a mobile transmitter. The impedance transformer consists of ferrite bushes (10, 11) with electrically isolated primary conductors (12, 13) that are connected to the amplifier outputs. The conductors have a semi-circular shell type cross section.

Description

Die Erfindung betrifft einen Leistungs-Impedanz-Trans formator für Transistor-Gegentakt-Leistungsverstärker nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wie sie beispiels weise als Senderendstufen in Mobilsendern benutzt werden.The invention relates to a power impedance trans Formator for transistor push-pull power amplifiers according to the preamble of claim 1, for example be used as transmitter amplifiers in mobile transmitters.

Impedanz-Tranformatoren dieser Art sind bekannt (O. Pitzalis, T. Couse: "Broadband Transformer Design for RF Transistor Power Amplifiers", ECOM-2989, US. Army Electronics Comuand, Fort Monmouth, New Jersey, July 1968) bzw. M. Granberg: "Broadband Transformers and Power Combining Techniques for RF", 1976, Application-Note AN749 der Fa. Motorola, RF Device Data Book, Vol.2, 1990, Pages 7-98 . . . 7-106). Von diesen verschiedenen möglichen Impedanztransformatoren ist der sogenannte Pitza lis-Transformator besonders vorteilhaft, da er sehr kompakt und leicht herstellbar ist (o.a. Granberg, s. 7-100, Fig. 4.). Nachteilig ist, daß bei diesem soge nannten Pitzalis-Transformator die beiden Primärwick lungs-Röhrchen, die jeweils in einen Ferritkern einge steckt sind, magnetisch nicht miteinander gekoppelt sind, es handelt sich um zwei unabhängig voneinander wirkende Transformatoren, von denen je Halbwelle des Ausgangs signals des Gegentaktverstärkers immer nur eine Hälfte aktiv ist während die andere als unerwünschte Streuin duktivität im Ausgangsstromkreis liegt. Außerdem ist die Symmetrie unvollkommen, die zweite Harmonische wird nur ungenügend unterdrückt.Impedance transformers of this type are known (O. Pitzalis, T. Couse: "Broadband Transformer Design for RF Transistor Power Amplifiers", ECOM-2989, U.S. Army Electronics Comuand, Fort Monmouth, New Jersey, July 1968) and M. Granberg: "Broadband Transformers and Power Combining Techniques for RF", 1976, Application Note AN749 from Motorola, RF Device Data Book, Vol.2, 1990, pages 7-98. . . 7-106). Of these various possible impedance transformers, the so-called Pitza lis transformer is particularly advantageous because it is very compact and easy to manufacture (see above Granberg, see 7-100, Fig. 4.). The disadvantage is that in this so-called Pitzalis transformer, the two primary winding tubes, which are each inserted into a ferrite core, are not magnetically coupled to each other, it is a matter of two transformers acting independently of one another, each of which half wave of the output signal of the push-pull amplifier is always only half active while the other as undesirable leakage is in the output circuit. In addition, the symmetry is imperfect, the second harmonic is insufficiently suppressed.

Um diesen Nachteil zu beseitigen ist es auch schon be kannt, einen zweiten Transformator mit einem Über setzungsverhältnis 1:1 zwischen Pitzalis-Transformator und Gegentaktstufe anzuordnen (H. Granberg: "Linear Amplifiers for mobile Operation" Motorola-AN 762, 1976). Diese bekannte Lösung hat jedoch ihrerseits den Nachteil, daß ein zusätzlicher ähnlich großer Transformator wie der eigentliche Pitzalis-Transformator nötig ist, was bei hoher Leistung nachteilig ist und in mobilen Sende anlagen aus Platzgründen nur bedingt anwendbar ist.In order to eliminate this disadvantage, it is also known to arrange a second transformer with a transmission ratio of 1 : 1 between the Pitzalis transformer and push-pull stage (H. Granberg: "Linear Amplifiers for mobile Operation" Motorola-AN 762, 1976). This known solution, however, has the disadvantage that an additional transformer of similar size to the actual Pitzalis transformer is necessary, which is disadvantageous at high power and can only be used to a limited extent in mobile transmitters for reasons of space.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Impedanz-Trans formator der eingangs bezeichneten Art zu schaffen, der mit einfachen Mitteln die oben erwähnten Nachteile des Pitzalis-Transformators vermeidet.It is therefore an object of the invention to provide an impedance trans formator of the type described in the introduction, the with simple means the above-mentioned disadvantages of Pitzalis transformer avoids.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Leistungs-Impe danz-Transformator laut Oberbegriff des Hauptanspruches durch dessen kennzeichnende Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.This task is based on a performance impe danz transformer according to the preamble of the main claim solved by its characteristic features. Beneficial Further training results from the subclaims.

