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Diese Erfindung betrifft einen Hochfrequenzverstärker mit
niedriger Verzerrung (für den Frequenzbereich der Mikrowellen
und Millimeterwellen) mit einer
Verzerrungskompensationsschaltung, die eine Verzerrung
kompensiert, die aufgrund von Nichtlinearitäten von Eingangs- und
Ausgangschrakteristikn eines Hochfrequenzverstärkers erzeugt
werden. Ein derartiger Verstärker ist beispielsweise aus der
FR- A- 2 517 494 bekannt.
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Fig. 7 der anliegenden Zeichnung zeigt einen herkömmlichen
Hochfrequenzverstärker mit niedriger Verzerrung, der
beispielsweise in der Japanischen Patentschrift JP-A-52005240
offenbart ist. In Fig. 7 bedeutet Bezugszeichen 1 einen
Eingangsanschluß; 2 einen Ausgangsanschluß; 10 eine
Verzerrungskompensationsschaltung und 40 einen Halbleiter-
Leistungsverstärker. Die Verzerrungskompensationsschaltung 10
enthält einen Aufteiler 12, der ein Eingangssignal an alle drei
Empfangselemente verteilt, einen verzerrungserzeugenden
Verstärker 20, lineare Verstärker 21, 22, variable
Dämpfungsglieder 25a, 25b, 25c, 25d, ein Verzerrungsentnahme-
Verknüpfungsglied 30, das das Ausgangssignal des
verzerrungserzeugenden Verstärkers und das Ausgangssignal des
linearen Verstärkers 21 mit entgegengesetzten Phasen verknüpft,
um eine Verzerrung zu entnehmen, und ein Verknüpfungsglied 31,
das die entnommene Verzerrungskomponente durch das
Verzerrungsentnahme-Verknüpfungsglied 30 mit dem Ausgangssignal
des linearen Verstärkers 22 in entgegengesetzter Phasenlage
verknüpft.
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Im Betrieb wird ein über den Eingangsanschluß 1 zugeführtes
Eingangssignal in drei Verstärker 20, 21, 22 von dem Aufteiler
12 aufgeteilt. Ein erstes Ausgangssignal des Aufteilers 12 wird
in den verzerrungserzeugenden Verstärker 20 geleitet. Das Signal
mit einer Verzerrungskomponente wird nach Verstärkung von dem
verzerrungserzeugenden Verstärker 20 in das Verzerrungsentnahme-
Verknüpfungsglied 30 geleitet.
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Ein zweites Ausgangssignal des Aufteilers 12 wird über das
variable Dämpfungsglied 25b in den linearen Verstärker 21
geleitet und durch diesen verstärkt, ohne daß eine
Verzerrungskomponente erzeugt wird, woraufhin dieses verstärkte
Ausgangssignal in das Verzerrungsentnahme-Verknüpfungsglied 30
geleitet wird. In dem Verzerrungsentnahme-Verknüpfungsglied 30
wird das Ausgangssignal des verzerrungserzeugenden Verstärkers
20, das eine Verzerrungskomponente aufweist, mit dem
Ausgangssignal des linearen Verstärkers 21, welches keine
Verzerrungskomponente aufweist, in unterschiedlichen Phasenlagen
verknüpft. Auf diese Weise wird nur die Verzerrungskomponente
des Ausgangssignals des verzerrungserzeugenden Verstärkers 20
entnommen, und dieses entnommene Signal wird dem
Verknüpfungsglied 31 über das variable Dämpfungsglied 25c
zugeführt. Wenn eine Verzerrung entnommen wird, wird der
Dämpfungsbetrag des variablen Dämpfungsgliedes 25a so
eingestellt, daß die Amplituden der beiden zuverknüpfenden
Signalkomponenten gleich sind.
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Das dritte Ausgangssignal des Aufteilers 12 wird dem
linearen Verstärker 22 über das variable Dämpfungsglied 25d
zugeführt und durch diesen verstärkt, ohne daß eine
Verzerrungskomponente enthalten ist, woraufhin dieses verstärkte
Ausgangssignal dem Verknüpfungsglied 31 zugeführt wird.
