DE69205755T2 - Lineare Kompensationsschaltung. - Google Patents

Description

1. Gebiet der Erfindung
• Diese Erfindung betrifft eine lineare Kompensationsschaltung ünd insbesondere eine lineare Kompensationsschaltung zum Kompensieren der Linearität einer Eingangs-/Ausgangscharakteristik eines Verstärkers, und einen mit einer solchen Schaltung ausgestatteten Verstärker.
2. Beschreibung des Standes der Technik
• Allgemein wird in einer linearen Kompensationsschaltung eines Hochfrequenz-Leistungsverstärkers die Ausgangsleistung des Verstärkers hinsichtlich ihres Pegels gleich der Eingangsleistung desselben gemacht und mit derselben verglichen und dann so gesteuert, daß die Differenz in der Änderung zwischen der Eingangs- und der Ausgangsleistung des Verstärkers zu null gemacht werden kann, wodurch seine Eingangs-/Ausgangscharakteristik linear gehalten wird. Eine solche Schaltung ist in US-A-3900823 offenbart. Ein Anwendungsbeispiel einer solchen linearen Kompensationsschaltung wird im folgenden erklärt.
• In der vorderen Stufe eines Hochfrequenz-Leistungsverstärkers ist eine Amplitudenkompensationsschaltung zum Kompensieren einer Amplitude eines in den Verstärker einzugebendes Eingangssignals vorgesehen. Darüberhinaus ist eine erste Feststellungsschaltung zum Feststellen des Pegels der Leistung des Eingangssignals, eine zweite Feststellungsschaltung zum Feststellen des Pegels der Leistung eines Ausgangssignals des Verstärkers und ein Differenzverstärker zum Feststellen der Differenz in der Leistung zwischen dem Eingangs- und dem Ausgangssignal des Verstärkers und zum Ausgeben eines Signals gemäß der auf diese Weise festgestellten Differenz an die Amplitudenkompensationsschaltung vorgesehen. Das Ausgangssignal wird hinsichtlich seines Pegels dem des Eingangssignals gleich gemacht (das heißt, der Pegel vor der Verstärkung) und anschließend zu der zweiten Feststellungsschaltung übertragen. Die Amplitudenkompensationsschaltung steuert die Amplitude des Eingangssignals vorhergehend in Übereinstimmung mit dem Signal aus dem Differenzverstärker, so dar die Differenz im Leistungsunterschied zwischen dem Eingangs- und dem Ausgangssignal im wesentlichen zu null gemacht wird.
• Wie oben erklärt, wird bei der herkömmlichen linearen Kompensationsschaltung ein in den Verstärker einzugebendes Eingangssignal einer Amplitudenkompensation unterworfen und anschließend demselben zugeführt, wodurch die Eingangs-/Ausgangsleistungs-Charakteristik der gesamten Schaltung (d.h. die lineare Kompensationsschaltung und der Verstärker) linear gehalten wird.
• In Übereinstimmung mit der wie oben beschriebenen herkömmlichen linearen Kompensationsschaltung kann die Linearität einer Eingangs-/Ausgangsleistungscharakteristik eines Hochfrequenz-Leistungsverstärkers oder eines anderen Verstärkers verbessert werden, so daß die Verzerrung des Ausgangssignals reduziert oder beseitigt werden kann, wenn der Verstärker in einem nicht-linearen Bereich zu betreiben ist, da der Pegel eines Eingangssignals hoch ist. Bei dieser linearen Kompensationsschaltung kann jedoch, wenn der Verstärker aufgrund einer weiteren Erhöhung des Eingangssignalpegels in dem Sättigungbereich betrieben wird, keine zufriedenstellende Eingangs-/Ausgangscharakteristik erhalten werden, und es bleibt daher das Problem bestehen, dar die gewünschte Verringerung der Signalverzerrung nicht erzielt werden kann. In US-A-3900823 wird offenbart, dar Rückkopplung verwendet werden kann, um eine Phasenverzerrung zu reduzieren, und es wird das Steuern eines Netzwerks zum variablen Verschieben einer Phase auf der Grundlage eines Phasenunterschiedes zwischen dem Eingangs- und dem Ausgangssignal gelehrt.
• Daher besteht eine Aufgabe dieser Erfindung gemäß Patentanspruch 1 in der Schaffung einer lineraren Kompensationsschaltung, die in der Lage ist, ein Signal bei einem extrem niedrigen Signalverzerrungspegel zu verstärken, selbst wenn ein Verstärker in dem Sättigungsbereich betrieben wird.
• Eine weitere Aufgabe dieser Erfindung besteht in der Schaffung eines Verstärkers, der in der Lage ist, ein Signal bei einem extrem niedrigen Signalverzerrungspegel in einem breiten Bereich des Eingangssignals zu verstärken.
Zusammenfassung der Erfindung
