FI86350C - Method and apparatus for automatic gain control in the high frequency amplifier - Google Patents

Description

1 863501 86350

Menetelmä ja järjestely suurtaajuustehovahvistimen automaattista vahvistuksen säätöä vartenMethod and arrangement for automatic gain control of a high frequency power amplifier

Keksinnön kohteena on menetelmä ja järjestely suur-5 taajuustehovahvistimen automaattista vahvistuksen säätöä varten.The invention relates to a method and arrangement for automatic gain control of a Suur-5 frequency power amplifier.

Radiolähettimissä, erityisesti monikanavaisissa radiolähettimissä, modulaattorilta saatavat lähetystaajui-set signaalit yleensä vahvistetaan erillisellä laajakaisit) täisellä suurtaajuustehovahvistimellä ennen signaalin syöttämistä antenniin. Tällaisen erillisen tehovahvistimen ulostulosignaalin voimakkuuden tulisi olla sisääntulosig-naalin voimakkuus kerrottuna tietyllä vakiolla eli Pout = G x Pln. Tähän päästään käyttämällä lineaarista vahvistinta. 15 Lineaariset vahvistimet toimivat kuitenkin A-luokassa, jolloin niiden hyötysuhde on huono. Jotta myös esimerkiksi AB-luokassa toimivan epälineaarisen tehovahvistimen ulostulosignaalin voimakkuus on saatu täyttämään edellä mainittu ehto, on tunnetuissa ratkaisuissa viety tämän eril-20 lisen tehovahvistimen lähtötason ilmoittava takaisinkyt- kentäsignaali tehovahvistinta edeltävälle lähettimelle ja säätämällä näin syntyvän suljetun silmukan avulla lähettimen ulostulosignaalin tasoa ja sitä kautta erilliselle tehovahvistimelle menevän sisääntulosignaalin tehoa. Täl-25 löin kuitenkin säätösilmukka saattaa muodostua pitkäksi, jolloin takaisinkytkennässä käytetty kaapeli kerää ympäristön häiriöitä ja viivästää silmukan toimintaa (esimerkiksi kaapelin kapasitanssin vaikutuksesta). Lisäksi lähetin saattaa ohjata itsensä maksimiteholle, jos säätösilmu-30 kassa on jokin vika.In radio transmitters, especially multi-channel radio transmitters, the transmission frequency signals received from the modulator are generally amplified by a separate broadband high frequency power amplifier before the signal is fed to the antenna. The output signal strength of such a separate power amplifier should be the strength of the input signal multiplied by a certain constant, i.e. Pout = G x Pln. This is achieved by using a linear amplifier. 15 However, linear amplifiers operate in Class A, resulting in poor efficiency. In order to satisfy the above-mentioned condition of the output signal of a non-linear power amplifier operating in class AB, for example, a feedback signal indicating the output level of this separate power amplifier has been applied to the the power of the input signal to the power amplifier. However, in this case, the control loop may become long, causing the cable used in the feedback to collect environmental disturbances and delay the operation of the loop (for example, due to the capacitance of the cable). In addition, the transmitter may direct itself to maximum power if there is a fault in the control loop-30 cash register.

Keksinnön päämääränä on aikaansaada suurtaajuustehovahvistimen vahvistuksen säätö, jolla epälineaarisen-kin vahvistimen ulostulosignaalin voimakkuus saadaan halutunlaiseksi ilman pitkää säätösilmukkaa.The object of the invention is to provide a gain control of a high-frequency power amplifier, by means of which the strength of the output signal of even a non-linear amplifier can be made as desired without a long control loop.

35 Tämä saavutetaan keksinnön mukaisella menetelmällä 2 86350 suurtaajuustehovahvistimen automaattista vahvistuksensää-töä varten, jolle menetelmälle on tunnusomaista, että vahvistimen vahvistusta säädetään vahvistimen sisääntulo- ja ulostulosignaaleista otettuja näytteitä toisiinsa vertaa-5 maila muodostetulla säätösignaalilla.This is achieved by the method 2 86350 for automatic gain control of a high-frequency power amplifier according to the invention, which method is characterized in that the gain of the amplifier is adjusted by a control signal formed by a comparator of samples taken from the input and output signals of the amplifier.

