-
Die Erfindung betrifft einen Vorspannkreis für einen Diodendetektor
mit einer Schaltung zur Kompensation der temperaturbedingten Änderung
der Detektordioden-Schwellenspannung und zur Linearisierung der
Leistungspegelermittlung.
-
Der zur Ermittlung des Leistungspegels eines HF-Leistungsverstärkers
benutzte Detektor ist normalerweise eine Gleichrichterdiode, an deren
Anode die zu ermittelnde HF-Spannung angelegt wird, und an deren
Kathode eine gleichgerichtete Spannung erhalten wird, die der angelegten
Spannung proportional ist. Damit der Detektor auch bei kleinen
Leistungspegeln arbeiten kann, muß die Gleichrichterdiode in irgendeiner
Weise vorgespannt werden, da die Diode eine bestimmte
Schwellenspannung besitzt. Da diese Schwellenspannung auch temperaturabhängig ist,
muß bei der Vorspannung die temperaturbedingte Änderung der
Schwellenspannung ebenfalls berücksichtigt werden.
-
Zur Kompensation der temperaturbedingten Änderung der
Schwellenspannung ist die Verwendung einer zweiten Diode bekannt, die in
Flußrichtung vorgespannt ist, und von der die Spannung über einen Widerstand
zu der Detektordiode als deren Vorspannung geführt wird. Die
temperaturbedingte Abweichung der Schwellenspannung der Detektordiode wird
ausgeglichen, wenn sich die Spannung über der anderen Diode in der
gleichen Weise ändert, vorausgesetzt, daß die Dioden die gleiche
Temperatur und den gleichen Temperaturkoeffizient haben. Ein Beispiel
einer entsprechenden herkömmlichen Schaltung ist in Figur 1
dargestellt. Die Funktion der Schaltung ist einfach. Von der
Spannungsquelle V+ wird über einen hohen Widerstand R eine Spannung an die
Diode angelegt, die etwas höher ist als deren Schwellenspannung. Die
Diode D1 leitet und hält an dem folgenden Spannungsteiler die
Spannung bei dem Pegel der Flußspannung aufrecht. Der Spannungsteiler
liefert die Vorspannung für die Detektordiode D2, die etwas niedriger
ist als die Schwellenspannung. Wenn die Temperatur ansteigt, nimmt die
Schwellenspannung der Diode D1 ab und somit auch die Vorspannung der
Diode D2. Folglich bleibt die Differenz zwischen der Vorspannung und
der Schwellenspannung der Diode D2 ungeachtet der Temperatur ziemlich
genau konstant.
-
Ein Beispiel von Temperaturkompensation durch Verwendung einer
zusätzlichen Diode ist aus US-A-3011 116 bekannt, das herkömmliche Technik
enthält, die für die vorliegende Anmeldung von Bedeutung ist.
-
Diese bekannte Kompensationsschaltung für eine
Detektordiodenvorspannung hat den Nachteil, dar die ermittelte Spannung, die aus der
Detektordiode empfangen wird, der HF-Spannung des Hochfrequenzsignals,
das heißt der Quadratwurzel der Hochfrequenzleistung, proportional
ist. Für die Linearität der Leistungsregelung wäre es wünschenswert,
eine der Leistung proportionale Spannung zu erhalten.
-
Erfindungsgemäß besitzt ein Vorspannkreis für einen Diodendetektor
eine Schaltung zur Kompensation der temperaturbedingten Änderung der
Detektordioden-Schwellenspannung und zur Linearisierung der
Leistungspegelermittlung, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung eine
Konstantstromquelle enthält, durch die der Arbeitspunkt der Detektordiode
(D) auf einen konstanten Pegel eingestellt wird.
-
Mit der Konstantstromquelle wird ein kleiner Konstantstrom so durch
die Detektordiode geführt, daß die Diode nahe dem Kniepunkt der
Schwellenspannung vorgespannt wird. Da die Vorspannung durch
Verwendung eines konstanten Stroms erzeugt wird, werden die
temperaturbedingten Abweichungen der Diodenschwellenspannung den Arbeitspunkt der
Detektordiode nicht beeinflussen. Die Konstantstromquelle kann man
sich als eine Last vorstellen, deren Strom konstant ist. In diesem
Fall ist der Widerstand der Last bei niedrigen Spannungspegeln
niedrig und bei hohen Spannungspegeln hoch. Diese Erscheinung begradigt
die Leistungs/Spannungs-Kurve der Detektordiode bei niedrigen
Leistungspegeln, wodurch die Proportionalität zwischen der ermittelten
Spannung und der HF-Leistung besser ist als bei der herkömmlichen
Schaltung.
-
Ein Beispiel der Erfindung wird nun unter Bezug auf die Zeichnungen
beschrieben.
