EP2097974A2 - Doherty-verstärker-system - Google Patents

Doherty-verstärker-system

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Publication number
EP2097974A2
EP2097974A2 EP07819767A EP07819767A EP2097974A2 EP 2097974 A2 EP2097974 A2 EP 2097974A2 EP 07819767 A EP07819767 A EP 07819767A EP 07819767 A EP07819767 A EP 07819767A EP 2097974 A2 EP2097974 A2 EP 2097974A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
sub
antenna
amplifier system
doherty amplifier
amplifiers
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP07819767A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Rainer Bott
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Rohde and Schwarz GmbH and Co KG
Original Assignee
Rohde and Schwarz GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Rohde and Schwarz GmbH and Co KG filed Critical Rohde and Schwarz GmbH and Co KG
Publication of EP2097974A2 publication Critical patent/EP2097974A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F1/00—Details of amplifiers with only discharge tubes, only semiconductor devices or only unspecified devices as amplifying elements
    • H03F1/02—Modifications of amplifiers to raise the efficiency, e.g. gliding Class A stages, use of an auxiliary oscillation
    • H03F1/0205—Modifications of amplifiers to raise the efficiency, e.g. gliding Class A stages, use of an auxiliary oscillation in transistor amplifiers
    • H03F1/0288—Modifications of amplifiers to raise the efficiency, e.g. gliding Class A stages, use of an auxiliary oscillation in transistor amplifiers using a main and one or several auxiliary peaking amplifiers whereby the load is connected to the main amplifier using an impedance inverter, e.g. Doherty amplifiers

Definitions

  • the invention relates to a Doherty amplifier system with a Doherty amplifier with a downstream antenna structure.
  • Adaptive antenna systems or phased array techniques are known. See, e.g. Sarkar et al. "Smart Antennas", John Wiley & Sons, Hoboken, New Jersey, 2003.
  • a one- or multi-dimensional antenna array with so-called antenna arrays is used to increase the transmission-side antenna gain, consisting of individual antenna elements in which a signal to be transmitted by means of suitable complex valued Weighting (weighting in amplitude and phase) is switched to the individual antenna elements and so the desired transmission lobe is achieved with the resulting gain.
  • Weighting weighting in amplitude and phase
  • a Doherty architecture is particularly distinguished, as it is known for example from US 2006/0214732 Al.
  • Fig. 1 shows a Doherty amplifier 1 according to the prior art.
  • the individual sub-amplifiers 2, 3 and 4 are arranged in parallel.
  • the input of each sub-amplifier 2, 3, 4 is connected to a drive unit 5, which supplies an input signal Si with different phase angles and amplitudes to the individual inputs of the sub-amplifiers 2-4.
  • the outputs of the sub-amplifiers 2-4 are connected to a common antenna 6. Only the output of a single sub-amplifier 4 is in direct communication with the antenna 6.
  • the other outputs of the other sub-amplifiers 2 and 3 are arranged in cascade
  • Phase shifter which in the embodiment as% -
  • Lines 7 and 8 are formed, connected to the antenna 6.
  • the output signals of the sub-amplifiers 2-4 are first combined with each other in signal combiners (combiners) 9a and 9b before being supplied to the antenna 6.
  • a disadvantage of these methods is that the combiners are either relatively narrow-band or lossy. When connecting these amplifier architectures to the o.a. adaptive antenna systems are therefore disadvantageous to the described coupling methods.
  • the object of the present invention is this
  • no signal combiners are present at the outputs of the subamplifiers, which output signals combine the sub-amplifier prior to feeding to the antenna to form a total signal, but the individual output signals of the sub-amplifiers are fed directly to an antenna element sub-array of the entire antenna arrangement without the interposition of a signal combiner.
  • each subamplifier is preferably assigned an antenna element. The combination of the output signals of the sub-amplifiers to the total signal to be transmitted then results from the superimposition of the electromagnetic waves radiated by the respective antenna elements. In this way, the signal combiner is saved at the output of the sub-amplifier and there is an even better decoupling of the outputs of the sub-amplifier.
