DE4426157B4

DE4426157B4 - High-frequency amplifier

Info

Publication number: DE4426157B4
Application number: DE19944426157
Authority: DE
Inventors: Rainer Schmidt; Reinhard Last; Rolf Marhauer
Original assignee: FUBA Communications Systems GmbH
Current assignee: Fuba Hans Kolbe and Co
Priority date: 1994-07-22
Filing date: 1994-07-22
Publication date: 2004-06-17
Anticipated expiration: 2014-07-23
Also published as: DE4426157A1

Abstract

Hochfrequenz-Verstärker für breitbandige Trägerfrequenzsysteme, wobei zur Bildung des Gegenkopplungszweigs je eine Übertragungsanordnung (L1, L2; L3, L4) im Ausgangs- und im Eingangszweig vorgesehen ist, deren Wicklungen einen gemeinsamen Kern haben, und wobei der Schaltungseingang (IN) mit der Basis und der Schaltungsausgang (OUT) mit dem Kollektor eines Transistors (Tr1) verbunden ist, gekennzeichnet durch
eine zweite Induktivität (L2) und einen ersten Widerstand (R1), wobei der erste Anschluss der zweiten Induktivität (L2) mit dem Kollektor des Transistors (Tr1), der zweite Anschluss der zweiten Induktivität (L2) mit einem ersten Knoten (4), der erste Anschluss des ersten Widerstands (R1) mit dem ersten Knoten (4) und der zweite Anschluss des ersten Widerstands (R1) mit einem ersten Spannungsversorgungsanschluss (U-Kollektor) verbunden ist,
eine vierte Induktivität (L4) und einen dritten Widerstand (R3), wobei der erste Anschluss der vierten Induktivität (L4) mit der Basis des Transistors (Trl), der zweite Anschluss der vierten Induktivität (L4) mit einem zweiten Knoten...High-frequency amplifier for broadband carrier frequency systems, whereby a transmission arrangement (L1, L2; L3, L4) is provided in the output and in the input branch to form the negative feedback branch, the windings of which have a common core, and wherein the circuit input (IN) with the base and the circuit output (OUT) is connected to the collector of a transistor (Tr1), characterized by
a second inductance (L2) and a first resistor (R1), the first connection of the second inductance (L2) to the collector of the transistor (Tr1), the second connection of the second inductance (L2) to a first node (4), the first connection of the first resistor (R1) is connected to the first node (4) and the second connection of the first resistor (R1) is connected to a first voltage supply connection (U-collector),
a fourth inductor (L4) and a third resistor (R3), the first connection of the fourth inductor (L4) to the base of the transistor (Trl), the second connection of the fourth inductor (L4) to a second node ...

Description

Die Erfindung betrifft einen Hochfrequenzverstärker mit den im Oberbegriff des Hauptanspruchs angegebenen Gattungsmerkmalen.The invention relates to a high-frequency amplifier the generic features specified in the preamble of the main claim.

Aus DE 40 41 863 C2 ist eine Antennenverstärkerschaltung für aktive hochlineare Empfangsantennen mit eingangsseitiger Rauschanpassung mit mindestens zwei aktiven Dreipolen bekannt. Diese Antennenverstärkerschaltung weist einen Transformator bestehend aus einer ersten Spule und einer zweiten Spule auf, wobei die erste Spule mit der Basis eines Transistors und die zweite Spule mit dem Kollektor des Transistors verbunden ist.Out DE 40 41 863 C2 is known an antenna amplifier circuit for active highly linear receiving antennas with noise adjustment on the input side with at least two active three-poles. This antenna amplifier circuit has a transformer consisting of a first coil and a second coil, the first coil being connected to the base of a transistor and the second coil being connected to the collector of the transistor.

Aus dem Aufsatz „Schaltungsvarianten für den Empfängerbausatz Kamerad" in Funkschau 1966, Heft 19, Seite 614 (Jürgen Keck) ist bekannt, zur Erhöhung der Empfindlichkeit eines Empfängerbausatzes eine Rückkopplung einzubauen.From the essay "Circuit Variants for the Receiver Kit Comrade "in Funkschau 1966, Issue 19, page 614 (Jürgen Keck) is known to increase the sensitivity of a receiver kit a feedback install.

