DE2837817A1

DE2837817A1 - Vorspannungsschaltung

Info

Publication number: DE2837817A1
Application number: DE19782837817
Authority: DE
Inventors: Youichi Arai; Yutaka Shimoji
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1977-09-02
Filing date: 1978-08-30
Publication date: 1979-03-08
Also published as: US4187471A; DE2837817B2; JPS5442967A; JPS5544488B2; DE2837817C3

Description

VORSPANNUNGSSCHALTUNG

Beschreibung

Diese Erfindung betrifft eine Vorspannungsschaltung und insbesondere eine Gleichstromvorspannungsschaltung eines Verstärkers für eine Mikrowellenschaltung.

Generell sind verschiedene Verstärkerarten für eine Mikrowellenschaltung vorgeschlagen und praktisch verwendet worden. Die meisten dieser vorgeschlagenen Verstärker sind üblicherweise dafür ausgelegt, nicht über eine große Bandbreite des Mikrowellenfrequenzbereichs benutzt zu werden, sondern über eine relativ schmale Bandbreite des Mikrowellenfrequenzbereichs. In jüngeren Jahren ist jedoch die Nachfrage nach Verstärkern, die für eine Verwendung über einen großen Mikrowellenfrequenzbereich geeignet sind, stark angestiegen, beispielsweise bei einem Mikrowellennachrichtenübertragungssystem mit einer Vielzahl von Übertragungskanälen. In einem solchen Nachrichtenübertragungssystem ist es zu bevorzugen, einen Verstärker zu benutzen, der für jeden der vielen Nachrichtenübertragungskanäle betreibbar ist. FoIg-

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lieh ist es erwünscht, einen Verstärker oben genannter Art verfügbar zu machen, der über einen weiten Mikrowellenfrequenzbereich verwendet werden kann.

Bisher bekannt ist der Aufbau eines Breitbandverstärkers hauptsächlich aus einem Paar Verstärkermoduln und einem diesen zugeordneten Quadraturrichtungskoppler, wie nachfolgend erläutert ist. Speziell ausgedrückt weist dieser Breitbandverstärker bekannter Art ein Paar Verstärkermoduln auf, einen Quadratureingangsrichtungskoppler, der an den Eingängen der einzelnen Verstärkermoduln angeordnet ist, einen Quadraturausgangsrichtungskoppler, der an den Ausgängen der einzelnen Verstärkermoduln angeordnet ist, und eine Gleichstromvorspannungsschaltung . Die Gleichstromvorspannungsschaltung liefert einen Vorspannungsgleichstrom an die Verstärkermoduln. Der Quadratureingangsrichtungskoppler ist sehr nützlich, um zur Schaffung des Breitbandverstärkers eine optimale Eingangsimpedanz des Paares Verstäxkermoduln zu erhalten. Dieser Breitbandverstärker erfordert jedoch eine sehr komplizierte Breitband-Gleichstromvorspannungsschaltung. Deshalb ist diese Art Breitbandverstärker sehr teuer. Demgemäß wird herkömmlicherweise als Gleichstromvorspannungsschaltung eine nachfolgend erläuterte Gleichstromvorspannungsschaltung mit im wesentlichen großer Bandbreite benutzt, die relativ billig ist. Diese herkömmliche Breitband-Gleichstromvorspannungsschaltung umfaßt vier Vorspannungsdrosseln, die an den ein-

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zelnen Eingängen und Ausgängen der Verstärkermoduln angeordnet sind. Diese herkömmliche Breitband-Gleichstromvorspannungsschaltung besitzt jedoch die folgenden beiden Mängel. Erstens ist es recht schwierig, geeignete HF-Drosseln für den Aufbau des Breitbandverstärkers zu entwerfen. Zweitens ist es unmöglich, eine Verstärkung-Erequenz-Kennlinie zu erhalten, die im wesentlichen derjenigen gleich ist, welche man bei Verwendung der zuvor erwähnten, sehr komplizierten Breitband-Gleichstromvorspannungsschaltung erreicht.

Daher ist es eine Aufbabe der vorliegenden Erfindung, eine Gleichstromvorspannungsschaltung für einen Breitbandverstärker verfügbar zu machen, welche die beiden genannten Mängel überwindet, ohne die Tauglichkeit der Breitband-Gleichstromverstärkungsschaltung zu vermindern.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Breitband-Gleichstromvorspannungsschaltung verfügbar zu machen, die kleinere Abmessungen als die herkömmliche Breitband-Gleichstromvorspannungsschaltung mit vier HF-Drosseln aufweist.