  • An antenna array which is in principle arbitrarily structured is divided according to the invention into sub-arrays (antenna elements) in accordance with the number of amplifiers to be operated in parallel.
  • the number of individual antennas per subarray does not have to be equal to a priori. For reasons of simplicity and to achieve a similar lobe characteristic, however, it makes sense that their number and the lobe characteristic are identical or at least similar.
  • Fig. 3 shows an embodiment of an antenna array with ULVAs
  • FIG. 4 shows an embodiment of an antenna array with a parabolic mirror.
  • a ULVA Uniform Linear Virtual Array
  • An extension to any, even multi-dimensional Antennenanorditch is possible and easy to carry out.
  • a ULVA for example, by means of suitable transformations, as z.
  • a ULVA for example, by means of suitable transformations, as z.
  • a lobe shaping for a two-dimensional antenna array is described, for example, in Ghavami, "Wideband Smart Antenna Theory Using rectangular Array Structures ", IEEE Trans. On Signal Processing, Vol. 50, No.
  • a three-stage Doherty amplifier is used in Figure 2 as a starting basis. Already described with reference to FIG. 1 elements are provided with the same reference numerals, whereby the assignment is facilitated.
  • the Doherty amplifier consists of several sub-amplifiers 2, 3 and 4, the input of which is in each case connected to the drive unit 5.
  • the drive unit 5 also controls the inputs of the sub-amplifiers 2-4 here with different phase angles and / or signal amplitudes.
  • the Doherty amplifier is to provide only a low output power, initially only the first sub-amplifier 2 is active. Upon reaching the saturation of the first sub-amplifier 2 whose
  • the individual output signals of the sub-amplifiers 2-4 are thus not subjected to different phase shifts as in the prior art and then combined with each other in signal combiners, but each output of each sub-amplifier 2-4 is directly supplied directly to its associated antenna element 10-12.
  • the signal combiners can thus be omitted and there is a much better decoupling of the outputs of the sub-amplifiers 2-4.
  • FIG. 3 shows an example of how the individual antenna elements 10, 11, 12 or sub-arrays can be arranged within the overall antenna 6.
  • Each antenna element or sub-array 10, 11 and 12 consists in the embodiment shown in FIG. 3 of several individual antennas, which are arranged alternately to each other.
  • the first antenna element or subarray 1 connected to the first subamplifier 2 consists of the individual antennas 20i, 2O 2 , 2O 3 and 2O 4 .
  • the second antenna element 11 or subarray 2 connected to the second subamplifier 3 consists of the individual antennas 21 ⁇ , 2I 2 , 2I 3 and 2I 4 and the third antenna element 12 or subarray 3 connected to the third subamplifier 4 consists of the single-antenna antennas 22i, 22 2 , 22 3 and 22 4 .
  • the individual antennas are arranged mirror-symmetrically on both sides, starting from a center plane 23, with respect to the center plane 23. But there are also a variety of other one-dimensional or multi-dimensional arrangements conceivable.
  • X denotes the antenna elements of the first sub-array, O that of the second and V that of the third sub-array. This subdivision corresponds to a spatial subsampling. Accordingly, to avoid ambiguities, distances between the antenna elements are required whose values are smaller than "/, where d is the distance between two antenna elements, ⁇ is the wavelength of the signal, and N is the number of subarrays of each 2-L elements for each subarray, so that, as mentioned above, the lobe characteristic of each of these subarrays can be made nearly equal.
  • Embodiment of FIG. 3 gives the relationship for the field strength in the far field of the antennas too
  • E ⁇ ⁇ P) W n here denotes the complex-valued weighting for the antenna element 1 of the sub-array n.
  • ⁇ is the desired direction of the lobe of the resulting overall array.
  • S n ⁇ t) is the signal to be radiated over sub-array n. In the preferred direction ⁇ , the signal to be transmitted then results in a simple manner as the sum of the sub-signals S x (/) + S 2 (t) + S 3 (/) without consideration of the antenna gain.
