WO1993011606A1 - Process and arrangement for optimising the output power of parallel-connected amplifiers - Google Patents
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Definitions
- the invention is based on a method according to the preamble of patent claim 1.
- the object of the present invention is to provide a method for optimizing the output power of amplifiers connected in parallel, certain disadvantages of known methods being to be eliminated.
- An arrangement for this purpose is also to be shown. This object is achieved with the method by the steps of claim 1 and with respect to the arrangement by the features of claims 3 or 4.
- the further claims contain further developments of the method / the arrangement.
- the measures of the invention make it possible to optimize the output power with simple means. Time-consuming adjustments or calibrations of phase shifters or power measurements are no longer necessary.
- the method according to the invention works reliably and is not critical to temperature and aging phenomena. Manual readjustments are not necessary. For these reasons, the invention is particularly suitable for use in satellites.
- 1 is a basic circuit diagram for obtaining an adjustment signal for the helix voltage of an amplifier using a mixer
- FIG. 2 shows a basic circuit diagram for obtaining an adjustment signal for the helix voltage of an amplifier using the signal appearing at the differential output of a magic T
- Fig. 4 shows the use of the adjustment signal for a helix voltage regulator.
- Fig. 4 temporal courses of selected signals.
- FIG. 1 shows two traveling field tube amplifiers WV1 and WV2 working in parallel, to which an RF signal RF to be amplified is fed, for example via a 3dB-90 ° hybrid coupler HK.
- the outputs AI and ⁇ 2 of the traveling wave tube amplifiers WV1 and WV2 each lead to one Gate - here gates 1 and 2 - of a magic T, here labeled MT, for linking the two output signals of the traveling wave tube amplifier.
- gate 3 of the magic T the sum of the two output signals 2xRF a from the traveling wave tube amplifiers WV1 and WV2 appears, which can be fed to an antenna, for example.
- a small part of the output signal of each traveling wave tube amplifier is coupled out by means of a coupler K1 or K2 and fed to a mixer M.
- This mixer M obtains a signal PA from the output signals, which signal is proportional to the phase deviation of the two output signals from one another.
- the two output signals are rectified by means of detectors D1, D2 and fed together with the signal PA to a control logic R which combines these three signals to form an adjustment signal for a supply voltage of one of the two traveling wave tube amplifiers WV1 or WV2.
- the adjustment signal is supplied to the power supply unit EPC 1 of the traveling wave tube amplifier WV1.
- the power supply unit EPC 1 then varies in particular the helix voltage supplied to the traveling wave tube until the phase deviation as the output signal of the mixer signal PA becomes 0.
- the two traveling field tube amplifiers WVl and WV2 deliver exactly the same output power.
- the phases of the output signals of the two traveling wave tube amplifiers match.
- FIG. Another embodiment of the invention is shown in FIG.
- the output signal at gate 4 of the magic T is used.
- the gate 4 is decoupled from the other three gates of the magic T and has no output signal as long as the phase of the two output signals of the traveling wave tube amplifiers WV1 and WV2 matches. If the phase position is different, the "Differential output" - Gate 4 - de ⁇ magic T appears Signal that is proportional to this phase deviation PAW.
- This phase deviation PAW is rectified - detector D3 - and fed to a threshold value comparator Kl. If the phase deviation PAW (voltage at gate 4 of the magic T) exceeds the threshold Url of the threshold value comparator Kl, one begins at the output of the
- Threshold comparator Kl connected counter Z to work and counts the clock pulses Tl supplied to it.
- a downstream D / A converter which can be constructed as an integrated module or as a resistance network, converts the counting result into a voltage that is used as a reference for the helix voltage U H serves the traveling wave tube of the traveling wave tube amplifier WVl.
- This helical voltage U H is changed via the unit EPC 1 until the voltage at gate 4 of the magic T becomes zero. Then there is phase coincidence between the output signals of the two traveling wave tube amplifiers WV1 and WV2.
- the counter Z ends the counting up of the clock pulses TI one clock after the comparator Kl changes its output potential from 1 to 0 (see FIG. 3).
