DE3338878C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltung zur 0°- Leistungszusammenfassung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei HF-Leistungsverstärkeranordnungen, die in Halblei­ tertechnik ausgeführt sind, müssen wegen der begrenzten Verlustleistungen solcher Halbleiterelemente in der Regel zwei und mehr solcher Anordnungen im Parallelbe­ trieb vorgesehen werden, deren Ausgänge dann über eine 0°-Leistungszusammenfassung hinweg mit der gemeinsamen Last verbunden werden. Wie beispielsweise die Literatur­ stelle Applikationsbericht Motorola AN-749: "Broadband Transformers and Power Combining Techniques for RF", Seiten 2-62 bis 2-70, insbesondere Seite 2-66, Fig. 7 und zugehörige Beschreibung verdeutlicht, können sol­ che 0°-Leistungszusammenfassungen durch Gabelschaltun­ gen verwirklicht werden, die mit einem Gabelübertrager oder mit zwei Leitungstransformatoren aufgebaut sind. Der Nachbildungswiderstand stellt hierbei eine kapazitive Belastung der Anschlüsse der Leistungsver­ stärkeranordnung dar, was insbesondere dann störend ist, wenn die HF-Leistungsverstärkeranordnungen breit­ bandig ausgelegt werden müssen. Die erwähnte kapazitive Belastung setzt nämlich die obere Grenzfrequenz der HF-Leistungsverstärkeranordnungen in unerwünschter Weise herab. Ein räumliches Absetzen des Nachbildungswider­ standes von dem ihm zugeordneten Anschluß der Gabel­ schaltung bringt ebenfalls keine Verbesserung, weil auch die Verbindungsleitungen kapazitiv sind und daher möglichst kurz gehalten werden müssen. Die durch den Nachbildungswiderstand sich ergebende kapazitive Belastung der Anschlüsse der HF-Leistungsverstärkeran­ ordnungen wird auch dadurch noch erhöht, daß der Nach­ bildungswiderstand, der zwar im normalen Betrieb der Gabelschaltung keine Leistung verbraucht, bei Ausfall einer der beiden HF-Leistungsverstärkeranordnungen die halbe Leistung der noch intakten anderen HF-Leistungs­ verstärkeranordnung aufnehmen und deshalb gekühlt werden muß. Zur Kühlung dient hierbei ein Kühlkörper, an dem der Nachbildungswiderstand gegen Masse isoliert gut wärmeleitend befestigt ist. Hierdurch wird natürlich die Kapazität des Nachbildungswiderstandes gegen Masse zusätzlich erhöht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für eine Schaltung der einleitend beschriebenen Art eine möglichst einfache Lösung anzugeben, die eine wesent­ liche Reduzierung der kapazitiven Belastung der An­ schlüsse der HF-Leistungsverstärkeranordnungen durch den Nachbildungswiderstand über die Gabelschaltung hinweg gestattet.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß sich ein Trennübertrager für einen solchen Nachbildungswi­ derstand wegen der relativ kleinen Abmessungen, die hierfür erforderlich sind, außerordentlich kapazitätsarm aufbauen läßt und dadurch die Möglichkeit gegeben ist, den über einen Kühlkörper zu kühlenden Nachbildungswi­ derstand einseitig auf Bezugspotential zu legen. Auf diese Weise läßt sich der größte Teil der ansonsten zwischen den Kühlkörper und dem Nachbildungswiderstand vorhandenen Kapazität kurzschließen.

Wie im Zusammenhang mit der Erfindung durchgeführte Überlegungen gezeigt haben, bestehen grundsätzlich auch noch andere Lösungen, die durch den Nachbildungswider­ stand verursachte kapazitive Belastung der Anschlüsse der HF-Leistungsverstärkeranordnungen zu vermindern. Eine Lösung bestünde darin, den Nachbildungswiderstand durch eine Anzahl von Einzelwiderständen, die kapazitätsarm weit von Masseflächen entfernt, z. B. auf einer Platine, in einem Kühlluftstrom angebracht sind, zu verwirkli­ chen. Diese Lösung erfordert jedoch einen großen Raum­ bedarf und setzt darüber hinaus voraus, daß sich die Einzelwiderstände in unmittelbarer Nähe des zugehörigen Anschlusses der Gabelschaltung befinden, weil ansonsten wieder Leitungskapazitäten wirksam werden.

