DE2015812A1 - High frequency power amplifier - Google Patents
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Description
DIPL-CHEM. DR. DEUFEL DIPL-ING. FINSTERWALD DIPL-ING. GRÄMKOWDIPL-CHEM. DR. DEUFEL DIPL-ING. FINSTERWALD DIPL-ING. GRÄMKOW
We/P M 2029We / P M 2029
THE MARCONI COMPANY LIMITED Bush House, Aldwych, London. W.O.2 EFGLAEDTHE MARCONI COMPANY LIMITED Bush House, Aldwych, London. W.O.2 EFGLAED
Hochfrequenz - LeistungsverstärkerHigh frequency power amplifier
Die Erfindung betrifft Hochfreqüeng-L-eistungsverstärker-Vorrichtungen und hat zum Ziel, verbesserte Hochfrequenz-Leistungsverstärker-Vorrichtungen zu schaffen, welche für die Verwendung zur Verstärkung von amplitudenmodulierten Hochfrequenz-Signalen geeignet sind und so beschaffen sind, daß sie eine unangenehme Form der Verzerrung, die bei gegenwärtig allgemein verwendeten Verstärkern auftritt, sowei.t ,wie. möglich^auf ein. Minimum begrenzen. Die Erfindung ist insbesondere für; Hochfrequenz-Leis tungsverstärker-Vorrichtungen hervorragend geeignet, welche zur Verwendung bei Frequenzen- in dar Größenordnung von 1 bis 30 MHz ausgelegt sind, obwohl die Erfindung nicht auf diese Anwendung beschränkt ist.The invention relates to high frequency / power amplifier devices and aims to provide improved high frequency power amplifier devices to create which for use for the amplification of amplitude-modulated high-frequency signals are appropriate and are such as to cause an uncomfortable form of distortion common to at present used amplifiers occurs, as well as how. possible ^ on a. Limit the minimum. The invention is particularly useful for; High frequency leis power amplifier devices are excellently suited which for use at frequencies on the order of 1 to 30 MHz are designed, although the invention is not limited to this application.
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lokfon (0531) 2B18/ Tilefoti (0711) SS7261Lokfon (0531) 2B18 / Tilefoti (0711) SS7261
Bekannte Hochfrequenz-Verstärker, wie sie gegenwärtig allgemein verwendet werden, erzeugen eine Verzerrung, indem sie die Amplitudenmodulation am Eingang in eine Phasenmodulation am Ausgang umwandeln und zwar mit dem höchst unerwünschten Ergebnis, daß der Phasenwinkel des Ausgangssignals in keiner konstanten Beziehung mit dem Phasenwinkel des Eingangssignals steht, sondern sich mit der Amplitude ändert. Mit anderen Worten; es trLtt eine amplitudenabhängige Schwankung der Phasenverschiebung auf, welche zwischen Eingang und Ausgang durch den Verstärker erzeugt wird. Wie unben gezeigt wird, schafft die Erfindung eine verbesserte und einfache Vorrichtung, die nicht erfordert, daß irgendwelche Veränderungen öder Anpassungen der internen Schaltung des Verstärkers durchgeführt werden, wodurch die Verzerrung dieser Art auf eine Größe reduziert werden kann,·. die im normalen Gebrauch vernachlässigbar oder fast verna.chlässigbar ist.Known high-frequency amplifiers, as they are currently in general are used to generate a distortion by converting the amplitude modulation at the input into a phase modulation at the output convert with the highly undesirable result that the phase angle of the output signal is not constant Relationship with the phase angle of the input signal, but changes with the amplitude. In other words; it trLtt an amplitude-dependent fluctuation in the phase shift, which occurs between the input and output through the amplifier is produced. As shown above, the invention provides an improved and simple device that does not requires that any changes or adjustments be made to the internal circuitry of the amplifier, whereby the distortion of this kind can be reduced to an amount ·. which are negligible or almost negligible in normal use is.