  • the Doherty amplifier is only slightly controlled, only the carrier amplifier PA1 is active, and accordingly the signal is transmitted only via the subarray 1. If the carrier amplifier is operated in saturation and the first peak amplifier PA2 additionally active, then the signals are transmitted in accordance with the Doherty principle via the sub-arrays 1 and 2. The combination takes place in the air by the addition or superposition of the two partial waves. In peak operation, the second peak amplifier PA3 is also active and the field strengths of the three arrays are superimposed.
  • the carrier amplifier PAl When operating at medium power, the carrier amplifier PAl provides a constant amplitude. Amplitude modulation of the transmission signal takes place via the variation of the transmission amplitude of the peak amplifier PA2 and the resulting superposition of the field strengths according to the lobe shaping. The same applies to operation at high power, in which PA3 is active.
  • this arrangement can also be used in directional antennas, in which the directivity is achieved by mechanical means.
  • n feeders are used and thus the Merging by adding the signals of each feeder.
  • the directivity can also be achieved by varying the signal propagation times in the dielectrics.
  • Such antennas are i.a. known as Luneberg antennas.
  • each amplifier a different signal via the connected sub-array emits and formed by the combination of the electromagnetic waves of the sub-arrays the actual transmission signal. It is also possible for each amplifier to send out the same signal via the connected sub-array.
  • the antenna array can perform a club shaping by appropriate wiring of the individual antennas of the sub-arrays, resulting in the result of the desired lobe characteristic of the overall signal.
  • the antenna array may have any multi-dimensional structure and the lobe shaping may be done by appropriate complex-valued weighting (amplitude weighting and phase rotation).
  • that can Antenna array can be modeled as so-called ULVA (Uniform Linear Virtual Array), which can be one or more dimensional, and the real array structure can be obtained by suitable transformation of / to the ULVA.
  • ULVA Uniform Linear Virtual Array
  • a method for operating amplifier architectures with a plurality of individual amplifiers on an antenna array in which instead of an antenna array with individual antennas, which perform its lobe shaping by appropriate weighting of the feed signals, an antenna arrangement is used, the lobe shaping is achieved by the mechanical structure of the antenna and This antenna is then connected by appropriate power supply through the various amplifiers
  • the antenna arrangement of various individual antennas can be carried out with club shaping by mechanical measures, which point in the desired direction of the resulting lobe, wherein the respective
  • the antenna can also be a parabolic antenna and the feed can be realized by different feeders, the number of which corresponds to the sub-amplifier. This is illustrated in FIG. 4. There, a parabolic mirror 30 is shown. The antenna elements 10 - 12 are arranged as feeder at different positions of the parabolic mirror 30.
  • the lobe formation can also be effected by transit times within dielectrics instead of the mechanical structure.
  • an antenna element can be designed as a Luneberg antenna.
  • the invention is not limited to the illustrated embodiment and also applicable to differently configured sub-arrays.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
  • Amplifiers (AREA)

Abstract

Ein Doherty-Verstärker-System (1) hat mehrere Teilverstärker (2 - 4), deren Eingänge über eine Ansteuereinheit (5) mit unterschiedlichen Phasenwinkeln und/oder Signalamplituden eines Eingangssignals (S<SUB>I</SUB>) angesteuert sind. Erf indungsgemäss ist jeder Ausgang jedes Teilverstärkers (2 - 4) direkt mit einem Antennenelement (10 - 12) verbunden ist, ohne dass die Ausgangssignale der Teilverstärker (2 - 4) vor Zuführung an die Antennenelemente (10 - 12) miteinander kombiniert werden.

Description

Doherty-Verstärker-System
Die Erfindung betrifft ein Doherty-Verstärker-System mit einem Doherty-Verstärker mit einer nachgeschalteten Antennenstruktur.