- the adjustment signal for the helix voltage U H can advantageously be used as the reference voltage of a helix voltage regulator.
- Figure 4 shows such an application.
- the helix voltage regulator there consists of a series regulator with an actuator, a form of transistor VI, a series resistor Rl and an error signal amplifier Nl.
- the output voltage of the series regulator also represents the helix voltage of a connected traveling wave tube (terminal UHE).
- the error signal amplifier Nl compares the output voltage of the series regulator with a reference signal - here the adjustment signal supplied by the D / A converter or by the control logic R.
- the output voltage at the UHE terminal is thus automatic varies until the voltage 0 appears at gate 4 of the magic T.
- the longitudinal regulator is connected to the output of a high-voltage transformer Tr with a rectifier circuit, which also supplies the cathode voltage UKA and the collector voltage UKO of the traveling wave tube.
- the differential amplifier N2 serves to suppress unwanted interference signals. Further details can be found in DE 38 34 880 C2.
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Abstract
In order to optimise the output power of at least two parallel-operating amplifiers (WV1, WV2), their output signals are compared with regard to their phase relationship and, if there are phase differences, the supply voltage (UH) of one of the amplifiers (WV1) is varied until the phase difference is zero. The invention is especially suitable for parallel-operating travelling-wave valve amplifiers. In one of these travelling-wave valve amplifiers the helix voltage (UH) is changed until the phases of the output signals coincide.
Description
Verfahren zur Optimierung der Ausgangsleistung von parallel geschalteten Verstärkern sowie Anordnung Process for optimizing the output power of amplifiers connected in parallel and arrangement
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention is based on a method according to the preamble of patent claim 1.
Um die verfügbare Ausgangsleistung einer Verstärkeranordnung zu erhöhen, werden üblicherweise zwei oder mehrere Verstärker parallel an einer Last betrieben. Normalerweise ist die Ausgangsleistung dieser parallel arbeitenden Verstärker nicht völlig gleich, so daß am Vereinigungspunkt der eintreffenden Signale Phasenungleichheit herrscht. Diese Phaεenungleichheit führt zu einer Reduzierung der verfügbaren Leistung.In order to increase the available output power of an amplifier arrangement, two or more amplifiers are usually operated in parallel on one load. Normally, the output power of these amplifiers working in parallel is not completely the same, so that there is phase imbalance at the point where the incoming signals merge. This phase inequality leads to a reduction in the available power.
Aus der DE 37 15 083 AI ist es bekannt, in einen Verstärkerzweig einen geeichten Phasenschieber bzw. eine Verzögerungsleitung einzufügen, damit zwischen den Verstärkerausgangssignalen Phasenkoinzidenz herrscht und die maximal mögliche Ausgangsleistung entnommen werden kann.From DE 37 15 083 AI it is known to insert a calibrated phase shifter or a delay line into an amplifier branch so that phase coincidence prevails between the amplifier output signals and the maximum possible output power can be taken.
Aufgabe vorliegender Erfindung ist es, ein Verfahren zur Optimierung der Ausgangsleistung parallel geschalteter Verstärker anzugeben, wobei gewisse Nachteile bekannter Verfahren beseitigt werden sollen. Außerdem soll eine Anordnung hierzu aufgezeigt werden. Diese Aufgabe wird bezüglich des Verfahrens durch die Schritte des Anspruchs 1 und bezüglich der Anordnung durch die Merkmale der Ansprüche 3 oder 4 gelöst. Die weiteren Ansprüche beinhalten Weiterbildungen des Verfahrens/der Anordnung.