• Gemäß einem ersten Aspekt dieser Erfindung wird eine lineare Kompensationsschaltung geschaffen, die erste Pegelfeststellungmittel zum Feststellen eines Pegels eines Eingangssignals, das in die Verstärkermittel eingegeben werden soll, zweite Pegelfeststellungsmittel zum Feststellen eines Pegels eines Ausgangssignals, das von den Verstärkermitteln ausgegeben werden soll, Amplitudenkompensationsmittel zum Steuern oder Regeln der Amplitude des Eingangssignals in Übereinstimmung mit einer Differenz zwischen einem durch die ersten Feststellungsmittel festgestellten Signalpegel und einem durch die zweiten Feststellungsmittel festgestellten Signalpegel, wodurch die Linearität einer Eingangs-/Ausgangscharakteristik der Verstärkermittel verbessert wird, und Phasenkompensationsmittel zum Steuern oder Regeln der Phase des Eingangssignals aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Phase in Übereinstimmung mit einem Pegel eines Ausgangssignals gesteuert oder geregelt wird, der durch die zweiten Pegelfeststellungsmittel festgestellt wird.
• Im allgemeinen wird, wenn ein in einen Verstärker einzugebendes Eingangssignal einer Amplitudenkompensation durch eine Amplitudenkompensationsschaltung unterworfen wird, die Phasencharakteristik des Ausgangssignals des Verstärkers verschlechtert, verglichen mit dem Fall, wenn dasselbe keiner Amplitudenkompensation ausgesetzt wird. Insbesondere wenn es an einen Leistungsverstärker angelegt wird, wenn die Eingangsleistung erhöht wird, so daß der Verstärker in der Nähe seines Sättigungsbereichs betrieben wird, wird die Phase desselben stark verändert, was zu einer ernsten Verschlechterung führt. Als eine Folge hieraus wird das Ausgangssignal aufgrund der Verschlechterung der Phasencharakteristik in der Nähe des Sättigungsbereichs stark verzerrt.
• Bei der erfindungsgemäßen linearen Kompensationsschaltung wird ein in einen Verstärker einzugebendes Eingangssignal einer Amplituden- und einer Phasenkompensation gemeinsam unterworfen, so daß die durch eine Amplitudenkompensation bewirkte Verschlechterung der Phasencharakteristik reduziert oder verhindert werden kann. Dementsprechend kann die Verzerrung eines aus einem Verstärker aus gegebenen Ausgangssignals zufriedenstellend reduziert werden, selbst wenn derselbe in der Nähe des Sättigungszustands betrieben wird. Die lineare Kompensationsschaltung dieser Erfindung ist wirksam, wenn sie auf einen Leistungsverstärker, insbesondere einen Hochfrequenz -Leistungsverstärker angewendet wird.
• Als erste und zweite Pegelfeststellungsmittel kann zum Beispiel ein jeglicher bekannter Detektor verwendet werden. Das Eingangs- oder Ausgangssignal jeweils der ersten und der zweiten Pegelfeststellungsmittel wird vorzugsweise durch eine Verzweigungsschaltung zugeführt. Darüberhinaus ist es bevorzugt, daß der Pegel des Ausgangssignals auf den gleichen Pegel wie der des Eingangssignal gesteuert oder geregelt wird, bevor dasselbe in die zweiten Pegelfeststellungsmittel eingegeben wird.
• Als die Amplitudenkompensationsmittel kann jede Schaltung verwendet werden, die die Amplitude des Eingangssignals in Übereinstimmung mit der durch die ersten und zweiten Pegelfeststellungsmittel festgestellten Pegeldifferenz steuern kann.
• Als die Phasenkompensationsmittel kann jede Schaltung verwendet werden, die die Phase des Eingangssignals in Übereinstimmung mit dem Pegel des Ausgangssignals steuern kann. Darüberhinaus ist es bevorzugt, dar das Phasenkompensationsmittel eine so eingestellte Phasencharakteristik aufweist, dar die durch die Amplitudenkompensation durch das Amplitudenkompensationsmittel bewirkte Phasenveränderung des Ausgangssignals reduziert oder beseitigt wird. Wenn es zum Beispiel auf einen Leistungsverstärker angewendet wird, wird, wenn die Eingangsleistung groß wird, die Phase der Ausgangsleistung allgemein vorgeschoben. Daher weist das Phasenkompensationsmittel eine so eingestellte Phasenkompensationscharakteristik auf, dar die Phase des Eingangsleistungssignals verzögert wird, was dazu führt, daß fast keine Veränderung der Phase nach der Verstärkung auftritt.
• In einem zweiten Aspekt dieser Erfindung wird ein Verstärker geschaffen, der eine extrem niedrige Ausgangsverzerrung über einen breiten Bereich des Eingangssignals aufweist. Dieser Verstärker weist die lineare Kompensationsschaltung gemäß dem ersten Aspekt dieser Erfindung auf.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
• Fig. 1 ist ein Blockschaltbild einer Schaltung, die einen Hochfrequenz-Leistungsverstärker mit einer linearen Kompensationsschaltung gemäß einer Ausführungsform dieser Erfindung umfaßt.
