DE69332320T2 - Leistungsverstärkervorrichtung - Google Patents

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf Leistungsverstärkervorrichtungen und Verfahren zum Verstärken einer Vielzahl von Radiofrequenzsignalen unterschiedlicher Frequenzen kollektiv als einem zusammengesetzten Radiofrequenzsignal.
• Für die gleichzeitige Übertragung einer Vielzahl von Trägern kann ein Radiokommunikationsgerät, typischerweise in einer Basisstation eines mobilen Kommunikationssystems, Verstärkerschaltungen in einer Anzahl umfassen, die derjenigen der Träger gleich ist. Ausgaben der Verstärkerschaltungen werden durch einen Antennenduplexer kombiniert. Dieses System weist darin Probleme auf, daß das Gerät im Zuge einer Erhöhung der Anzahl von Trägern voluminös wird, und darin, daß eine Übertragungsfrequenz vom Duplexer abhängt und nicht ohne weiteres verändert werden kann.
• Diese Probleme würden gemeinsam gelöst, wenn eine Leistungsverstärkervorrichtung für eine gleichzeitige Verstärkung (gemeinsame Verstärkung) einer Vielzahl von Trägern verfügbar wäre. Insbesondere bei mobilen Kommunikationen wäre es gleichzeitig möglich, eine Frequenzbeschränkung durch den Duplexer zu verhindern und Frequenzen effizient zu nutzen. Eine herkömmliche Leistungsverstärkervorrichtung weist jedoch eine Nicht-Linearität auf, was unweigerlich zu Zwischenmodulationsverzerrungen beim Ausführen einer gleichzeitigen Verstärkung führt und eine Verzerrung anderer Kommunikationskanäle des mobilen Kommunikationssystems hervorruft.
• Um dies zu verhindern könnte eine Leistungsverstärkervorrichtung in Betracht gezogen werden, die ein sehr hohes Sättigungsausgabeniveau aufweist. Zum Beispiel sei angenommen, daß das Ausgabeniveau 1 W pro Carrier beträgt, daß die Anzahl der Carrier 10 beträgt, und daß die Zwischenmodulationsverzerrung zu einer unechten Intensität von -60 dB führen sollte. Um die Träger einer gleichzeitigen Verstärkung zu unterwerfen, müßte die Leistungsverstärkervorrichtung eine Sättigungsausgabe von mindestens 1 kW aufweisen und wäre demnach voluminös. Eine praktische Ausführung ist demnach unmöglich und führt zu keiner Verbesserung, weil sowohl die Schaltungsanordnung als auch der Leistungsverbrauch sehr unökonomisch sind.
• Deshalb ist eine Verzerrungskompensationsschaltung in der Leistungsverstärkervorrichtung verwendet worden. Dies dient dazu, das Sättigungsausgabeniveau zu reduzieren und das Problem des Verlusts an Ökonomie zu lösen. Verschiedentliche Leistungsverstärkungsvorrichtungen mit Verzerrungskompensationsschaltungen sind bereits bekannt. Darunter sind solche, die eine Zufuhr ("FF")-Schaltung einschließen, was nachfolgend im Detail unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 4 beschrieben wird. Diese Verstärker liefern ein breites Verzerrungskompensationsband, eine Stabilität sowie eine Verbesserung im Verzerrungskompensationseffekt. Eine solche Leistungsverstärkervorrichtung kann entweder eine Einzel-FF-Schaltung (wie in den Fig. 1 und 3) oder eine Vielzahl von Multiplex-FF-Schaltungen (wie in Fig. 4) umfassen. Wenn die Leistungsverstärkervorrichtung die Einzel-FF-Schaltung umfaßt, kann sie eine Vielzahl von parallelen Verstärkerschaltungen aufweisen (wie in Fig. 3).
• Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Verbesserung gegenüber den oben beschriebenen Leistungsverstärkervorrichtungen zu schaffen.
• Gemäß einem Gegenstand der vorliegenden Erfindung wird eine Leistungsverstärkervorrichtung bereit gestellt, welche umfaßt:
• Ein Eingabeterminal zum gemeinsamen und gleichzeitigen Empfang einer Vielzahl von Radiofrequenzsignalen unterschiedlicher Frequenzen als einem zusammengesetzten Radiofrequenzsignal; ein Ausgabeterminal; und ein Verstärkungsabschnitt zum Verstärken des zusammengesetzten Signals mit einer Zufuhrverzerrungskompensation und zum Liefern des verstärkten Signals zum Ausgabeterminal; wobei die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, daß der Verstärkungsabschnitt umfaßt: Ein Trennteil, welches mit dem Eingabeterminal verbunden ist, zum Aufteilen des zusammengesetzten Signals in eine Vielzahl von aufgeteilten zusammengesetzten Radiofrequenzsignalen einer gemeinsamen Phase und einer gemeinsamen Amplitude; eine Vielzahl von Zufuhrverzerrungskompensationsschaltungen mit einer gemeinsamen Verstärkungs- und einer gemeinsamen Phasencharakteristik, wobei jede so ausgestaltet ist, daß das jeweilige Signal der aufgeteilten Signale verstärkt ist, um eine entsprechende, kompensierte Signalkomponente zu erzeugen; und einen Verbinder zum richtigphasigen Verbinden der kompensierten Signalkomponenten, um das verstärkte Signal für die Zufuhr an das Ausgabeterminal zu erzeugen.
• Es sollte beachtet werden, daß die richtigphasige Verbindung der Signalkomponenten der Vielzahl (N) der FF-Schaltungen zu einer N-fachen Erhöhung im Niveau der Signalkomponenten beim Ausgabeterminal führt, und daß eine Erhöhung nicht im Niveau der Verzerrungskomponenten auftritt, welche ununterbrochen sich irregulär verändern zum Kompensieren der Amplituden und Phasen davon. Als Folge wird eine Erhöhung im Verhältnis der Signalkomponenten gegenüber der Verzerrungskomponenten erzielt, nämlich bei der Abschwächung der Zwischenmodulations- Verzerrung, bis zu einem Ausmaß von etwa (10 log N) bB im Vergleich zur Verwendung einer Einfach-FF-Schaltung.
• Gemäß einem anderen Gegenstand der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren einer Leistungsverstärkung eines zusammengesetzten Eingaberadiofrequenzsignals, welches sich aus einer Vielzahl von gleichzeitigen Radiofrequenzsignalen unterschiedlichen Frequenzen zusammensetzt, bei welcher das zusammengesetzte Signal unter Zufuhrverzerrungskompensation verstärkt wird, um ein Ausgabesignal zu erzeugen, bereitgestellt, welches gekennzeichnet ist durch ein Aufteilen des zusammengesetzten Eingabesignals in eine Vielzahl von zusammengesetzten Radiofrequenzsignalen einer gemeinsamen Phase und einer gemeinsamen Amplitude; ein Kompensieren der Zufuhrverzerrung von jedem der aufgeteilten Signale, jeweils mit einer gemeinsamen Verstärkungs- und einer gemeinsamen Phasencharakteristik, um eine Vielzahl von kompensierten Signalkomponenten zu erzeugen; und ein richtigphasiges Verbinden der kompensierten Signalkomponenten zum Erzeugen des Ausgabesignals.
• Es sollte beachtet werden, daß das Patentdokument US-A-4926136 eine Leistungsverstärkervorrichtung zum Verstärken eines Eingabesignals mit einer einzelnen Grundfrequenz beschreibt, bei welcher das Eingabesignal in einer Quadratur unterteilt ist, wobei zwei Querkomponenten mit einer Zufuhrverzerrungskompensation verstärkt werden und die zwei kompensierten Querkomponenten zum Erzeugen des Ausgabesignals kombiniert werden. Das Patentdokumente EP-A-0 135 407 beschreibt ebenfalls eine Mikrowellen-Leistungsverstärkervorrichtung, bei welcher das Eingabesignal unterteilt ist, wobei die unterteilten Signale jeweils ohne jegliche Zufuhrverzerrungskompensation verstärkt werden und die verstärkten Signale kombiniert werden.
• Bevorzugte Merkmale der Erfindung werden nun beispielhaft beschrieben unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, wobei:
• Fig. 1 ist ein Blockdiagramm einer herkömmlichen Leistungsverstärkervorrichtung;
• Fig. 2 (a) bis (d) sind Diagramme, die zum Beschreiben der Verzerrungskompensation in der in Fig. 1 ersichtlichen Leistungsverstärkervorrichtung verwendet werden;
• Fig. 3 ist ein Blockdiagramm einer anderen, herkömmlichen Leistungsverstärkervorrichtung;
• Fig. 4 ist ein Blockdiagramm einer noch anderen, herkömmlichen Leistungsverstärkervorrichtung;
• Fig. 5 ist ein Blockdiagramm einer Leistungsverstärkervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform dieser Erfindung;
• Fig. 6 (a) bis (d) sind Diagramme, die zum Beschreiben einer verbleibenden Verzerrung in der in Fig. 5 veranschaulichten Leistungsverstärkervorrichtung verwendet werden;
