DE2203632A1

DE2203632A1 - CIRCUIT ARRANGEMENT TO IMPROVE THE CROSS AND INTERMODULATION CHARACTERISTICS OF A HIGH FREQUENCY AMPLIFIER

Info

Publication number: DE2203632A1
Application number: DE19722203632
Authority: DE
Inventors: Josef Dipl Ing Fenk; Walter Kranwetvogel
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1972-01-26
Filing date: 1972-01-26
Publication date: 1973-08-02

Description

Schaltungsanordnung zur Verbesserung der Kreuz- und Intermodulati@nseingeschaften eines Hochfre@uenzverstärkers Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Verbesserung der Kreuz- und Intermodulationseigenschaften eines Hochfrequenzverstärkers für Signale innerhalb eines Nutzfrequenzbandes.Circuit arrangement to improve the cross and intermodulation properties of a high frequency amplifier The invention relates to a circuit arrangement for Improvement of the cross and intermodulation properties of a high frequency amplifier for signals within a useful frequency band.

Werden in einem solchen Hoehfrenuenzverstärker mehrere Signale innerhalb eines Nutzfrequenzbandes verstärkt oder soll ein ganzes Signalgemisch innerhalb dieses Nutzfrequenzbandes übertragen werden, dann entstehen an den nichtlinearen Bauelementen.Are several signals within such a high frequency amplifier of a usable frequency band is to be amplified or an entire signal mixture within this useful frequency band are transmitted, then arise at the non-linear Components.

mit denen die Verstärkung bewirkt wird. Störfrequenzen in @orm von Kreuz- und Intermodulationsprodukten der verschiedensten Art. Fallen snlche Pr@dukte in das Nutzfrequenzband. so können sie nicht mehr ausselektiert werden. Man nimmt bisher diesen störenden Effekt in Kauf, da keine Möglichkeit besteht, ihn vollständig zu vermeiden.with which the reinforcement is effected. Interference frequencies in @orm of Cross and intermodulation products of the most varied kinds. Falling like products in the useful frequency band. so they can no longer be selected out. One takes So far this disruptive effect has been accepted, since there is no way of completely eliminating it to avoid.

Mit der vorliegenden Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden.The object is to be achieved with the present invention.

diesen störenden Effekt erheblich zu reduzieren.to reduce this disruptive effect considerably.

Zu diesem Zweck wird bei einer Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art vorgeschlagen. daß an den Eingang und/oder den Ausgang des verstärkenden Elements eine Impedanz geschaltet ist, die durch ihren frequenzabhängigen Widerstandswert verhindert, da Signale mit einer Frequenz gleich der Frequenz differenz zweier Signale des Nutzfrequenzbandes das verstärkende Element aussteuern.For this purpose, the circuit arrangement mentioned at the beginning Kind of suggested. that to the input and / or the output of the amplifying element an impedance is connected, which is determined by its frequency-dependent resistance value prevents signals with a frequency equal to the frequency difference between two signals of the useful frequency band control the amplifying element.

Falls das Nutzfrequenzband mehr als zwei Signale enthalt so werden durch die erfindungsgemäße frequenzabhängige Impedanz alle möglichen Differenzen dieser Signale unterdrückt. Für den Fall eines ganzen Frequenzgemisches im Nutzfrequenzband verhindert die Frequenzabhängige Impedanz ein Aussteuern des verstärkenden elements durch Signale mit einer Frequenz im Bereich von Null bis mindestens der größtmöglichen Frequenz differenz zweier Signale innerhalb des Nutzfrequenzbandes.If the usable frequency band contains more than two signals all possible differences due to the frequency-dependent impedance according to the invention these signals are suppressed. For the case of an entire frequency mixture in the useful frequency band The frequency-dependent impedance prevents the amplifying element from being controlled by signals with a frequency in the range from zero to at least the largest possible Frequency difference between two signals within the useful frequency band.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Schalt@ngsanordnung besteht darin, daS die frequenzabhängige Impedanz zusätzlich Signale unterdrückt, die eine Frequenz gleich der Summe zweier Frequenzen innerhalb des Nutzfrequenzbandes haben.An advantageous embodiment of the switching arrangement according to the invention consists in the fact that the frequency-dependent impedance also suppresses signals, the one frequency equal to the sum of two frequencies within the useful frequency band to have.