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In dem Verknüpfungsglied 31 wird das Ausgangssignal des von
dem variablen Dämpfungsglied 25c bedämpften Verzerrungsentnahme-
Verknüpfungsgliedes 30 mit dem Ausgangssignal des linearen
Verstärkers 22 mit entgegengesetzten Phasenlagen verknüpft.
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Das Ausgangssignal der Verzerrungskompensationsschaltung 10
wird dem Halbleiter-Leistungsverstärker 40 zugeführt, in dem
eine Verstärkung erfolgt, um so eine Verzerrungskomponente zu
beseitigen, die in dem Halbleiter- Leistungsverstärker 40 erzeugt
wird. Das resultierende Ausgangssignal wird an den
Ausgangsanschluß 2 abgegeben.
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Folglich muß normalerweise zur Kompensation einer Verzerrung
der Betrag der in dem verzerrungserzeugenden Verstärker 20 der
Verzerrungskompensationsschaltung 10 erzeugten Verstärkung dem
Betrag der in dem Halbleiter- Leistungsverstärker 40 erzeugten
Verzerrung gleich sein, unabhängig von der Ausgangsleistung des
Halbleiter- Leistungsverstärkers 40.
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Fig. 8 der anliegenden Zeichnung ist ein Graph, der die
Ausgangsleistungsabhängigkeit einer in dem Ausgangssignal des
Halbleiter- Leistungsverstärkers 40 enthalten, dritten
Intermodulationsverzerrung zeigt. In diesem Graph stellt eine
durchgehende Linie eine Chrakteristik bei alleiniger Anwesenheit
des Halbleiter- Leistungsverstärkers 40 dar, und eine
gestrichelte Linie stellt eine Chrakteristik des Halbleiter-
Leistungsverstärkers 40 dar, der mit der
Verzerrungskompensationsschaltung 10 ausgestattet ist. Wie aus
Fig. 8 offensichtlich hervorgeht, kann die Verzerrung nahe einer
speziellen Ausgangsleistung kompensiert werden, aber es ist
schwierig, eine Verzerrung über einen großen Dynamikbereich zu
kompensieren. Dies liegt daran, daß der Betrag der in dem
verzerrungserzeugenden Verstärker 20 erzeugten Verzerrung nicht
mit dem Betrag der Verzerrung gleich sein kann, die in dem
Halbleiter- Leistungsverstärker 40 über einen großen
Dynamikbereich erzeugt wird.
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Mit dieser herkömmlichen Hochfrequenzverstärkungsschaltung
mit geringer Verzerrung ist es schwierig, eine Verzerrung zu
kompensieren, die in dem Halbleiter- Leistungsverstärker über
einen großen Dynamikbereich erzeugt wird.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen
Hochfrequenzverstärker mit niedriger Verzerrung zu schaffen, der
mit einer Verzerrungskompensationsschaltung ausgestattet ist,
die eine in dem Halbleiter- Leistungsverstärker über einen großen
Dynamikbereich erzeugte Verzerrung kompensieren kann.
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Nach dem ersten Aspekt dieser Erfindung ist ein
Hochfrequenzverstärker mit niedriger Verzerrung vorgesehen, der
bestückt ist mit einer Verzerrungskompensationsschaltung, die
Verzerrungen aufgrund von Nichtliniaritäten der Eingangs- und
Ausgangschrakteristik eines Hochfrequenzverstärkers kompensiert,
mit:
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Feststellmitteln, die den Hüllkurvenpegel des Signals
feststellen, das dem Hochfrequenzverstärker zugeführt oder von
diesem abgegeben wird; und mit
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Steuermitteln, die eine
Verzerrungskompensationscharakteristik der
Verzerrungskompensationsschaltung gemäß dem festgestellten
Hüllkurvenpegel variieren oder ein Signal entsprechend dem
Hüllkurvenpegel;
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wobei die Steuerschaltung zur schrittweisen Abänderung der
Charakteristik der Verzerrungskompensationsschaltung gemäß der
Vielzahl von Ausgangsleistungsbereichen des
Hochfrequenzverstärkers eingerichtet ist.