Eine weitere Lösung könnte darin gesehen werden, den Kühlkörper, auf dem der Nachbildungswiderstand gut wär­ meleitend montiert ist, elektrisch und aus Kapazitäts­ gründen auch mechanisch gegen Masse isoliert anzuordnen. Dies bedingt jedoch eine sehr aufwendige Konstruktion und hat darüber hinaus den Nachteil, daß der Kühlkör­ per Hochfrequenzpotential führt. Auch hier muß sich die Anordnung des Nachbildungswiderstandes mit dem Kühlkörper aus den bereits erwähnten Gründen in unmit­ telbarer Nähe des dem Nachbildungswiderstand zugeord­ neten Anschlusses der Gabelschaltung befinden.

Eine dritte Lösung könnte schließlich darin bestehen, die Kapazität des Nachbildungswiderstandes in eine Tiefpaß-LC-Entzerrung der Gabelschaltung einzubeziehen. Hierdurch ergibt sich aber eine wesentliche Verminderung der oberen Grenzfrequenz der Gabelschaltung, was zu aufwendigen Abgleicharbeiten im Einzelfall führt.

Zweckmäßige Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes sind in den Patentansprüchen 2 und 3 angegeben.

Anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungs­ beispielen soll die Erfindung im folgenden noch näher erläutert werden. In der Zeichnung bedeuten

Fig. 1 eine prinzipielle Darstellung einer Gabelschal­ tung für die 0°-Leistungszusammenfassung zweier Senderendstufen,

Fig. 2 zwei Verstärker, die ein- und ausgangsseitig über Gabelschaltungen zusammengefaßt sind,

Fig. 3 eine prinzipielle Darstellung der erfindungsge­ mäßen Anschaltung des Nachbildungswiderstandes an eine Gabelschaltung,

Fig. 4 eine spezielle Ausführungsform des Erfindungsgegen­ standes nach Fig. 3,

Fig. 5 eine Variante der Ausführungsform nach Fig. 4,

Fig. 6 eine weitere Variante der Ausführungsform nach Fig. 4.

In Fig. 1 ist die Gabelschaltung GS mit einem Gabelüber­ trager ÜG verwirklicht, dessen Mittelabgriff gegen Bezugspotential den Anschluß IV für den Lastwiderstand RL bildet und dessen endseitige Anschlüsse gegen Bezugs­ potential, die Anschlüsse I und II für die beiden Sen­ derendstufen S 1 und S 2 abgeben. Der Nachbildungswider­ stand RN, dem der Anschluß III der Gabelschaltung zugeordnet ist, ist mit den beiden Endanschlüssen des Gabelübertragers ÜG verbunden und liegt auf Hochfre­ quenzpotential. Die von beiden Anschlüssen des Widerstandes RN dargestellten Kapazitäten C 1 und C 2 gegen Bezugspotential sind aus den erwähnten Gründen relativ groß und belasten in unerwünschter Weise die Anschlüsse I und II der Senderendstufen S 1 und S 2 und setzen in unerwünschter Weise die obere Grenzfrequenz dieser Senderendstufen herab.

Gabelschaltungen kommen nicht nur zur Zusammenfassung der Ausgänge von parallel arbeitenden Senderendstufen zur Anwendung sondern können in gleicher Weise auch zur ein- und ausgangsseitigen Zusammenfassung zweier Ver­ stärker V 1 und V 2 nach Fig. 2 verwendet werden. Die Ga­ belschaltung auf der Verstärkereingangsseite ist hier mit GS 1 und die auf der Verstärkerausgangsseite mit GS 2 bezeichnet. Am Anschluß IV der Gabelschaltung GS 1 ist hier eine Quelle Q angeschaltet, während der gemeinsame Lastwiderstand RL entsprechend Fig. 1 den Abschluß der Gabelschaltung GS 2 am Anschluß IV darstellt. Auch hier bewirken der Nachbildungswiderstand RN 1 der Gabelschaltung GS 1 und der Nachbildungswiderstand RN 2 der Gabel­ schaltung GS 2 über ihre Kapazitäten C 1 und C 2 gegen Be­ zugspotential eine kapazitive Belastung der Ein- und Ausgangsseiten der beiden Verstärker V 1 und V 2.

