DE3742270C1 - Control stage for a radio-frequency power amplifier - Google Patents

Control stage for a radio-frequency power amplifier

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Abstract

In a control stage for a radio-frequency power amplifier (TW) preceded by a preequalizer (VZ) for compensating for nonlinearities, a preamplifier (VV) is provided. This preamplifier (VV) exhibits at its input an adjustable attenuator (ED1) and at its output a sensor (MF). The sensor (MF) is used for detecting the output level of the preamplifier (VV) or the current consumption of the amplifier elements and supplying them to a control device (KE). A control device (KE) is used for setting the attenuator (ED1) in such a manner that a threshold value which corresponds to a certain gain in the linear gain range of the preamplifier (VV) is not exceeded. Due to this measure, the preamplifier (VV) operates in the strictly linear range and cannot generate any additional intermodulation (Fig. 1). <IMAGE>

Description

Die Erfindung geht aus von einer Steuerstufe gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a control stage according to the Preamble of claim 1.

Eine solche Steuerstufe ist bekannt aus der EP 2 05 756 A2.Such a tax level is known from EP 2 05 756 A2.

Zur Linearisierung von Hochfrequenz-Leistungsverstärkern, insbesondere Wanderfeldröhrensendeverstärkern, werden Vorverzerrer eingesetzt, die die nichtlineare Kennlinie der Leistungsverstärker kompensieren. Zwischen Vorverzerrer und Leistungsverstärker ist üblicherweise ein Vorverstärker angeordnet, um den Ausgangspegel des Vorverzerrers an den geforderten Eingangspegel des Sendeverstärkers anzupassen. Zur Aussteuerungsbegrenzung des Sendeverstärkers ist gegebenenfalls ein Begrenzer vorgesehen. (US PS 47 01 717; 5th International Conference of Digital Satellite Communications, März 1981, Genua, Seiten 1-8, "Nonlinear Satellite Channel Design for QPSK/TDMA Transmission").For the linearization of high frequency power amplifiers, especially traveling wave tube transmit amplifiers Predistorter used that the nonlinear characteristic of Compensate power amplifiers. Between predistortion and Power amplifier is usually a preamplifier arranged to the output level of the predistorter to the adjust the required input level of the transmitter amplifier. To limit the modulation of the transmitter amplifier if necessary, a limiter is provided. (US PS 47 01 717; 5th International Conference of Digital Satellite Communications, March 1981, Genoa, pages 1-8, "Nonlinear Satellite Channel Design for QPSK / TDMA Transmission ").

Aufgabe der Erfindung ist es, die Steuerstufe, ausgehend vom Oberbegriff des Patentanspruchs 1, so auszubilden, daß der zum Erreichen der Sättigung des Leistungsverstärkers notwendige Pegel erreichbar ist, jedoch keine Verschlechterungen hinsichtlich des Signal-Intermodulationsabstandes hingenommen werden müssen. Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche zeigen vorteilhafte Weiterbildungen auf. The object of the invention is the control stage, starting from Preamble of claim 1, so that the to achieve the saturation of the power amplifier necessary level can be reached, but none Deterioration in the Signal intermodulation distance must be accepted. This task is characterized by the characteristics of the Claim 1 solved. The subclaims show advantageous further training.  