Eine andere Form der Verzerrung, die bei bekannten Hochfrequenz-Vers bärkern ebenfalls allgemein angetroffen wird, obwohl diese B1Orm der Verzerrung mit geringeren Schwierigkeiten auf ein annehmbar niedriges Haß reduziert werden kann, ist die ITichtlinearität der Amplitude der Eingang-Ausgang-Obertragungsfunktion. Bevorzugte Ausführung«formen der Erfindung zur Verminderung der Verzerrung durch Umwandlung der Amplitudenmodulation in Phasenmodulation weisen daher zusätzliche Einrichtungen auf, um gleichzeitig die Verzerrung aufgrund der Hichtlinearität der Amplitude der Eingang-Ausgang-Übertragungsfunkbion au verringern. Another form of distortion which is also commonly encountered in known high frequency amplifiers, although this B 1 Orm of distortion can be reduced to an acceptably low level with less difficulty, is the nonlinearity of the amplitude of the input-output transfer function. Preferred embodiments of the invention for reducing the distortion by converting the amplitude modulation into phase modulation therefore have additional devices in order to simultaneously reduce the distortion due to the non-linearity of the amplitude of the input-output transmission function.
Obwohl die Erfindung nicht auf diese Anwendung beschränkt isb, 1st sie jedoch besonders vorteilhaft auf Versbärker-Vorrichtungen anwendbar, "welche in Sendern verwendet werden, die mit : dem Einneibenband- und dem unabhängigen Seitenband-Übertra-: · . gungssystem arbeiten, denn in diesen Fällen ist es wicht"i£,v,dassAlthough the invention is not limited to this application, it is particularly advantageous to booster devices applicable, "which are used in transmitters with: the single-band and the independent sideband transfer: ·. system work, because in these cases it is important "i £, v that
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signal-Hüllkurve, welche an der Ausgangsseite des Verstärkers vorhanden ist, mit derjenigen vergleicht, welche an der Eingangsseite des Verstärkers vorhanden ist und daß er als Antwort auf den Unterschied zwischen den zwei Hüllkurven ein Amplituden-Fehl ersignal erzeugt, welches als Steuerspannung in einer Richtung an das veränderbare Dämpfungsglied gelegt wird, so daß die Differenz auf Null gehalten wird.compares the signal envelope present on the output side of the amplifier with that present on the input side of the amplifier is present and that it has an amplitude error in response to the difference between the two envelopes ersignal is generated, which is used as a control voltage in a Direction is applied to the variable attenuator, so that the difference is kept at zero.
Vorzugsweise ist eine Verzögerungsschaltung in einem Signalpfad vorgesehen, welcher von einem Punkt auf der Eingangsseite des * Verstärkers zu dem 90-Grad-Detektor führt, wobei die Schaltung eine solche Verzögerung aufweist, daß die Verzögerungszeiten der zwei Pfade gleich werden, welche von dem oben genannten Punkt zum Detektor führen und zwar der eine zu dem einen Eingang des Detektors und der andere zum anderen Eingang.A delay circuit is preferably provided in a signal path which starts from a point on the input side of the * Amplifier leads to the 90 degree detector, the circuit being has such a delay that the delay times of the two paths become equal to which of the above Lead the point to the detector, one to one entrance of the detector and the other to the other entrance.
Die Erfindung wird nachfolgend beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben, welche ein vereinfachtes Blockdiagramm einer Ausführungsform darstellt.The invention is explained below, for example, with reference to the drawing which is a simplified block diagram of one embodiment.
Nach der Zeichnung werden amplitudenmodulierte Hochfrequenz-Signale, welche am Eingang (bei IN) anliegen, der Eingangsseite eines üblichen Hochfrequenz-Leistungsverstärkers 5 über einen P Eingangskanal zugeführt, der einen hybriden Leistungs-Aufteiler 1, ein geschaltetes Dämpfungsglied 2, ein spannungsgesteuertes Dämpfungsglied 3 und einen spannungsgesteuerten Phasenschieber 4 aufweist. Es wird angenommen, daß der Verstärker beide der oben bereits genannten Verzerrungsformen erzeugt. Das Ausgangssignal wird vom Verstärker 5 zur Weiterverwendung über einen Ausgangs-Leistungsabtaster 6 an eine Ausgangskiemme (bei OUT) geführt.According to the drawing, amplitude-modulated high-frequency signals, which are present at the input (at IN), the input side of a conventional high-frequency power amplifier 5 via a P input channel fed to a hybrid power splitter 1, a switched attenuator 2, a voltage-controlled attenuator 3 and a voltage-controlled phase shifter 4 has. It is assumed that the amplifier will produce both of the above-mentioned forms of distortion. The output signal is sent from the amplifier 5 for further use via an output power sampler 6 to an output terminal (at OUT) guided.