• Fig. 7 ist ein Blockdiagramm einer Leistungsverstärkervorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform dieser Erfindung.
• Auf Fig. 1 bezug nehmend wird zunächst zum besseren Verständnis dieser Erfindung eine herkömmliche Leistungsverstärkervorrichtung mit einer Einfach-FF-Schaltung beschrieben. Die herkömmliche Leistungsverstärkervorrichtung besitzt Vorrichtungseingabe- und Vorrichtungsausgabe-Terminals 11 und 13 und umfaßt eine Hauptverstärkerschaltung (HAUPT-AMP) 15. Eine erste Schleife 16 entzieht lediglich nicht-lineare Verzerrungskomponenten, die durch in der Hauptverstärkerschaltung 15 verwendete Leistungsverstärkerelemente erzeugt werden. Eine Hilfsverstärkerschaltung (HILFS-AMP) 17 verstärkt die entnommenen Verzerrungskomponenten. Eine zweite Schleife 19 löscht die Verzerrung durch Zufuhr in Gegenphase zu einem Ausgabeabschnitt der Hauptverstärkungsschaltung 15. Diese Schleifen 16 und 19 werden abgekürzt gemeinsam als FF-Schleife bezeichnet.
• Fig. 2 (a) bis (d) dienen dazu, die Verzerrungskompensation, die durch die FP-Schleife durchgeführt wird, zu beschreiben und Prozesse der Verstärkung von zwei Signalen mit Frequenzen f1 und f2 zu zeigen. Der Betrieb einer herkömmlichen Leistungsverstärkervorrichtung wird nun im Detail unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 2 (a) bis (d) beschrieben.
• Mit einem in Fig. 2 (a) gezeigten Spektrum werden die zwei Signale von einem Eingabeterminal 11 zu einem Punkt a der Fig. 1, das heißt zu einem Trennteil 21, geliefert. Diese Signale werden durch die Hauptverstärkerschaltung 15 verstärkt, um Zwischenmodulationsverzerrungen dritter Ordnung (2f1-f2) und (2f2-f1) neben den beiden Signalen aufzuweisen, wie in Fig. 2 (b) gezeigt. In der Praxis werden zusätzlich Verzerrungen fünfter und noch höherer Ordnung erzeugt. Hier werden lediglich zur leichteren Beschreibung nur die Verzerrungskomponenten dritter Ordnung gezeigt.
• Die erste Schleife 16 vergleicht die in Fig. 2 (a) gezeigten Eingabesignale der Hauptverstärkerschaltung 15 mit den in Fig. 2 (b) gezeigten Ausgabesignalen und entzieht lediglich die in Fig. 2 (c) gezeigten Verzerrungskomponenten.
• Die zweite Schleife 19 fügt in Gegenphase die in Fig. 2 (b) gezeigten Ausgabesignale der Haupt Verstärkerschaltung 15 zu den Verzerrungskomponenten, die wie in Fig. 2 (c) gezeigt durch die erste Schleife 16 entzogen wurden, hinzu und löscht die Verzerrung auf die in Fig. 2 (d) veranschaulichte Weise. Die Verzerrungskomponenten fünfter und höherer Ordnung werden zusätzlich wie die Verzerrungskomponenten der dritten Ordnung gelöscht.
• Die optimalen Betriebsbedingungen des Betriebs der Leistungsverstärkervorrichtung sind wie folgt. In der ersten Schleife 16 sollte ein Pfad a-b-d-g und ein anderer Pfad a-c-e-g eine gemeinsame elektrische Länge besitzen, so daß die Signale durch diese beiden Pfade in Gegenphase und mit einer gemeinsamen Amplitude zu einem Terminal g eines eingabeseitigen Richtungskupplers 23 übertragen werden. In der zweiten Schleife 19 sollte ein Pfad d-f-h-j und ein anderer Pfad d-g-i-j eine gemeinsame elektrische Länge besitzen, so daß Signale durch diese beiden Pfade in Gegenphase und mit einer gemeinsamen Amplitude zu einem Terminal j einer Ausgabeseite des Richtungskupplers 25 übermittelt werden.
• In der Praxis umfaßt die Leistungsverstärkervorrichtung eine Verstärkungs- und Phasen-Einstellschaltung (nicht gezeigt) in irgendeinem der Pfade f-h und g-i, um den optimalen Bedingungen zu genügen. Die Einstellschaltung wird häufig in einer automatischen Einstellart automatisch eingestellt.
• Es sollte im Zusammenhang mit dem oben erwähnten beachtet werden, daß die FF-Schaltung eine Verzerrungskompensationsfähigkeit besitzt, die aus den folgenden Gründen begrenzt ist.
• (1) Begrenzung durch ein Ungleichgewicht in der zweiten Schleife 19:
• Theoretisch ist es möglich, die Verzerrungskomponenten vollständig zu löschen, wenn ein Hinzufügen von Signalen durchgeführt würde, die eine richtige gemeinsame Amplitude und korrekt umgekehrte Phasen auf weisen. In der Praxis können die Verzerrungskomponenten der Hauptverstärkerschaltung 15 nicht vollständig gelöscht werden, da die Schleifen nicht vollständig ins Gleichgewicht gebracht werden können. Dies führt zu - wenn auch geringen - irregulären Fluktuationen hinsichtlich Verstärkung und Phase, gleich wie die Verstärkung und die Phase wahlweise eingestellt werden.
• (2) Begrenzung durch einen Steuerfehler in der automatischen Steuerung:
• Es ist durch automatische Einstellung mittels einer Vorrichtung von der oben beschriebenen automatischen Einstellart möglich, die Verstärkung und die Phase der FF- Schleife automatisch einzustellen, um den optimalen Bedingungen zu genügen. In der Praxis ist jedoch ein Steuerfehler unvermeidlich. Dies führt zu einem Verbleib der Verzerrungskomponenten.
• (3) Begrenzung durch die Nicht-Linearität der Hilfsverstärkerschaltung 17:
• Theoretisch führt die Hilfsverstärkerschaltung 17 zu keinen nichtlinearen Verzerrungen. In der Praxis sind jedoch nicht-lineare Verzerrungen unvermeidbar. Dies führt zur Einführung von Verzerrungskomponenten in der Ausgabe.
• Zu Fig. 3. zurückkehrend wird die Beschreibung fortgesetzt mit einer anderen herkömmlichen Leistungsverstärkervorrichtung. Leistungsverstärkerelemente, etwa Transistoren, können mit einer begrenzten Leistung pro Element umgehen. Die Leistungsverstärkervorrichtung für eine große Leistung umfaßt deshalb ein N-Trennteil 27 (welches N-Ausgabesignale erzeugt) und einen N- Verbinder 29 (welcher N-Eingabesignale kombiniert) zum parallelen Betrieb von N Hauptverstärkerschaltungen 15, wobei N eine ganze Zahl von nicht weniger als zwei ist.
• Auf Fig. 4 zurückkommend, umfaßt eine noch andere herkömmliche Leistungsverstärkervorrichtung erste und zweite Hilfsverstärkerschaltungen 17(1) und 17(2), erste und zweite Trennteile 21(1) und 21(2), erste und zweite, eingabeseitige Richtungskuppler 23(1) und 23(2) und erste und zweite, ausgabeseitige Richtungskuppler 25(1) und 25(2) als der Hilfsverstärkerschaltung 17, die Trennteile 21, den eingabeseitigen Richtungskuppler 23 sowie den ausgabeseitigen Richtungskuppler 25 der Fig. 1, um die FF-Schleifen zu multiplexieren.
• Es kann hier hervorgehoben werden, daß die herkömmliche Leistungsverstärkervorrichtung mit der FF-Schaltung in der oben beschriebenen Art ein Problem besitzt, derart, daß die Verzerrungskomponenten in den Ausgabesignalen verbleiben aufgrund der Einschränkung, die auf der Verzerrungskompensation durch die FF-Schaltung auferlegt wird. Bei der herkömmlichen Verstärkerschaltung sind Überreste der Verzerrungskomponenten in vorbestimmten Grenzen gehalten worden, indem parallele Hauptverstärkerschaltungen 15 in ihrer Zahl erhöht wurden, um die Überreste der Verzerrungskomponenten zu entfernen. Dies führte zu Problemen von erhöhten Kosten der Vorrichtung und von erhöhtem Leistungsverbrauch. Verbesserungen sind daher stark erwünscht gewesen.
• In Fig. 4 werden PF-Schleifen multipliziert, um die Probleme der Beeinträchtigung der Verzerrungskompensationsfähigkeit durch nicht-lineare Verzerrungen der Hilfsverstärkungsschaltung 17 zu lösen. Dies führt jedoch zur Komplikation der Schaltungsanordnung und zu einer Erhöhung des Verlusts, welcher durch die Richtungskuppler 23 (Zusatzzahlen weggelassen) und 25 (Zusatzzahlen weggelassen), die zwischen der Hauptverstärkerschaltung 15 und dem Ausgabeterminal 13 eingesetzt werden, eingeführt wird, und ist daher unpraktisch. Insbesondere ist der Verlust zwischen der Hauptverstärkerschaltung 15 und dem Ausgabeterminal 13 sehr ernst bei einer Verstärkervorrichtung einer hohen Ausgabeleistung.