Für ein Frequenzgemisch innerhalb des Nutzfrequenzbandes mu3 dann diese frequenzabhängige Impedanz Signale mit einer Frequenz im Bereich von mindestens dem doppelten Wert der niedrigsten Frequenz des Frequenzgemisches innerhalb des Nutzfr6quenzbandes bis zum Wert Unendlich unterdrücken.For a frequency mixture within the useful frequency band, then mu3 this frequency-dependent impedance signals with a frequency in the range of at least twice the value of the lowest frequency of the frequency mixture within the Suppress the useful frequency band up to the value Infinite.

Die Funktion einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung läßt sich erkennen, wenn man Strom und Spannung an einem nichtlinearen Bauelement durch eine Potenz-Reihenentwicklung beschreibt. Dabei zeigt es sich, daß bei einer Aussteuerunz des nichtlinearen Bauelements mit mindestens zwei Signalen verschiedener Frequenz Störsnektren auftreten, die vom Glied der dritten Potenz der Reihenentwicklung stammen und im Nutzfrequenzbereich als Kreuz- bzw. Intermndulationsprodukte auftreten.The function of a circuit arrangement according to the invention can be recognize when you pass current and voltage on a nonlinear component through a Describes power series expansion. It turns out that with a dowry ounce of the non-linear component with at least two signals of different frequencies Disturbing nectra occur, which originate from the term of the third power of the series expansion and occur in the useful frequency range as cross or intermndulation products.

Es sei die Abhangigkeit des Stroms von der Spannung als unabhängigen Veränderlichen in Form einer Potenzreihe dargestellt: i=f(u)=a0+a1...U+a2U2+a3U3 .... +anUn Wird das nichtlineare Bauelement entsprechend der durch die obige Potenzreihe dargestellten Kennlinie gleichzeitig mit zwei oder mehr Signalen ausgesteuert, dann ergibt sich ein Signalgemisch. Der Übersichtlichkeit halber soll eine Aussteuerung mit zwei Signalen gewählt und die Reihenentwicklung nach der Glied dritter Pntenz abgebrochen werden. Das Steuersignal habe die Form u = A.cosQ+ B#cos# Es entstehen dann am Glied dritter Potenz die Kreuz- und Intermodulationsprodukte: 1. Kreuzmodulationsprodukte K@ KM=a3(3/2 A2B#cos# + 3/2 A@2#cos#) 2. Intermodulationsprodukte IM Die Mischprodukte konnen nicht mehr ausselektiert werden. da ihre Frequenzen in den Nutzfrequerzbersich fallen. Es zeigt sich doch, daß diesen Produkten Anteile vom Glied zweiter Potenz überlagert sind. Denn durch die Ansteuerung entstehen über den K@effizienten a2 auch Mischprodukte der Form Diese treten als weitere Steuersignale zusätzlich zu den ursprünglichen Steuersignalen auf. ei zeigt sich derenÄnteil der Differenzfrequenz als wesentlicher Störbeitag. Diese Mischprodukte modulieren die ursprünglichen Nutzaignale.Let the dependence of the current on the voltage be represented as an independent variable in the form of a power series: i = f (u) = a0 + a1 ... U + a2U2 + a3U3 .... + anUn If the nonlinear component is produced in accordance with the The characteristic curve shown above is controlled simultaneously with two or more signals, then a composite signal results. For the sake of clarity, a control with two signals should be selected and the series development should be terminated after the third term. The control signal has the form u = A.cosQ + B # cos # The cross and intermodulation products then arise at the third power element: 1. Cross modulation products K @ KM = a3 (3/2 A2B # cos # + 3/2 A @ 2 # cos #) 2. Intermodulation products IM The mixed products can no longer be selected. since their frequencies fall within the useful frequency range. It turns out that these products have parts of the term of the second power superimposed on them. Because the control also creates mixed products of the form via the K @ efficient a2 These appear as additional control signals in addition to the original control signals. ei shows their part of the difference frequency as a significant interference contribution. These mixed products modulate the original beneficial ovals.