Die Erfindung geht von folgender Erkenntnis aus: Die bisher bekannten Vorverstärker zur Steuerung von Wanderfeldröhrensendeverstärkern über Vorverzerrungsnetzwerke arbeiteten mit einer Begrenzerstufe (US PS 47 01 717) oder nahmen in Kauf, daß der Vorverstärker in Sättigung betrieben wurde. In diesem Betriebsbereich weisen auch Kleinsignal-Verstärker, z. B. Feldeffekttransistor-Verstärker Nichtlinearitäten auf, durch die zusätzliche Intermodulation, insbesondere bei Mehrträgerbetrieb, erzeugt werden. Zudem weist die Phase des Vorverstärkers in diesem Arbeitsbereich einen großen Gradienten auf. Deshalb erzeugen geringe Änderungen der Vorverzerrer-Ausgangsleistung große Phasenänderungen im Vorverstärker, die von der Wanderfeldröhre übernommen werden und nicht zu kompensieren sind. Durch die Maßnahmen der Erfindung arbeitet der Vorverstärker streng im linearen Bereich. Zusätzliche Intermodulationen und Phasenänderungen treten daher nicht auf, die die Wirkung des Vorverzerrers abschwächen könnten.The invention is based on the following finding: known preamplifier for controlling Traveling wave tube transmit amplifiers via Predistortion networks operated with a limiter stage (US PS 47 01 717) or accepted that the preamplifier was operated in saturation. In this operating area also have small signal amplifiers, e.g. B. Field effect transistor amplifier nonlinearities due to the additional intermodulation, especially with Multi-carrier operation can be generated. In addition, the phase of Preamplifier in this area a big one Gradients on. Therefore, minor changes in the Predistorter output power large phase changes in Preamplifiers, which are taken over by the traveling wave tube and cannot be compensated. Through the measures of Invention, the preamplifier works strictly in the linear Area. Additional intermodulations and phase changes therefore do not occur the effect of the predistorter could weaken.

Außerdem ist der Vorverstärker bei der Erfindung unempfindlich gegenüber Schwankungen der Vorverzerrer-Ausgangsleistung. Dies erleichtert die adaptive Regelung der gesamten Steuerstufe, da Änderungen im Vorverzerrer keinen Einfluß auf den Vorverstärker haben.In addition, the preamplifier is in the invention insensitive to fluctuations in the Predistorter output power. This facilitates the adaptive Regulation of the entire tax stage, as changes in Pre-distorters have no influence on the preamplifier.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigtAn embodiment of the invention is now based on the Drawings explained in more detail. It shows

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Steuerstufe nach der Erfindung, Fig. 1 is a block diagram of a control stage according to the invention,

Fig. 2 ein Blockschaltbild gemäß Fig. 1 mit zusätzlichem Übersteuerungsschutz und Fig. 2 is a block diagram of FIG. 1 with additional overload protection and

Fig. 3 die Baugruppen der Blockschaltbilder. Fig. 3 shows the components of the block diagram.

Die Steuerstufe zur Ansteuerung eines Wanderfeldröhrensendeverstärkers TW umfaßt, wie in Fig. 1 dargestellt, ein eingangsseitiges festes Dämpfungsglied ED 2, dem eine Verstärkerstufe VS nachgeschaltet ist, einen sich daran anschließenden Vorverzerrer VZ zur Kompensation der Nichtlinearitäten des Wanderfeldröhrensendeverstärkers, ein einstellbares Dämpfungsglied ED 1 zwischen Ausgang des Vorverzerrers VZ und Eingang eines Vorverstärkers VV, einen Meßfühler MF am Ausgang des Vorverstärkers VV und ein festes Dämpfungsglied DG 2 zwischen Meßfühler MF und Eingang des Wanderfeldröhrensendeverstärkers TW. Der Meßfühler MF überwacht die Ausgangsleistung des Vorverstärkers VV. Sein Ausgang führt zu einer Kontrolleinrichtung KE. Die Kontrolleinrichtung KE erzeugt ein Stellsignal zur Einstellung der Dämpfung des Dämpfungsgliedes ED 1. Im Normalfall, d. h., wenn der Vorverstärker VV in seinem linearen Arbeitsbereich arbeitet, liefert die Kontrolleinrichtung KE kein Stellsignal für das Dämpfungsglied ED 1. Das Dämpfungsglied ED 1 ist dann, abgesehen von Eigenverlusten, wirkungslos. Übersteigt nun die Ausgangsleistung des Vorverstärkers VV einen Schwellwert, der noch einer bestimmten Verstärkung im linearen Bereich der Verstärkung des Vorverstärkers VV entspricht, wird von der Kontrolleinrichtung KE ein Stellsignal für das Dämpfungsglied ED 1 abgegeben. Die Dämpfung des Dämpfungsgliedes ED 1 wird jeweils so weit erhöht, daß die Signalamplitude am Ausgang des Vorverstärkers VV immer einen konstanten Wert aufweist. Durch diese Arbeitsweise der Kontrolleinrichtung KE in Zusammenwirkung mit dem Meßfühler MF und dem einstellbaren Dämpfungsglied ED 1 ist gewährleistet, daß der Vorverstärker VV immer nur ein Eingangssignal mit einer solchen Amplitude angeboten bekommt, daß er im linearen Bereich arbeitet. Der Vorverstärker VV verursacht somit keine zusätzlichen Intermodulationen und/oder Phasenänderungen, die die Wirkung des Vorverzerrers VZ abschwächen würden. Außerdem wird der Vorverstärker VV unempfindlich gegenüber der Vorverzerrer-Ausgangsleistung.The control stage for controlling a traveling wave tube transmitter amplifier TW comprises, as shown in FIG. 1, an input-side fixed attenuator ED 2 , which is followed by an amplifier stage VS , an adjoining predistorter VZ for compensating the non-linearities of the traveling wave tube transmitter amplifier, an adjustable attenuator ED 1 between the output of the predistorter VZ and input of a preamplifier VV , a sensor MF at the output of the preamplifier VV and a fixed attenuator DG 2 between the sensor MF and the input of the traveling wave tube transmitter amplifier TW . The sensor MF monitors the output power of the preamplifier VV . Its exit leads to a control device KE . The control device KE generates an actuating signal for setting the damping of the attenuator ED 1 . In the normal case, ie when the preamplifier VV is operating in its linear working range, the control device KE does not supply a control signal for the attenuator ED 1 . The attenuator ED 1 is then, apart from self-losses, ineffective. If the output power of the preamplifier VV now exceeds a threshold value which still corresponds to a specific amplification in the linear range of the amplification of the preamplifier VV , the control device KE emits an actuating signal for the attenuator ED 1 . The attenuation of the attenuator ED 1 is increased to such an extent that the signal amplitude at the output of the preamplifier VV always has a constant value. This mode of operation of the control device KE in cooperation with the sensor MF and the adjustable attenuator ED 1 ensures that the preamplifier VV is only ever offered an input signal with an amplitude such that it operates in the linear range. The preamplifier VV thus does not cause any additional intermodulation and / or phase changes that would weaken the effect of the predistorter VZ . In addition, the preamplifier VV becomes insensitive to the predistorter output power.