Die Lösung dieser Aufgabe ist im Anspruch 1 gekennzeichnet und in den Unteransprüchen vorteilhaft weitergebildet.

Im erfindungsgemäßen Fall sind statt der im herkömmlichen Fall vier HF-Drosseln nur zwei Vorspannungs-HF-Drosseln erforderlich.

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Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsformen näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Verstärkers,

bei dem eine bekannte Gleichstromvorspannungsschaltung verwendet wird;

Fig. 2 ein Blockschaltbild eines Verstärkers, bei

dem eine erfindungsgemäße Gleichstromvorspannungsschaltung verwendet wird;

Fig. 3 eine Kurve zur Erläuterung einer Verbesserung des VSWR-(Spannungsstehwellenverhältnis-) Pegels gemäß vorliegender Erfindung;

Fig. 4 ein Schaltbild einer Testschaltung, die

einen in Fig. 2 gezeigten Quadratureingangsrichtungskoppler 13 umfaßt, zum Erhalt der in Fig. 3 gezeigten Kurve;

Fig. 5 eine Draufsicht auf eine wirkliche Ausführungsform des in Fig. 2 gezeigten Verstärkers, die in einer integrierten Mikrowellenverstärkerschaltung gebildet ist, gemäß vorliegender Erfindung;

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Fig. 6 . eine Draufsicht auf eine andere Art Koppler, die für den in Fig. 5 gezeigten Eingangskoppler 13 verwendet werden kann;

Fig. 7 ein Schaltbild eines anderen Aufbaus der

in den Fig. 5 und 6 gezeigten Vorspannungsschaltung;

Fig. 8 eine grafische Darstellung einer Ausgangsenergie-Frequenz-Kennlinie des in Fig. 9 gezeigten Verstärkers; und

Fig_o 9 ein Blockschaltbild eines weitläufig praktischen Verstärkers, der zum Erhalt der in Fig. 8 gezeigten Kurve benutzt worden ist und aus drei Verstärkerstufen besteht, von denen jede einem Blockschaltbild entspricht, das dem in Fig. 2 gezeigten erfindungsgemäßen gleich ist.

Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild eines eine erfindungsgemäße Gleichstromvorspannungsschaltung verwendenden Verstärkers, wie er in den Fig. 15 und 16 auf Seite 749 von "RCA Review", Vol. 33, Dezember 1972, und außerdem in den Fig. 6 und 8 auf Seite 77 von "Microwaves", Oktober 1977, gezeigt ist. Fig. 1

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zeigt einen vollständigen Verstärker für eine Mikrowellenschaltung, der aus einem Paar Verstärkermoduln 11 und 12, einer HF-Drosseln 11-1, 11-2, 12-1 und 12-2 aufweisenden Gleichstromvorspannung sschaltung, einem Quadratureingangsrichtungskoppler 13 und einem Quadraturausgangsrichtungskoppler 14 besteht. Bezugsziffern 15 und 15" kennzeichnen Trennungstore des Eingangskopplers 13 bzw. des Ausgangskopplers 14. Mit den Trenntoren 15 und 15" sind Nachbildungswiderstände 16 bzw. 16" verbunden. C-, C₂, C, und C₄ sind je Sperrkondensatoren. EIN und AUS sind ein Eingangsanschluß bzw. ein Ausgangsanschluß des Verstärkers. Der Eingangskoppler 13 dient dazu, dem Eingangsanschluß EIN zugeführte Eingangsenergie zwischen den beiden Verstärkermoduln 11 und 12 aufzuteilen, um das Anschluß-Spannungssteirwellernrerhältnis, d. h. das sog. VSWR, zu reduzieren. Die aufgeteilten Eingangsenergien werden als nächstes von den Verstärkermoduln 11 und 12 verstärkt und dann mit Hilfe des Ausgangskopplers 14 zusammengesetzt, um eine verstärkte Ausgangsenergie am Ausgangsanschluß AUS zu liefern. Im allgemeinen ist es bei einem mit einem Transistor hergestellten herkömmlichen Verstärker schwierig, eine optimale Eingangsimpedanz und einen optimalen VSWR*-Wert, d. h., einen VSW-Wert kleiner als 1,5, über den weiten Mikrowellenfrequenzbereich zu erhalten. Der Grund für diese Schwierigkeit liegt darin, daß es unmöglich ist, einen Transistor mit einer brauchbaren Eingangsimpedanz über den.^: weiten Mikrowellenfrequenzbereich zu erhalten, und außerdem