Adaptive Antennensysteme oder Phased Array Techniken sind bekannt. Siehe z.B. Sarkar et al. „Smart Antennas", Verlag John Wiley&Sons, Hoboken, New Jersey, 2003. Bei diesen Anordnungen wird zur Steigerung des sendeseitigen Antennengewinns eine ein- oder mehrdimensionale Antennenanordnung mit sog. Antennenarrays verwendet, bestehend aus einzelnen Antennenelementen, bei dem ein auszusendendes Signal mittels geeigneter komplexwertiger Gewichtung (Gewichtung in Amplitude und Phase) auf die einzelnen Antennenelemente geschaltet wird und so die gewünschte Sendekeule mit dem resultierenden Gewinn erreicht wird. Diese Anordnungen können auch so realisiert werden, dass anstelle nur eines Leistungs-Verstärkers für jedes dieser Elemente jeweils ein separater Verstärker verwendet wird, deren Signalamplituden und/oder -phasen entsprechend der gewünschten Antennenkeule eingestellt werden.
Verstärkerarchitekturen zur Steigerung der Effizienz sind seit langem bekannt. Unter den Verfahren, die für Signale mit Amplitudenmodulation besonders geeignet sind, zeichnet sich eine Doherty-Architektur besonders aus, wie sie z.B. aus der US 2006/0214732 Al bekannt ist. Bei diesen Verfahren erfolgt vor der Aufschaltung auf die Antenne ein Zusammenführen der einzelnen Verstärkerpfade mittels geeigneter Koppler oder Combiner zum gewünschten Summensignal, das dann der Antenne zugeführt wird. Fig. 1 zeigt einen Doherty-Verstärker 1 gemäß dem Stand der Technik. Die einzelnen Teilverstärker 2, 3 und 4 sind parallel angeordnet. Der Eingang jedes Teilverstärkers 2, 3, 4 ist mit einer Ansteuereinheit 5 verbunden, die ein Eingangssignal Si mit unterschiedlichen Phasenwinkeln und Amplituden den einzelnen Eingängen der Teilverstärker 2 - 4 zuführt. Die Ausgänge der Teilverstärker 2 - 4 sind mit einer gemeinsamen Antenne 6 verbunden. Nur der Ausgang eines einzigen Teilverstärkers 4 steht mit der Antenne 6 in direkter Verbindung. Die anderen Ausgänge der anderen Teilverstärker 2 und 3 sind über kaskadenartig angeordnete
Phasenschieber, die im Ausführungsbeispiel als %-
Leitungen 7 und 8 ausgebildet sind, mit der Antenne 6 verbunden. Die Ausgangssignale der Teilverstärker 2 - 4 werden zunächst in Signalkombinierern (Combiner) 9a und 9b miteinander kombiniert, bevor sie der Antenne 6 zugeführt werden.
Nachteilig bei diesen Verfahren ist, dass die Combiner entweder relativ schmalbandig oder verlustbehaftet sind. Bei Anschaltung dieser Verstärkerarchitekturen an die o.a. adaptiven Antennensysteme sind daher die beschriebenen Koppelverfahren nachteilig.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, diese
Nachteile zu vermeiden und ein verbessertes Doherty-System mit verbesserter Effizienz zu erreichen.
Die Aufgabe wird durch ein Doherty-System mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche beinhalten vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
Erfindungsgemäß sind an den Ausgängen der Teilverstärker keine Signalkombinierer vorhanden, die die Ausgangssignale der Teilverstärker vor Zuführung an die Antenne zu einem Gesamtsignal kombinieren, sondern die einzelnen Ausgangssignale der Teilverstärker werden ohne Zwischenschaltung eines Signalkombinierers direkt einem Antennenelement Teilarray der gesamten Antennenanordnung zugeführt. Dabei ist vorzugsweise jedem Teilverstärker ein Antennenelement zugeordnet. Die Kombination der Ausgangssignale der Teilverstärker zum auszusendenden Gesamtsignal ergibt sich dann durch Überlagerung der von den jeweiligen Antennenelementen abgestrahlten elektromagnetischen Wellen. Auf diese Weise wird der Signalkombinierer am Ausgang der Teilverstärker eingespart und es ergibt sich eine noch bessere Entkopplung der Ausgänge der Teilverstärker.