Aus „The History of Positive Feedback" in The Radio and Electronic Engineer (Volume 42, No. 2, Februar 1972, Seite 74; D. G. Tucker) ist eine Antennenverstärkerschaltung bekannt, wobei das Gitter einer Elektronenröhre über eine veränderliche Kapazität mit einem konstanten Potential verbunden ist.From "The History of Positive Feedback" in The Radio and Electronic Engineer (Volume 42, No. 2, February 1972, page 74; D. G. Tucker) an antenna amplifier circuit is known the grid of an electron tube over a variable capacity is connected to a constant potential.

Hochfrequenz-Verstärker mit transformatorischer Gegenkopplung haben gegenüber der "konventionellen" Bauweise" – z.B. mit galvanischer Einbindung des Rückkopplungsnetzwerks – im wesentlichen den Vorteil einer möglichen hohen Verstärkung, verbunden mit einem besonders guten Rauschmaß.High frequency amplifier with transformer negative feedback compared to the "conventional" design - e.g. with galvanic integration of the feedback network - essentially the advantage of a possible high gain, connected with a particularly good noise figure.

Typische Werte sind z.B. ein Verstärkungsfaktor von 14 bis 15 dB bei einer Rauschzahl von 2,5 bis 3 dB.Typical values are e.g. a gain factor from 14 to 15 dB with a noise figure of 2.5 to 3 dB.

Nachteilig ist der im Vergleich zu Verstärkern mit galvanischem Anschluß des Rückkopplungszweigs geringere nutzbare Frequenzbereich, zurückzuführen auf die aus dem Transformationsprinzip resultierenden Schwierigkeiten einer breitbandig guten Anpassung der Verstärkerschaltung an die vorgeschalteten und die weiterführenden Netzwerke. Bei transformatorischer Gegenkopplung sind für eine Verstärkerstufe Betriebsfrequenzbereiche in Größenordnungen von maximal 3 Oktaven üblich.The disadvantage is compared to Amplify with galvanic connection of the Feedback branch lower usable frequency range, attributable to that from the transformation principle resulting difficulties of a broadband good adaptation the amplifier circuit to the upstream and continuing networks. With transformative Negative feedback are for an amplifier stage Operating frequency ranges in the order of magnitude of a maximum of 3 octaves.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, insbesondere durch Verbesserung der eingangs- und der ausgangsseitigen Anpassung bei Hochfrequenz-Verstärkerschaltungen mit transformatorischer Gegenkopplung den nutzbaren Betriebsfrequenzbereich. zu erhöhen und dabei die Vorteile hoher Verstärkung und geringen Eigenrauschens ohne Einschränkungen beizubehalten.The invention has for its object, in particular by improving the input and output adjustment in high-frequency amplifier circuits the usable operating frequency range with transformer negative feedback. to increase and the advantages of high gain and low self-noise without restrictions maintain.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs und der Unteransprüche angegebenen Merkmalen gelöst.This object is achieved with the specified in the characterizing part of the main claim and the subclaims Features resolved.

Das erfindungsgemäße Ergebnis wurde durch die Einbindung eines quasi zweiten Rückkopplungszweigs parallel zu einer dem Stand der Technik entsprechenden Gegenkopplungs-Anordnung, mit veränderlichen kapazitiven Komponenten, erzielt.The result according to the invention was achieved by Integration of a quasi second feedback branch parallel to one of the State of the art negative feedback arrangement, with changeable capacitive components.

Demnach weist der erfindungsgemäße Hochfrequenz-Verstärker die folgenden Merkmale auf:Accordingly, the high-frequency amplifier according to the invention following features:

- The The collector branch and the base branch of the circuit are in the connection to the secondary transmission windings via a preferably variable fifth Capacitor coupled capacitively and on the base side via a another, also preferably variable third capacitor closed to ground.
- Behind the connection points of the capacitive coupling path are in the Collector branch a first resistor and a third in the base branch Resistance involved.
- About one fifth and the third capacitor will be at the connection points of the capacitive coupling path applied RF potential to improve the input and output side Adaptation and thus to expand the usable frequency range of the amplifier used.
- On first and second resistance can the DC load resistance form the circuit.