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bei einem relativ hohen Energieausgang wie ein Watt. Selbst wenn am Eingang des Transistors eine geeignete Anpaßschaltung verwendet wird, ist es unmöglich, die niedrige Eingangsimpedanz über den weiten Mikrowellenfrequenzbereich perpekt an den Wellenwiderstand der übertragungsleitung anzupassen. Wie jedoch zuvor erwähnt worden ist, ist der Verstärker, der des Paar Verstärkermoduln 11 und 12 aufweist sowie den Quadratureingangsrichtkoppler 13, der gewöhnlich ein Drei-dB-Koppler ist, für die Aufrechterhaltung eines relativ niedrigen VSWR brauchbar. Die Verstärkermoduln 11 und 12 sollten jedoch beide die gleichen elektrischen Eigenschaften aufweisen. Wenn die Eingangsimpedanzen der Verstärkermoduln 11 und 12 herabgesetzt sind, wird die Eingangsenergie an deren jeweiligen Eingangstoren reflektiert. Da die Verstärkermoduln 11 und 12 die gleichen elektrischen Eigenschaften aufweisen, sind in diesem Fall die Amplituden und Phasen der Wellen der reflektierten Eingangsenergien ebenfalls einander gleich. Deshalb werden die reflektierten Eingangsenergien durch den Nachbildungswiderstand 16 am Trenntor 15 absorbiert. Gleichzeitig werden die reflektierten Eingangsenergien nicht am Eingangsanschluß EIN erzeugt. Folglich kann am Eingangsanschluß EIN ein gutes VSWR aufrecht erhalten werden, d„ h.„ das VSWR wird über die weite Mikrowellenfrequenzbandbreite auf einem Wert gehalten, der niedriger als 1,5 ist.

im Gegensatz zum Vorausgehenden ist es im Hinblick auf die

. - 13 -

Gleichstromvorspannungsschaltung, die aus vier HF-Drosseln 11-1, 11-2, 12-1 und 12-2 besteht, nicht leicht für die Gleichstromvorspannungsschaltung, speziell, die Eingangs-HF-Drosseln 11-1 und 12-1, ein optimales VSWR über die weite Mikrowellenfrequenzbandbreite aufrecht zu erhalten. Dies deswegen, weil die Änderung der Impedanzwerte der HF-Drosseln 11-1 und 12-2 die Ausgangseneigie-Frequenz-Kennlinie beeinflußt, welche Änderung aufgrund der Änderung der Mikrowellenfrequenz induziert werden kann. Demgemäß sollten die Impedanzwert der HF-Drosseln 11-1 und 12-1 ohne Rücksicht auf eine Änderung der Mikrowellenfrequenz konstant und hoch sein. Beim Breitbandverstärker ist die genannte Änderung des Impedanzwertes der HF-Drosseln 11-1 und 12-1 jedoch unvermeidlich. Folglich erzeugt die Änderung der HF-Drosseln schlechte Verhaltensweisen des Verstärkers, wie hinsichtlich Ausgangsenergie-Frequenz-Kennlinie, Verstärkung usw., über die weite Mikrowellenfrequenzbandbreite.

Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild eines Verstärkers, bei dem eine erfindungsgemäße Gleichstromvorspannungsschaltung verwendet wird. Teile in den Fig. 2 und 1, die mit den gleichen Bezugsziffern und Symbolen bezeichnet sind, sind identisch. Die Gleichstromvorspannungsschaltung gemäß vorliegender Erfindung weist, eine HF-Drossel 21 und eine HF-Drossel 22 auf. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß die HF-Drossel 22 und auch die Gleichstromsperrkondensatoren C^ und C., die in Fig.