Durch die Maßnahmen der Erfindung ist es mit einfachen Mitteln möglich, die Ausgangsleistung zu optimieren. Aufwendige Einstellungen oder Eichungen von Phasenschiebern oder Leistungsmessungen sind nicht mehr notwendig. Die Methode gemäß der Erfindung arbeitet zuverlässig und ist unkritisch gegenüber Temperatur- und Alterungse scheinungen. Manuelle Nachstellungen sind nicht erforderlich. Aus diesen Gründen eignet sich die Erfindung insbesondere zum Einsatz in Satelliten.The object of the present invention is to provide a method for optimizing the output power of amplifiers connected in parallel, certain disadvantages of known methods being to be eliminated. An arrangement for this purpose is also to be shown. This object is achieved with the method by the steps of claim 1 and with respect to the arrangement by the features of claims 3 or 4. The further claims contain further developments of the method / the arrangement. The measures of the invention make it possible to optimize the output power with simple means. Time-consuming adjustments or calibrations of phase shifters or power measurements are no longer necessary. The method according to the invention works reliably and is not critical to temperature and aging phenomena. Manual readjustments are not necessary. For these reasons, the invention is particularly suitable for use in satellites.
Anhand der Zeichnungen werden einige Ausführungsbeispiele der Erfindung nun näher erläutert. Es zeigenSome exemplary embodiments of the invention will now be explained in more detail with reference to the drawings. Show it
Fig. 1 ein Prinzipschaltbild zur Gewinnung eines Nachstellsignals für die Helixspannung eines Verstärkers unter Verwendung eines Mischers,1 is a basic circuit diagram for obtaining an adjustment signal for the helix voltage of an amplifier using a mixer,
Fig. 2 ein Prinzipschaltbild zur Gewinnung eines Nachstellsignals für die Helixspannung eines Verstärkers unter Verwendung des am Differenzausgang eines Magischen T erscheinenden Signals,2 shows a basic circuit diagram for obtaining an adjustment signal for the helix voltage of an amplifier using the signal appearing at the differential output of a magic T,
Fig. 3 zeitliche Verläufe ausgewählter Signale,3 temporal courses of selected signals,
Fig. 4 die Verwendung des Nachstellsignals für einen Helixspannungsregler.Fig. 4 shows the use of the adjustment signal for a helix voltage regulator.
Fig. 4 zeitliche Verläufe ausgewählter Signale.Fig. 4 temporal courses of selected signals.
Fig. 1 zeigt zwei parallel arbeitende Wanderfeldröhrenverstärker WVl und WV2, denen ein zu verstärkendes HF-Signal RF, beispielsweise über einen 3dB-90°- Hybridkoppler HK, zugeführt wird. Die Ausgänge AI und Ä2 der Wanderfeldröhrenverstärker WVl und WV2 führen zu jeweils einem
Tor - hier Tore 1 und 2 - eines Magischen T, hier mit MT bezeichnet, zur Verknüpfung der beiden Ausgangssignale der Wanderfeldröhrenverstärker. Am Tor 3 des Magischen T erscheint die Summe aus den beiden Ausgangssignalen 2xRFader Wanderfeldröhrenverstarker WVl und WV2, die beispielsweise einer Antenne zugeführt werden kann. Ein geringer Teil des Ausgangssignalε jedes Wanderfeldröhrenverstärkers wird mittels eines Kopplers Kl bzw. K2 ausgekoppelt und einem Mischer M zugeführt. Dieεer Mischer M gewinnt aus den Ausgangssignalen ein Signal PA, welches proportional zur Phasenabweichung der beiden Ausgangssignale zueinander ist. Außerdem werden die beiden Ausgangssignale mittels Detektoren Dl, D2 gleichgerichtet und gemeinsam mit dem Signal PA einer Regellogik R zugeführt, die diese drei Signale zu einem Nachstellsignal für eine Versorgungsspannung einer der beiden Wanderfeldröhrenverstärker WVl, bzw. WV2 verknüpft.1 shows two traveling field tube amplifiers WV1 and WV2 working in parallel, to which an RF signal RF to be amplified is fed, for example via a 3dB-90 ° hybrid coupler HK. The outputs AI and Ä2 of the traveling wave tube amplifiers WV1 and WV2 each lead to one Gate - here gates 1 and 2 - of a magic T, here labeled MT, for linking the two output signals of the traveling wave tube amplifier. At gate 3 of the magic T the sum of the two output signals 2xRF a from the traveling wave tube amplifiers WV1 and WV2 appears, which can be fed to an antenna, for example. A small part of the output signal of each traveling wave tube amplifier is coupled out by means of a coupler K1 or K2 and fed to a mixer M. This mixer M obtains a signal PA from the output signals, which signal is proportional to the phase deviation of the two output signals from one another. In addition, the two output signals are rectified by means of detectors D1, D2 and fed together with the signal PA to a control logic R which combines these three signals to form an adjustment signal for a supply voltage of one of the two traveling wave tube amplifiers WV1 or WV2.