Ein im Prinzip beliebig strukturiertes Antennenarray wird erfindungsgemäß entsprechend der Anzahl der parallel zu betreibenden Verstärker in Teilarrays (Antennenelemente) unterteilt. Die Anzahl der einzelnen Antennen pro Teilarray muß nicht a priori gleich sein. Aus Gründen der Einfachheit sowie zur Erzielung einer ähnlichen Keulencharakteristik ist es jedoch sinnvoll, dass deren Anzahl sowie die Keulencharakteristik identisch oder zumindest ähnlich sind.
Auf jedes dieser Teilarrays wird nun jeweils direkt ein Verstärker geschaltet. Die normalerweise mittels geeigneter Combiner, die als Schaltung innerhalb des Gesamtverstärkers realisiert sind, durchgeführte Zusammenführung der einzelnen Signale erfolgt erfindungsgemäß durch die Kombination bzw. Überlagerung der elektromagnetischen Wellen, die durch die Antennen abgestrahlt werden. Zwangsläufig auftretende Nachteile der Combiner wie relative Schmalbandigkeit oder Verluste werden dadurch a priori vermieden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 einen Doherty-System nach dem Stand der Technik;
Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Doherty-Systems ;
Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel eines Antennen-Arrays mit ULVAs und
Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel eines Antennen-Arrays mit einem Parabolspiegel.
Das Verfahren lässt sich besonders anschaulich anhand einer Doherty-Verstärkerarchitektur sowie einem eindimensionalen ULVA (Uniform Linear Virtual Array) beschreiben. Eine Erweiterung auf beliebige, auch mehrdimensionale Antennenanordungen ist möglich und leicht durchführbar. So kann ein ULVA z.B. mittels geeigneter Transformationen, wie sie z. B. in Sarkar et al. „Smart Antennas", Verlag John Wiley&sons, Hoboken, New Jersey, 2003, Abschnitt 6, speziell Abschnitt 6.2, beschrieben sind, in jede beliebige Antennenanordnung übergeführt werden. Die Keulenformung für eine zweidimensionale Antennenanordnung ist beispielsweise in Ghavami, „Wideband Smart Antenna theory Using rectangular Array Structures", IEEE Trans. On Signal Processing, Vol. 50, No.9, Seiten 2143 ff, September 2002 beschrieben. Für die Erläuterung der Erfindung wird in Fig. 2 ein dreistufiger Doherty-Verstärker als Ausgangsbasis verwendet. Bereits anhand von Fig. 1 beschriebene Elemente sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen, wodurch die Zuordnung erleichtert wird. Auch hier besteht der Doherty- Verstärker aus mehreren Teilverstärkern 2, 3 und 4, deren Eingang jeweils mit der Ansteuereinheit 5 in Verbindung steht. Die Ansteuereinheit 5 steuert auch hier die Eingänge der Teilverstärker 2 - 4 mit unterschiedlichen Phasenwinkeln und/oder Signalamplituden an.
Soll der Doherty-Verstärker nur eine geringe Ausgangsleistung zur Verfügung stellen, so ist zunächst nur der erste Teilverstärker 2 aktiv. Beim Erreichen der Sättigung des ersten Teilverstärkers 2 wird dessen
Leistung auf einen konstanten Maximalwert begrenzt und der weitere Leistungszuwachs wird nur mit dem zweiten Teilverstärker 3 vorgenommen. Reicht die Summe der Leistungen der beiden Teilverstärker 2 und 3 noch nicht aus, so wird auch der zweite Teilverstärker 3 beim Erreichen seiner Sättigung auf eine konstante Maximalleistung begrenzt und der weitere Leistungszuwachs wird mit dem dritten Teilverstärker 4 vorgenommen. Obwohl im Ausführungsbeispiel drei Teilverstärker 2 - 4 dargestellt sind, lässt sich die Erfindung natürlich auch mit nur zwei Teilverstärkern oder mit mehr als drei Teilverstärkern realisieren.