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gezeigt sind, durch die herkömmlichen HF-Drosseln 11-2, 12-2 und auch durch die Gleichstromsperrkondensatoren C-. und C₄, wie sie in Fig. 1 gezeigt sind, erforderlichenfalls ersetzt werden können. Wie Fig. 2 zeigt, ist eine einzige HF-Drossel 21 mit den Trenntor 15 des Eingangskopplers 13 verbunden, und an das Trenntor 15' des Ausgangskopplers 14 ist eine einzige HF-Drossel 22 angeschlossen. Diese HF-Drosseln 21 und 22 sind gemäß vorliegender Erfindung je mit einer (nicht gezeigten) Gleichstromquelle verbunden. Was die HF-Drossel 21 betrifft, werden Vorspannungsgleichströme der Eingangsseite von der Gleichstromquelle über Streifenleitungen des Eingangskopplers 13 an beide Verstärkermoduln 11 und 12 geliefert. Diese Vorspannungsdrossel 21 kann dazu verwendet werden, einen VSWR-Wert aufrecht zu erhalten, der im wesentlichen gleich dem VSWR-Wert ist, den man durch Verwendung der herkömmlichen HF-Drosseln 11-1 und 11-2 in Fig. 1 erhält, obwohl die Aufbaupraxis der HF-Drossel 21 leichter ausführbar ist als die Aufbaupraxis der in Fig. 2 gezeigten herkömmlichen HF-Drosseln 11-1, 11-2. Der Grund dafür, daß die Aufbaupraxis der HF-Drossel 2 1 leicht ausführbar ist, ist kurz der, daß die HF-Drossel 21 am Trenntor 15 des Eingangskopplers 15 angeordnet ist. Aufgrund einer derartigen Anordnung beeinflußt eine Änderung des Impedanzwertes dieser HF-Drossel 21 aufgrund einer Änderung der Mikrowellenfrequenz das VSWR am Eingangsanschluß EIN und die Ausgangsimpedanz des Eingangskopplers .13 nicht direkt. Folglich kann der Impedanzwert dieser HF-

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Drossel 21 sich über einen weiten Bereich der Mikrowellenfrequenzen relativ ändern, während sich die Impedanzwerte der herkömmlichen HF-Drosseln 11-1 und 11-2, wie sie in Fig. 1 gezeigt sind, sich über den weiten Bereich der Mikrowellenfrequenzen nicht relativ ändern dürfen.

Die genannte Verbesserung des VSWR entsprechend der vorliegenden Erfindung wird weiter anhand Fig. 3 verdeutlicht. Fig. zeigt eine Kurve von Relativwerten des VSWR-Wertes, der von dem in Fig. 4 gezeigten Pfeil (A) aus gesehen wird und des VSWR-Wertes, der in Fig. 4 vom Pf eil (b) gesehen wird.

Fig. 4 ist ein Schaltbild einer Testschaltung, die den in Fig!. .2 gezeigten Quadraturrichtungskoppler umfaßt und zum Erhalt der in Fig. 3 gezeigten Kurve benutzt wird. In Fig. 4 entspricht ein Quadraturrichtungskoppler 41 dem in Fig. 2 gezeigten Eingangskoppler 13. Ein Eingangstor 42 des Kopplers 41 weist einen Widerstand 46 mit einem Widerstandswert von 50 St auf. Das erste und das zweite Ausgangstor 43, 44 besitzen Widerstände 47, 48, je mit einem Widerstandswert von 50 -Ω- . Ein Trenntor 45 des Kopplers 41 weist einen Widerstand "49 mit einem Widerstandswert von RSl auf.. Der Wert von R ist variabel, um die in Fig. 3 gezeigte Kurve zu erhalten. Die relativen Werte des VSWR-Wertes, der vom Pfeil® aus gesehen wird, sind auf der Abszisse der in Fig. 3 gezeigten Kurve als VSWR_Ä angegeben, während die relativen Werte des VSWR-Wertes, den man

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vom Pfeil (§5 aus sieht, auf der Ordinate der Kurve als VSWR₁, angegeben sind. Es sei bemerkt, daß die relativen Werte des VSWR-Wertes, den man in Richtung des Pfeils (C) sieht, exakt die gleichen wie jene des VSWR-Wertes sind, den man in Pfeilrichtung (b) in der Mitte der Bandbreite des Frequenzbereichs sieht. Der in Richtung des Pfeils {C} gesehene VSWR-Wert unterscheidet sich jedoch etwas von dem in Richtung des Pf eils (b) gesehenen VSWR-Wert in dem Mikrowellenfrequenzband außerhalb der Mittenfrequenz.