• Fig. 2 ist eine Kurvendarstellung, die Eingangs-/Ausgangscharakteristiken der in Fig. 1 gezeigten Schaltung zeigt.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
• Im Folgenden wird eine Ausführungsform dieser Erfindung bezugnehmend auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
• Fig.1 zeigt einen Hochfrequenz-Leistungsverstärker, in dem eine lineare Kompensationsschaltung einer erfindungsgemäßen Ausführungsform angewendet wird.
• In Fig. 1 weist ein Hochfrequenz-Leistungsverstärker 5 in der vorderen Stufe desselben eine erste Verzweigungsschaltung 1 zum Verzweigen eines in den Verstärker 5 einzugebenden Eingangssignals, eine Amplitudenkompensationsschaltung 2 zum Kompensieren einer Amplitude des Eingangssignals und eine Phasenkompensationsschaltung 4 zum Kompensieren einer Phase des Eingangssignals in dieser Reihenfolge hintereinandergeschaltet auf. Ein von einem Eingangsanschluß 9 zugeführtes Eingangssignal wird durch die erste Verzweigungsschaltung 1, die Amplitudenkompensationsschaltung 2 und die Phasenkompensationsschaltung 4 hindurchgegeben und dem Verstärker 5 zugeführt. Das durch die erste Verzweigungsschaltung 1 verzweigte Eingangssignal wird einem ersten Detektor 3 zugeführt, der aus einer Diode zum Feststellen des Pegels desselben besteht. Das auf diese Weise festgestellte Pegelsignal wird in einen Eingangsanschluß eines Differenzverstärkers 8 eingegeben. Die erste Verzweigungsschaltung 1 kann den Pegel eines auszusendenden Signals steuern.
• Der Verstärker 5 weist in der hinteren Stufe desselben eine zweite Verzweigungsschaltung 6 zum Verzweigen seines Ausgangssignals auf. Das auf diese Weise durch den Verstärker 5 verstärkte Ausgangssignal wird an einem Ausgangsanschluß 10 entnommen. Das durch die zweite Verzweigungsschaltung 6 verzweigte Ausgangssignal wird einem zweiten, aus einer Diode bestehenden Detektor 7 zugeführt, um hierdurch den Pegel desselben festzustellen. Das auf diese Weise festgestellte Pegelsignal wird zu dem anderen Eingangsanschluß des Differenzverstärkers 8 und gleichzeitig zu der Phasenkompensationsschaltung 4 weitergeleitet. Die zweite Verzweigungsschaltung 6 kann auch den Pegel eines auszusendenden Signals steuern.
• Das durch die zweite Verzweigungsschaltung 6 verzweigte Ausgangssignal wird in der zweiten Verzweigungsschaltung 6 selbst hinsichtlich seines Pegels dem Eingangssignal gleich gemacht (das heißt, der Pegel vor Verstärkung und Amplitudenkompensation) und wird anschließend zu dem zweiten Detektor 7 übertragen. Die Pegelsteuerung dieses Ausgangssignals kann durch eine geeignete Schaltung durchgeführt werden, die außerhalb der zweiten Verzweigungsschaltung 6 vorgesehen ist.
• Der Differenzverstärker 8 verstärkt die Differenz zwischen dem durch den ersten Detektor 3 festgestellten und dem durch den zweiten Detektor 7 festgestellten Signalpegel und überträgt sie zu der Amplitudenkompensationsschaltung 2. In anderen Worten steuert die Amplitudenkompensationsschaltung 2 die Zunahme oder die Abnahme der Amplitude des Eingangssignals in Übereinstimmung mit einem Ausgangssignal aus dem Differenzverstärker 8. Auf diese Weise wird die Differenz im Unterschied zwischen der Eingangssignalleistung aus dem Eingangsterminal 9 und der Ausgangssignalleistung aus dem Ausgangsanschluß 10 im wesentlichen zu null gemacht, wodurch die Eingangs-/Ausgangscharakteristiken der in Fig. 1 gezeigten Schaltung linear gehalten werden.
• Die Phasenkompensationsschaltung 4 steuert die Phase des Eingangssignals, das der Amplitudenkompensation in Übereinstimmung mit dem Pegel eines Ausgangssignals aus dem zweiten Detektor 7 unterworfen wird, so dar die durch die Amplitudenkompensation bewirkte Phasenveränderung ausgeglichen werden kann.
• Bei dem wie oben beschriebenen Schaltungsaufbau wird das von dem Eingangsanschluß 9 zugeführte Eingangssignal hinsichtlich seiner Amplitude durch die Amplitudenkompensationsschaltung 2 kompensiert und wird nachfolgend hinsichtlich seiner Phase durch die Phasenkompensationsschaltung 4 kompensiert, um so die aufgrund der Amplitudenkompensation bewirkte Phasenveränderung ausgeglichen, und wird anschließend zu dem Verstärker 5 übertragen. Als ein Ergebnis kann die Linearität einer Eingangs-/Ausgangscharakteristik der in Fig. 1 gezeigten Schaltung verbessert werden, und die Phasenveränderung kann zur gleichen Zeit beinahe perfekt ausgeglichen werden, wodurch ermöglicht wird, ein Signal aus dem Ausgangsanschluß 10 aus zugeben, das über einen breiten Bereich einer Eingangssignalleistung eine extrem niedrige Verzerrung aufweist.