Bei der schematischen Darstellung der Erfindung nach Fig. 3 ist die Gabelschaltung GS an ihrem Anschluß III mit der Primärseite des Trennübertragers ÜN verbunden, an dem sekundärseitig nunmehr der Nachbildungswiderstand RN angeschlossen ist. Dieser Trennübertrager ist möglichst kapazitätsarm ausgeführt, d. h., daß die in unterbrochener Linie dargestellte Kapazität C 3 zwischen der Primär- und der Sekundärwicklung einen sehr kleinen Wert aufweist.

Die nähere Einzelheiten aufweisende Ausführungsform nach Fig. 4 verwendet als Übertrager einen bifilar gewickel­ ten Gabelübertrager ÜGb. Der Trennübertrager ÜN ist in normaler Wickeltechnik ausgeführt. Die Kapazitäten C 1 und C 2 des Nachbildungswiderstandes RN gegen Bezugspo­ tential können hier an den Anschlüssen I und II nur noch über das durch die Kapazität C 3 gegebene Teilerverhält­ nis wirksam werden. Da diese Kapazität sehr klein ist, ist die wirksame kapazitive Belastung dieser Kapazitäten an den Anschlüssen I und II entsprechend vermindert.

Die Ausführungsform in Fig. 5 unterscheidet sich von der Ausführungsform nach Fig. 4 lediglich dadurch, daß hier der Nachbildungswiderstand RN in vorteilhafter Weise über ein Koaxialkabel KK räumlich von der Gabelschaltung GS bzw. dem Trennübertrager ÜN abgesetzt sein kann. Dies ist möglich, weil der Trennübertrager ÜN sekundär einsei­ tig geerdet werden kann und somit keine kapazitive Belastung über die Leitung auftritt. Durch die einsei­ tige Erdung der Sekundärwicklung des Trennübertragers wird gleichzeitig auch die Kapazität C 2 des Nachbil­ dungswiderstandesRN gegen Bezugspotential kurzgeschlos­ sen.

Bei der Variante nach Fig. 6 ist der Leitungsübertrager ÜN′ ein Balunübertrager, der eine besonders kompakte Ausführung für einen solchen Trennübertrager ermöglicht. Auch hier läßt sich übertragerausgangsseitig ein An­ schluß an Masse legen, und damit die Kapazität C 2 kurz­ schließen.

Claims (3)

1. Schaltung zur 0°-Leistungszusammenfassung von den Ausgängen wenigstens zweier breitbandiger HF-Leistungsver­ stärkeranordnungen, insbesondere von zueinander paral­ lelen Endverstärkerstufen eines breitbandigen Kurzwel­ lensenders, bestehend aus einer mit wenigstens einem Übertrager verwirklichten Gabelschaltung mit vier An­ schlüssen für die Ausgänge der beiden Leistungsver­ stärkeranordnungen, die den beiden Leistungsverstärker­ anordnungen gemeinsame Last und den Nachbildungswider­ stand, dadurch gekennzeichnet, daß der Nachbildungswiderstand (RN) über einen breitbandigen kapazitätsarmen Trennübertrager (ÜN, ÜN′) hinweg mit dem ihm zugehörigen Anschluß (III) der Gabelschaltung (GS) verbunden ist.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Trennübertrager (ÜN′) ein Balunübertrager ist.

3. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Nachbildungswider­ stand (RN) an den Trennübertrager (ÜN, ÜN′) über ein Koaxialkabel (KK) mit auf Masse gelegtem Außenleiter angeschlossen ist.