Anhand der in Fig. 3 gezeigten Kurve kann die erfindungsgemäße Verbesserung des VSWR weiter verstanden werden. Wählt man den

Wert von VSWR_n, der ein Wert von VSWR vom Pfeil (B) aus gesehen rS —

ist, beispielsweise gleich 1,5, dann entspricht der Wert von VSWR , der ein Wert von VSWR vom Pfeil (A?aus gesehen ist, dem Wert 2,4. Wenn VSWR^ gleich 1,5 ist, dann ist VSWR 2,4. Deshalb kann der Wert von VSWR als ein Wert gewählt werden, der schlecht im Vergleich zum Wert von VSWR ist. Mit anderen Worten, es gibt einen relativ weiten Bereich von Werten, aus denen der Widerstandswert des Widerstandes 49 gewählt werden kann. Wenn VSWR beispielsweise gleich 2,0 ist, dann ist VSWR 5,0, da es einen relativ weiten Bereich von Werten gibt, aus denen der Widerstandswert des Widerstandes 49 ausgewählt werden kann. Man kann also folgenden Schluß ziehen: wenn ein Mikrowellenfachmann einen Breitbandverstärker aufbaut,kann er die HF-Drossel 21 (in Fig. 2) grob konstruieren, während er die herkömmlichen HF-Drosseln 11-1 und 12-1 (in Fig. 1) genau aufbauen muß.

Die vorausgehende Erläuterung betreffend die erfindungsgemäße Verbesserung des VSWR wurde lediglich im Hinblick auf den in Fig. 2 gezeigten Quadratureingangsrichtungskoppler 13 gegeben. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß eine Erläuterung ähnlich der vorausgehenden Erläuterung auch hinsichtlich des in Fig. 2 gezeigten Quadraturausgangsrichtungskopplers 14 gegeben werden kann.

Fig. 5 ist eine Draufsicht auf eine Verwirklichung des in Fig. 2 gezeigten Verstärkers, der als eine integrierte Mikrowellenverstärkerschaltung benutzt wird, gemäß vorliev gender Erfindung. Schaltungsteile, die in den Fig. 5 und 2 mit den gleichen Bezugsziffern und Symbolen bezeichnet sind, sind identisch. Sowohl der Quadratureingangsrichtkoppler als auch der Quadraturausgangsrichtkoppler 14 können unter Verwendung entweder eines herkömmlichen Ringkopplers oder eines herkömmlichen Kopplers vom verteilten Kopplungstyp aufgebaut werden, wobei beide Kopplertypen mit Streifenleitungen aufgebaut sind. In Fig. 5 sind jedoch nur herkömmliche Ringkoppler 13 und 14 gezeigt. Das Eingangstor des Eingangskopplers 13 ist mit dem Eingangsanschluß EIN über eine Streifenleitung 41 und einen Gleichstromsperrkondensator C₁ verbunden. Das erste Ausgangstor 52 ist mit dem Verstärkermodul

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verbunden, das einen FET(Feldeffekttransistor) 54 und herkömmliche Eingangs- und Ausgangsanpaßschaltungen 53 und 55 aufweist. Die Eingangs- und Ausgangsanpassungsschaltungen 53 und 55 sind ebenfalls aus Streifenleitungen mit sog. offenen Blind- oder Stichleitungen und Üoertragungsleitungen aufgebaut. Ein zweites Ausgangstor 56 ist mit dem Verstärkermodul 12 verbunden, das einen FET 58 und herkömmliche Eingangs- und Ausgangsanpassungsschaltungen 57 und 59 aufweist. Die Eingangs- und Ausgangsanpassungsschaltungen 57 und 59 sind ebenfalls aus Streifenleitungen mit den sog. offenen Stichleitungen und Übertragungsleitungen aufgebaut. Ein erstes Eingangstor 61 des Ausgangskopplers 14 ist mit der Ausgangsanpassungsschaltung 55 verbunden. Ein zweites Eingangstor 62 des Ausgangskopplers 14 ist mit der Ausgangsanpassungsschaltung 59 verbunden. Das Ausgangstor des Ausgangskopplers 14 ist mit dem Ausgangsanschluß AUS über eine Streifenleitung 63 und den Gleichstromsperrkondensator C₄ verbunden.