Dadurch entstahen Seitenbänder, die den Gliedern dritter Potenz (Kreuz- und Intermodulationserodukte) überlagert sind. Vernachlässigt man die Mischfrequenz so zeigt die Rechnung mit der Differenzfrequenz. daß sich die gesamte Intermodulation IMges zusammensetzt zu Die außerhalb des Nutzfrequenzbereiches fallenden Glieder wurden hier vernachlässigt. Ist nu@ z. B. das Steuersignal A#cos# amplitudenmoduliert (Modulation@-grad M, Modulationsfrequenz #), so hat der Ausdruck für die Gesamtkreuzmodulation KMges die Form Diese Vorgänge treten bei einem Zweipol an den beiden Klemmen und bei einem Vierrol am Eingang und am Ausgang und in den Übertragungsgrößen auf. Mit Hilfe einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung wird grundsätzlich der zusätzliche Einflu@ der Mischfrequenzen der Form bzw. auf die Intermodulationsanteile der Form bzw Kreuzmodulationsanteile verringert.This resulted in side bands that are superimposed on the terms of the third power (cross and intermodulation products). If you neglect the mixing frequency so shows the calculation with the difference frequency. that the entire intermodulation IMges is composed of The terms falling outside the useful frequency range were neglected here. Is nu @ z. B. the control signal A # cos # is amplitude-modulated (modulation @ -grad M, modulation frequency #), the expression for the total cross modulation KMges has the form These processes occur with a two-pole at the two terminals and with a four-pole at the input and at the output and in the transfer variables. With the aid of a circuit arrangement according to the invention, the additional influence of the mixing frequencies is basically of the shape or the intermodulation components of the form respectively Cross modulation components decreased.

Hat die Störquelle für die genannten Mischfrequenzen die Eigenschaft einer Stromquelle. dann muß die erfindungsgemäße frequenzebhängige Impedanz sehr niederohmig sein und die ents@rechenden störenden Frenuenzen kurzschließen. Hat die Störquelle die Eigenschaft einer Spannungsquelle. dann muß der Widerstandswert der frequenzabhängigen Impedanz für diese Störfrequenzen möglichst gr@ß sein.Does the source of interference have the property for the mixed frequencies mentioned a power source. then the frequency-dependent impedance according to the invention must be very high be low-resistance and short-circuit the corresponding disruptive frenuences. Has the interference source the property of a voltage source. then the resistance value must be the frequency-dependent impedance for these interference frequencies should be as large as possible.

Wenn als verstärkendes ient beispielsweise ein Transistor gewählt ist, dann muß trotz der erfindungsgemäßen frequenzabhängigen Impedanz am Eingang bzw. Ausgang die Gleichstromversorgung des Transistors gewährleistet bleiben. Für den Fall, daß mit Hilfe der frequenzabhängigen Impedanz Signale mit einer Frequenz in den ganzen Bereich von Null bis mindestens der größtmöglichen Frequenzdifferenz zweier Signale innerhalb des Nutzfrequenzbandes kurzgeschlossen werden sollen, ergibt das Schwierigkeiten bei der Gleichstromversorgung.If, for example, a transistor is chosen as the amplifying element is, then must despite the inventive frequency-dependent impedance at the input or output the direct current supply of the transistor remain guaranteed. For the case that with the help of the frequency-dependent impedance signals with a frequency in the whole range from zero to at least the greatest possible frequency difference two signals are to be short-circuited within the useful frequency band, results the difficulties with the DC power supply.

Diese Schwierigkeiten werden mit Hilfe einer vorteilhaften Ausestaltung einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung beseitigt. Danach besteht die frequenzabhängige Impedanz aus einer zwischen Eingang bzw. Ausgang des verstarkenden Elementes und dem Bezugspotential liegenden Reihenschaltung einer Spule mit einem ohmschen Widerstand. aus einem Transistor.These difficulties are addressed with the help of an advantageous embodiment a circuit arrangement according to the invention eliminated. After that there is the frequency-dependent one Impedance from an input or output of the amplifying element and The series connection of a coil with an ohmic resistance lying at the reference potential. from a transistor.

dessen Emitter an den VerbindungsDunkt der Spule mit dem ohmschen Widerstand angeschlossen ist, dessen Kollektor auf einem Versorgungspotential liegt und dessen Basi:s am Teilerpunkt eines ohmschen Spannungsteilers zwischen dem Versorgungspotential und dem Bezugspotential angeschlossen ist, und aus einem Kondensator zwischen der Basis dieses Transistors und dem BezugsDotential.its emitter at the connection point of the coil with the ohmic Resistor is connected, the collector of which is on a supply potential and its base: s at the divider point of an ohmic voltage divider between the supply potential and the reference potential is connected, and a capacitor between the Base of this transistor and the reference potential.