-
Figur 1 zeigt einen herkömmlichen Vorspannkreis,
-
Figur 2A zeigt einen erfindungsgemäßen Vorspannkreis,
-
Figur 2B zeigt eine andere erfindungsgemäße Ausführung der Schaltung,
-
Figur 3A zeigt in Form einer Tabelle die aus dem Detektor als Funktion
der HF-Leistung erhaltene Leistung bei Verwendung herkömmlicher
Technologie und bei Verwendung des erfindungsgemäßen Vorspannkreises,
-
Figur 3B ist eine graphische Darstellung der Tabelle von Figur 3A, und
-
Figur 4 zeigt die Strom/Spannungskurven der Detektordiode bei
ververschiedenen Temperaturen.
-
Die in Figur 1 dargestellte herkömmliche Technik wurde bereits oben
beschrieben. Bei dem in Figur 2A gezeigten Vorspannkreis wird die
Konstantstromquelle von zwei Widerständen R1, R2 und einem Transistor
T gebildet. Die Höhe des durch die Detektordiode D und den Transistor
T fließenden Stroms wird von dem Widerstand R1 bestimmt. Die Höhe des
Stroms bleibt trotz Temperaturänderungen hinreichend konstant, wenn
die Spannungsquelle V im Vergleich zu der Basis-Emitter-Spannung des
Transistors T ausreichend hoch ist. In dem Schaltkreis ist der
Transistor T die Stromquelle, deren Strom von dem Pegel des
gleichgerichteten Spannung Vout praktisch unabhängig ist. Der Zweck des
Widerstands R2 besteht in der Trennung des Vorspannungskreises von dem HF-
Signal. Außerdem kann mit dem Widerstand R2 der gleichgerichtete
Spannungspegel des Detektorausgangs Vout auf einen ausreichenden Pegel,
z.B. 50 mV (ohne das HF-Signal), eingestellt werden. Die
Kondensatoren C1 und C2 dienen dazu, das Hochfrequenzsignal aus den
gleichgerichteten Spannungen herauszufiltern. Mit dem Kondensator C3 wird
das HF-Signal an die Detektordiode gekoppelt. Während der positiven
Halbwellen des HF-Signals leitet die Detektordiode D und lädt den
Kondensator C2 auf. Somit wird eine Spannung Vout gewonnen, die dem
HF-Signal proportional ist.
-
Die in Figur 2B gezeigte Schaltung hat die Eigenschaft, daß die
Spannung Vout, ohne das HF-Signal, höher ist als in der Schaltung von
Figur 2A. Das liegt daran, daß die sich Anode der Detektordiode D auf
einem höheren Potential zwischen den Widerständen R1 und R2 befindet.
-
In beiden Schaltungen kann der Widerstand R2 beispielsweise durch eine
Induktivität L ersetzt werden, die den Zugang des HF-Signals zu der
Basis des Transistors T verhindert.
-
Figur 3A zeigt in Tabellenform die Leistungs/Spannungswerte der
Detektordiode. Aus der Tabelle kann berechnet werden, daß bei der
herkömmlichen Detektordiodenschaltung die Spannung vi ziemlich genau
proportional der Quadratwurzel der Leistung pi , etwa vi 6 pi, ist.
Aus den Kurven in Figur 3B ist zu sehen, daß die
Leistungs/Spannungskurve der Detektordiode am unteren Ende gerader ist als die der
herkömmlichen Schaltung. In dem Schaltkreis ist die ermittelte Spannung
somit der Leistung des HF-Signals linearer proportional. Dies liegt an
der Belastungswirkung des Detektordioden-Vorspannungsstroms auf den
ermittelten gleichgerichteten Spannungspegel am unteren Ende des
Spannungsbereichs. Denkt man sich die Konstantstromquelle als Last mit
konstantem Strom, dann muß der effektive Widerstand der Last proportional
der Spannung sein. In diesem Fall ist der Lastwiderstand bei kleinen
Spannungspegeln klein und bei hohen Spannungen groß. Diese Erscheinung
begradigt die Leistungs/Spannungskurve der Detektordiode bei kleinen
Leistungspegeln, wie aus der unteren Kurve in Figur 3B zu sehen ist.
-
Aus den Kennlinien in Figur 4 ist zu sehen, daß, wenn ein kleiner
Konstantstrom von etwa 10 uA durch die Detektordiode fließt, die Diode
nahe dem Kniepunkt der Schwellenspannung vorgespannt wird. Da das
Vorspannen mit einem Konstantstrom erfolgt, werden temperaturbedingte
Änderungen der Diodenschwellenspannung keine Auswirkung auf den
Arbeitspunkt der Detektordiode haben.
-
Bei Anwendung dieser Schaltung kann auf einfache Weise ein
Detektorsignal erzeugt werden, das der HF-Leistung proportional ist, und in
dem alle temperaturbedingten Abweichungen der
Detektordioden-Schwellenspannung kompensiert sind. Dank der Schaltung ist die Ermittlung
des Leistungspegels linearer als bei Verwendung einer herkömmlichen
Schaltung.
-
Die praktische Ausführung der Schaltung kann in verschiedenen
Richtungen variieren. Wichtig ist nur, daß ein konstanter Strom durch die
Detektordiode fließt, mit dem der Arbeitspunkt auf einen feststehenden
Wert eingestellt wird.