Die beiden (nicht gezeigten) Gateelektroden des FET 54 und des FET 58 zu liefernden Gatevorspannungsströme werden von der erfindungsgemäßen Vorspannungsschaltung über eine Streifenleitung des Eingangskopplers 13 zugeführt. Diese Vorspannungsschaltung ist mit dem Trenntor 15 verbunden. Diese Vorspannungsschaltung besteht aus dem Gleichstromsperrkondensator

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C₂ mit einem Kapazitätswert von beispielsweise 39 pF, dem Nachbildungswiderstand 16 mit einem Widerstandswert von beispielsweise 50 -O- und der Vorspannungsdrossel 21. Die HF-Drossel 21 ist mit einer (nicht gezeigten) Gleichstromquelle verbunden. Andererseits werden die Drainvorspannungsströme, die beiden (nicht gezeigten) Draineleketroden der FET's 54 und zugeführt werden sollen, von der erfindungsgemäßen Vorspannung sschaltung über die Streifenleitung des Ausgangskopplers 14 geliefert, und diese Vorspannungsschaltung ist an das Trenntor 15' angeschlossen. Diese Vorspannungsschaltung besteht aus dem Gleichspannungssperrk'ondensator C₃ mit einem Kapazitätswert von beispielsweise 39 pF, einem Nachbildungswiderstand 16' mit einem Widerstandswert von beispielsweise 50-Π. und der HF-Drossel 22. Die HF-Drossel 22 ist mit einer (nicht gezeigten) Gleichstromquelle verbunden. Die (nicht gezeigten) Sourceelektroden der FET's 54 und 58 sind geerdet. Der FET 54 und der FET 58 sind direkt auf einem Sockel 64 montiert, der von einer Grund- oder Erdungsplatte 65 vorspringt. Der Sockel 64 und die Grundplatte 65 sind beispielsweise aus Kupfer hergestellt. Die anderen Schaltungselemente als der FET 54 und der FET 58 sind auf einem dünnen Substrat aus einem dielektrischen Material 66 wie Al-O., montiert, und dieses dünne Substrat ist auf die Grundplatte 65 geschichtet.

Der Eingangs- und der Ausgangskoppler 13 und 14 können auch 11/12

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aufgebaut sein unter Verwendung des herkömmlichen Kopplers mit verteilter Kopplung, wie zuvor erwähnt. Demgemäß kann jeder der in Fig. 5 gezeigten Koppler 13 und 14 durch den herkömmlichen Koppler mit verteilter Kopplung ersetzt werden, von dem in Fig. 6 eine Draufsicht gezeigt ist. In Fig. 6 ist ein Eingangskoppler 13' mit verteilter Kopplung dargestellt. Die in den Fig. 6 und 5 mit den gleichen Bezugsziffern bezeichneten Schaltungselemente sind identisch. Streifenleitungen 71, 72-1 und 72-2 bilden zusammen eine verteilte Kopplung eines Energieeingangs. Die Streifenleitungen 72-1 und 72-2 sind nach herkömmlicher Methode durch einen einfachen Bonddraht 73 verbunden. Der Gatevorspannungsstrom wird dem FET des Verstärkermoduls 11 von einer (nicht gezeigten) Gleichstromquelle über die HF-Drossel 21, die Streifenleitung 72-2, den Bonddraht 73 und die Streifenleitung 72-1 zugeführt. Als neues Element wird zusätzlich eine HF-Drossel 74 im Koppler 13" verwendet, um den Gatevorspannungsstrom zum FET des Verstärkermoduls 12 zu führen. Dieser Gatevorspannungsstrom fließt durch die HF-Drossel 21, die Streifenleitung 72-2, die zusätzliche HF-Drossel 74 und die Streifenleitung 71, Der in Fig. 6 gezeigte Koppler mit verteilter Kopplung kann ebenfalls bei dem in Fig. 5 gezeigten Ausgangskoppler 14 angewendet werden=

Die in den Fig„ 5 und 6 gezeigte Vorspannungsschaltung, die

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eine Serienschaltung aus dem Gleichstromsperrkondensator C₂ und äem Nachbildungswiderstand 16 und die parallel zu dieser Serienschaltung verbundene HF-Drossel 21 aufweist, ist für einen Verstärker nützlich, der einen Gatevorspannungsstroiti mit hoher Amplitude benötigt. Wenn der Gatevorspannungsstrom jedoch ein Strom niedriger Amplitude ist, ist es zu bevorzugen, die in Fig. 7 gezeigte Vorspannungsschaltung zu verwenden. Diese Vorspannungsschaltung umfaßt eine Serienschaltung aus dem Nachbildungswiderstand 16 und dem Gleichstromsperrkondensator C₂ und eine HF-Drossel 21', die einen Endes an einen Verbindungspunkt zwischen dem Widerstand 16 und dem Kondensator C₂ angeschlossen ist. In diesem Fall ist eine Serienschaltung aus dem Widerstand 16 und der HF-Drossel 21' an eine (nicht gezeigte) Gleichstromquelle angeschlossen. Da der Gatevorspannungsstrom eine niedrige Amplitude aufweist, ist der Spannungsabfall über dem Widerstand 16 sehr klein. Der Vorteil dieser Vorspannungsschaltung ist darin zu sehen, daß der Reaktanzwert der HF-Drossel 21 * klein gegenüber dem der in den Fig. 5 und 6 gezeigten HF-Drossel 21 gewählt werden kann.