Keksinnön kohteena on myös järjestely suurtaajuus-tehovahvistimen automaattista vahvistuksensäätöä varten, joka järjestely käsittää ensimmäisen näytteenottovälineen näytesignaalin 10 muodostamiseksi suurtaajuusvahvistimen sisääntulosignaa- lista, toisen näytteenottovälineen näytesignaalin muodostamiseksi suurtaajuusvahvistimen ulostulosignaalista, välineet näytesignaalien vertaamiseksi toisiinsa 15 ja suurtaajuusvahvistimen vahvistusta säätävän säätösig- naalin muodostamiseksi vertailun tuloksena.The invention also relates to an arrangement for automatic gain control of a high frequency power amplifier, the arrangement comprising first sampling means for generating a sample signal 10 from the input signal of the high frequency amplifier;

Keksintö perustuu ajatukseen, että vahvistimen vahvistusta tarkkaillaan ja säädetään jatkuvasti vahvistimen sisääntulo- ja ulostulosignaaleista otettujen näytesignaa-20 lien perusteella siten, että vahvistimen sisääntulo- ja ulostulotasojen suhde eli vahvistus säilyy vakiona.The invention is based on the idea that the gain of the amplifier is continuously monitored and adjusted on the basis of sample signals taken from the input and output signals of the amplifier so that the ratio of the input and output levels of the amplifier, i.e. the gain, remains constant.

Vahvistimen sisääntulo- ja ulostulosignaalien näyt-• - j teenotossa voidaan edullisesti käyttää mikroliuskasuunta- kytkimiä tai vastaavia kapasitiiviseen ja/tai induktiivi-25 seen näytteenottoon perustuvia elimiä, jolloin vältetään perinteinen vahvistuksen mittaus vahvistimen tehotransistorin kollektorivirtaa mittaavan sarjavastuksen avulla.Microstrip directional switches or similar means based on capacitive and / or inductive sampling can be advantageously used to sample the input and output signals of the amplifier, thus avoiding conventional gain measurement by means of a series resistor measuring the collector current of the power transistor of the amplifier.

Keksintöä selitetään nyt yksityiskohtaisemmin suo-ritusesimerkin avulla viitaten oheiseen kuvioon, joka 30 esittää lohkokaavion eräästä keksinnön mukaisen automaattisen vahvistuksensäädön omaavasta suurtaajuustehovahvis-— timesta.The invention will now be described in more detail by means of an exemplary embodiment with reference to the accompanying figure, which shows a block diagram of a high-frequency power amplifier with automatic gain control according to the invention.