Anstelle der Überwachung der Ausgangsleistung des Vorverstärkers VV kann auch die Stromaufnahme der Verstärkerelemente des Vorverstärkers VV, beispielsweise die Drainströme bei Ausgestaltung des Vorverstärkers durch FET-Stufen, als Referenz für den Schwellwert herangezogen werden.Instead of monitoring the output power of the preamplifier VV , the current consumption of the amplifier elements of the preamplifier VV , for example the drain currents when the preamplifier is configured by means of FET stages, can also be used as a reference for the threshold value.

Die Kontrolleinrichtung KE weist einen Steuereingang SE auf, über den der Schwellwert für die Konstantregelung der Ausgangsleistung des Vorverstärkers VV nachstellbar ist. Eine solche Nachstellung ist erforderlich, wenn temperatur- und alterungsbedingte Änderungen des Wanderfeldröhrensendeverstärkers TW auftreten. Befindet sich der Wanderfeldröhrensendeverstärker TW samt Steuerstufe in einem Satelliten, so ist die Kontrolleinrichtung KE in diesem Fall mit einem Steuerausgang SA versehen, über den Telemetriesignale zur Überwachung der Ausgangsleistung des Vorverstärkers VV abgegeben werden können. Über den Steuereingang SE können dann Telecommandsignale zur Schwellwertnachstellung zugeführt werden.The control device KE has a control input SE , via which the threshold value for the constant regulation of the output power of the preamplifier VV can be adjusted. Such an adjustment is necessary if changes in the traveling wave tube transmitter amplifier TW occur due to temperature and aging. If the traveling wave tube transmitter amplifier TW including the control stage is located in a satellite, the control device KE in this case is provided with a control output SA via which telemetry signals for monitoring the output power of the preamplifier VV can be emitted. Telecommand signals for threshold value adjustment can then be supplied via the control input SE .