• Bei der oben in bezug auf Fig. 3 beschriebenen Leistungsverstärkervorrichtung führt eine parallele Verknüpfung der Hauptverstärkerschaltungen 15 nicht notwendigerweise zu einer Verbesserung der Zuverlässigkeit. Insbesondere erscheint eine Verminderung in der Verstärkung zwischen dem N-Trennteil 27 und dem N-Verbinder 29, sollte eine der Hauptverstärkerschaltungen 15 im Auslassen des Betriebs begriffen sein. Dies führt zu einem Ungleichgewicht in der ersten Schleife 16 und zu einem Versagen einer ordentlichen Verzerrungskompensation, wodurch die Verzerrungskomponenten im Ausgabesignal plötzlich ansteigen.
• Auf Fig. 5 zurückkommend wird die Beschreibung einer Leistungsverstärkungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform dieser Erfindung fortgesetzt. In der Leistungsverstärkervorrichtung teilt das Zweifach-Trennteil (welches ein Eingabesignal in zwei Signale trennt) 31 ein Signal, welches von einem Eingabeterminal 11 geliefert wurde, in zwei Signale einer gemeinsamen Phase und einer gemeinsamen Amplitude. Zwei FF- Schaltungen 33(1) und 33(2) sind in ihrem Aufbau ähnlich und dienen zum Bilden von FF-Schleifen für die durch das Zweifach- Trennteil 31 erzeugten Signale. Für die Zufuhr zu einem Ausgabeterminal 13 kombiniert ein Zweifach-Verbinder (welcher zwei Eingabesignale kombiniert) 35 in richtiger Phase (bzw. inphasig) die Ausgaben 33 (Zusatzzahlen weggelassen). Die FF- Schaltungen 33 weisen eine gemeinsame Verstärkungs- und eine gemeinsame Phasencharakteristik zwischen ihren Eingaben und Ausgaben auf. Als Folge kombiniert der Zweifach-Verbinder 35 Komponenten einer Hauptsignalkomponente mit deren gleichen Amplituden und deren richtigphasigen Phasen. Dies führt beim Ausgabeterminal 13 zu einem zweifachen Anstieg, nämlich 3 bB, bei einer Amplitude der Hauptsignalkomponente im Vergleich zu einem Fall, wo lediglich eine der FF-Schaltungen 33 verwendet wird.
• Auf die oben beschriebene Weise erzeugen die FF-Schaltungen 33 als ein Resultat der Begrenzung ihrer Verzerrungskompensationsfähigkeiten Verzerrungskomponenten, die - wenn auch gering - ununterbrochen irregulär sich verändernde Amplituden und Phasen aufweisen. Die Verwendung der FF-Schaltungen 33 im Doppel führt deshalb nicht zur vollständigen Löschung, schafft aber die Unterdrückung eines plötzlichen Anstiegs, was herkömmlich unvermeidbar war.
• Auf Fig. 6 (a) bis (d) unter fortgesetzter Bezugnahme auf Fig. 5 zurückkommend weisen die Verzerrungskomponenten B (Zusatzzahlen weggelassen) Fehler "θ" und "a" im Vergleich zu einem idealen Phasen- und Amplitudenzustand (Gegenphase und gleiche Amplitude) in Vektor-Zuständen von Verzerrungskomponenten B(1) und B(2) der zwei FF-Schaltungen 33 und einer verbleibenden Verzerrungskomponente B(3). Bei Fig. 6 (a) sind beide Fehler "θ" und "a" negative Fehler. In Fig. 6 (b) sind diese beiden positive Fehler. In Fig. 6 (c) ist der Fehler "θ" ein negativer Fehler und der Fehler "a" ist ein positiver Fehler. In Fig. 6 (d) ist der Fehler "θ" ein positiver Fehler und der Fehler "a" ist ein negativer Fehler.
• Aus Fig. 6 (a) bis (d) wird verständlich, daß die verbleibende Verzerrungskomponente B(3) eine Amplitude und eine Phase in Abhängigkeit vom Amplitudenfehler "a" und vom Phasenfehler "θ" besitzt. Die Amplitude und die Phase der verbleibenden Verzerrungskomponenten B(3) variieren irregulär in Abhängigkeit von ununterbrochenen und irregulären Veränderungen bei den Fehlern "a" und "θ".
• Als eine Folge davon kann es für Momente passieren, daß die Amplituden und Phasen der Verzerrungskomponenten der FF- Schaltungen 33 gleich sind (wobei die verbleibende Verzerrungskomponente B(3) verdoppelt wird) oder einander löschen (wobei die verbleibende Verzerrungskomponente B(3) null wird). Solche Fälle treten jedoch selten auf. Es wird bestätigt, daß die Verzerrungskomponenten des Signals des Ausgabeterminals 13 Niveaus besitzen, die im wesentlichen gleich denjenigen der Verzerrungskomponente B(1) oder B(2) von jeder FF-Schaltung 33 sind.