Im gezeigten Beispiel wird das Nachstellsignal der Stromversorgungseinheit EPC 1 des Wanderfeldröhrenverstärkers WVl zugeführt. Die Stromversorgungseinheit EPC 1 variiert dann insbesondere die der Wanderfeldröhre zugeführte Helixspannung so lange, bis die Phasenabweichung als Ausgangssignal des Mischers-Signal PA zu 0 wird. In diesem Falle liefern die beiden Wanderfeldröhrenverstärker WVl und WV2 exakt die gleiche Ausgangsleistung. Die Phasen der Ausgangssignale der beiden Wanderfeldröhrenverstärker stimmen überein.In the example shown, the adjustment signal is supplied to the power supply unit EPC 1 of the traveling wave tube amplifier WV1. The power supply unit EPC 1 then varies in particular the helix voltage supplied to the traveling wave tube until the phase deviation as the output signal of the mixer signal PA becomes 0. In this case, the two traveling field tube amplifiers WVl and WV2 deliver exactly the same output power. The phases of the output signals of the two traveling wave tube amplifiers match.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt Fig.2. Hier wird das Ausgangsεignal am Tor 4 des Magischen T benutzt. Das Tor 4 ist von den anderen drei Toren des Magischen T entkoppelt und führt kein Ausgangssignal, solange die Phase der beiden Ausgangssignale der Wanderfeldröhrenverεtärker WVl und WV2 übereinstimmt. Ist die Phasenlage unterschiedlich, erscheint am "Differenzausgang" - Tor 4 - deε Magischen T ein
Signal, welches proportional zu dieser Phasenabweichung PAW ist. Diese Phasenabweichung PAW wird gleichgerichtet - Detektor D3 - und einem Schwellwertkomparator Kl zugeführt. Wenn die Phasenabweichung PAW (Spannung am Tor 4 des Magischen T) die Schwelle Url des Schwellwertkomparators Kl überschreitet, beginnt ein am Ausgang desAnother embodiment of the invention is shown in FIG. Here the output signal at gate 4 of the magic T is used. The gate 4 is decoupled from the other three gates of the magic T and has no output signal as long as the phase of the two output signals of the traveling wave tube amplifiers WV1 and WV2 matches. If the phase position is different, the "Differential output" - Gate 4 - deε magic T appears Signal that is proportional to this phase deviation PAW. This phase deviation PAW is rectified - detector D3 - and fed to a threshold value comparator Kl. If the phase deviation PAW (voltage at gate 4 of the magic T) exceeds the threshold Url of the threshold value comparator Kl, one begins at the output of the
Schwellwertkomparators Kl angeschlossener Zähler Z zu arbeiten und zählt die ihm zugeführten Takti pulse Tl. Ein nachgeschalteter D/A-Wandler, der als integrierter Baustein oder als Widerstandsnetzwerk aufgebaut sein kann setzt das Zählergebnis in eine Spannung um, die als Referenz für die nachzustellende Helixspannung UH der Wanderfeldröhre des Wanderfeldröhrenverεtärkers WVl dient. Diese Helixspannung UH wird über die Einheit EPC 1 so lange verändert, bis die Spannung am Tor 4 des Magischen T zu Null wird. Es herrscht dann Phasenkoinzidenz zwischen den Ausgangssignalen der beiden Wanderfeldröhrenverstarker WVl und WV2. Der Zähler Z beendet das Hochzählen der Taktimpulse TI einen Takt nachdem der Komparator Kl sein Ausgangspotential von 1 auf 0 ändert (vgl. Fig.3) .Threshold comparator Kl connected counter Z to work and counts the clock pulses Tl supplied to it. A downstream D / A converter, which can be constructed as an integrated module or as a resistance network, converts the counting result into a voltage that is used as a reference for the helix voltage U H serves the traveling wave tube of the traveling wave tube amplifier WVl. This helical voltage U H is changed via the unit EPC 1 until the voltage at gate 4 of the magic T becomes zero. Then there is phase coincidence between the output signals of the two traveling wave tube amplifiers WV1 and WV2. The counter Z ends the counting up of the clock pulses TI one clock after the comparator Kl changes its output potential from 1 to 0 (see FIG. 3).