Im Gegensatz zu dem in Fig. 1 dargestellten Doherty-System nach dem Stand der Technik, ist bei dem erfindungsgemäßen Doherty-System jeder Ausgang jedes Teilverstärkers 2, 3 und 4 mit einem jeweils zugeordneten Antennenelement 10, 11, 12, das im Rahmen dieser Anmeldung auch als Teilarray der Antenne 6 Antennenarray bezeichnet wird, verbunden. Die einzelnen Ausgangssignale der Teilverstärker 2 - 4 werden also nicht wie beim Stand der Technik zunächst unterschiedlichen Phasenverschiebungen unterworfen und dann in Signalkombinierern miteinander kombiniert, sondern es wird jeder Ausgang jedes Teilverstärkers 2 - 4 unmittelbar direkt dem ihm zugeordneten Antennenelement 10 - 12 zugeführt. Die Signalkombinierer können somit entfallen und es ergibt sich eine erheblich bessere Entkopplung der Ausgänge der Teilverstärker 2 - 4.
Anstelle der beim Stand der Technik realisierten Kopplung der Verstärkerausgänge über A/. -Leitungen werden erfindungsgemäß die einzelnen Verstärker direkt auf die Teilarrays geschaltet. Dies ist in Fig. 2 für drei Teilarrays dargestellt. Die Erweiterung auf mehrere parallele Verstärker oder auch die Reduktion auf nur zwei Verstärker erfolgt in einfacher Weise. Die Keulenformung erfolgt hier über die entsprechende komplexwertige Gewichtung der einzelnen Antennensignale.
Fig. 3 zeigt ein Beispiel, wie die einzelnen Antennenelemente 10, 11, 12 bzw. Teilarrays innerhalb der Gesamtantenne 6 angeordnet sein können. Jedes Antennenelement bzw. Teilarray 10, 11 bzw. 12 besteht im in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel aus mehreren Einzelantennen, die alternierend zueinander angeordnet sind. Beispielsweise besteht das mit dem ersten Teilverstärker 2 verbundene erste Antennenelement bzw. Teilarray 1 aus den Einzelantennen 20i, 2O2, 2O3 und 2O4. Das mit dem zweiten Teilverstärker 3 verbundene zweite Antennenelement 11 bzw. Teilarray 2 besteht aus den Einzelantennen 21χ, 2I2, 2I3 und 2I4 und das mit dem dritten Teilverstärker 4 verbundene dritte Antennenelement 12 bzw. Teilarray 3 besteht aus den Einelantennen 22i, 222, 223 und 224. Im in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Einzelantennen ausgehend von einer Mittelebene 23 beidseitig spiegelsymmetrisch zu der Mittelebene 23 angeordnet. Es sind aber auch eine Vielzahl anderer eindimensionaler oder mehrdimensionaler Anordnungen denkbar.
Das ULVA ist, wie in Fig. 3 dargestellt, in N ULVA- Teilarrays unterteilt. In der Fig. 3 ist N=3. X kennzeichnet die Antennenelemente des ersten Teilarrays, O die des zweiten sowie V die des dritten Teilarrays. Diese Unterteilung entspricht einer räumlichen Unterabtastung. Demgemäß werden zur Vermeidung von Mehrdeutigkeiten Abstände zwischen den Antennenelementen benötigt, deren Werte kleiner als "/ sind, d ist hierbei der Abstand zweier Antennenelemente, λ die Wellenlänge des Signals und N ist die Anzahl der Teilarrays. Vorteilhaft, jedoch nicht zwingend, ist die Verwendung von jeweils 2-L Elementen für jedes Teilarray. Damit kann, wie oben bereits erwähnt, die Keulencharakteristik jedes dieser Teilarrays nahezu gleich gestaltet werden.
Für jedes dieser drei so gewählten ULVA im
Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 ergibt sich die Beziehung für die Feldstärke im Fernfeld der Antennen zu
EΛ<P) Wn, bezeichnet hier die komplexwertige Gewichtung für das Antennenelement 1 des Teilarrays n. φ ist die gewünschte Richtung der Keule des resultierenden Gesamtarrays . Sn{t) ist das über das Teilarray n abzustrahlende Signal. In Vorzugsrichtung φ ergibt sich dann das auszusendende Signal in einfacher Weise als Summe der Teilsignale Sx (/)+S2 (t)+S3 (/) ohne Berücksichtigung des Antennengewinns.