Um Übersteuerungen zu vermeiden, die über den "Automatic-Level-Control"-Regelkreis MF, KE, ED 1 nicht mehr ausgeregelt werden können, ist das Dämpfungsglied ED 2 vor dem Vorverzerrer VZ als Ausgestaltung der Erfindung einstellbar ausgebildet. Hierzu ist der Ausgang des Leistungsmeßfühlers MF zu einem Schwellwertkomparator SK geführt. Dieser Schwellwertkomparator SK gibt bei Erreichen eines bestimmten Schwellwertes für die Ausgangsleistung des Vorverstärkers VV, der höher liegt als der Schwellwert für die Inbetriebnahme des Dämpfungsgliedes ED 1, ein Stellsignal zur Erhöhung der Dämpfung des Dämpfungsgliedes ED 2 ab (Fig. 2). Durch diese Maßnahme wird auch erreicht, daß der Vorverzerrer VZ nicht übersteuert werden kann.In order to avoid overloads that can no longer be corrected via the "automatic level control" control loop MF, KE, ED 1 , the attenuator ED 2 is designed to be adjustable in front of the predistorter VZ as an embodiment of the invention. For this purpose, the output of the power sensor MF is led to a threshold value comparator SK . When a certain threshold value for the output power of the preamplifier VV is reached , which is higher than the threshold value for starting up the attenuator ED 1 , this threshold value comparator SK emits an actuating signal to increase the attenuation of the attenuator ED 2 ( FIG. 2). This measure also ensures that the predistorter VZ cannot be overdriven.

Die bisher anhand der Blockschaltbilder erläuterten Baugruppen werden nachfolgend im einzelnen vorgestellt (Fig. 3). Der Vorverstärker VV besteht aus einem zweistufigen FET-Verstärker, der beispielsweise in Microstrip-Technik aufgebaut ist. Die Gatevorspannungen U G und Drainvorspannungen U D für die FETs werden hochfrequenzentkoppelt zugeführt. Die Gleichspannungswege sind in Fig. 3 nicht dargestellt. der Meßfühler MF besteht aus einem Richtkoppler RK, über den ein kleiner Teil der Vorverstärkerausgangsleistung zur Überwachung abgezweigt werden kann. Zwei Arme dieses Richtkopplers sind im Leitungszug zwischen dem Vorverstärkerausgang und dem Eingang des Wanderfeldröhrenverstärkers TW angeordnet. Die Abzweigarme sind mit einem Abschlußwiderstand RA, bzw. einem aus den Widerständen R 1, R 2, R 3 bestehenden Dämpfungsglied beschaltet. Über dieses Dämpfungsglied wird die Tunneldiode TD als Leistungsdetektor angesteuert. Die Tunneldiode führt zum Eingang der Kontrolleinrichtung KE, bzw. zum Eingang des Schwellwertkomparators SK im Falle der Ausgestaltung nach Fig. 2. Die Steuereinrichtung KE weist einen Komparator K 1 auf, dem eine Referenzspannung U ref und das Signal der Tunneldiode TD zugeführt ist. Der Ausgang dieses Komparators K 1 ist mit einem steuerbaren Spannungsteiler, bestehend aus den Widerständen R 4, R 5 und dem Transistor T 1, beschaltet. Über den Kollektor des Transistors T 1 kann die zuvor beschriebene Nachstellung erfolgen. An diesen steuerbaren Spannungsteiler schließt sich ein Spannungs-Stromwandler SW in Form eines mit Widerständen beschalteten Operationsverstärkers an. Die Kontrolleinrichtung KE liefert ausgangsseitig einen Strom I d zur Ansteuerung des aus den beiden Pin-Dioden P 1 und P 2 und einem 3 dB-Koppler KO bestehenden einstellbaren Dämpfungsgliedes ED 1.The modules previously explained on the basis of the block diagrams are presented in detail below ( FIG. 3). The preamplifier VV consists of a two-stage FET amplifier, which is constructed, for example, using microstrip technology. The gate bias voltages U G and drain bias voltages U D for the FETs are supplied with high frequency decoupling. The DC voltage paths are not shown in Fig. 3. the sensor MF consists of a directional coupler RK , via which a small part of the preamplifier output power can be branched off for monitoring. Two arms of this directional coupler are arranged in the line between the preamplifier output and the input of the traveling wave tube amplifier TW . The branch arms are connected to a terminating resistor RA or an attenuator consisting of the resistors R 1 , R 2 , R 3 . The tunnel diode TD is controlled as a power detector via this attenuator. The tunnel diode leads to the input of the control device KE , or to the input of the threshold value comparator SK in the case of the embodiment according to FIG. 2. The control device KE has a comparator K 1 to which a reference voltage U ref and the signal of the tunnel diode TD are fed. The output of this comparator K 1 is connected to a controllable voltage divider consisting of the resistors R 4 , R 5 and the transistor T 1 . The adjustment described above can be carried out via the collector of the transistor T 1 . A voltage-current converter SW in the form of an operational amplifier connected to resistors is connected to this controllable voltage divider. The control device KE supplies a current I d on the output side to control the adjustable attenuator ED 1 consisting of the two pin diodes P 1 and P 2 and a 3 dB coupler KO .