• Dies zeigt, daß das Verhältnis der Hauptsignalkomponenten gegenüber den Verzerrungskomponenten im Ausgabeterminal 13, d. h. die Abschwächung der Zwischenmodulationsverzerrung, um 3 dB verbessert wird im Vergleich zur Verwendung einer einzelnen FF-Schaltung. Die Abschwächung der Zwischenmodulationsverzerrung wird ebenfalls um 3 dB verbessert im Vergleich zur herkömmlichen Verzerrungskompensationsschaltung, die unter Bezugnahme auf Fig. 3 beschrieben wurde und bei welcher die Anzahl 2 als der Anzahl N der Hauptverstärkerschaltungen 15, die parallel verbunden sind, verwendet wird.
• Auf Fig. 7 zurückkommend, umfaßt eine Leistungsverstärkervorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform dieser Erfindung ein Vierfach-Trennteil 36, welches ein vom Eingabeterminal geliefertes Signal in vier Signale einer gemeinsamen Phase und einer gemeinsamen Amplitude unterteilt. Erste bis vierte FF- Schaltungen 33(1) bis 33(4) sind im Aufbau ähnlich und dienen zur Bildung von FF-Schleifen für die durch das Vierfach- Trennteil 36 erzeugten Signale. Zur Zufuhr zum Ausgabeterminal 13 kombiniert ein Vierfach-Verbinder 37 die Ausgaben der FF- Schaltungen 33 (Zusatzzahlen weggelassen) in richtiger Phase bzw. in-phasig miteinander.
• Die Leistungsverstärkervorrichtung einer solchen Struktur verbessert auf die zuvor beschriebene Weise die Abschwächung der Zwischenmodulationsverzerrung um 6 dB im Vergleich zu einer herkömmlichen, bei welcher von entweder einer Einfach-FF- Schaltung oder von vier parallel verbundenen Hauptverstärkerschaltungen 15 Gebrauch gemacht wird.
• Wie aus Fig. 5 und 7 ersichtlich ist ein Fall ähnlich, bei dem entweder drei oder mindestens fünf FF-Schaltungen in einen Parallelbetrieb gebracht werden. Wenn N (eine wahlweise ganze Zahl, die nicht weniger als zwei ist) FP-Schaltungen in einen Parallelbetrieb gesetzt werden, wird die Abschwächung der Zwischenmodulationsverzerrung um (10 · log N) dB verbessert.
• Nun wird die Beschreibung fortgesetzt mit den technischen Verbesserungen, die durch eine Verstärkervorrichtung gemäß dem beschriebenen Fall erreicht werden im Vergleich zu einer herkömmlichen Leistungsverstärkervorrichtung, die eine Einfach- FF-Schaltung umfaßt.
• Der Parallel-Betrieb von N FF-Schaltungen führt in diesem Fall, wie beschrieben, zu einer Verbesserung von (10 · log N) dB bezüglich der Abschwächung der Zwischenmodulationsverzerrung im Vergleich zur Verwendung einer einfachen PF-Schaltung. Es führt deshalb dazu, daß die Leistungsverstärkervorrichtung dieses Falles eine größere Ausgabeleistung im Vergleich zu einer herkömmlichen liefert, bei welcher die Leistungsverstärkerelemente hinsichtlich ihrer Anzahl gleich sind und durch welche die verbleibende Verzerrungskomponente mit einem identischen Niveau erzeugt wird.
• Mit anderen Worten wird eine vorbestimmte Ausgabeleistung durch die Leistungsverstärkervorrichtung dieses Falles erhalten mit einer verringerten Anzahl von Leistungsverstärkerelementen und mit einem geringeren Leistungsverbrauch im Vergleich zu einer herkömmlichen. Das heißt, es ist möglich, eine Kompaktheit und eine Erniedrigung im Leistungsverbrauch zu erzielen.
• Als Beispiel erfolgt die Beschreibung im Zusammenhang mit der bei Fig. 7 veranschaulichten Leistungsverstärkervorrichtung. In diesem Beispiel wird die Abschwächung der Zwischenmodulationsverzerrung wie oben um 6 dB verbessert. Auf der anderen Seite wird bestätigt, daß eine Erhöhung von 1 dB im Niveau des Ausgabesignals zu einer Störung um 2 dB bei der Abschwächung der Zwischenmodulationsverzerrung führt. Als Ergebnis kann die Leistungsverstärkervorrichtung der Struktur von Fig. 7 die Ausgabeleistung zweifach erhöhen, d. h. um 3 dB, im Vergleich ihrer Ausgabeleistung mit einer herkömmlichen Leistungsverstärkervorrichtung, welche eine identische Abschwächung der Zwischenmodulationsverzerrung des Ausgabesignals liefert. Mit anderen Worten nimmt die Leistungsverstärkervorrichtung die halben Raummaße bzw. das halbe Volumen ein und besitzt den halben Leistungsverbrauch im Vergleich mit einer herkömmlichen, welche eine gleiche Ausgabeleistung und eine gleiche Abschwächung der Zwischenmodulationsverzerrung liefert.
