HIGH-FREQUENCY POWER AMPLIFIER

Abstract: In a high-frequency power amplifier (1) having power transistors exhibiting at least one heat sink (3) and a control system for compensating temperature-dependent changes in gain, the temperature distribution of the heat sink (3) is kept constant. As a result, the high-frequency power and the intermodulation ratio of the amplifier output signal is constant independently of changes in the environmental temperature, in a simple manner and within a large temperature range. A particularly suitable embodiment of this high-frequency power amplifier (1) provides a ventilator (4) with electronically commutated direct-current motor, the supply voltage of which is controlled in dependence on the output voltage of a comparator circuit which compares a voltage corresponding to the heat sink temperature by means of an NTC resistor (5) at the location of the power transistor with a temperature-independent reference voltage. <IMAGE>

Description: Hochfrequenz-Leistungsverstärker Die Erfindung betrifft einen Hochfrequenz-Leistungsverstärker mit wenigstens einen Kühlkörper aufweisenden Leistungstransistoren und einer Regelung zur Kompensation temperaturabhängiger Verstärkungs änderungen. In derartigen, insbesondere als Endstufen von Kernsehsendern und -umsetzern verwendeten Verstärkern sind die Leistungstransistoren bei Nenntemperatur häufig über den linearen Teil der Kennlinie hinaus bis in den nichtlinearen Bereich hinein ausgesteuert. Die dabei entstehenden Intermodulationsprodukte werden zur Verringerung entsprechender Störungen durch in einem Vorentzerrer erzeugte Intermodulations-Signale gleicher Grösse aber entgegengesetzter Phase kompensiert. Verstärker dieser Art sind in zwei unterschiedlichen Ausführungen bekannt. Bei der einen, z.B. in dem Senderumsetzer TVM 430/100 der Anmelderin benutzten Lösung wird die Hochfrequenz-Ausgangsleistung konstant gehalten und die temperaturabhängige Verstärkungsänderung durch Regelung der Eingangsleistung mittels einer durch einen Hochfrequenz-Detektor am Ausgang gewonnenen Regelspannung ausgeglichen. Mit steigender Temperatur verringert sich die Verstärkung, sodass durch die Regelung die Eingangsleistung und somit auch die Aussteuerung der Leistungstransistoren vergrössert wird. Auf diese Weise entstehen im Ausgangssignal in der Amplitude vergrösserte Intermodulationsträger, die dessen Qualität je nach Stärke der Temperaturerhöhung bis zur Unbrauchbarkeit verschlechtern können. Dies gilt insbesondere für Verstärker mit Vorentzerrer, da deren kompensierende Wirkung aufgrund der Abweichungen der auszugleichenden Träger sowohl hinsichtlich ihrer Grösse als auch ihrer Gegenphasenlage nicht mehr in ausreichendem Masse besteht. Bei der anderen beispielsweise durch das Gerät des Typs NM 1421100 der Firma Norsk Marconi bekannten Verstärkerart mit mehreren zur Erzielung der erforderlichen Hochfrequenz-Ausgangsleistung parallel geschalteten Leistungstransistoren wird die Eingangsleistung des Leistungsverstärkers konstant gehalten, damit bei Ausfall eines oder mehrerer Transistoren der Intermodulationsabstand des Ausgangssignales nicht durch Nachregeln der Eingangsleistung verschlechtert wird. Bei dieser Ausführung wirken sich sowohl Temperaturerhöhungen als auch -verringerungen ungünstig aus. Positive Temperaturänderungen bewirken eine sinkende Verstärkung und - da die Eingangsleistung gleich bleibt - unmittelbar auch eine geringere Ausgangsleistung. Niedrigere Temperaturen bedeuten eine höhere Aussteuerung, was in der bereits beschriebenen Weise zu Modulationsstörungen führt. Bei beiden Verstärkerarten ist zudem der Intermodulationsabstand des Ausgangssignals auch bei Verwendung einer Vorentzerrung verschlechtert, weil die tatsächlich im Verstärker entstehenden Intermodulationsprodukte temperaturabhängig unterschiedliche Amplituden