Anhand eines in der Zeichnung dargestellten AusführunGsbeispiels einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung soll die Erfindung nebst weiteren vorteilhaften Ausgestaltungen näher erläutert werden.On the basis of an embodiment example shown in the drawing The circuit arrangement according to the invention is intended to include further advantageous ones Refinements are explained in more detail.

Ein Transistnr vom non-Typ als Verstärkertransistor 1 ist mit seinem Emitter auf@Bezugspotential gelegt. Seine Basis ist über einen Koppelkondensator 2 mit einem Eingang 3 und sein Kollektor iiber einen Koppelkondensator 4 mit einem Ausgang 5 verbunden. Zwischen der Basis des Transistors 1 und dem Bezugspotential liegt die Reihenschaltung einer Spule 6 mit einem chmschen Widerstand 7. Deren Verbindungspunkt liegt am Emitter eines npn-Transistors 8. nie Basis des Transistors 8 liegt über einen Kondenster 9 auf Bezugspotential. Parallel dazu ist ein ohmscher Widerstand 1o geschaltet. Außerdem führt sie über die Kollektor-Emitter-Strecke eines nen-Transistors 11 und in Reihe dazu über einen ohmschen Widerstand 12 zu einem Versorgungspotential 13.A transistor no of the non-type as an amplifier transistor 1 is with his Emitter connected to @ reference potential. Its base is via a coupling capacitor 2 with an input 3 and its collector via a coupling capacitor 4 with a Exit 5 tied together. Between the base of transistor 1 and the Reference potential is the series connection of a coil 6 with a chemical resistance 7. Their connection point is at the emitter of an npn transistor 8. Never the base of the Transistor 8 is connected to reference potential via a capacitor 9. In parallel is an ohmic resistor 1o switched. It also leads over the collector-emitter route a NEN transistor 11 and in series with it via an ohmic resistor 12 to a supply potential 13.

Zwischen der Basis und dem Emitter des Transistors 11 liegt ein ohmscher Widerstand ld, zwischen der Basis s und dem Kollektor ein einste1 ' harer ohmscher Widerstand 15. er Kollektor des Transistors 1 ist über eine Snule 16 mit den Kollektoren der Transistoren 8 und 11 verbunden. Zwischen dem Verbindungspunkt der Kollektoren der beiden Transistoren 8 und 11 und dem Bezugspotential liegt ein Kondensator 17.Between the base and the emitter of the transistor 11 there is an ohmic one Resistance ld, between the base s and the collector a set 1 'harer ohmic Resistor 15. The collector of transistor 1 is connected to the collectors via a Snule 16 of transistors 8 and 11 connected. Between the connection point of the collectors A capacitor 17 is connected to the two transistors 8 and 11 and the reference potential.

Für den vorliegenden Fall entstehen die störenden Mischfrequenzen im wesentlichen am Eingang des Verstärkertransistors 1.In the present case, the disruptive mixed frequencies arise essentially at the input of the amplifier transistor 1.

Sie treten an der Basis und gemaß ihrer Verstärkung am Kollektor auf. Die erfindungsgemäße frequenzabhängige Impedanz am Eingang des Verstärkertransist@rs 1 besteht nun aus dem Transistor 8, der Spule 6, dem ohmschen Widerstand 7 und dem Kondensator 9 sowie der für die Gleichstromversorgung erforderlichen ohmschen Besehaltung des Transistors 8. Damit werden die störenden Frequenzen nahezu kurzgeschlossen und können die Nutzsignale im Verstärkertransistor 1 nicht mehr modulieren. Weil daraus keine störenden Mischprodukte entstehen, ist bei gegebenem Störabstand der mögliche Aussteuerbereich wesentlich vergrößert.They occur at the base and, according to their gain, at the collector. The frequency-dependent impedance according to the invention at the input of the amplifier transistor @ rs 1 now consists of the transistor 8, the coil 6, the ohmic resistor 7 and the Capacitor 9 and the ohmic holding required for the direct current supply of the transistor 8. This almost short-circuits the interfering frequencies and can no longer modulate the useful signals in the amplifier transistor 1. because No interfering mixed products arise from this, is the given signal-to-noise ratio possible dynamic range increased significantly.