Mit der neuartigen Verstärkerschaltung ist eine Verdopplung des bisherigen nutzbaren Frequenzbereichs je Verstärkerstufe möglich; dabei werden eine Verstärkung von 14 dB sowie eine Rückflußdämpfung von = 18 dB und ein Rauschmaß = 3 dB erzielt.With the new amplifier circuit is a doubling of the previously usable frequency range amplifier stage possible; doing a reinforcement of 14 dB and a return loss of = 18 dB and a noise figure = 3 dB achieved.

Vorteilhaft ist weiterhin, daß das Erfindungsprinzip gleichermaßen bei Verstärkerstufen mit bipolaren wie mit Feldeffekttransistoren und auch für Röhrenschaltungen geeignet ist. It is also advantageous that the principle of the invention equally at amplifier stages with bipolar as well as with field effect transistors and also for tube circuits suitable is.

Eine modulare Bauweise auf der Grundlage des erfindungsgemäßen Zusatz-Schaltungskonzepts, z.B. für Verstärker-Kettenschaltungen, ist möglich.A modular design based on the additional circuit concept according to the invention, e.g. For Amplifier chain circuits, is possible.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. In der zugehörigen Zeichnung zeigenThe invention is set out below Hand of an embodiment explained in more detail. In the associated Show drawing

1 Verstärkerstufe des bekannten Stands der Technik mit transformatorischer Gegenkopplung 1 State-of-the-art amplifier stage with transformer negative feedback

2. Schema nach 1, ergänzt durch die erfindungsgemäße Zusatzschaltung 2 , Scheme according to 1 , supplemented by the additional circuit according to the invention

1 zeigt das Schaltschema einer Verstärker-Eingangsstufe, wie sie bei der Breitbandübertragung von Fernsehsignalen, z.B. im VHF- oder im UHF-Bereich, bekannt ist. 1 shows the circuit diagram of an amplifier input stage, as is known in the broadband transmission of television signals, for example in the VHF or UHF range.

Die Zuführung von HF-Potential zu den Elektroden des halbleitenden Elements Tr1 erfolgt über den aus den Induktivitäten L1, L2, L3 und L4 gebildeten Koppler. Mit dem Koppler werden gleichzeitig der Eingang und der Ausgang von Tr1 amplituden- und phasengerecht derart miteinander verbunden, daß Anteile der ausgangsseitigen HF-Energie auf den Eingang zurückgeführt werden und eine Stabilisierungswirkung ausüben.The supply of RF potential to the Electrodes of the semiconducting element Tr1 are made via the from the inductors L1, L2, L3 and L4 formed couplers. With the coupler at the same time the input and output of Tr1 are amplitude and phase correct connected in such a way that portions of the output side RF energy on the entrance to be led back and have a stabilizing effect.

Mit einem ausgeführten Beispiel des Verstärkers nach 1 wurde ein nutzbarer Frequenzbereich von 230 bis 870 MHz erzielt (z.B. geeignet für einen Arbeitsfrequenzbereich von 470 bis 862 MHz).With an executed example of the amplifier after 1 a usable frequency range from 230 to 870 MHz was achieved (eg suitable for a working frequency range from 470 to 862 MHz).

Die Schaltung nach 2 hat im Prinzip den gleichen Aufbau, ist aber um die Kopplungsstrecke 3-4 zwischen dem Kollektorzweig 2 und dem Basiszweig 1 – mit den veränderlichen Kondensatoren C5 und C3 – und durch die ohmschen Glieder R1 und R3 ergänzt. Hier reicht der nutzbare Frequenzbereich einer Verstärkerstufe bei einem ausgeführten Beispiel von 10 MHz bis 1 000 MHz.The circuit after 2 basically has the same structure, but is around the coupling section 3 - 4 between the collector branch 2 and the base branch 1 - with the variable capacitors C5 and C3 - and supplemented by the ohmic elements R1 and R3. In this example, the usable frequency range of an amplifier stage ranges from 10 MHz to 1,000 MHz.

