DE19524037A1

DE19524037A1 - HF power amplifier for TV-transmitter

Info

Publication number: DE19524037A1
Application number: DE1995124037
Authority: DE
Inventors: Karl-Martin Dipl Ing Muessener; Lars Dipl Ing Kluge
Original assignee: Telefunken Sendertechnik GmbH
Current assignee: ADC Broadband Wireless Group Inc
Priority date: 1995-07-01
Filing date: 1995-07-01
Publication date: 1997-01-02

Abstract

A final or output stage of TV transmitter with a transistorised HF power amplifier (1), a characteristics line calculator (5), a measuring point (2) at the input and a measuring point (3) at the output of the power amplifier, two scanning-hold elements (8,10) a digital calculator (11) integrated with an evaluator (14) and a calculator (15) and a setting element (13) is shown. The measuring points (2 and 3) with a rectifier in series are built as a directional coupler, rectifying a part of the HF energy and providing the rectified measuring signals (4,9) exactly proportional to the amplitude of the HF signal.

Description

Die Erfindung betrifft einen HF-Leistungsverstärker, insbesondere für TV-Sender, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to an RF power amplifier, especially for TV stations, according to the preamble of Claim 1.

Beim Betrieb derartiger Verstärker muß sichergestellt sein, daß sich ihre Übertragungseigenschaften möglichst wenig ändern. Änderungen der Übertragungseigenschaften können unter anderem durch eine Alterung oder durch einen Teilausfall von Bauelementen, durch eine nur zeitweilige Änderung von Bauelementeigenschaften, durch Betriebsspannungsschwankungen oder durch eine inkonstante Antennenlast verursacht sein. Die vorgenannten Störeinflüsse können die Übertragungseigenschaften der Verstärker derart ungünstig verändern, daß die an die Übertragung gestellten Qualitätsanforderungen nicht mehr erfüllbar sind.When operating such amplifiers, it must be ensured that their transmission properties change as little as possible. Changes in the transmission properties can include due to aging or partial failure of Components, by a temporary change of Component properties, due to fluctuations in operating voltage or caused by an inconsistent antenna load. The The aforementioned interference can affect the transmission properties the amplifier so unfavorably change that the to the Transfer quality requirements no longer are achievable.

In der Vergangenheit sind deshalb eine Reihe von Verfahren zur Stabilisierung der Übertragungseigenschaften von Hochfrequenz- Leistungsverstärkern vorgeschlagen worden, u. a. sind Schaltungsanordnungen beschrieben, die sich mit der Stabilisierung von Transistorarbeitspunkten beschäftigen.In the past, therefore, a number of methods have been used Stabilization of the transmission properties of high frequency Power amplifiers have been proposed, u. a. are Circuit arrangements described that deal with the Deal with stabilization of transistor operating points.

In der Schaltung gemäß der DE-C2-33 35 170 werden d3-Inter modulationsabstände eines transistorisierten Endverstärkers für Kurzwellensender dadurch verbessert, daß der infolge des zwischen Halbleiterchip und Gehäuse herrschenden Wärmewiderstandes relativ trägen Arbeitspunkttemperaturregelung eine Arbeitspunktregelung überlagert wird, deren Regelgröße aus der Hochfrequenzausgangsenergie ermittelt wird. Diese zusätzliche Arbeitspunktregelung ermöglicht eine Verbesserung der d3-Intermodulationsabstände, da damit auch schnelle Temperaturänderungen, die durch Schwankungen der Hochfrequenzleistung verursacht sind, erfaßt werden. Arbeitspunktstabilisierungen gegenüber anderen Störgrößen, wie Bauelementeänderungen, Betriebsspannungsschwankungen, oder inkonstante Antennenbelastungen, können mit der bekannten Schaltung nicht erreicht werden. Insbesondere können mit dieser Schaltung nicht die bei TV-Sendern geforderten hohen Linearitätswerte eingehalten werden.In the circuit according to DE-C2-33 35 170 d3-Inter modulation distances of a transistorized power amplifier for Shortwave transmitter improved in that the due to prevailing between the semiconductor chip and the housing Thermal resistance relatively sluggish working point temperature control a working point control is superimposed, the controlled variable from the high-frequency output energy is determined. This additional working point regulation enables an improvement the d3 intermodulation distances, because it also means fast Temperature changes caused by fluctuations in the Radio frequency power are caused to be detected. Working point stabilization compared to other disturbance variables, such as Component changes, operating voltage fluctuations, or inconsistent antenna loads, can with the known Circuit cannot be reached. In particular, with this Circuit does not meet the high demands required by TV stations Linearity values are observed.