Bei sogenannten Guanella-Übertragern, bei denen keine Sekundärwicklung vorgesehen ist, ist es an sich bekannt, zwei getrennte Ferrithülsen vorzusehen und durch diese zwei getrennte Wicklungen so anzuordnen, daß diese eingangsseitig in Serie und ausgangsseitig parallel geschaltet sind (DE-AS 11 59 527, Fig. 19). Durch die Anwendung dieser Schaltungstechnik bei der Primärwicklung eines Pitzalis-Transformators der eingangs erwähnten Art werden in jeder Halbwelle des Ausgangssignals der Gegentakt-Verstärkerstufe beide Transformatorhälften wirksam, ein erfindungsgemäßer Impedanztransformator ist deshalb elektrisch symmetrisch und auch die zweite Harmonische wird ausreichend unterdrückt. Trotzdem ist nur ein einziger Transformator nötig, der bei gleicher Frequenz und Leistung nur die Hälfte des Bauvolumens eines bekannten Pitzalis-Transformators besitzt, da ja die Primärwicklung für jeden Transistor der Gegentaktstufe jeweils durch die Reihenschaltung der Primärleiter der beiden Transformatorhälften gebildet wird, und somit die doppelte Induktivität wie beim herkömmlichen Pitzalis-Transformator aufweist. Ein erfindungsgemäßer Impedanztransformator eignet sich daher besonders für mobile und portable Sender, bei denen es auf möglichst kleines Bauvolumen und geringes Gewicht ankommt.In so-called Guanella transformers, in which no secondary winding is provided, it is known per se to provide two separate ferrite sleeves and to arrange two separate windings through them so that they are connected in series on the input side and in parallel on the output side (DE-AS 11 59 527, Fig. 19). By using this circuit technology in the primary winding of a Pitzalis transformer of the type mentioned at the outset, both transformer halves become effective in each half-wave of the output signal of the push-pull amplifier stage, an impedance transformer according to the invention is therefore electrically symmetrical and the second harmonic is also sufficiently suppressed. Nevertheless, only a single transformer is required, which has the same frequency and power only half of the construction volume of a known Pitzalis transformer, since the primary winding for each transistor of the push-pull stage is formed by the series connection of the primary conductors of the two transformer halves, and thus has double inductance as in the conventional Pitzalis transformer. An impedance transformer according to the invention is therefore particularly suitable for mobile and portable transmitters where the smallest possible construction volume and light weight are important.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert.Exemplary embodiments of the invention are described below on the basis of schematic Drawings explained in more detail.

Fig. 1 zeigt das Prinzipschaltbild eines erfindungsgemäßen Leistungs-Impedanz-Transformators 1, der an den Ausgängen 2, 3 einer Transistor-Gegentakt-Senderendstufe 4 ange schaltet ist. Die beiden Transistoren 5 und 6, beispiels weise FET oder bipolare Transistoren, werden in bekannter Weise im Gegentakt mit dem zu verstärkenden Eingangssignal E angesteuert, das an den Kollektoren bzw. Drain-An schlüssen 2, 3 erzeugte Ausgangssignal wird der Primär wicklung des Impedanztransformators 1 zugeführt, das an den Ausgangsanschlüssen 7, 8 der Sekundärwicklung 9 erzeugte Ausgangssignal wird dem Verbraucher, bei spielsweise einer Antenne eines mobilen Senders zugeführt. Der Impedanztransformator 1 ist ähnlich wie der eingangs erwähnte Pitzalis-Transformator aufgebaut, er besteht aus zwei in Fig. 1 im Schnitt dargestellten Ferrithülsen 10 und 11, durch die jeweils zwei elektrisch voneinander isolierte Primärleiter 12 und 13 bzw. 14 und 15 geführt sind, die etwa die gleiche Länge wie die Ferrithülsen 10 und 11 besitzen. Durch die gleichen Ferrithülsen 10 und 11 ist außerdem die in Fig. 1 gestrichelt dargestellte Sekundärwicklung 9 mit mehreren isolierten Windungen gewickelt. Der Draht der Sekundärwicklung 9 ist hoch frequenzmäßig gut isoliert, die Anzahl der Windungen richtet sich nach dem gewünschten Übersetzungsverhältnis des Impedanztransformators. Fig. 1 shows the basic circuit diagram of a power impedance transformer 1 according to the invention, which is connected to the outputs 2 , 3 of a transistor push-pull transmitter output stage 4 . The two transistors 5 and 6 , for example FET or bipolar transistors are driven in a known manner in push-pull with the input signal E to be amplified, the output signal generated at the collectors or drain connections 2 , 3 is the primary winding of the impedance transformer 1 supplied, the output signal generated at the output terminals 7 , 8 of the secondary winding 9 is supplied to the consumer, for example an antenna of a mobile transmitter. The impedance transformer 1 is constituted similarly to the initially mentioned Pitzalis transformer, it consists of two in Fig. 1 ferrite sleeves shown in section 10 and 11, electrically connected through the two mutually insulated primary conductor 12 and are led 13 or 14 and 15, which have approximately the same length as the ferrite sleeves 10 and 11 . Through the same ferrite sleeves 10 and 11 , the secondary winding 9 shown in dashed lines in FIG. 1 is also wound with a plurality of insulated windings. The wire of the secondary winding 9 is well insulated in terms of frequency, the number of turns depends on the desired transformation ratio of the impedance transformer.