Das Nachstellsignal für die Helixspannung UH kann vorteilhafterweise als Referenzspannung eines Helixspannungsreglers herangezogen werden. Die Figur 4 zeigt eine solche Anwendung. Der Helixspannungsregler besteht dort aus einem Längsregler mit einem Stellglied ein Form des Transistors VI, einem Längswiderstand Rl und einem Fehlersignalverstärker Nl. Die Ausgangsspannung des Längsreglers stellt gleichzeitig die Helixspannung einer angeschlossenen Wanderfeldröhre dar (Klemme UHE) . Der Fehlersignalverstärker Nl vergleicht die Ausgangsspannung des Längsreglers mit einem Referenzsignal - hier das vom D/A¬ Wandler oder von der Regellogik R gelieferte Nachstellsignal. Die Ausgangsspannung an der Klemme UHE wird somit automatisch
so lange variiert, bis am Tor 4 des Magischen T die Spannung 0 erscheint. Der Längεregler ist an den Ausgang eines Hochspannungstransformators Tr mit Gleichrichterschaltung angeschlossen, der auch die Kathodenspannung UKA und die Kollektorspannung UKO der Wanderfeldröhre liefert. Der Differenzverstärker N2 dient zur Unterdrückung unerwünschter Störsignale. Nähere Einzelheiten hierzu sind der DE 38 34 880 C2 zu entnehmen.
The adjustment signal for the helix voltage U H can advantageously be used as the reference voltage of a helix voltage regulator. Figure 4 shows such an application. The helix voltage regulator there consists of a series regulator with an actuator, a form of transistor VI, a series resistor Rl and an error signal amplifier Nl. The output voltage of the series regulator also represents the helix voltage of a connected traveling wave tube (terminal UHE). The error signal amplifier Nl compares the output voltage of the series regulator with a reference signal - here the adjustment signal supplied by the D / A converter or by the control logic R. The output voltage at the UHE terminal is thus automatic varies until the voltage 0 appears at gate 4 of the magic T. The longitudinal regulator is connected to the output of a high-voltage transformer Tr with a rectifier circuit, which also supplies the cathode voltage UKA and the collector voltage UKO of the traveling wave tube. The differential amplifier N2 serves to suppress unwanted interference signals. Further details can be found in DE 38 34 880 C2.
Claims
1. Verfahren zur Optimierung der Ausgangsleistung von mindestens" zwei parallel geschalteten Verstärkern, insbesondere Wanderfeldröhrenverstärkern (WVl, WV2), dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangssignale der Verstärker bezüglich ihrer Phasenlage miteinander verglichen werden und bei einem festgestellten Phasenunterschied eine Versorgungsspannung eines der beiden Verstärker (WVl, WV2) so verändert wird, daß der Phasenunterschied dem Wert Null zustrebt.1. A method for optimizing the output power of at least " two amplifiers connected in parallel, in particular traveling wave tube amplifiers (WVl, WV2), characterized in that the output signals of the amplifiers are compared with respect to their phase position and a supply voltage of one of the two amplifiers (WVl , WV2) is changed so that the phase difference approaches zero.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem festgestellten Phasenunterschied die Helixspannung eines der beiden Wanderfeldröhrenverstärker (WVl, WV2) verändert wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the helix voltage of one of the two traveling wave tube amplifiers (WVl, WV2) is changed when a phase difference is found.