aufweisen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit möglichst einfachen und kostengünstigen Mitteln einen Hochfrequenzleistungsverstärker der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem in einem grossen Temperaturbereich die Hochfrequenzleistung und der für eine insoweit störungsfreie Übertragung nötige Intermodulationsabstand des Ausgangssignals unabhängig von Anderungen der Umgebungstemperatur sind. Diese Aufgabe ist dadurch gelöst, dass die Temperaturverteilung des Kühlkörpers konstant gehalten ist. Durch die hervorragende Wärmeübertragung zwischen Kühlkörper und Transistorgehäuse ist dadurch auch die für jeden Leistungstransistor wirksame Temperatur des Kühlkörpers konstant, sodass die Transistoreigenschaften vollständig unabhängig von der Umgebungstemperatur gleich bleiben und temperaturabhängige Abweichungen der Hochfrequenz-Ausgangsleistung vom Sollwert und durch Temperatur änderungen verursachte Intermodulationsstörungen des Ausgangssignals wirksam vermieden sind. Die gleiche Wirkung ist selbstverständlich auch dadurch erzielbar, dass die gesamte Umgebungstemperatur der Leistungsstufen durch eine Klimaanlage konstant gehalten wird. Eine derartige Lösung ist indessen erheblich aufwendiger bezüglich Kosten, Platzbedarf und Energieverbrauch. In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausführungen der Erfindung angegeben. Von dem angeführten Gerät der Fa. Norsk Marconi ist es an sich bekannt, zur Abführung der Verlustwärme von Leistungstransistoren anstatt der herkömmlichen Konvektionskühlung Lüfter einzusetzen und dadurch den Kostenaufwand und Platzbedarf der Kühlkörper wesentlich zu verringern. Bei der Lösung gemäss Anspruch 2 ist dieser ohnehin benötigte Lüfter zusätzlich zur Konstanthaltung der Kühlkörpertemperaturverteilung benutzt, sodass für diesen Zweck als Mehraufwendung lediglich die kostengünstige elektronische Regelschaltung erforderlich ist. Die elektrischen Vorteile gegenüber dem eingangs beschriebenen Stand der Technik sind also praktisch ohne zusätzliche Kosten erreicht. Bei einer besonders zweckmässigen Ausbildung dieser Regeleinrichtung gemäss Anspruch 3 ist als Lüfterantrieb ein elektrisch kommutierter Gleichstrom-Motor gewählt. Grundsätzlich ist selbstverständlich auch die Verwendung eines Wechselstrom-Motors möglich, der jedoch für den praktischen Einsatz weniger geeignet ist, weil er eine aufwendige Thyristorregelung bedingt und hinsichtlich seiner Lebensdauer ungünstiger ist. Weicht die der gemessenen Kühlkörpertemperatur entsprechende Spannung von der Referenzspannung ab, so wird über die Versorgungsspannung des Lüfters dessen Drehzahl und damit die den Kühlkörper an- bzw. durchströmende Luftmenge derart vergrössert bzw. verringert, dass der Spannungsunterschied zu Null wird. Mit dieser einfachen, kostengünstigen funktionssicheren Einrichtung ist über einen weiten Temperaturbereich eine sehr schnelle Regelung auf konstante Temperatur des Kühlkörpers und damit der Leistungstransistoren erreicht. Fliesst gemäss Anspruch 4 der Luftstrom in Richtung der Kühlkörperrippen, so ist ein hoher Luftdurchsatz und vor allem eine gleich mässige Kühlung des Kühlkörpers ermöglicht, ein Vorteil, der bei langgestreckten Kühlkörpern, wie sie in der Praxis häufig bei Verwendung mehrerer hintereinander angeordneter Transistoren eingesetzt werden, in besonders starkem Masse zum tragen kommt. Für den Fall durchgehender, an gegenüberliegenden Seiten offener, in etwa paralleler Rippen kann dieser Vorteil auf einfache Weise durch eine Lüfteranordnung nach Anspruch 5 verstärkt werden. In Einzelfällen, in denen wegen sehr hoher Leistungen trotz der vorstehend beschriebenen Massnahmen die Kühikörper und/oder die Lüfter untragbar grosse Abmessungen aufweisen müssten (und die Lüfter dabei zu laut wären), kann sich trotz höherer Kosten eine in Anspruch 6 angeführte (beispielsweise nach dem Kühlschrank Prinzip