Durch die Spannungsteilung auf Grund der Verbindung von L2 mit R1 über den Anbindungspunkt 4 und der Verbindung von L4 mit R3 über den Anbindungspunkt 3 steht an den Punkten 3 und 4 zusätzliches HF-Potential an. Es wird genutzt, um über die Kapazität C3 die Rückflußdämpfung in den unteren Bändern und über C5 die Rückflußdämpfung und den Amplitudengang im oberen Teilbereich zu beeinflussen.Due to the voltage division due to the connection of L2 to R1 via the connection point 4 and the connection of L4 with R3 via the connection point 3 stands at the points 3 and 4 additional RF potential. It is used to influence the return loss in the lower bands via the capacitance C3 and to influence the return loss and the amplitude response in the upper section via C5.

Auf diese Weise wurden bei dem realisierten Beispiel die schon erwähnte Rückflußdämpfung von mehr als 18 dB und ein Rauschmaß von weniger als 3 dB (im unteren Teilbereich sogar von nur 2,5 bis 2,2 dB) erzielt; die Rauschmaß-Werte sind um durchschnittlich 1 dB niedriger als bei einer vergleichbaren Anordnung mit galvanischer Einbindung des Rückkopplungsnetzwerks.In this way, the realized example the one already mentioned Return loss of more than 18 dB and a noise figure of less than 3 dB (in the lower section even from only 2.5 to 2.2 dB) achieved; the noise figure values are on average 1 dB lower than with a comparable arrangement with galvanic integration of the feedback network.

Als Verstärkung über eine Stufe nach 2 wurden bei dem ausgeführten Beispiel 14 dB gemessen.As reinforcement over one level 2 14 dB were measured in the executed example.

Durch die Erfindung werden die Einsatzmöglichkeiten von Verstärkerschaltungen mit transformatorischer Gegenkopplung mit relativ geringem Aufwand – es sind nur passive Bauelemente erforderlich – wesentlich erweitert.Through the invention, the possible uses of amplifier circuits with transformer negative feedback with relatively little effort - it is only passive components required - significantly expanded.

Der besondere Vorteil der transformatorischen Gegenkopplung, hohe Verstärkung, und hohes Signal/Rausch-Verhältnis, bleibt ungeschmälert erhalten.The particular advantage of the transformer Negative feedback, high gain, and high signal-to-noise ratio, remains undiminished.

Die erfindungsgemäße Verstärkerstufe wird vorteilhaft für einen Frequenzbereich eingesetzt, der gleichzeitig die VHF- und die UHF-Bänder umfaßt.The amplifier stage according to the invention is advantageous for one Frequency range used, which includes the VHF and UHF bands at the same time.

Claims

High-frequency amplifier for broadband carrier frequency systems, whereby a transmission arrangement (L1, L2; L3, L4) is provided in the output and in the input branch to form the negative feedback branch, the windings of which have a common core, and wherein the circuit input (IN) with the base and the circuit output (OUT) is connected to the collector of a transistor (Tr1), characterized by a second inductor (L2) and a first resistor (R1), the first connection of the second inductor (L2) being connected to the collector of the transistor (Tr1 ), the second connection of the second inductance (L2) with a first node ( 4 ), the first connection of the first resistor (R1) to the first node ( 4 ) and the second connection of the first resistor (R1) is connected to a first voltage supply connection (U-collector), a fourth inductor (L4) and a third resistor (R3), the first connection of the fourth inductor (L4) to the base of the transistor (Trl), the second connection of the fourth inductance (L4) with a second node ( 3 ), the first connection of the third resistor (R3) to the second node ( 3 ) and the second connection of the third resistor (R3) is connected to a second voltage supply connection (U base), and a capacitance (C5), the first connection of the capacitance (C5) to the first node ( 4 ) and the second connection of the capacitance (C5) to the second node ( 3 ) connected is.

High-frequency amplifier according to claim 1, characterized characterized in that the Transistor (Tr1) a bipolar transistor, a field effect transistor or is an amplifier tube.