• Fig. 2 zeigt eine Veränderung eines Ausgangssignals (das heißt, einer von dem Ausgangsanschluß 10 ausgegebenen Signalleistung) mit einer Veränderung eines Eingangssignals (das heißt, einer von dem Eingangsanschluß 9 eingegebenen Signalleistung) und eine Veränderung in der Phase eines Ausgangssignals mit einer Veränderung bei einem Eingangssignal der in Fig. 1 gezeigten Schaltung. In dem Fall, daß die Amplitudenkompensationsschaltung 2 nicht verwendet wird, verändert sich, wenn die Eingangsleistung groß wird, die Ausgangsleistung nicht-linear wie unter (a) in Fig. 2 gezeigt, bei der in Fig. 1 gezeigten Schaltung wird das Eingangssignal jedoch der Amplitudenkompensation durch die Amplitudenkompensationsschaltung 2 unterworfen, bevor es zu dem Verstärker 5 übertragen wird, so dar die Ausgangsleistung bezüglich der Veränderung der Eingangsleistung wie unter (b) in Fig. 2 gezeigt linear variiert.
• In dem Fall, daß die Amplitudenkompensationsschaltung 2 nicht verwendet wird, verändert sich darüberhinaus, wenn die Eingangsleistung erhöht wird, die Phase der Ausgangsleistung wie unter (c) in Fig. 2 gezeigt, durch Verwenden der Amplitudenkompensationsschaltung 2 wird die Phasenveränderung jedoch wie unter (d) in Fig. 2 gezeigt deutlich erhöht. Das heißt, die Verwendung der Amplitudenkompensationschaltung 2 ermöglicht es, die Linearität der Eingangs-/Ausgangscharakteristik zu verbessern, bewirkt jedoch nachteiligerweise eine Erhöhung der Phasenveränderung. In der in Fig. 1 gezeigten Schaltung ist jedoch die Phasencharakteristik der Phasenkompensationsschaltung 4 so eingestellt, um der unter (d) in Fig. 2 gezeigten Charakteristik in Übereinstimmung mit dem durch den zweiten Detektor 7 festgestellten Signalpegel entgegenzuwirken, so dar der aus dem zweiten Detektor 7 ausgegebene Signalpegel hoch wird, wenn die Ausgangsleistung des Verstärkers 5 erhöht wird, und die Phasenkompensationsschaltung 4 arbeitet so, um die Phasenveränderung der Ausgangsleistung des Verstärkers 5 auszugleichen. Als ein Ergebnis kann die wie unter (c) in Fig. 2 gezeigte Phasencharakteristik, die ohne Verwenden der Amplitudenkompensationsschaltung 2 erzielbar ist, weiter erhalten werden.
• Wie oben erklärt, ist in Übereinstimmung mit der linearen Kompensationsschaltung dieser Erfindung die Phasenkompensationsschaltung 4 vorgesehen, die dazu dient, der Phasenveränderung der Ausgangsleistung des Verstärkers 5 in Übereinstimmung mit dem Ausgangspegel derselben entgegenzuwirken, und so, daß nicht nur die Amplitudenkompensation, sondern auch die Phasenkompensation eines Eingangssignals des Verstärkers 5 möglich wird, was zum Erhalten eines Ausgangssignals mit einer extrem niedrigen Verzerrung desselben führt.
• Bei dieser Ausführungsform wird die Amplitudenkompensationsschaltung 2 vor der Phasenkompensationsschaltung 4 angeordnet, ist jedoch nicht auf diese Position festgelegt, sie können daher in umgekehrter Reihenfolge angeordnet sein, das heißt, die Phasenkompensationsschaltung 4 kann in der der Amplitudenkompensationsschaltung 2 vorhergehenden Stufe angeordnet sein, da beide Schaltungen 4 und 2 unabhängig voneinander angeordnet sind. Dies bedeutet, daß die Amplitude und die Phase eines Eingangssignals kompensiert werden können, bevor es zu dem Verstärker 5 übertragen wird.
• Bei dieser Ausführungsform sind keine spezifischen Schaltungen für die Amplitudenkompensationsschaltung 2 und die Phasenkompensationsschaltung 4 gezeigt. Für diesen Zweck kann jedoch ohne Einschränkung jede Schaltung verwendet werden, vorrausgesetzt, dar sie arbeiten kann, um eine Amplitude oder Phase wie erforderlich zu kompensieren. Als die Phasenkompensationsschaltung 4 kann zum Beispiel eine PIN-Diode verwendet werden, wobei die Vorspannung derselben in Übereinstimmung mit dem Ausgangspegel des Verstärkers 5 verändert wird.
• Diese Tatsache kann auf die erste und die zweite Verzweigungsschaltung 1 und 6 angewendet werden, und als ein Ergebnis kann jede Schaltung zu diesem Zweck ohne Einschränkung verwendet werden, wenn dieselbe das Eingangs- oder Ausgangssignal verzweigen und extrahieren kann.
• Als die erste und die zweite Feststellungsschaltung 3 und 7 wird in dieser Ausführungsform eine Diode verwendet, sie sind jedoch nicht auf die Verwendung derselben festgelegt, sondern jede Schaltung kann zu diesem Zwecke verwendet werden, wenn sie den Pegel eines Signals feststellen kann.