Üia die Verzerrung auszugleichen, welche von der amplituden-Üia to compensate for the distortion caused by the amplitude
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abhängigen Veränderung der Phasendrehung im Verstärker 5 herrührt, ist ein 90-Grad-Phasendetektor 10 vorgesehen, dessen einer Eingang von der Abzweig-Klemme des hybriden Leistungs-Aufteilers 1 über eine Verzögerungsschaltung 11 gespeist wird und dessen anderer Eingang von der Abzweig-Klemme des Ausgangs-Leistungsabtasters 6 über ein Dämpfungsglied 7 und ein Tiefpaßfilter 8 gespeist wird. Das !Filter 8 verhindert, daß Harmonische, welche im Ausgangssignal.vom Verstärker 5 vorhanden sein können die Detektoren 9 und 10 erreichen. Die Dämpfungsglieder 2 und 7 dienen dazu, geeignete Signalpegel an den Eingängen der Detektoren 9'und 10 und an dem spannungsgesteuerten Dämpfungsglied 3 zu gewährleisten. Die Verzögerung der Schaltung 11 ist so bemessen,' daß die zwei Pfade von dem hybriden Leistungs-Aufteiler 1 zum Detektor 10 die gleiche Zeitverzögerung aufweisen; der eine Pfad führt über die Schaltung 11 und der andere über die Einheiten 2 bis 8 einschließlich.dependent change in the phase rotation in amplifier 5, a 90-degree phase detector 10 is provided, its an input from the branch terminal of the hybrid power splitter 1 is fed via a delay circuit 11 and its other input from the branch terminal of the output power sampler 6 is fed via an attenuator 7 and a low-pass filter 8. The! Filter 8 prevents harmonics, which are present in the output signal from the amplifier 5 can reach the detectors 9 and 10. The attenuators 2 and 7 are used to set suitable signal levels at the inputs of detectors 9 ′ and 10 and at the voltage-controlled attenuator 3 to ensure. The delay of the circuit 11 is sized so that the two paths from the hybrid power splitter 1 to detector 10 have the same time delay; one path leads via circuit 11 and the other through units 2 to 8 inclusive.
Obwohl der 90-Grad-Phasendetektor 10 zur Vereinfachung als ein einziger Block dargestellt ist, enthält er eine beliebige bekannte Kombination von Schaltungen, die dazu eingerichtet sind, um die Phasen an seinen Eingängen zu vergleichen und um unabhängig von den Amplituden eine Fehlersignal-Spannung zu erzeugen, welche von der vorhandenen Phasendifferenz abhängt und so beschaffen ist, daß sie bei Anwendung als Steuerspannung beim Phasenschieber 4 dessen- Phasendrehung in der Art verändert, daß die Tendenz besteht, die zwei Eingangssignale des Phasendetektors in einer Phasenbeziehung von 90 Grad zu halten. Although the 90 degree phase detector 10 for simplicity as a If a single block is shown, it contains any known block Combination of circuits designed to compare the phases at its inputs and to be independent to generate an error signal voltage from the amplitudes, which depends on the existing phase difference and is such that it is used as a control voltage when Phase shifter 4 whose phase rotation is changed in such a way that there is a tendency to keep the two input signals of the phase detector in a phase relationship of 90 degrees.