3. Anordnung zur Optimierung der Ausgangsleistung parallel geschalteter Verstärker, insbesondere Wanderfeldröhrenverstärker (WVl, WV2) gekennzeichnet durch3. Arrangement for optimizing the output power of amplifiers connected in parallel, in particular traveling wave tube amplifiers (WV1, WV2) characterized by
- einen Mischer (M) , dessen Eingängen die Ausgangssignale der beiden Verstärker (WVl, WV2) zuführbar sind,a mixer (M) whose inputs the output signals of the two amplifiers (WV1, WV2) can be fed,
- einer Einrichtung (R) zur Verknüpfung der Ausgangssignale der beiden Verstärker (WVl, WV2) und des Mischers (M) und zur Aufbereitung eines Nachstellεignals für eine- A device (R) for linking the output signals of the two amplifiers (WV1, WV2) and the mixer (M) and for processing an adjustment signal for one
Versorgungsspannung/Helixspannung eines der beiden Verstärker (WVl, WV2), wenn zwischen den Ausgangssignalen der Verstärker (WVl, WV2) ein Phasenunterschied besteht.Supply voltage / helix voltage of one of the two amplifiers (WVl, WV2) if there is a phase difference between the output signals of the amplifiers (WVl, WV2).
4. Anordnung zur Optimierung der Ausgangsleistung parallel geschalteter Verstärker, insbesondere Wanderfeldröhrenverstärker (WVl, WV2) gekennzeichnet durch - ein Magisches T (MT) zur Addition der Ausgangssignale der beiden Verstärker (WVl, WV2),4. Arrangement for optimizing the output power of amplifiers connected in parallel, in particular traveling wave tube amplifiers (WV1, WV2) characterized by a magic T (MT) for adding the output signals of the two amplifiers (WV1, WV2),
- einer Einrichtung (RE) zur Aufbereitung eines Nachstellsignals für eine Verεorgungsεpannung/Helixspannung eines der beiden Verstärker (WVl, WV2), wenn zwischen den Ausgangssignalen der Verstärker (WVl, WV2) ein Phasenunterschied besteht, wobei zur Aufbereitung des Nachstellsignals daε Signal an dem Tor (4) deε Magiεchen T (MT) verwendet wird, an dem die Differenz der Ausgangssignale der beiden Verstärker (WVl, WV2) erscheint.- A device (RE) for processing a readjustment signal for a supply voltage / helix voltage of one of the two amplifiers (WVl, WV2) if there is a phase difference between the output signals of the amplifiers (WVl, WV2), the signal at the gate being processed to process the readjustment signal (4) deε Magiεchen T (MT) is used, on which the difference between the output signals of the two amplifiers (WVl, WV2) appears.
5. Anordnung nach Anεpruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schwellwertkomparator (Kl) vorgesehen ist, mittels dessen ein Zähler (Z) aktivierbar ist, wenn die Differenz der Ausgangsspannungen der beiden Verstärker (WVl, WV2) einen vorgegebenen Schwellwert übersteigt, und daß eine Auswerteeinrichtung (DA) vorgesehen ist, die ein Nachstellsignal für die Helixspannung eines der Wanderfeldröhrenverstärker (WVl) aus der Zählsumme des Zählers (Z) erzeugt.5. Arrangement according to Anεpruch 4, characterized in that a threshold comparator (Kl) is provided, by means of which a counter (Z) can be activated when the difference in the output voltages of the two amplifiers (WVl, WV2) exceeds a predetermined threshold, and that a Evaluation device (DA) is provided, which generates an adjustment signal for the helix voltage of one of the traveling wave tube amplifiers (WVl) from the total count of the counter (Z).
6. Anordnung nach einem der Anεprüche 3 biε 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Nachstellsignal als Referenzsignal eines Helixspannungsreglers (HR) für einen der beiden Wanderfeldröhrenverstärker (WVl, WV2) dient. 6. Arrangement according to one of claims 3 to 5, characterized in that the adjustment signal serves as a reference signal of a helix voltage regulator (HR) for one of the two traveling wave tube amplifiers (WV1, WV2).
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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AK | Designated states |
Kind code of ref document: A1 Designated state(s): JP US |
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AL | Designated countries for regional patents |
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DFPE | Request for preliminary examination filed prior to expiration of 19th month from priority date (pct application filed before 20040101) | ||
122 | Ep: pct application non-entry in european phase |