Kuviossa esitetty keksinnön ensisijainen suoritusmuoto käsittää suurtaajuusvahvistimen 1, edullisesti epä-35 lineaarisen suurtaajuustehovahvistimen, joka on biasoitu 3 86350 toimimaan esimerkiksi AB-luokassa. Vahvistin 1 käsittää suurtaajuussignaalisisääntulon 10, johon syötetään vahvistettava radiotaajuinen sisääntulosignaali RF IN esimerkiksi varsinaiselta lähettimeltä, kun vahvistin 1 toimii 5 erillisenä tehovahvistimena sekä suurtaajuussignaaliulos-tulon 15, jossa esiintyy vahvistettu radiotaajuinen ulostulosignaali RF OUT, joka syötetään lähetysantenniin. Vahvistimen 1 signaalisisääntuloon 10 liittyy mikroliuska-suuntakytkin 2, joka muodostaa sisääntulevan signaalin 10 voimakkuuteen verrannollisen näytesignaalin 11, joka ilmaistaan ilmaisinpiirillä 4 ja alipäästösuodatetaan ali-päästösuodattimella 5 kun se syötetään vertailijapiirin 8 sisääntuloon 13. Vastaavasti vahvistimen 1 signaaliulostu-loon 15 liittyy mikroliuskasuuntakytkin 3, joka muodostaa 15 vahvistimen ulostulosignaalista sen voimakkuuteen verran nollisen näytesignaalin 12, joka ilmaistaan ilmaisinpiirillä 6 ja suodatetaan alipäästösuodattimella 7 ennen syöttämistä vertailijän 8 toiseen sisääntuloon 14. Vertaili ja 8 valvoo vahvistimen 1 vahvistusta sisääntuloissaan 20 13 ja 14 esiintyvien näytesignaalien perusteella vertaa malla näytesignaaleja toisiinsa ja/tai yhteen tai useampaan ennalta määrättyyn referenssiarvoon. Vertailun perusteella vertailijapiiri 8 synnyttää vahvistimelle 1 syötettävän tehonsäätösignaalin 9, joka säätää vahvistimen 1 25 sisältämän suurtaajuusvahvistinasteen muodostavan teho- transistorin kollektorijännitettä siten, että vahvistimen 1 kokonaisvahvistus pysyy vakiona.The preferred embodiment of the invention shown in the figure comprises a high-frequency amplifier 1, preferably a non-35 linear high-frequency power amplifier biased 3,86350 to operate, for example, in class AB. The amplifier 1 comprises a high frequency signal input 10 to which an amplifiable radio frequency input signal RF IN is supplied, for example from an actual transmitter, when the amplifier 1 acts as a separate power amplifier 5 and a high frequency signal output 15 having an amplified radio frequency output signal RF OUT. The signal input 10 of the amplifier 1 is associated with a microstrip direction switch 2 which generates a sample signal 11 proportional to the strength of the input signal 10, detected by the detector circuit 4 and low pass filtered by a low pass filter 5 when applied to the input 15 generates from the output signal of the amplifier 15 a sample signal 12 equal to its strength, detected by the detector circuit 6 and filtered by a low pass filter 7 before being fed to the second input 14 of the comparator 8. The comparator and 8 monitor the gain of the amplifier 1 based on the sample signals at their inputs 13 and 14 or to more predetermined reference values. On the basis of the comparison, the comparator circuit 8 generates a power control signal 9 to be supplied to the amplifier 1, which regulates the collector voltage of the power transistor forming the high-frequency amplifier stage contained in the amplifier 1 so that the overall gain of the amplifier 1 remains constant.

Vertailija 8 voi myös generoida hälytyssignaalin 16, kun vertailtujen näytesignaalien voimakkuudet muuttu-30 vat siten, että ne täyttävät ennalta määrätyn hälytyskri-teerin. Hälytyskriteeri voi olla esimerkiksi sellainen, että hälytyssignaali 16 generoidaan, kun näytesignaalien perusteella määritelty vahvistus pienenee ennalta määrätyn referenssiarvon alapuolelle.The comparator 8 may also generate an alarm signal 16 when the intensities of the compared sample signals change to meet a predetermined alarm criterion. The alarm criterion may be, for example, such that the alarm signal 16 is generated when the gain determined on the basis of the sample signals falls below a predetermined reference value.

- 35 Näytteenottoelimien 2 ja 3 toteuttaminen mikrolius- 4 86350 kasuuntakytkimellä on edullista niiden yksinkertaisuuden ja mikroliuskatekniikan tarjoaman hyvän toistettavuuden vuoksi. Suuntakytkimen mitoituksella voidaan myös helposti skaalata näytesignaalit jo näytteenottovaiheessa vertailua 5 varten. Näytteenottoeliminä voidaan kuitenkin käyttää mitä tahansa muutakin suuntakytkintä tai vastaavaa induktiivisen ja/tai kapasitiivisen kytkennän aikaansaavaa elintä, kuten erillinen sieppauslanka tai sieppauskondensaattori.The implementation of the sampling members 2 and 3 with a microstrip 4 86350 directional switch is advantageous due to their simplicity and good reproducibility provided by the microstrip technology. With the dimensioning of the directional switch, it is also possible to easily scale the sample signals already at the sampling stage for comparison 5. However, any other directional switch or similar inductive and / or capacitive coupling member, such as a separate capture wire or capture capacitor, may be used as the sampling means.

Tehonilmaisun suorittavat ilmaisuelimet 4 ja 6 ovat 10 edullisesti diodilla toteutettuja puoliaaltotasasuuntaajia ja suodattimet 5 ja 7 voidaan toteuttaa millä tahansa sopivalla alipäästösuodatustekniikalla. Vertailijapiiri 8 voidaan yksinkertaisimmillaan toteuttaa differentiaalivahvistimeksi kytketyllä operaatiovahvistimella, joka vertaa 15 sisääntuloissa 13 ja 14 olevia signaaleja keskenään antaen tuloksena suoraan vahvistukseen verrannollisen säätösig-naalin.The detection means 4 and 6 performing the power detection are preferably diode-implemented half-wave rectifiers, and the filters 5 and 7 can be implemented by any suitable low-pass filtering technique. At its simplest, the comparator circuit 8 can be implemented as an operational amplifier connected as a differential amplifier, which compares the signals at the inputs 13 and 14 with each other, resulting in a control signal proportional to the direct gain.