• Wenn eine solche Leistungsverstärkervorrichtung als eine gleichzeitige und gemeinsame Verstärkervorrichtung für mobile Kommunikationen zur Erzeugung einer gleichen Ausgabeleistung pro Träger wie zuvor verwendet wird, können doppelt so viele Träger gleichzeitig mit den gleichen Ausmaßen und einem gleichen Leistungsverbrauch verstärkt werden. Eine doppelt so hohe Ausgabeleistung kann pro Träger erhalten werden, wenn es um eine vorbestimmte Anzahl von Trägern geht. Die Maße bzw. das Volumen der Vorrichtung und ihr Leistungsverbrauch können auf die Hälfte reduziert werden, wenn eine gleiche Anzahl von Trägern mit einer gleichen Ausgabeleistung pro Träger prozessiert werden.
• Die in Fig. 5 und 7 veranschaulichten Leistungsverstärkervorrichtungen sind bisher in Verbindung mit entweder einem Zweifach-Trennteil 31 und einem Zweifach-Verbinder 35 oder mit einem Vierfach-Trennteil 36 und einem Vierfach-Verbinder 37 zum Ausführen einer in-phasigen Teilung und Verbindung beschrieben worden. Wenn von einem Verbinder zum richtigphasigen Hinzufü gen der durch N FF-Schaltungen erzeugten Signalkomponenten Gebrauch gemacht wird, unterscheidet sich der Betrieb nicht von demjenigen dieser Leistungsverstärkervorrichtungen.
• Auf die bisher beschriebene Weise werden N FF-Schaltungen in Parallel-Betrieb gebracht, während ihre Ausgaben in gleicher Phase zusammengesetzt werden, um ein Ausgabesignal in einem Leistungsverstärker gemäß dieser Erfindung bereit zu stellen. Es ist deshalb möglich, das Verhältnis der Signalkomponenten gegenüber der Verzerrungskomponenten, nämlich die Abschwächung der Zwischenmodulationsverzerrung, um (10 · log N) dB im Vergleich zur Verwendung einer Einfach-FF-Schaltung zu verbessern. Weitere Vorteile sind die Kompaktheit und der geringere Leistungsverbrauch.
• Die Kompaktheit der Leistungsverstärkervorrichtung führt zu einer Verringerung der Anzahl der Leistungstransistoren, die als Leistungsverstärkerelemente verwendet werden, sowie ähnlicher, teurer Bestandteile und somit zu einer Verminderung der Herstellungskosten. Ein geringer Leistungsverbrauch führt zu einer Verringerung der Kosten der Betriebshaltung. Die Vorteile in bezug auf die ökonomische Wirksamkeiten können deshalb sehr gut sein.
• Jede FF-Schaltung ist in der Lage, das thermische Rauschen, welches durch die Leistungsverstärkerelemente erzeugt wird, zu reduzieren. Der Parallel-Betrieb dieser Erfindung verstärkt diese Verbesserung als einem zusätzlichen Vorteil.
• Durch jede FF-Schaltung wird eine Verzerrungskompensation durchgeführt. Deshalb ist eine korrekte Verzerrungskompensation sichergestellt, obgleich die Ausgabeleistung leicht vermindert werden kann, wenn eine der N parallelen FF-Schaltungen nicht mehr arbeitet. Mit anderen Worten schafft eine Erhöhung der Anzahl von FF-Schaltungen eine erhöhte Zuverlässigkeit der Leistungsverstärkervorrichtung insgesamt.
• Die oben beschriebenen Vorteile können trotz der Tatsachen wesentlich sein, daß der Parallel-Betrieb einer Vielzahl von FF- Schaltungen zu dem Nachteil führen kann, daß die Anzahl von anderen Bestandteilen als der Hauptverstärkerschaltung erhöht ist.
• Die bevorzugten Ausführungsformen können wie folgt zusammengefaßt werden. Zur Zufuhr an erste und zweite, parallel verbundene Zufuhrverzerrungskompensationsschaltungen 33(1), 33(2) teilt das Zweifach-Trennteil 31 ein vom Eingabeterminal 11 geliefertes Eingaberadiofrequenzsignal in Signale einer gemeinsamen Phase und einer gemeinsamen Amplitude. Ein Zweifach- Verbinder 35 kombiniert die Komponenten-Ausgaben der Zufuhrschaltungen in richtiger Phase bzw. in-phasig als einem verstärkten Ausgabesignal, welches zu einem Ausgabeterminal 13 geliefert wird. Im allgemeinen werden N Zufuhrschaltungen (wobei N eine ganze Zahl von nicht weniger als zwei ist) parallel verbunden und durch ein N-Trennteil mit dem Eingaberadiofrequenzsignal versorgt. Komponenten-Ausgaben der Zufuhrschaltungen werden richtigphasig als dem Ausgabesignal durch einen N- Verbinder kombiniert.