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Nach dem zweiten Aspekt dieser Erfindung ist ein
Hochfrequenzverstärker mit niedriger Verzerrung vorgesehen, der
bestückt ist mit einer Verzerrungskompensationsschaltung, die
Verzerrungen aufgrund von Nichtliniaritäten der Eingangs- und
Ausgangscharakteristik eines Hochfrequenzverstärkers
kompensiert, mit:
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Feststellmitteln, die die mittlere elektrische Leistung des
Signals feststellen, das dem Hochfrequenzverstärker zugeführt
oder von diesem abgegeben wird oder ein Signal entsprechend der
durchschnittlichen elektrischen Leistung; und mit
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Steuermitteln, die eine
Verzerrungskompensationscharakteristik der
Verzerrungskompensationsschaltung gemäß der festgestellten
mittleren elektrischen Leistung variieren oder ein Signal
entsprechend der durchschnittlichen elektrischen Leistung;
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wobei die Steuerschaltung zur schrittweisen Abänderung der
Charakteristik der Verzerrungskompensationsschaltung gemäß der
Vielzahl von Ausgangsleistungsbereichen des
Hochfrequenzverstärkers eingerichtet ist.
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Da die Verzerrungskompensationsschaltung auf ein
Hüllkurvenpegel- Optimum des Eingangs- oder Ausgangssignals des
Verstärkers gesteuert wird, dessen Verzerrung zu kompensieren
ist, oder durch ein Signal entsprechend dem Hüllkurven-
Feststellausgangssignal, ist es möglich, eine Verzerrung zu
kompensieren, die von dem Verstärker über einen großen
Dynamikbereich erzeugt wird.
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Da die Verzerrungskompensationsschaltung von der mittleren
Leistung des Eingangs- oder Ausgangssignals des Verstärkers
gesteuert wird, dessen Verzerrung zu kompensieren ist, oder
durch einen Signal gemäß der Durchschnittsleistung, ist es
möglich, eine von einem Verstärker über einen großen
Dynamikbereich erzeugte Verzerrung zu kompensieren.
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Die Erfindung wird nachstehend durch nicht beschränkende
Beispiele anhand der anliegenden Zeichnung beschrieben, in der:
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Fig. 1 ein Schaltbild ist, das einen Hochfrequenzverstärker
mit niedriger Verzerrung in einem ersten Ausführungsbeispiel
nach der Erfindung zeigt;
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Fig. 2 ein detailliertes Schaltbild von Fig. 1 ist;
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Fig. 3 ein charakteristischer Graph ist, der die
Ausgangsleistungsabhängigkeit von einer dritten
Intermodulationsverzerrung zeigt, die in dem
Hochfreguenzverstärker mit niedriger Verzerrung von Fig. 1
erzeugt wird;
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Figuren 4, 5 und 6 Schaltbilder sind, die jeweils
Hochfrequenzverstärker mit niedriger Verzerrung gemäß
verschiedener unterschiedlicher Ausführungsbeispiele zeigen;
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Fig. 7 ein Schaltbild ist, das eine herkömmliche
Hochfrequenzverstärkerschaltung mit niedriger Verzerrung zeigt;
und in der
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Fig. 8 ein charakteristischer Graph ist, der die
Ausgangssignalabhängigkeit der dritten
Intermodulationsverzerrung zeigt, die in der herkömmlichen
Hochfreguenzverstärkerschaltung mit geringer Verzerrung von
Fig. 7 erzeugt wird.
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Die Prinzipien dieser Erfindung sind insbesondere nützlich,
wenn sie in einem Hochfrequenzverstärker mit geringer Verzerrung
verwirklicht werden, wie er in Fig. 1 dargestellt ist.