Osa tai kaikki edellä esitetyt toiminteet on mahdollista toteuttaa myös digitaalisesti, mikä saattaa kui-20 tenkin johtaa monimutkaisempaan ja kalliimpaan rakenteeseen.It is also possible to implement some or all of the above functions digitally, which may, however, lead to a more complex and expensive structure.

Oheinen kuvio ja siihen liittyvä selitys on tarkoitettu vain havainnollistamaan esillä olevaa keksintöä. Yksityiskohdiltaan keksinnön mukaiset menetelmä ja järjes-25 tely voivat vaihdella oheisten patenttivaatimusten puitteissa.The accompanying figure and the related description are intended to illustrate the present invention only. The details of the method and arrangement according to the invention may vary within the scope of the appended claims.

Claims (6)

1. Förfarande för automatisk förstärkningsreglering i en högfrekvensförstärkare, kännetecknat där- 5 av, att förstärkarens förstärkning regleras med en styr-signal, som bildats genom att jämföra sampel av förstärkarens in- och utsignaler med varandra.Method of automatic gain control in a high frequency amplifier, characterized in that the gain of the amplifier is controlled by a control signal formed by comparing samples of the input and output signals of the amplifier with each other. 2. Förfarande enligt patentkravet 1, kännetecknat därav, att med styrsignalen regleras 10 kollektorspänningen i en effekttransistor, som bildar ett högfrekvensförstärkarsteg.2. A method according to claim 1, characterized in that with the control signal, the collector voltage is controlled in a power transistor, which forms a high frequency amplifier stage. 3. Arrangemang för automatisk förstärkningsreglering i en högfrekvensförstärkare (1), kännetecknat därav, att arrangemanget omfattar 15 ett första samplingsmedel (2) för bildande av en sampelsignal (11) av högfrekvensförstärkarens (1) insignal, ett andra samplingsmedel (3) för bildande av en sampelsignal (12) av högfrekvensförstärkarens (1) utsignal, medel (8) för att jämföra sampelsignalerna med va- 20 randra och för att bilda en styrsignal (9), som reglerar högfrekvensförstärkarens (1) förstärkning, som ett resultat av jämförelsen.Arrangement for automatic gain control in a high frequency amplifier (1), characterized in that the arrangement comprises a first sampling means (2) for forming a sample signal (11) of the input of the high frequency amplifier (1), a second sampling means (3) for forming a sample signal (12) of the output of the high frequency amplifier (1), means (8) for comparing the sample signals with each other and to form a control signal (9) which controls the amplification of the high frequency amplifier (1), as a result of the comparison. 4. Arrangemang enligt patentkravet 3, kännetecknat därav, att nämnda samplingsmedel (2,3) är 25 kopplade tili förstärkarens (1) ingäng (10) och utgäng (15) induktivt och/eller kapacitivt.Arrangement according to claim 3, characterized in that said sampling means (2,3) are inductively and / or capacitively coupled to the input (10) of the amplifier (1) and the output (15). 5. Arrangemang enligt patentkravet 4, kännetecknat därav, att nämnda första och andra samplingsmedel (2,3) bildar en riktkopplare, företrädesvis en 30 mikrobandsriktkopplare.5. Arrangement according to claim 4, characterized in that said first and second sampling means (2,3) form a directional coupler, preferably a microband directional coupler. 6. Arrangemang enligt patentkravet 4 eller 5, kännetecknat därav, att medlen (8) för förstärkningsreglering omfattar en differentialförstärkare, vars utsignal är proportionell mot skillnaden melian sam- 35 pelsignalerna, som matats till dess ingängar, och bildar nämnda styrsignal.Arrangement according to claim 4 or 5, characterized in that the means (8) for gain control comprise a differential amplifier, the output of which is proportional to the difference between the pair of signals supplied to its inputs and forms said control signal.