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5-2015

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Fachzeitschrift für Hochfrequenz- und Mikrowellentechnik

HF-Technik Betrieb. Die

HF-Technik Betrieb. Die entscheidende Idee von Doherty war es daher, Verstärker in Klasse AB und C so zu verbinden, dass die Gesamtlinearität erhalten blieb aber der Wirkungsgrad von DC zu HF nahezu verdoppelt wurde. Obwohl der Doherty-Verstärker über viele Jahre hinweg in Rundfunkstationen mit hoher Sendeleistung eingesetzt wurde, geriet er mit dem Aufkommen der digitalen Funkkommunikation mit ihren komplexen Modulationsverfahren mehr und mehr in Vergessenheit. OFDM- und CDMA-Signale haben während des größten Teils der Sendezeit eine niedrige Durchschnittsleistung, erzeugen aber zwischendurch Signalspitzen, die 6, 8 oder auch 12 dB Leistungsreserve erfordern, damit der Verstärker in Klasse AB bleibt. Nur ein Klasse-AB-Verstärker nämlich kann bei diesen komplexen Modulationsverfahren die erforderliche Linearität gewährleisten, aber seine DC- RF-Umwandlungseffizienz ist nicht gut, weil der Verstärker die meiste Zeit weit unterhalb seines Kompressionspunktes arbeitet. Für eine Basisstation oder einen digitalen Fernsehsender bringt übermäßige Verlustleistungswärme keinen nützlichen Vorteil, sondern erhöht nur die Kosten. Bei einem tragbaren, batteriebetriebenen Gerät wirkt sich dieser niedrige Wirkungsgrad sehr negativ auf die gesamte Gesprächsdauer aus. Dieser Artikel befasst sich zunächst mit dem Verhalten von Klasse-AB- und Klasse- C-Verstärkern und zeigt dann detailliert, wie diese beiden Verstärkertypen kombiniert werden können, um sowohl höheren Wirkungsgrad zu erreichen als auch die Signalqualität zu erhalten. Wer über diese grundlegende Einführung hinaus weitere Informationen benötigt findet am Ende des Artikels aufgelistete Referenzen. Klasse-AB- und Klasse- C-Verstärker Für Simulationszwecke verwenden wir als Basis für unsere Verstärkerstufen den transformatorgekoppelten Gegentaktverstärker aus [1], der in Bild 1 zu sehen ist. In der Praxis würde eine Implementation sicher etwas anders aussehen, aber die Transformatorkopplung und die separaten Basis- und Kollektorspannungseingänge sind bequeme Punkte zur Einstellung der Simulationsvariablen, z.B. Versorgungsspannungen, Eingangs- und Ausgangskopplung etc. Klasse AB-Verstärker Der Verstärker in Bild 1 kann auf Klasse-AB-Betrieb durch Justieren der Basisspannung Vbb so eingestellt werden, dass nur ein kleiner Ruhestrom in Bild 4: Das Doherty-Prinzip: Über dem Leistungswert, bei dem die Klasse-AB-Stufe in Kompression gerät, liefert die Klasse C-Stufe die fehlenden Spitzen und sorgt wieder für Signaltreue. Bild 5: Prinzipielles Blockdiagramm des Doherty-Verstärkers, aus dem hervorgeht, wie die Ausgänge der beiden Verstärker kombiniert werden. jeden Kollektor fließt (d.h. die Transistoren haben eine Vorspannung, die sie kurz vor dem Einschalten hält, solange kein Signal anliegt). Der Verstärker wurde für den Betrieb bei 500 MHz (beliebig ausgewählte Frequenz) konzipiert. Legt man ein sinusförmiges HF-Signal an den Eingang erhält man ein einwandfreies Sinussignal am Ausgang, bis der Verstärker beginnt zu komprimieren. Dies ist an den Verzerrungen in den größeren Ausgangsignalen in Bild 2 erkenntlich. Bei niedrigen Eingangspegeln (0,25 bis 1 V) ist das Ausgangssignal des Verstärkers zur Höhe des Eingangssignals und seiner Bild 6: 3-dB-Quadraturhybrid mit diskreten Komponenten. 10 hf-praxis 5/2015

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