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In Fig. 1 bedeutet Bezugszeichen l einen Eingangsanschluß;
2 einen Ausgangsanschluß;
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10 eine Verzerrungskompensationsschaltung; 40 einen Halbleiter-
Leistungsverstärker, dessen Verzerrung zu kompensieren ist;
50 einen Richtkoppler; 51 eine Hüllkurven-Feststellschaltung;
und 52 eine Steuerschaltung zur Steuerung der
Verzerrungskompensationsschaltung 10.
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Im Betrieb wird ein Eingangssignal aus dem Eingangsanschluß
1 in der Verzerrungskompensationsschaltung 10 mit einer
Verzerrung beaufschlagt. Danach wird das Eingangssignal dem
Halbleiter-Leistungsverstärker zugeführt, in dem eine
Verstärkung erfolgt, um eine in dem Halbleiter-
Leistungsverstärker 40 auftretende Verzerrung zu beseitigen. Das
sich ergebende Ausgangssignal wird am Ausgangsanschluß 2
abgegeben. Ein Teil des Ausgangssignals des Halbleiter-
Leistungsverstärkers 40 wird von dem Richtkoppler 50
abgegriffen, und von der Hüllkurven- Feststellschaltung 51 wird
die Hüllkurve festgestellt. Das Feststellausgangssignal wird der
Steuerschaltung 52 zugeführt, um die
Verzerrungskompensationsschaltung 10 zu steuern. Wie schon
beschrieben, wird das Einstellen der Chrakteristik der
Verzerrungskompensationsschaltung 10 gemäß dem Hüllkurven-
Feststellausgangssignal auf ein Optimum gesteuert.
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In Fig. 2 bedeutet Bezugszeichen 1 einen Eingangsanschluß;
2 einen Ausgangsanschluß; 10 eine
Verzerrungskompensationsschaltung; 40 einen Halbleiter-
Leistungsverstärker; 50 einen Richtkoppler; 51 eine Hüllkurven-
Feststellschaltung; und 52 eine Steuerschaltung zur Steuerung
der Verzerrungskompensationsschaltung 10. Die
Verzerrungskompensationsschaltung 10 enthält einen Aufteiler 12
zur Verteilung eines Eingangssignals an alle drei
Empfangselemente, einen verzerrungserzeugenden Verstärker 20,
liniare Verstärker 21, 22, variable Dämpfungsglieder 25a, 25b,
25c, 25d, ein Verzerrungsentnahme-Verknüpfungsglied 30 zur
Verknüpfung des Ausgangssignals des verzerrungserzeugenden
Verstärkers 20 mit dem Ausgangssignal des liniaren Verstärkers
in entgegengesetzten Phasenlagen, um eine Verzerrung zu
entnehmen, und ein Verknüpfungsglied 31, das die von dem
Verzerrungsentnahme- Verknüpfungsglied 30 entnommene
Verzerrungskomponente mit dem Ausgangssignal des liniaren
Verstärkers 22 in entgegengesetzter Phasenlage verknüpft.
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Die Steuerschaltung 52 steuert den Betrag der Dämpfung aller
variabler Dämpfungsglieder 25a, 25b, 25c, 25d in solcher Weise,
daß die Chrakteristik der Verzerrungskompensationsschaltung 10
entsprechend dem Hüllkurven- Feststellausgangssignal in einem
optimalen Bereich arbeitet.
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Fig. 3 ist ein charakteristischer Graph, der die
Ausgangsleistungsabhängigkeit von einer dritten
Intermodulationsverzerrung darstellt, die in dem Ausgangssignal
des Halbleiter-Leistungsverstärkers 40 enthalten ist. In Fig. 3
stellt eine durchgehende Linie eine Chrakteristik bei alleiniger
Anwesenheit des Halbleiter-Leistungsverstärkers 40 dar, und die
gestrichelte Linie stellt die Chrakteristikn dar, wenn die
Verzerrungskompensationsschaltung 10 zur Ausgestattung mit dem
Halbleiter- Leistungsverstärker 40 gehört. Durch Variation der
Einstellung der Chrakteristik der
Verzerrungskompensationsschaltung 10 ist es möglich, die
Chrakteristik des Hochfrequenzverstärkers mit niedriger
Verzerrung einzustellen, wie durch die gestrichelten Linie a, b,
c dargestellt ist. Da die Einstellung der Chrakteristik nach der
Ausgangsleistung erfolgt, kann die
Verzerrungskompensationsschaltung folglich eine in dem
Halbleiter- Leistungsverstärker erzeugte Verzerrung kompensieren.