Für die Arbeitspunktstabilisierung von TV-Verstärkern ist aus der WO 93/13594 eine Schaltung bekannt geworden, die den Arbeitspunkt gegenüber schwankender Hochfrequenzleistung stabilisiert. Dazu wird in dieser Schaltung über einen Shunt- Widerstand im Strompfad des Verstärkerstransistors eine Spannung als Regelgröße abgegriffen und zur Kompensation von temperaturbedingten Basis-Emitter-Spannungsschwankungen des Transistors verwendet, die ursächlich durch schwankende Hochfrequenzleistungen im Transistor bedingt sind. Darüber hinausgehend werden mit dieser bekannten Schaltung keine weiteren Störgrößen kompensiert.For the working point stabilization of TV amplifiers is out WO 93/13594 a circuit has become known that the Operating point compared to fluctuating high-frequency power stabilized. For this purpose, a shunt Resistor in the current path of the amplifier transistor Voltage tapped as a controlled variable and to compensate for temperature-related base-emitter voltage fluctuations of the Transistors used which are caused by fluctuating High-frequency powers are caused in the transistor. About that going beyond that with this known circuit compensated for other disturbances.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Hochfrequenz- Leistungsverstärker zu schaffen, dessen Arbeitspunktstabilisierung nicht auf die Ausregelung von Temperatur- von eingangsseitigen HF-Leistungsschwankungen beschränkt ist, sondern auch beliebig andere Arten von Störgrößen, wie z. B. Bauelementeänderungen, Betriebsspannungs- und Antennenlastschwankungen ausregelt.The invention has for its object a high-frequency To create power amplifiers whose Working point stabilization not on the regulation of Temperature from input RF power fluctuations is limited, but also any other types of Disturbances such as B. component changes, operating voltage and regulates antenna load fluctuations.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.This object is achieved by the features of Claim 1 solved.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß sich die Eigenschaften eines HF-Leistungsverstärkers mit seiner Übertragungskennlinie beschreiben lassen, daß diese Übertragungskennlinie in weiten Grenzen über eine Einwirkung auf den Arbeitspunkt des Verstärkers beeinflußbar ist und daß auch Störgrößen, wie beispielsweise Bauelementänderungen, Betriebsspannungs- und Antennenlastschwankungen eine Änderung der Übertragungskennlinie bewirken. Die Erfindung nutzt diese Erkenntnisse in vorteilhafter Weise zu einer, auch gleichzeitigen, Ausregelung beliebiger Störgrößenarten bei geringem technischem Aufwand.The invention is based on the knowledge that the Properties of an RF power amplifier with its Let the transmission characteristic describe that this Transmission characteristic over a wide range over one action can be influenced on the operating point of the amplifier and that also disturbances, such as component changes, Operating voltage and antenna load fluctuations a change the transmission characteristic. The invention uses this Findings in an advantageous way, too simultaneous control of any type of disturbance variable little technical effort.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung erfolgt die Abtastung der Meßwerte zu zufälligen Zeitpunkten, womit vorteilhaft eine größere Unabhängigkeit gegenüber bestimmten Strukturen ("Bildmuster") des übertragenen Signals erreicht wird.According to a development of the invention, the scanning takes place of the measured values at random times, which is advantageous greater independence from certain structures ("Image pattern") of the transmitted signal is reached.

Eine andere Weiterbildung der Erfindung ermöglicht die Abtastung der Meßwerte bei bestimmten, vorgegebenen Eingangspegeln, wodurch die Abtastung vorteilhaft auf bestimmte Abschnitte der Kennlinie begrenzbar ist. Another development of the invention enables Sampling the measured values at certain, predetermined Input levels, making the sampling advantageous to certain Sections of the characteristic curve can be limited.

Die Zeichnung enthält eine Figur, in der als Blockschaltbild ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen HF- Leistungsverstärkers gezeigt ist. An diesem Beispiel wird die Erfindung nachstehend näher erläutert.The drawing contains a figure in the form of a block diagram an embodiment of an RF Power amplifier is shown. In this example the Invention explained in more detail below.