Gemäß Fig. 1 ist das eine Ende 16 des Primärleiters 12 mit dem Ausgang 2 der Gegentaktendstufe verbunden während das andere Ende 17 elektrisch mit dein einen Ende 18 des Primärleiters 14 der anderen Ferrithülse 11 verbunden ist, das gegenüberliegende Ende 19 dieses Primärleiters 14 liegt über einen Kondensator 20 hochfrequenzmäßig an Masse M. Das Ende 21 des anderen Primärleiters 15 der Ferrithülse 11 ist mit dem anderen Ausgang 3 des Gegentaktverstärkers verbunden, das gegenüberliegende Ende 22 ist wieder elektrisch mit dem gegenüberliegenden Ende 23 des anderen Primärleiters 13 der anderen Ferrit hülse 10 verbunden, dessen anderes Ende 24 wieder über den Kondensator 20 hochfrequenzmäßig an Masse M liegt. Über den gemeinsamen Anschlußpunkt 25 kann die Speise spannung für die Transistoren 5, 6 zugeführt werden.Referring to FIG. 1, the one end 16 of the primary conductor 12 is connected to the output 2 of the push-pull output stage electrically connected while the other end 17 with your one end 18 of the primary conductor 14 of the other ferrite ring 11, the opposite end 19 of the primary conductor 14 is connected through a High-frequency capacitor 20 to ground M. The end 21 of the other primary conductor 15 of the ferrite sleeve 11 is connected to the other output 3 of the push-pull amplifier, the opposite end 22 is again electrically connected to the opposite end 23 of the other primary conductor 13 of the other ferrite sleeve 10 , the other end 24 of which is again connected to ground M in terms of radio frequency via the capacitor 20 . Via the common connection point 25 , the supply voltage for the transistors 5 , 6 can be supplied.

Die beiden Ferrithülsen sind vorzugsweise einstückig ausgebildet, wie dies schematisch für einen Ferritkern 30 mit zwei durchgehenden Bohrungen 31 und 32 in Fig. 2 angedeutet ist.The two ferrite sleeves are preferably formed in one piece, as is schematically indicated for a ferrite core 30 with two through bores 31 and 32 in FIG. 2.

Fig. 3a zeigt die Draufsicht auf den Transformator mit Doppelloch-Ferritkern 30 gemäß Fig. 2 und zwar in Blick richtung 33, Fig. 3b zeigt die Draufsicht in Blickrichtung 34 und Fig. 3c zeigt einen Schnitt durch den Ferritkern längs der Schnittlinie I-I in Fig. 2. Fig. 3a shows the top view of the transformer with double hole ferrite core 30 shown in FIG. 2, and namely in the direction 33, Fig. 3b shows the top view in the viewing direction 34 and Fig. 3c shows a section through the ferrite core taken along section line II in Figure . 2.

In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 werden die Primär leiter 12, 13 bzw. 14, 15 durch Metallstreifen aus Messing, Kupfer oder Silber gebildet, die halbkreisförmig gebogen sind und auf gegenüberliegenden Wänden in den Bohrungen 31, 32 des Ferritkernes 30 elektrisch isoliert voneinander angebracht sind. Am einen Ende ist ein Leiterplättchen 35 mit entsprechenden Bohrungen aufge setzt, am gegenüberliegenden Ende ein Leiterplättchen 36 gemäß Fig. 3a und 3b. Die schraffiert dargestellte Kupferkaschierung des Plättchens 35 besitzt Schlitze 37, durch welche die Primärleiter elektrisch voneinander getrennt werden, das andere Plättchen 36 ist mit einem Z-förmigen Schlitz 38 versehen, so daß die Primärleiter 12, 13 bzw. 14, 15 zwar elektrisch voneinander isoliert sind, gleichzeitig jedoch die Leiter 12 und 14 bzw. 13 und 15 über dieses Metallplättchen 36 galvanisch mitein ander verbunden sind. Die Plättchen 35, 36 sind mit den halbkreisförmigen Primärleitern an den Stirnseiten verlötet. Durch die Löcher 31, 32 des Doppelloch-Ferrit kerns ist außerdem noch die Sekundärwicklung 9 gewickelt.In the embodiment according to FIG. 3, the primary conductors 12 , 13 and 14 , 15 are formed by metal strips made of brass, copper or silver, which are bent in a semicircular shape and are mounted on opposite walls in the bores 31 , 32 of the ferrite core 30 in an electrically insulated manner are. At one end, a printed circuit board 35 with corresponding holes is set, at the opposite end a printed circuit board 36 according to FIGS . 3a and 3b. The hatched copper cladding of the plate 35 has slots 37 through which the primary conductors are electrically separated from one another, the other plate 36 is provided with a Z-shaped slot 38 , so that the primary conductors 12 , 13 and 14 , 15 are electrically insulated from one another are, but at the same time the conductors 12 and 14 or 13 and 15 are galvanically connected with each other via this metal plate 36 . The plates 35 , 36 are soldered to the semicircular primary conductors on the end faces. Through the holes 31 , 32 of the double-hole ferrite core, the secondary winding 9 is also wound.