Hier in dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Steuerung
der Verzerrungskompensationsschaltung durch den Hüllkurvenpegel
des Ausgangssignals des Halbleiter-Leistungsverstärkers 40
bewerkstelligt. Die Chrakteristik ist in diesem Moment durch
eine dicke gestrichelte Linie d in Fig. 3 angedeutet, die
nachweist, daß eine Verzerrung über einen großen Dynamikbereich
kompensiert werden kann.
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Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, in dem eine
abweichende Verzerrungskompensationsschaltung gesteuert wird. In
Fig. 4 bedeutet Bezugszeichen 1 einen Eingangsanschluß; 2 einen
Ausgangsanschluß; 10 eine Verzerrungskompensationsschaltung;
40 einen Halbleiter- Leistungsverstärker; 50 einen Richtkoppler;
51 eine Hüllkurven- Feststellschaltung; und 52 eine
Steuerschaltung zur Steuerung der
Verzerrungskompensationsschaltung 10. Die
Verzerrungskompensationsschaltung 10 enthält Aufteiler 11a, 11b,
die jeweils der Verteilung eines Eingangssignals auf zwei
Empfangselemente dienen, einen verzerrungserzeugender Verstärker
20, einen liniarer Verstärker 21, variable Dämpfungsglieder 25a,
25b, 25c, 25d, ein Verzerrungsentnahme-Verknüpfungsglied 30, das
das Ausgangssignal des verzerrungserzeugenden Verstärkers 20 mit
dem Ausgangssignal des liniaren Verstärkers 21 mit
entgegengesetzten Phasenlagen verknüpft, um eine Verzerrung zu
entnehmen, und ein Verknüpfungsglied 31, das die entnommene
Verzerrungskomponente durch das Verzerrungsentnahme-
Verknüpfungsglied 30 mit dem Ausgangssignals des liniaren
Verstärkers 22 in entgegengesetzter Phasenlage verknüpft. Durch
Änderung des Dämpfungsbetrages eines jeden variablen
Dämpfungsgliedes 25a, 25b, 25c, 25d entsprechend der von
Steuerschaltung 52 ausgegebenen Hüllkurvenfestellung ist es
möglich, eine in dem Halbleiter-Leistungsverstärker 40 erzeugte
Verzerrung über einen großen Dynamikbereich mit der
Verzerrungskompensationsschaltung 10 zu kompensieren.
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Die Verzerrungskompensatinsschaltung 10 kann kontinuierlich
entsprechend der Ausgangsleistung des Halbleiter-
Leistungsverstärkers 40 gesteuert werden oder kann gesteuert
werden durch Umschaltung in jeden Leistungsbereich.
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In diesem Ausführungsbeispiel wird die
Verzerrungskompensationsschaltung 10 von der Hüllkurven-
Feststellung gesteuert, die von dem Ausgangssignal des
Halbleiter- Leistungsverstärkers abgegeben wird. In alternativer
Weise kann die Verzerrungskompensationsschaltung 10 von der
Hüllkurven- Feststellung gesteuert werden, die vom Eingang des
Halbleiter- Leistungsverstärkers 40 ausgeht.
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Des weiteren kann die Verstärkungskompensationsschaltung 10
von einem Signal gemäß der Hüllkurven- Feststellung gesteuert
werden, die vom Eingangs- oder Ausgangssignal des Halbleiter-
Leistungsverstärkers 40 ausgeht, wie in Fig. 5 dargestellt. In
Fig. 5 bedeutet Bezugszeichen 60 einen Mischer und 61 eine
Hochfrequenz- Signalquelle. Ein Basisbandsignal, das dem
Eingangsanschluß zugeführt wird, wird von dem Mischer unter
Verwendung der Hochfrequenzsignalquelle 61 als ein
Überlagerungsfrequenzsignal frequenzgewandelt. Das modulierte
Signal wird durch die Verzerrungskompensationsschaltung 10
geschleust, wird verstärkt von dem Halbleiter-
Leistungsverstärker 40 und wird am Ausgangsanschluß 2 abgegeben.