Die in Fig. 7 gezeigte Vorspannungsschaltung kann nur vorzugsweise für die Gatevorspannungsschaltung benutzt werden. Dagegen ist es überhaupt nicht vorzuziehen, diese Vorspannungsschaltung für die in Fig. 5 gezeigte Drainvorspannungsschaltung zu verwenden, welche die HF-Drossel 22, den Gleichstromsperrkondensator C₃ und den Nachbildungswiderstand 16' aufweist,

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da der Drainvorspannungsstrom gewöhnlich ein Strom mit sehr hoher Amplitude ist. Wenn die Drainvorspannungsschaltung gemäß Fig. 7 aufgebaut wird, ist der Spannungsabfall über dem Widerstand 16 sehr groß.

Fig. 8 ist eine grafische Darstellung der Ausgangsenergie-Frequenz-Kennlinie des in Fig. 9 gezeigten weitläufig praktischen Verstärkers. Dieser besteht aus drei in Kaskadenschaltung angeordneten Verstärkerstufen, von denen jede das in Fig. 2 gezeigte Blockschaltbild gemäß vorliegender Erfindung aufweist. In Fig. 9 umfaßt der weitläufig praktische Verstärker 90 eine erste, zweite und dritte Verstärkerstufe 91, 92 bzw. 93. Mit 94 und 95 sind ein Eingangsanschluß bzw. ein Ausgangsanschluß des Verstärkers 90 bezeichnet. In Fig. 8 zeigt die Abszisse der grafischen Darstellung die Frequenz in GHz, während auf der Ordinate der am Ausgangsanschluß 95 in Fig. 9 erzeugte Ausgangseriergiepegel aufgetragen ist. In diesem Fall ist der Pegel der Eingangsenergie, die dem Eingangsanschluß 94 in Fig. 9 zugeführt wird, auf 17 dBm eingestellt. Wie man Fig. 8 entnehmen kann, ist die Ausgangsenergie-Frequenz-Kennlinie vergleichbar mit bekannten Ausgangsenergie-Frequenz-Kennlinien, die man von einem herkömmlichen Verstärker mit drei Verstärkerstufen erhält, obwohl die Anzahl der HF-Drosseln, die den HF-Drosseln 21 und in Fig. 2 entsprechen, auf die Hälfte der Anzahl der herkömmlichen HF-Drosseln, die den HF-Drosseln 11-1, 11-2, 11-3 und

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11-4 in Fig. 1 entsprechen, reduziert ist. Demgemäß kann der Mikrowellenfachmann die HF-Drosseln bei der vorliegenden Erfindung im Vergleich zum Aufbau der herkömmlichen HF-Drosseln mit geringerer Exaktheit konstruieren.

Wie erwähnt, kann man bei Verwendung der erfindungsgemäßen Vorspannungsschaltung die Abmessungen des Breitbandverstärkers verringern, ferner kann man aufgrund der Verringerung der Anzahl der darin befindlichen HF-Drosseln die Kosten des Breitbandverstärkers verringern und dessen Aufbau vereinfachen .

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Leerseite

Claims

BLUMBACH · WESER . BERGEIN ■ KRAMER PATENTANWÄLTE IN MÜNCHEN UND WIESBADEN Patentconsult RadeckestraBe 43 8000 München 60 Telefon (039) 883603/883604 Telex 05-212313 Telegramme Patentconsult Patentconsult Sonnenberger Straße 43 6200 Wiesbaden Telefon (06121)562943/561993 Telex 04-186237 Telegramme Patentconsult FUJITSU LIMITED, 1015 Kamikodanaka, 78/8751 Nakahara-ku, Kawasaki, Japan PATENTANS PRÜCHE

1./Vorspannungsschaltung in einem Verstärker, der ein Paar Verstärkermoduln und wenigstens einen diesen zugeordneten Quadraturrichtungskoppler mit vier Toren einschließlich eines Trenntores aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannungsschaltung mit dem Trenntor des Quadraturrichtungskopplers verbunden ist.

2. Vorspannungsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker aufweist: das Paar Verstärkermoduln; einen Quadratüreingangsrichtungskoppler, der ein erstes und ein zweites Ausgangstor aufweist, denen je der Eingang eines der Verstärkermoduln

MUnchen: R. Kramer Dipl.-Ing.. W. Weser Dipl.-Phys. Dr. rer. nat. · P. Hirsch Dipl.-Ing. . H. P. Brehm Dipl.-Chem. Dr. phil. nat. Wiesbaden: P.G. Blumbach Dipl.-Ing. . P.Bergen Dipl.-Ing. Dr. jur. · e. Zwirner Dipl.-Ing. Dipl.-W.-Ing.

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zugeordnet ist, und der ferner ein Eingangstor und
ein Trenntor aufweist; und einen Quadraturausgangsrichtungskoppler, der ein erstes und ein zweites Eingangstor aufweist, denen je ein Ausgang der Verstärkermoduln zugeordnet ist, und der ferner ein Ausgangstor
und ein Trenntor aufweist, und daß die Vorspannungsschaltung an das Trenntor des Quadratureingangsrichtungskopplers angeschlossen ist.

3. Vorspannungsschaltung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker aufweist:
das Paar Verstärkermoduln; einen Quadratureingangsrichtungskoppler mit einem ersten und einem zweiten Ausgangstor, denen je ein Eingang der Verstärkermoduln zugeordnet ist, und der ferner ein Eingangstor und ein Trenntor aufweist; und einen Quadraturausgangsrichtungskoppler, der
ein erstes und ein zweites Eingangstor aufweist, denen je der Ausgang eines der Verstärkermoduln zugeordnet ist, und der ferner ein Ausgangstor und ein Trenntor aufweist, und daß die Vorspannungsschaltung an. das Trenntor des Quadraturausgangsrichtungskopplers angeschlossen ist.

4. Vorspannungsschaltung nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet, daß vom Quadratureingangsrich-

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tungskoppler und vom Quadraturausgangsrichtungskoppler wenigstens einer als Ringkoppler ausgebildet ist.

5. Vorspannungsschaltung nach Anspruch 3,

dadurch gekennzeichnet/ daß vom Quadratureingangsrichtungskoppler und vom Quadraturausgangsrichtungskoppler wenigstens einer als Ringkoppler ausgebildet ist.

6. Vorspannungsschaltung nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet, daß vom Quadratureingangsrichtungskoppler und vom Quadraturausgangsrichtungskopplerwenigstens einer als Koppler mit verteilter Kopplung ausgebildet ist, der eine erste Streifenleitung und eine
zweite Streifenleitung aufweist, daß sich die erste und die zweite Streifenleitung über ein zwischen ihnen befindliches Überkreuzungsteil schneiden und daß zwischen diese ein Drosselelement geschaltet ist.

7. Vorspannungsschaltung nach Anspruch 3,

dadurch gekennzeichnet, daß vom Quadratureingangsrichtungskoppler und vom Quadraturausgangsrichtungskoppler wenigstens einer als Koppler mit verteiler Kopplung aufgebaut ist, der eine erste und eine zweite Streifenleitung

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aufweist, daß sich die erste und die zweite Streifenleitung über ein zwischen ihnen befindliches Überkreuzungsteil schneiden und daß zwischen diese ein Drosselelement geschaltet ist«

8. Vorspannungsschaltung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Trenntor mit der Vorspannungsschaltung versehen ist, die eine HF-Drossel aufweist, die einen Endes mit einer Gleichstromquelle verbunden ist, und eine Serienschaltung aus einem Nachbildungswiderstand und einem Gleichstromsperrkondensator, und daß ein Ende des Nachbildungswiderstandes geerdet ist.

9. Vorspannungsschaltung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die HF-Drossel parallel geschaltet ist zur Serienschaltung aus dem Nachbildungswiderstand und dem Gleichstromsperrkondensator.'

10. Vorspannungsschaltung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die HF-Drossel anderen Endes an einen Verbindungspunkt zwischen dem Nachbildungswiderstand und dem Gleichstromsperrkondensator angeschlossen ist<

11. Vorspannungsschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß am Eingangstor des Quadratureingangsrichtungskopplers ein Gleichstromsperrkondensator eingefügt ist.

12. Vorspannungsschaltung nach Anspruch 3,

. dadurch gekennzeichnet/ daß am Ausgangstor des Quadraturausgangsrichtungskopplers ein Gleichstromsperrkondensator eingefügt ist.

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