Um die Verzerrung aufgrund der Nichtlinearität der Eingang-Ausgang-Übertragungsfunktion des Verstärkers 5 auszugleichen, ist ein Hüllkurven-Detektor 9 vorgesehen,dessen zwei Eingänge, •jeweils von den Einheiten 1 und 8 gespeist werden, auf welche bereits Bezug genommen wurde und dessen Fehler-KAusgangssignaiTo remove the distortion due to the non-linearity of the input-output transfer function of the amplifier 5, an envelope detector 9 is provided, the two inputs of which • are each fed by units 1 and 8, to which has already been referred to and its error KAusgangssignai
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die Dämpfung steuert, welche durch das spannungsgesteuerte Dämpfungsglied 5 erzeugt wird. Obwohl der Hüllkurven-Detektor 9 zur Vereinfachung als ein einziger Block dargestellt ist (vie der 90-Grad-Phasendetektor 10), enthält er eine beliebige bekannte Kombination von Schaltungen, die so ausgelegt sind, daß sie die Modulations- (z.B. Nieder-) Frequenz-Hüllkurve der Signale von 1 demodulieren, daß sie die Modulations- (z.B. Nieder-) Frequenz-Hüllkurve der Signale von 8 demodulieren und die zwei Hüllkurven (z.B. durch einen Differential-Verstärker) miteinander vergleichen, um ein von dieser Differenz abhängiges Fehlersignal zu erzeugen. Dieses Fehler-Signal wird dazu verwendet, die Dämpfung des Dämpfungsgliedes 3 in der V/eise zu verändern, daß das Fehler-Signal gegen Null strebt.controls the attenuation that is generated by the voltage-controlled attenuator 5. Although the envelope detector 9 is shown as a single block for simplicity (like the 90 degree phase detector 10), it contains any one known combination of circuits designed to control the modulation (e.g., low) frequency envelope of the Demodulate signals from 1 to demodulate the modulation (e.g., low) frequency envelope of the signals from 8 and Compare the two envelopes (e.g. using a differential amplifier) to find one that depends on this difference Generate error signal. This error signal is used to reduce the attenuation of the attenuator 3 in general change that the error signal tends towards zero.
Es ist offensichtlich, daß weder die amplitudenabhängige Phasen-Drehungs-Verzerrung noch die Verzerrung aufgrund der Nichtlinearität der Amplitude der Eingang-Ausgang-Übertragungsfunktion theoretisch auf Null reduziert werden kann, weil natürlich die Detektoren 9 und 10 beide aufgrund dieses Fehler-Ausgangssignals arbeiten und dieses Fehler-Signal nur dann vorhanden ist, wenn ein gewisses Maß von Verzerrung dieser Art vorhanden ist, welches durch die Wirkung des betreffenden Detektors korrigiert werden soll. Wie es jedoch auch bei anderen Korrekturanordnungen der Fall ist, in denen die Korrektur oder die Kompensation eines Fehlers durch ein Fehler-Signal bewirkt wird, welches von dem Fehler abgeleitet wird, der korrigiert oder kompensiert werden soll, ist es möglich, durch geeignete quantitative Auslegung einen Korrektur- oder Kompensations-G-rad zu erzeugen, welcher der Vollständigkeit so nahekommt, daß er praktisch annehmbar ist.It is evident that neither the amplitude dependent phase rotation distortion nor the distortion due to the non-linearity the amplitude of the input-output transfer function can theoretically be reduced to zero because of course the Detectors 9 and 10 both based on this error output work and this error signal is only present when there is some degree of distortion of this type, which is to be corrected by the action of the detector in question. However, as is the case with other correction arrangements is the case in which the correction or compensation of an error is effected by an error signal sent by is derived from the error that is to be corrected or compensated, it is possible through suitable quantitative interpretation to generate a correction or compensation degree, which is so close to completeness that it is practically acceptable.
Die verschiedenen Schaltungseinheiten, welche in der Figur durch Blöcke dargestellt sind, können eine beliebige Form ausThe various circuit units shown in the figure Represented by blocks can be any shape
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,^ ro?, ^ ro?
einer großen Vielfalt möglicher Formen annehmen, die an sich bekannt sind. r take a wide variety of possible forms that are known per se. r
"- Patefi-fcansprüclie «"- Patefi-fcclaimclie"
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