Die Figur zeigt die Endstufe eines TV-Senderverstärkers mit einem transistorisierten HF-Leistungsverstärker 1, mit einer Meßstelle 2 am Eingang und einer Meßstelle 3 am Ausgang des HF- Leistungsverstärkers 1, einem Kennlinienrechenwerk 5, zwei Abast-Halte-Gliedern 8, 10, einem Digitalregler 11, in dem ein Bewerter 14 und ein Rechenwerk 15 integriert ist, und einem Stellglied 13.The figure shows the output stage of a TV transmitter amplifier with a transistorized RF power amplifier 1 , with a measuring point 2 at the input and a measuring point 3 at the output of the RF power amplifier 1 , a characteristic calculator 5 , two sample and hold elements 8 , 10 , one Digital controller 11 , in which an evaluator 14 and an arithmetic unit 15 are integrated, and an actuator 13 .

Die Meßstellen 2 und 3 sind als Richtkoppler mit nachgeschaltetem Gleichrichter ausgeführt. Über diese Meßstellen wird ein Teil der zu übertragenden HF-Energie ausgekoppelt und gleichgerichtet. Die Meßstellen 2 und 3 müssen so ausgebildet und bemessen sein, daß die von ihnen abgegebenen gleichgerichteten Meßsignale 4 und 9 genau proportional zu den Amplituden des Hochfrequenzsignales sind und den bei der Übertragung von Fernsehsignalen auftretenden schnellen zeitlichen Änderungen der Hüllkurve der Hochfrequenzsignale fehlerfrei folgen können. Dazu ist es erforderlich, daß die Bandbreite der verwendeten Richtkoppler und Gleichrichter mindestens ebenso groß wie die Bandbreite der Hochfrequenzsignale ist.Measuring points 2 and 3 are designed as directional couplers with a rectifier connected downstream. Part of the RF energy to be transmitted is decoupled and rectified via these measuring points. The measuring points 2 and 3 must be designed and dimensioned so that the rectified measuring signals 4 and 9 they emit are exactly proportional to the amplitudes of the high-frequency signal and can follow the rapid changes in time of the envelope of the high-frequency signals occurring during the transmission of television signals without errors. For this it is necessary that the bandwidth of the directional couplers and rectifiers used is at least as large as the bandwidth of the high-frequency signals.

Das am Eingang des HF-Leistungsverstärkers 1 mit der Meßstelle 2 gewonnene Meßsignal 4 ist dem Eingang eines Kennlinienrechenwerkes 5 zugeführt. Das Kennlinienrechenwerk 5 berechnet zu diesem Meßsignal 4 anhand einer im Datenspeicher des Kennlinienrechenwerkes 5 abgespeicherten Übertragungssollkennlinie 6 des HF-Leistungsverstärkers 1 ein Soll-Ausgangssignal 7. Dieses Soll-Ausgangssignal ist einem Abtast-Halte-Glied 8 zugeführt. Das Meßsignal 9 der Meßstelle 3 am Ausgang des HF-Leistungsverstärkers 1 ist ebenfalls auf ein Abtast-Halte-Glied 10 gegeben.The measurement signal 4 obtained at the input of the RF power amplifier 1 with the measuring point 2 is fed to the input of a characteristic curve calculator 5 . The characteristic calculating unit 5 calculates for this test signal 4 based on a data stored in the data memory of the characteristic arithmetic unit 5 transfer target characteristic 6 of the RF power amplifier 1, a target output signal. 7 This desired output signal is fed to a sample and hold element 8 . The measuring signal 9 of the measuring point 3 at the output of the RF power amplifier 1 is also given to a sample and hold element 10 .

Die Ausgangssignale der Abtast-Halte-Glieder 8 und 10 sind wiederum auf einen Digitalregler 11 gegeben, der mittels eines Rechenwerkes 15 die Abtast-Halte-Glieder 8 und 10 so steuert, daß über dem HF-Leistungsverstärker entstehende Laufzeitverzögerungen des Ist-Ausgangsignales kompensiert sind und in dem Digitalregler 11 korrespondierende Soll- und Ist- Ausgangssignale zur Überprüfung von Regelabweichungen zur Verfügung stehen. Der Digitalregler 11 bildet beim Vorliegen von Regelabweichungen Stellgrößen 12, die in dem hiergezeigtem Ausführungsbeispiel optional noch einem nachgeschalteten Bewerter 14 unterworfen sind, mit dem die Stellgrößen 12 in Abhängigkeit von Meßwerten 4 am Eingang des HF- Leistungsverstärkers 1 nach im Bewerter 14 abgespeicherten, Vorgaben verändert werden, bevor sie dem Stellglied 13 zugeführt sind. Die im Bewerter 14 abgespeicherten Vorgaben können z. B. eine Abschwächung von ermittelten Stellgrößen 12 für kleine Aussteuerungen des HF-Leistungsverstärkers 1 bewirken.The output signals of the sample-and-hold elements 8 and 10 are in turn passed to a digital controller 11 , which controls the sample-and-hold elements 8 and 10 by means of an arithmetic logic unit 15 in such a way that runtime delays of the actual output signal arising via the RF power amplifier are compensated for and corresponding target and actual output signals for checking control deviations are available in the digital controller 11 . In the presence of control deviations, the digital controller 11 forms manipulated variables 12 , which in the exemplary embodiment shown here are optionally also subjected to a downstream evaluator 14 , with which the manipulated variables 12 change depending on measured values 4 at the input of the RF power amplifier 1 according to specifications stored in the evaluator 14 are before they are fed to the actuator 13 . The specifications stored in the evaluator 14 can e.g. B. cause weakening of the manipulated variables 12 for small modulations of the RF power amplifier 1 .