Das in den Eingangsanschluß 1 eingegebene Basisbandsignal wird
entspricht dem Ausgangssignal der Hüllkurven- Feststellung aus
dem Eingangssignal des Halbleiter-Leistungsverstärkers 40; ein
Teil dieses Basisbandsignals wird der Steuerschaltung 52 der
Verzerrungskompensationsschaltung 10 zugeführt, um die
Verzerrungskompensationsschaltung 10 zu steuern.
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In diesem Ausführungsbeispiel wird die
Verzerrungskompensationsschaltung von der Hüllkurven-
Feststellung gesteuert, die vom Eingangs- oder Ausgangssignal des
Halbleiter-Leistungsverstärkers ausgeht. Wenn die Leistung des
Eingangssignals oder das Eingangssignals des Halbleiter-
Leistungsverstärkers im Verlauf der Zeit leicht schwankt, kann
die Verzerrungskompensationsschaltung von einem
Durchschnittsleistungswert gesteuert werden, wie in Fig. 6
dargestellt. In Fig. 6 bedeutet Bezugszeichen 70 ein
Leistungsmeßgerät. Ein Teil des Signals, das dem
Eingangsanschluß 1 zugeführt wird und von dem Richtkoppler 50
abgeleitet wird, wird dem Leistungsmeßgerät 70 zugeführt, und
dann erzeugt das Leistungsmeßgerät 70 ein Signal proportional
zur Durchschnittsleistung. Gemäß diesem sich ergebenden Signal
steuert die Steuerschaltung 52 die
Verzerrungskompensationsschaltung 10. Anstelle der Verwendung
der direkt gemessenen Durchschnittsleistung kann des weiteren
die Verzerrungskompensationsschaltung durch ein Signal gesteuert
werden, das der Durchschnittsleistung entspricht. Wenn
beispielsweise die Frequenz von Trägern zur Eingabe in den
Verstärker einer Durchschnittsleistung proportional ist, kann
die Verzerrungskompensationsschaltung auf der Grundlage der
Information gesteuert werden, die die Frequenz des Trägers von
einem Fremdgerät betrifft (beispielsweise ein Modulator).
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Wie schon erwähnt, wird in dem ersten Ausführungsbeispiel
nach der Erfindung die Verzerrungskompensationsschaltung vom
Hüllkurvenpegel des Eingangs- oder Ausgangssignals des
Verstärkers gesteuert, dessen Verzerrung zu kompensieren ist,
oder durch ein Signal aus der Hüllkurven- Feststellung, die in
einer solchen Weise ausgegeben wird, daß die Chrakteristik der
Verzerrungskompensationsschaltung auf einen optimalen Wert
versetzt werden kann, und so ist es möglich, eine Verzerrung zu
kompensieren, die von dem Verstärker über einen großen
Dynamikbereich erzeugt wird, so daß auf diese Weise eine
Verbesserung des Hochfrequenzverstärkers mit geringer Verzerrung
garantiert werden kann.
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Da die Verzerrungskompensationsschaltung in der zweiten
Anordnung nach der Erfindung von einer Durchschnittsleistung des
Eingangs- oder Ausgangssignals des Verstärkers gesteuert wird,
dessen Verzerrung zu kompensieren ist, oder durch ein Signal
entsprechend der Durchschnittsleistung in einer solchen Weise,
daß die Chrakteristik der Verzerrungskompensationsschaltung auf
einen optimalen Arbeitspunkt gesetzt werden kann, ist es auch
möglich, eine von dem Verstärker erzeugte Verzerrung über einen
großen Dynamikbereich zu kompensieren, so daß auf diese Weise
ein Hochfrequenzverstärker mit geringer Verzerrung
sichergestellt ist.