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5-2015

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Fachzeitschrift für Hochfrequenz- und Mikrowellentechnik

HF-Technik bezeichnet.

HF-Technik bezeichnet. Solange das Signal nahe bei seinem durchschnittlichen Wert liegt ist die Klasse- C-Stufe inaktiv, der Carrier- Verstärker arbeitet jedoch nahe seinem Kompressionspunkt mit einem Wirkungsgrad von etwa 78%. Sobald Spitzen auftreten beginnt die Klasse-C-Stufe Leistung zu liefern, die der Klasse- AB-Verstärker nicht mehr abgeben kann (siehe Bild 4). Bild 7: Spannungen und Leistungen am Hybrideingang Soweit das relativ einfache Grundprinzip. Komplizierter sind dagegen die Verfahren, die verwendet werden, um das Eingangssignal angemessen zu teilen bzw. die beiden Ausgangssignale des Trägerverstärkers und des Spitzenverstärkers wieder so miteinander zu kombinieren, dass sicht die Verstärker nicht gegenseitig belasten. Kommen wir jetzt zur Architektur des Doherty-Verstärkers (Bild 5). Bild 8: Reflektionskoeffizient bezogen auf die Vorwärts- Eingangsleistung des Klasse- Verstärkers (blau) und des Doherty-Verstärkers (Rot). Niedrige Leistungen liegen links auf der Kurve, der Reflexionskoeffizient bewegt sich mit wachsender Eingangsleistung nach rechts im Uhrzeigersinn. Der äußere Kreis gilt für einen Reflektionskoeffizienten von 1. Am Eingang des Verstärkers (links) in Bild 5, ist ein Quadraturhybrid vorgesehen, das zwei um 90° gegeneinander in der Phase verschobene Ausgangssignale erzeugt. Die 90-Grad- Verschiebung ist erforderlich, weil der Spitzenverstärker eine 90°-Verzögerung in Bezug auf den Carrier-Verstärker benötigt, um in gleicher Phase wie das Trägerverstärker-Ausgangssignal zu sein, das um 90° im Lambda/4-Impedanz-Inverter verzögert wird. linearen Verstärkung. Man sieht auch, dass das Signal sinusförmig ist, d.h. die Verzerrungen sind niedrig. Wenn der Eingangssignalpegel über 1 V ansteigt ist das Ausgangssignal nicht länger proportional zum Eingang und der Verstärker beginnt zu komprimieren. Klasse C Durch Modifizieren des Arbeitspunkts des Verstärkers in Bild 1 kann man einen Klasse-C-Verstärker herstellen. In diesem Fall haben die Transistoren eine Vorspannung unterhalb ihres Abschaltpunktes. Bei kleinen Eingangssignalen liefert der Verstärker nur einen sehr geringen Kollektorstrom, "wacht" aber bei hohen Eingangssignalpegeln auf. Das typische Klasse-C-Verhalten zeigen die Signalverläufe des Verstärkerausgangssignals in Bild 3. Wie man sieht erscheinen Signale am Ausgang, wenn die Eingangsspannung bei 0,75 V liegt. Das Signal hat viele Spitzen mit deutlichen Abschnitten in denen die Transistoren ausgeschaltet sind. Das Ausgangssignal ist praktisch immer verzerrt. Wie verwendet man nun zwei verzerrende Verstärker, um ein Ausgangssignal mit brauchbarer Signaltreue zu produzieren? Das Doherty-Konzept Die grundlegende Idee des Konzepts besteht darin, den Klasse- C-Verstärker dazu zu verwenden, den Spitzenpegel des jeweiligen Eingangssignals zu liefern, sobald der Klasse-AB-Verstärker in Kompression geht. Unter einem gewissen Leistungspunkt ist also allein der Klasse-AB- Verstärker aktiv. Diese AB-Stufe wird auch als Carrier-Verstärker Wir haben damit die Träger- und Spitzenverstärker-Module, welche die Verstärkung liefern. Der Ausgang des Trägerverstärkers durchläuft eine Lambda/4-Leitung und wird mit dem Ausgang des Spitzenverstärkers und des Impedanztransformators verbunden. Nachfolgend werden einige Verstärkerkomponenten noch etwas näher vorgestellt. Eingangs-Phasenverschiebung und Leistungsteilung In den Simulationen wird der leistungsteilende Quadraturhybrid mit Hilfe von diskreten Komponenten aufgebaut, wie es Bild 6 zeigt. 12 hf-praxis 5/2015

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