Das Stellglied 13 ist so ausgebildet, daß mit ihm in bekannter Weise der Verstärkerarbeitspunkt veränderbar ist. The actuator 13 is designed such that the amplifier operating point can be changed with it in a known manner.

In einer Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes kann der Digitalregler 11 von seinem Rechenwerk 15 so gesteuert sein, daß eine Regelabweichung über eine bestimmte Anzahl von Meßwerten angestanden haben muß, bevor eine Stellgröße 12 von dem Digitalregler 11 generiert wird. Bei einem erfindungsgemäßen Einsatz des HF-Leistungsverstärkers in einem TV-Sender liefert beispielsweise eine Regelabweichung über fünf Zeilen (ca. 300 Mikrosekunden) eine Stellgröße.In one embodiment of the subject matter of the invention, the digital controller 11 can be controlled by its arithmetic logic unit 15 in such a way that a control deviation must have been present over a certain number of measured values before a manipulated variable 12 is generated by the digital controller 11 . When using the RF power amplifier in a TV transmitter according to the invention, for example, a control deviation over five lines (approx. 300 microseconds) provides a manipulated variable.

Die Abtastung der Meßwerte 4 und 9 erfolgt in dem Ausführungsbeispiel kontinuierlich. Sie kann aber auch, gesteuert durch das Rechenwerk 15, in einem periodisch einsetzenden Intervallbetrieb erfolgen, wobei im Falle eines TV-Verstärkers die Abtastfrequenz mindestens der doppelten Zeilenfrequenz (ca. 32 KHz) entsprechen soll.In the exemplary embodiment, the measurement values 4 and 9 are scanned continuously. However, it can also take place in a periodic intermittent mode, controlled by the arithmetic logic unit 15 , the sampling frequency in the case of a TV amplifier being supposed to correspond to at least twice the line frequency (approx. 32 kHz).

Eine andere mögliche Meßwertabtastung erfolgt, gesteuert von dem Rechenwerk 15, mittels zufällig einsetzendem Intervallbetrieb. Bei einer Abtastung zu zufälligen Zeitpunkten sollte für einen TV-Verstärker der zeitliche Abstand der Abtastungen im Mittel nicht größer als 30 Mikrosekunden sein. Mit dieser zufälligen Abtastung ist eine größere Unabhängigkeit von charakteristischen Strukturen des zu übertragenden Signals ("Bildmuster") gegeben.Another possible measurement of the measured values is carried out, controlled by the arithmetic logic unit 15 , by means of random intermittent operation. When sampling at random times for a TV amplifier, the time interval between the samples should on average not be greater than 30 microseconds. This random sampling gives greater independence from characteristic structures of the signal to be transmitted ("image pattern").

Weiterhin ist mittels des Rechenwerkes 15 optional ein Einsetzen und/oder Beenden der Abtastung bei vorgegebenen Pegeln des Meßwertes 4 am Eingang des Verstärkers realisierbar. Damit erfolgt eine Abtastung nur auf vorbestimmten Abschnitten der Verstärkerkennlinie.Furthermore, the arithmetic unit 15 can optionally be used to insert and / or terminate the scanning at predetermined levels of the measured value 4 at the input of the amplifier. This means that sampling takes place only on predetermined sections of the amplifier characteristic.

Optional können die nach den vorangehend beschriebenen Ausführungsbeispielen ermittelten Stellgrößen 12 vor der Zuführung zum Stellglied 13 im Rechenwerk 15 des Digitalreglers 11 einer Mittelwertbildung unterworfen sein.Optionally, the manipulated variables 12 determined according to the exemplary embodiments described above can be subjected to averaging before being fed to the actuator 13 in the arithmetic logic unit 15 of the digital controller 11 .