Wird der Doherty-Verstärker nur wenig ausgesteuert, ist nur der Trägerverstärker PAl aktiv und demgemäß wird das Signal nur über das Teilarray 1 ausgesendet. Wird der Trägerverstärker in der Sättigung betrieben und der erste Spitzenverstärker PA2 zusätzlich aktiv, so werden die Signale gemäß dem Doherty-Prinzip über die Teilarrays 1 und 2 ausgesendet. Die Kombination erfolgt in der Luft durch die Addition bzw. Überlagerung der beiden Teilwellen. Im Spitzenbetrieb ist zusätzlich der zweite Spitzenverstärker PA3 aktiv und die Feldstärken der drei Arrays überlagern sich.
Beim Betrieb bei mittlerer Leistung liefert der Trägerverstärker PAl eine konstante Amplitude. Eine Amplitudenmodulation des Sendesignals erfolgt über die Variation der Sendeamplitude des Spitzenverstärkers PA2 und der resultierenden Überlagerung der Feldstärken gemäß der Keulenformung. Entsprechendes gilt für den Betrieb bei großer Leistung, bei der PA3 aktiv ist.
Weiterhin kann diese Anordnung auch bei gerichteten Antennen verwendet werden, bei denen die Richtwirkung durch mechanische Maßnahmen erreicht wird. So werden bei Parabolantennen n Feeder eingesetzt und somit erfolgt die Zusammenführung durch die Addition der Signale der einzelnen Feeder.
Anstelle mechanischer Maßnahmen kann auch die Richtwirkung durch Variation der Signallaufzeiten in Delektrika erreicht werden. Solche Antennen sind u.a. als Luneberg- Antennen bekannt.
Insbesondere werden Verfahren zum Betrieb von Verstärkerarchitekturen mit mehreren Einzelverstärkern an einem Antennenarray vorgeschlagen, bei dem dieses Array in Teilarrays unterteilt wird, und bei dem jeder Verstärker direkt an einem der Teilarray betrieben wird und die Kombination der Signale der Einzelverstärker zum eigentlich auszusendenden Signal über die Überlagerung der vom jeweiligen Teilarray abgestrahlten elektromagnetischen Wellen erfolgt.
Vorzugsweise wird bei jedem Verstärker ein unterschiedliches Signal über das angeschaltete Teilarray aussendet und durch die Kombination der elektromagnetischen Wellen der Teilarrays das eigentliche Sendesignal gebildet. Es kann auch jeder Verstärker dasselbe Signal über das angeschaltete Teilarray aussenden.
Das Antennenarray kann durch entsprechende Beschaltung der Einzelantennen der Teilarrays eine Keulenformung durchführen, in deren Ergebnis sich dann die gewünschte Keulen-Charakteristik des Gesamtsignals ergibt. Das Antennenarray kann eine beliebige mehrdimensionale Struktur haben und die Keulenformung kann durch geeignete komplexwertige Gewichtung (Amplitudengewichtung und Phasendrehung) erfolgen. Insbesondere kann das Antennenarray als sog. ULVA (Uniform Linear Virtual Array) modelliert werden, das ein- oder mehrdimensional sein kann, und die reale Arraystruktur kann durch geeignete Transformation vom/zum ULVA erhalten werden.
Alternativ wird ein Verfahren zum Betrieb von Verstärkerarchitekturen mit mehreren Einzelverstärkern an einem Antennenarray vorgeschlagen, bei dem anstelle eines Antennenarrays mit Einzelantennen, die durch entsprechende Gewichtung der Speisesignale seine Keulenformung durchführen, eine Antennenanordnung eingesetzt wird, deren Keulenformung durch den mechanischen Aufbau der Antenne erreicht wird und diese Antenne dann durch entsprechende Speisung durch die verschiedenen Verstärker angeschlossen wird
Dabei kann die Antennenanordnung aus verschiedenen Einzelantennen mit Keulenformung durch mechanische Maßnahmen erfolgen, die in die gewünschte Richtung der resultierenden Keule zeigen, wobei die jeweilige
Einzelantenne von einem der Verstärker gespeist ist.