Elektrisch gesehen sind für jede Halbwelle des Gegentakt verstärkers 5, 6 jeweils ein Primärleiter jeder Trans formatorhälfte in Reihe gegen Masse geschaltet, in jeder Halbwelle werden also jeweils beide Transformatorhälften aktiv. Damit ist der ansonsten wie ein bekannter Pitza lis-Transformator aufgebaute erfindungsgemäße Impedanz transformator elektrisch symmetrisch.Electrically speaking, for each half-wave of the push-pull amplifier 5 , 6 , a primary conductor of each transformer half is connected in series to ground, so in each half-wave both transformer halves are active. The impedance transformer according to the invention, which is otherwise constructed like a known Pitza lis transformer, is electrically symmetrical.

Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel unter Ver wendung eines Doppelloch-Ferritkernes 40, in dem die Löcher 41, 42 rechteckigen Querschnitt besitzen. Die Primärleiter sind in diesem Fall als flache Metallbänder aus Messing, Kupfer oder Silber ausgebildet, die auf gegenüberliegenden Seiten der rechteckigen Löcher elektrisch voneinander isoliert eingesetzt sind und deren Enden einfach auf die an den stirnenden des Ferritkernes aufgebrachten Leiterplättchen 45, 46 umgebogen und mit diesen verlötet sind. Die Plättchen 45 und 46 sind wieder ähnlich wie die Plättchen 35, 36 des Ausführungsbeispiels nach Fig. 3 mit Schlitzen versehen, die Ansichten nach Fig. 4a, 4b und 4c entsprechen wieder denjenigen nach Fig. 3. Fig. 4 shows a further embodiment using a double-hole ferrite core 40 , in which the holes 41 , 42 have a rectangular cross-section. In this case, the primary conductors are designed as flat metal strips made of brass, copper or silver, which are inserted on opposite sides of the rectangular holes in an electrically insulated manner and whose ends are simply bent over and soldered to the conductor plates 45 , 46 attached to the end faces of the ferrite core are. The platelets 45 and 46 are again provided with slits similar to the platelets 35 , 36 of the exemplary embodiment according to FIG. 3, the views according to FIGS. 4a, 4b and 4c again correspond to those according to FIG. 3.

Claims

1. Power impedance transformer ( 1 ) for transistor push-pull power amplifier ( 4 ) with two holes each having separate ferrite sleeves ( 10 , 11 ) or two holes ( 31, 32 ; 41, 42 ) having double-hole ferrite core ( 30 ; 40 ), a primary winding arranged in the two holes ( 31, 32; 41, 42 ) and a secondary winding ( 9 ) wound through the two holes and having several turns, characterized in that the primary winding is formed by primary conductors ( 12, 13 ; 14 , 15 ) is formed, of which two are arranged in parallel in each hole ( 31 , 32 ; 41 , 42 ) and are electrically insulated from one another, the one primary conductor ( 12 ) of the first hole ( 31 , 41 ) having one end ( 16 ) to the output terminal ( 2 ) of the first transistor ( 5 ) and the first primary conductor ( 15 ) of the second hole ( 32 ) with one end ( 21 ) to the output terminal ( 3 ) of the second transistor ( 6 ) is connected u nd the first primary conductor ( 12 or 15 ) of one hole with the second primary conductor ( 13 or 14 ) of the other hole is connected in series to ground (M).

2. Transformer according to claim 1, characterized in that the cross section of the holes ( 31 , 32 ) is circular and the two primary conductors ( 12 , 13 ; 14 , 15 ) consist of opposing, semi-circular bent metal strips in profile ( Fig. 3).

3. Transformer according to claim 1, characterized in that the cross section of the holes ( 41 , 42 ) is rectangular and the two primary conductors provided per hole consist of opposite flat metal strips ( Fig. 4).