Mit Hilfe der Spule 16 und des Kondensators 17, die am Ausgang des Verstärkertransistors 1 eine frequenzabhängige Impedanz bilden, wird eine zustzliche Selektion erreicht, die den Effekt der frequenzabhängigen Impedanz am Eingang vorteilhaft verstärkt. Desgleichen bedeutet der Transistor 11 mit der chmschen Baschaltung eine vorteilhafte Ausgestaltung des chmschen Spannungsteilers für die @asis des Transisters 1.With the help of the coil 16 and the capacitor 17, which at the output of the Amplifier transistor 1 forms a frequency-dependent impedance, becomes an additional one Selection that reached the Frequency-dependent impedance effect Advantageously reinforced at the entrance. Likewise, the transistor 11 means with the chemical circuit an advantageous embodiment of the chemical voltage divider for the @asis of the transistor 1.

die Erfindung ist nicht auf das erfindungsgemäße Ausführungsbeispiel beschränkt: sie läßt sich prinzipiell mit Erfolg anwenden. Ebens@ ist die Ausbildung der frequenzabhängigen Impedanz mit Hilfe des Transistors 8, der als niedrige Impedanz für kleine Frequenzen wirkt und die Gleichstromversorgung des Verstärkertransistors 1 sichern s@ll@ nicht an dieses Ausführungsbeispiel gebunden.the invention is not limited to the exemplary embodiment according to the invention limited: it can in principle be applied with success. Training is just the same the frequency-dependent impedance with the help of the transistor 8, which is called the low impedance acts for small frequencies and the DC power supply of the amplifier transistor 1 save s @ ll @ not bound to this embodiment.

8 Patentansprüche 1 Figur8 claims 1 figure

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e 1. Circuit arrangement for improvement the cross and intermodulation properties of a high frequency amplifier for signals within a useful frequency band.

characterized . that at the entrance and / or an impedance is connected to the output of the amplifying element. by prevents their frequency-dependent resistance value.

daE signals with a frequency equal to the difference between two signals of the useful frequency band control the amplifying element.

2. Circuit arrangement according to claim 1, d a d u r c h g e k e n n d e i n e t. that the frequency-dependent impedance of all signals in the frequency domain from zero to at least the greatest possible frequency difference between two signals within of the useful frequency band prevents the amplifying element from being controlled.

3. Circuit arrangement according to claim 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that due to the frequency-dependent impedance additional signals with a frequency equal to the sum of two signals in the usable frequency band at the output of the reinforcing element are prevented.

4. Circuit arrangement according to claim 2, d a d u r c h z e k e n n d e i n e t. that the frequency-dependent impedance also includes all signals in the frequency range of at least twice the value of the lowest frequency of the Frequency mixture within the usable frequency band up to the last infinity at the level of the reinforcing element.

5. Circuit arrangement according to claim 2, d a d u r c h g e k e n n notices that the frequency-dependent impedance especially for the case where the direct current supply at the input or output of the amplifying element should be ensured, is realized that between the input or

Output and the reference potential the series connection of a coil (6) with an ohmic resistance (j) and the connection point of these two is at The emitter of a transistor (8) is connected, the collector of which is at a supply potential and its base is at the divider point of an ohmic voltage divider between the Supply potential and the reference potential is connected and via a capacitor (9) is connected to the reference potential.

6. Circuit arrangement according to claim 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the amplifying element is an amplifier transistor (1) in a common emitter circuit is that the coil (6) of the frequency-dependent impedance at the base of the amplifier transistor (1) is connected that the collector of the amplifier transistor (1) and that of the Transistor (8) of the frequency-dependent impedance over a common ohmic Collector resistor (12) are connected to the supply potential (13), wherein the ohmic voltage divider for the base of the transistor (8) of the frequency-dependent Impedance also via this common collector resistor (12) to the supply potential (13) leads.

7. Circuit arrangement according to claim 6, which can be used z e i c h n e t that the between the base of the transistor (8) of the frequency-dependent impedance and the common collector resistance (12) Partial resistance the ohmic voltage divider from the transmitter-collector path of a transistor (11), with an ohmic one between the emitter and base of this transistor (11) Resistance (14) and an adjustable ohmic resistance between base and collector (15) lies.

8. Circuit arrangement according to claim 6 or 7, d a d u r c h g e k It is noted that between the common collector resistance (12) and the collector of the amplifier transistor (1) is a coil (165 and that the connection point this coil (16) with the collector resistor (12) via a capacitor (17) to Reference potential leads.