Die Antenne kann auch eine Parabolantenne sein und die Speisung kann durch verschiedene Feeder realisiert sein, deren Anzahl der der Teilverstärker entspricht. Dies ist in Fig. 4 veranschaulicht. Dort ist ein Parabolspiegel 30 dargestellt. Die Antennenelemente 10 - 12 sind als Feeder an unterschiedlichen Positionen des Parabolspiegels 30 angeordnet .
Die Keulenbildung kann auch durch Laufzeiten innerhalb von Dielektrika anstelle des mechanischen Aufbaus erfolgen. Dabei kann ein Antennenelelement als Luneberg-Antenne ausgeführt sein. Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt und auch für anders konfigurierte Teilarrays anwendbar.

Claims

Patentansprüche
1. Doherty-Verstärker-System (1) mit mehreren Teilverstärkern (2 - 4), deren Eingänge über eine Ansteuereinheit (5) mit unterschiedlichen Phasenwinkeln und/oder Amplituden eines Eingangssignals (Si) angesteuert sind, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Ausgang jedes Teilverstärkers (2 - 4) direkt mit einem Antennenelement (10 - 12) verbunden ist, ohne dass die Ausgangssignale der Teilverstärker (10 - 12) vor Zuführung an die Antennenelemente (10 - 12) miteinander kombiniert werden.
2. Doherty-Verstärker-System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kombination der Ausgangssignale der Teilverstärker (2 - 4) zum auszusendenden Gesamtsignal durch die Überlagerung der vom jeweiligen Antennenelement (10 - 12) abgestrahlten elektromagnetischen Wellen erfolgt.
3. Doherty-Verstärker-System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Antennenelement (10; 11; 12) aus mehreren
Einzelantennen (2Oi " 2O4; 21χ - 2I4; 22i - 224) besteht und dass jedes Antennenelement (10; 11; 12) durch entsprechende Beschaltung der Einzelantennen (2Ox - 2O4; 21i - 2I4; 22i - 224) eine solche Keulenformung der Abstrahlcharakteristik hat, dass sich eine vorbestimmte Keulenformung der Abstrahlcharakteristik des überlagerten Gesamtsignals ergibt.
4. Doherty-Verstärker-System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Antennenelement (10; 11; 12) eine bestimmte eindimensionale oder mehrdimensionale Struktur aus Einzelantennen (2Oi - 2O4; 21i - 2I4; 22i - 224) hat und dass sich die Keulenformung durch eine bestimmte komplexwertige Gewichtung, d.h. Amplitudengewichtung und Gewichtung der Phasendrehung, der Einzelantennen (2Oi - 2O4; 21i - 2I4; 22i - 224) ergibt.
5. Doherty-Verstärker-System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Antennenelement (10; 11; 12) als einheitliches lineares virtuelles Feld (Uniform Linear Virtual Array) modelliert ist, das ein- oder mehrdimensional sein kann, und sich die reale Struktur durch eine geeignete Transformation ergibt.
6. Doherty-Verstärker-System nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Keulenformung durch den mechanischen Aufbau der Antennenelemente (10 - 12) realisiert ist und dass diese Antennenelemente (10 - 12) über verschiedene Speiseleitung (13 - 15) mit unterschiedlicher Dämpfung und/oder Phasenschiebung an den Teilverstärkern (2 - 4) angeschlossen sind.
7. Doherty-Verstärker-System nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Parabolspiegel (30) vorhanden ist und dass die Antennenelemente (10 - 12) an unterschiedlichen Positionen in den Parabolspiegel (30) einstrahlen.
8. Doherty-Verstärker-System nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Antennenelement als Luneberg-Antenne ausgeführt ist.
EP07819767A 2006-12-05 2007-11-12 Doherty-verstärker-system Withdrawn EP2097974A2 (de)

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DE102006057324A DE102006057324A1 (de) 2006-12-05 2006-12-05 Doherty-Verstärker-System
PCT/EP2007/009781 WO2008067891A2 (de) 2006-12-05 2007-11-12 Doherty-verstärker-system

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EP2097974A2 true EP2097974A2 (de) 2009-09-09

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ID=39382061

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