Claims (3)

1. Leistungsverstärkervorrichtung mit:

einem Eingabeterminal (11) zum gemeinsamen und gleichzeitigen Empfang einer Vielzahl von Radiofrequenzsignalen unterschiedlicher Frequenzen als einem zusammengesetzten Radiofrequenzsignal;

einem Ausgabeterminal (13); und

einem Verstärkungsabschnitt zum Verstärken des zusammengesetzten Signals mit einer Zufuhrverzerrungskompensation und zum Liefern des verstärkten Signals zum Ausgabeterminal;

dadurch gekennzeichnet, dass der Verstärkungsabschnitt umfasst:

ein Trennteil (31; 36), das mit dem Eingabeterminal verbunden ist, zum Aufteilen des zusammengesetzten Signals in eine Vielzahl von aufgeteilten zusammengesetzten Radiofrequenzsignalen einer gemeinsamen Phase und einer gemeinsamen Amplitude;

eine Vielzahl von Zufuhrverzerrungskompensationsschaltungen (33) mit einer gemeinsamen Verstärkungs- und einer gemeinsamen Phasencharakteristik, wobei jede so ausgestaltet ist, dass das jeweilige Signal der aufgeteilten Signale verstärkt ist, um eine entsprechende, kompensierte Signalkomponente zu erzeugen; und

einen Verbinder (35; 37) zum richtigphasigen Verbinden der kompensierten Signalkomponenten, um das verstärkte Signal für die Zufuhr an das Ausgabeterminal zu erzeugen.

2. Vorrichtung wie im Anspruch 1 beansprucht, wobei jede Zufuhrverzerrungskompensationsschaltung umfasst:

ein Untertrennteil (21), welches so ausgestaltet ist, dass das jeweilige Signal, welches durch das Trennelement aufgeteilt ist, empfangen wird, um erste und zweite Signale zu erzeugen;

einen Hauptverstärker (15), der so ausgestaltet ist, dass das erste Signal verstärkt wird, um ein drittes Signal zu erzeugen;

einen ersten Richtungskuppler (23), der so ausgestaltet ist, dass das dritte Signal mit dem zweiten Signal verknüpft wird und vierte und fünfte Signale erzeugt werden;

einen Hilfsverstärker (17), der so ausgestaltet ist, dass das fünfte Signal zum Erzeugen eines sechsten Signals verstärkt wird; und

einen zweiten Richtungskuppler (25), der so ausgestaltet ist, dass das sechste Signal mit dem vierten Signal verknüpft wird, um die jeweils kompensierte Signalkomponente zu erzeugen.

3. Verfahren einer Leistungsverstärkung eines zusammengesetzten Eingaberadiofrequenzsignals, welches sich aus einer Vielzahl von gleichzeitigen Radiofrequenzsignalen unterschiedlicher Frequenzen zusammensetzt, bei welcher das zusammengesetzte Signal unter Zufuhrverzerrungskompensation verstärkt wird, um ein Ausgabesignal zu erzeugen; gekennzeichnet durch

Aufteilen des zusammengesetzten Eingabesignals in eine Vielzahl von aufgeteilten, zusammengesetzten Radiofrequenzsignalen einer gemeinsamen Phase und einer gemeinsamen Amplitude;

Kompensieren der Zufuhrverzerrung von jedem der aufgeteilten Signale, jeweils mit einer gemeinsamen Verstärkungs- und einer gemeinsamen Phasencharakteristik, um eine Vielzahl von kompensierten Signalkomponenten zu erzeugen; und

richtigphasiges Verbinden der kompensierten Signalkomponenten zum Erzeugen des Ausgabesignals.