Claims (7)

1. Lineare Kompensationsschaltung zum Kompensieren von Nichtlinearität in einer Eingangs-/Ausgangs-Charakteristik von Verstärkermitteln, die aufweist:

erste Pegelfeststellungsmittel zum Feststellen eines Pegels eines Eingangssignals, das in die Verstärkermittel eingegeben werden soll;

zweite Pegelfeststellungsmittel zum Feststellen eines Pegels eines Ausgangssignals, das von den Verstärkermitteln ausgegeben werden soll;

Amplitudenkompensationsmittel zum Steuern oder Regeln einer Amplitude des Eingangssignals in Übereinstimmung mit einer Differenz zwischen einem durch die ersten Feststellungsmittel festgestellten Signalpegel und einem durch die zweiten Feststellungsmittel festgestellten Signalpegel, wodurch die Linearität der Eingangs-/Ausgangs-Charakteristik der Verstärkermittel verbessert wird; und

Phasenkompensationsmittel zum Steuern oder Regeln einer Phase des Eingangssignals, dadurch gekennzeichnet, dar die Phase in Übereinstimmung mit einem Pegel eines Ausgangssignals gesteuert oder geregelt wird, der durch die zweiten Pegelfeststellungsmittel festgestellt wird.

2. Lineare Kompensationsschaltung nach Anspruch 1, bei der die Phasenkompensationsmittel eine Charakteristik aufweisen, die wenigstens teilweise eine Phasenänderung des Ausgangssignals aufhebt, die aufgrund von Amplitudenkompensation durch die Amplitudenkompensationsmittel erzeugt wird.

3. Lineare Kompensationsschaltung nach Anspruch 1 oder 2, bei der wenigstens eine der ersten und zweiten Pegelfeststellungsmittel ein Detektor ist.

4. Lineare Kompensationsschaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der wenigstens eines der Eingangs- und Ausgangssignale durch eine Verzweigungsschaltung entnommen wird.

5. Lineare Kompensationsschaltung nach Anspruch 4, bei der die Verzweigungsschaltung Mittel zum Steuern oder Regeln des Pegels eines zu verzweigenden Signals aufweist.

6. Verstärker, der eine lineare Kompensationsschaltung gemäß einem vorangehenden Anspruch aufweist.

7. Verstärker nach Anspruch 6, bei dem die Verstärkermittel ein Leistungsverstärker sind.