Die Übertragungssollkennlinie 6 des HF-Leistungsverstärkers kann für jeden Verstärker individuell einmal meßtechnisch unter bestimmten festgelegten Betriebsbedingungen ermittelt werden und in einem Datenspeicher des Kennlinienrechenwerkes 5 abgespeichert sein.The target transmission characteristic 6 of the HF power amplifier can be determined individually for each amplifier using measurement technology under certain specified operating conditions and can be stored in a data memory of the characteristic curve calculator 5 .

Die Rechenwerke und der Bewerter können in üblicher Weise als Mikroprozessoren mit den für ihre Funktion erforderlichen Datenspeichern ausgebildet sein.The arithmetic units and the evaluator can in the usual way as Microprocessors with the necessary for their function Data storage be formed.

Claims

1. RF power amplifier, in particular for TV transmitters, with at least one measuring point ( 2 , 3 ) in the current path of the amplifier for detecting the RF power of the signal to be amplified and with an operating point control, characterized in that a measuring point ( 2 ) for detecting the RF power in the input and a measuring point ( 3 ) for detecting the RF power in the output of the RF power amplifier ( 1 ) is arranged that the measuring signal ( 4 ) of the measuring point ( 2 ) in the input of the amplifier the input of a characteristic curve calculator ( 5 ) is given that a transmission target characteristic curve ( 6 ) of the RF power amplifier is stored in a resistant manner in a data memory of the characteristic curve calculator, that in the characteristic curve calculator ( 5 ) is associated with instantaneous values of the measurement signal ( 4 ) on the basis of the transmission nominal characteristic curve ( 6 ) - Output values ( 7 ) are determined that these target output values ( 7 ) are given to a sample and hold element ( 8 ) that the meas Signal ( 9 ) from the output of the RF power amplifier ( 1 ) is given as an actual output signal to another on the sample and hold element ( 10 ) and that in a digital controller ( 11 ) from related instantaneous values of the sample and hold elements ( 8 , 10 ) manipulated variables ( 12 ) are determined and are given to an actuator ( 13 ) for adjusting the amplifier operating point.

2. RF power amplifier according to claim 1, characterized in that a control deviation must have been present over a certain number of measured values before the digital controller ( 11 ) generates a manipulated variable ( 12 ).

3. RF power amplifier according to claim 2, characterized net that for use of the amplifier in a TV transmitter the control deviation was pending over several lines of the screen must have.

4. RF power amplifier according to one of claims 1 to 3, characterized in that the digital controller ( 11 ) is equipped with an arithmetic unit ( 15 ) which controls the sample and hold elements ( 8 , 10 ) in time.

5. RF power amplifier according to claim 4, characterized in that the sample-and-hold elements ( 8 , 10 ) are set to continuous operation.

6. RF power amplifier according to claim 4, characterized in that the sample-and-hold elements ( 8 , 10 ) are periodically set to a setting interval operation.

7. RF power amplifier according to claim 6, characterized net that when using the amplifier in a TV transmitter the periodic sampling frequency is greater than the line frequency is.

8. RF power amplifier according to claim 4, characterized in that the sample-and-hold elements ( 8 , 10 ) are set to intermittent operation starting with time.

9. RF power amplifier according to claim 8, characterized net that when using the amplifier in a TV transmitter the interval between the random sampling intervals is not is greater than 30 microseconds.

10. RF power amplifier according to claim 4, characterized in that the sample-and-hold elements ( 8 , 10 ) are set to an interval operation which starts at predetermined levels of the measurement signal ( 4 ).

11. RF power amplifier according to one of the preceding and workman che 1 to 10, characterized in that the resistively stored stored target transmission characteristic ( 6 ) of the RF power amplifier ( 1 ) is determined once before storage by measuring under specified operating conditions with certain controls.

12. RF power amplifier according to one of the preceding claims 1 to 11, characterized in that the measuring points ( 2 , 3 ) detect only a fraction of the RF power to be amplified.

13. RF power amplifier according to one of the preceding claims 1 to 12, characterized in that by means of a loading evaluator ( 14 ) influences the manipulated variable ( 12 ) as a function of the measured value ( 4 ) and then fed to the actuator ( 13 ) is.

14. RF power amplifier according to one of the preceding claims che 1 to 13, characterized in that the manipulated variable ( 12 ) in the digital controller ( 11 ) is subject to a temporal averaging un.