Der Schwellwertkomparator SK kann wie die Kontrolleinrichtung KE aufgebaut sein, nur ist dann eine andere Referenzspannung zugeführt. Als Vorverzerrer VZ kann ein gebräuchliches Netzwerk verwendet werden, beispielsweise das aus US PS 37 55 754 oder das aus EP 47 825 B1 bekannte Netzwerk.The threshold value comparator SK can be constructed like the control device KE , only then a different reference voltage is supplied. A common network can be used as the predistorter VZ , for example the network known from US Pat. No. 3,755,754 or the network known from EP 47 825 B1.

Claims (3)

1. Steuerstufe für einen Hochfrequenzleistungsverstärker (TW), insbesondere für einen Wanderfeldröhrensendeverstärker, bestehend aus einem Vorverzerrer (VZ) zur Kompensation der Nichtlinearitäten des Leistungsverstärkers (TW) mit einem nachgeschalteten Vorverstärker (VV) und einer Kontrolleinrichtung (KE), dadurch gekennzeichnet, daß ein Meßfühler (MF) zur Messung der Vorverstärkerausgangsleistung oder der Stromaufnahme der Vorverstärkerelemente des Vorverstärkers (VV) vorgesehen ist, daß der Meßfühler (MF) mit der Kontrolleinrichtung (KE) verbunden ist, und daß die Kontrolleinrichtung (KE) mit einem einstellbaren Dämpfungsglied (ED 1) am Eingang des Vorverstärkers (VV) derart verbunden ist, daß der Ausgangspegel des Vorverstärkers (VV) oder die Stromaufnahme der Verstärkerelemente einen Schwellwert, der einer bestimmten Vorverstärkung im linearen Verstärkungsbereich des Vorverstärkers (VV) entspricht, nicht überschreitet.1. Control stage for a high-frequency power amplifier (TW) , in particular for a traveling wave tube transmitter amplifier, consisting of a predistorter (VZ) for compensating for the non-linearities of the power amplifier (TW) with a downstream preamplifier (VV) and a control device (KE) , characterized in that a Sensor (MF) for measuring the preamplifier output or the current consumption of the preamplifier elements of the preamplifier (VV) is provided that the sensor (MF) is connected to the control device (KE) and that the control device (KE) with an adjustable attenuator (ED 1 ) is connected at the input of the preamplifier (VV) such that the output level of the preamplifier (VV) or the current consumption of the amplifier elements does not exceed a threshold value which corresponds to a specific preamplification in the linear amplification range of the preamplifier (VV) . 2. Steuerstufe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontrolleinrichtung (KE) einen Steuereingang (SE) aufweist, über den der Schwellwert nachstellbar ist.2. Control stage according to claim 1, characterized in that the control device (KE) has a control input (SE) via which the threshold value can be adjusted. 3. Steuerstufe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Vorverzerrer (VZ) ein einstellbares Dämpfungsglied (ED 2) vorgeschaltet ist, welches aufgrund des Ausgangssignals des Meßfühlers (MF) derart steuerbar ist, daß Übersteuerungen des Vorverstärkers (VV) vermieden werden.3. Control stage according to claim 1 or 2, characterized in that the predistorter (VZ) is preceded by an adjustable attenuator (ED 2 ) which can be controlled on the basis of the output signal of the sensor (MF) in such a way that overdriving of the preamplifier (VV) is avoided .
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8363 Opposition against the patent
8320 Willingness to grant licenses declared (paragraph 23)
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