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Regelung von abstimmbaren Leistungsverstaerkern fuer die gleichzeitige Optimierung von Effizienz und Linearitaet

IP.com Disclosure Number: IPCOM000018919D
Published in the IP.com Journal: Volume 3 Issue 9 (2003-09-25)
Included in the Prior Art Database: 2003-Sep-25
Document File: 3 page(s) / 349K

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Siemens

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Abstract

Leistungsverstaerker muessen das Eingangssignal moeglichst linear verstaerken und gleichzeitig wenig DC (Direct Current)-Leistung aufnehmen und damit eine moeglichst hohe Effizienz aufweisen. Bisher wird auftretende Nichtlinearitaet durch Vorverzerrung des zu uebertragenden Signals kompensiert, was jedoch einen hohen Aufwand bei breitbandigen Verstaerkern fordert. Ein anderer Ansatz ist die Ausnutzung der guenstigen Effizienz schaltender Verstaerker. Dazu sind sorgfaeltig dimensionierte Anpassnetzwerke notwendig, die die vom Leistungsverstaerker erzeugten Oberwellen verstaerkt beruecksichtigen. Das ist fuer breitbandige Verstaerker jedoch nicht realisierbar. Das hier vorgestellte, neuentwickelte Verfahren waehlt einen fuer die Linearitaet guenstigen Arbeitspunkt im effizienten, tiefen A-B-Betrieb. A und B sind Betriebszustaende, die durch die Transistorvorspannung, d.h. durch die Gate-Spannung bestimmt werden. Dazu werden die Verzerrungen im Leistungsverstaerker anhand der Intermodulationsprodukte im Ausgangsspektrum gemessen und so ein guenstiger Arbeitspunkt mit Hilfe der Transistorvorspannung des Verstaerkertransistors automatisch eingestellt und festgehalten. In der Abbildung 1 ist beispielhaft ein Modulationsspektrum und das dazugehoerige Intermodulationsspektrum dargestellt, aus dem ueber ein Filter eine Probe entnommen wird. Abbildung 2 zeigt beispielhaft die Leistung der Probe (Intermodulationsleistung) aus Abb. 1 und die Effizienz der Verstaerkerstufe, beides jeweils in Abhaengigkeit von der Transistorvorspannung. Die HF- (Hochfrequenz) Ausgangsleistung bleibt dabei unveraendert. In Abb. 3 ist eine moegliche Ausfuehrungsform der Erfindung dargestellt. Der Modulator erzeugt aus den Basisbandsignalen I und Q und dem Signal aus dem Oszillator (LO) 14 ein moduliertes Signal, das ueber ein Filter 2 und einen regelbaren Verstaerker (Treiber) dem Leistungsverstaerker 4 zugefuehrt wird. Dem Ausgangssignal des Leistungsverstaerkers wird ueber den Koppler 5 eine Probe entnommen und ueber den Abwaertsumsetzer 7 mit Hilfe des Signals aus dem Oszillator 14 heruntergesetzt. Ein Filter 8 unterdrueckt das Nutzspektrum und filtert aus dem Intermodulationsspektrum eine Probe aus. Diese Probe wird gleichgerichtet (Gleichrichter 9), verstaerkt (Verstaerker 10) und einem Differenzglied 16 zugefuehrt. Das Ausgangssignal wird ueber einen Komparator 17 an den Takteingang eines D-Flip-Flops 18 gelegt, das so geschaltet ist, dass das Ausgangssignal immer dann das Vorzeichen wechselt, wenn am Takteingang eine positive Flanke erscheint. Ein RC-Glied (R-Widerstand, C-Kapazitaet) bestehend aus dem Widerstand 19 und dem Kondensator 20 erzeugt aus dem Ausgangssignal eine rampenfoermige Spannung, die dem Vorspannungseingang des Leistungsverstaerkers 4 (z.B. dem Gate) zugefuehrt wird. Immer wenn ueber das Differenzglied 16 registriert wird, dass das Intermodulationsspektrum groesser wird (also das Signal verzerrter wird), wird die rampenfoermige Spannung am Kondenstor 20 in eine andere Richtung gelenkt.

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S

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Regelung von abstimmbaren Leistungsverstaerkern fuer die gleichzeitige Optimierung von Effizienz und Linearitaet

Idea: Dr. Jakob Sigg, DE-Muenchen; Heinz Kuechler, DE-Muenchen

Leistungsverstaerker muessen das Eingangssignal moeglichst linear verstaerken und gleichzeitig wenig DC (Direct Current)-Leistung aufnehmen und damit eine moeglichst hohe Effizienz aufweisen. Bisher wird auftretende Nichtlinearitaet durch Vorverzerrung des zu uebertragenden Signals kompensiert, was jedoch einen hohen Aufwand bei breitbandigen Verstaerkern fordert. Ein anderer Ansatz ist die Ausnutzung der guenstigen Effizienz schaltender Verstaerker. Dazu sind sorgfaeltig dimensionierte Anpassnetzwerke notwendig, die die vom Leistungsverstaerker erzeugten Oberwellen verstaerkt beruecksichtigen. Das ist fuer breitbandige Verstaerker jedoch nicht realisierbar.

Das hier vorgestellte, neuentwickelte Verfahren waehlt einen fuer die Linearitaet guenstigen Arbeitspunkt im effizienten, tiefen A-B-Betrieb. A und B sind Betriebszustaende, die durch die Transistorvorspannung, d.h. durch die Gate-Spannung bestimmt werden. Dazu werden die Verzerrungen im Leistungsverstaerker anhand der Intermodulationsprodukte im Ausgangsspektrum gemessen und so ein guenstiger Arbeitspunkt mit Hilfe der Transistorvorspannung des Verstaerkertransistors automatisch eingestellt und festgehalten. In der Abbildung 1 ist beispielhaft ein Modulationsspektrum und das dazugehoerige Intermodulationsspektrum dargestellt, aus dem ueber ein Filter eine Probe entnommen wird. Abbildung 2 zeigt beispielhaft die Leistung der Probe (Intermodulationsleistung) aus Abb. 1 und die Effizienz der Verstaerkerstufe, beides jeweils in Abhaengigkeit von der Transistorvorspannung. Die HF- (Hochfrequenz) Ausgangsleistung bleibt dabei unveraendert. In Abb. 3 ist eine moegliche Ausfuehrungsform der Erfindung dargestellt. Der Modulator erzeugt aus den Basisbandsignalen I und Q und dem Signal aus dem Oszillator (LO) 14 ein moduliertes Signal, das ueber ein Filter 2 und einen regelbaren Verstaerker (Treiber) dem Leistungsverstaerker 4 zugefuehrt wird. Dem Ausgangssignal des Leistungsverstaerkers wird ueber den Koppler 5 eine Probe entnommen und ueber den Abwaertsumsetzer 7 mit Hilfe des Signals aus dem Oszillator 14 heruntergesetzt. Ein Filter 8 unterdrueckt das Nutzspektrum und filtert aus dem Intermodulationsspektrum eine Probe aus. Diese Probe wird gleichgerichtet (Gleichrichter 9), verstaerkt (Verstaerker 10) und einem Differenzglied 16 zugefuehrt. Das Ausgangssignal wird ueber einen Komparator 17 an den Takteingang eines D-Flip-Flops 18 gelegt, das so geschaltet ist, dass das Ausgangssignal immer dann das Vorzeichen wechselt, wenn am Takteingang eine positive Flanke erscheint. Ein RC-Glied (R-Widerstand, C-Kapazitaet) bestehend aus dem...