arbeitende) Wasserkühlung empfehlen. Die Figur zeigt das Prinzipschaltbild eines Hochfrequenz-Endstufenverstärkers mit der erfindungsgemässen Temperaturregeleinrichtung. Der Hochfrequenz-Leistungsverstärker 1 mit den Hochfrequenzanschlüssen E und A weist drei hintereinander angeordnete mit ihren Gehäusen 2 direkt auf einem Kühlkörper 3 angebrachte Leistungstransistoren auf. Die Temperaturverteilung auf dem Kühlkörper 3 und damit die jeweilige Temperatur der Leistungstransistoren wird mittels eines elektronisch kommutierten Gleichspannungslüfters 4 konstant gehalten, dessen Drehzahl entsprechend der mit einem Heissleiter 5 gemessenen Temperatur des Kühl körpers 3 über eine elektronische Regelschaltung 6 stufenlos geregelt ist. Dabei wird die zur Abführung der Verlustwärme der Leistungstransistoren notwendige Kühlluftmenge derart verändert, dass sich am Heissleiter 5 und damit an den Transistoren unabhängig von Änderungen der Umgebungstemperatur eine gleichbleibende Temperatur einstellt. Die Drehzahlregelung des Lüftermotors ist in folgender Weise durch entsprechende Regelung seiner Versorgungsspannung realisiert: Änderungen der Umgebungs- und damit der Kühl körpertemperatur äussern sich über einen aus dem Heissleiter 5 und einem Widerstand R1 bestehenden an die Gleichspannungsanschlüsse eines stabilisierten Netzgerätes 7 angeschlossenen Spannungsteiler R2, R3 als Spannungsänderungen am Schaltungspunkt B. Diese werden mit einer aus dem Netzgerät 7 und dem Spannungsteiler R2 , R3 gewonnenen, am Schaltungspunkt C anliegenden temperaturstabilisierten Referenzspannung in einem durch einen Widerstand R4 gegengekoppelten Differenzverstärker 8 verglichen. Dieser ist ausgangsseitig mit der Basis eines Bipolartransistors T1 und über dessen Kollektor mit der Basis eines weiteren Bipolartransistors T2 verbunden, der emitterseitig am negativen Pol des Netzgerätes 7 und kollektorseitig an der negativen Anschlussklemme D des Lüfters 4 angeschlossen ist und dessen andere Anschlussklemme F zum Pluspol des Netzgerätes 7 führt. Der Emitter des Transistors T1 ist mit dem Kollektor des Transistors T2 über einen Gegenkopplungswiderstand R 5 verbunden und liegt über einen Widerstand R 6 an der positiven Anschlussklemme F des Lüfters 4. Beim Auftreten einer Umgebungstemperaturänderung und dadurch einer Änderung des Heissleiterwiderstandes ergibt sich an den schaltungspunkten B und C ein Spannungsunterschied. Durch diese im Verstärker 8 verstärkte Differenzspannung werden die Bipolartransistoren T1 und T2 durchgesteuert, wodurch die Lüfterklemmenspannung an den Schaltungspunkten D und F und damit die Drehzahl des Lüfters 4 solange nachgestellt wird, bis der Heissleiter 5 seine Solltemperatur und somit die Differenzspannung den Wert Null erreicht hat. Der Kühlkörper 3 weist zur Erhöhung der Kühlfläche eine Reihe von zueinander parallelen durchgehenden Rippen auf. Der Gleichspannungslüfter 4 ist derart angeordnet, dass die Kühlluft in Richtung der Rippen geblasen wird, wodurch ein hoher Luftdurchsatz und eine gleichmässige Kühlung des Kühlkörpers 3 erreicht ist. Mit dieser einfachen und dauerhaft sicher funktionsfähigen Regeleinrichtung sind die Temperaturen der Transistoren und damit deren elektrische Eigenschaften unabhängig von der Umgebungstemperatur konstant, sodass temperaturabhängige Abweichungen der Verstärkerausgangsleistung vom Sollwert sowie durch Temperaturänderungen verursachte Intermodulationsstörungen des Ausgangssignals zuverlässig vermieden sind.

Claims: A high-frequency power amplifier, having power transistors which have at least one heat sink and having a regulating means for compensating for temperature-dependent changes in gain, characterized in that the temperature distribution of the heat sink (3) is kept constant by means of a fan (4) controlled by an electronic regulating circuit, which fan has an electronically switched DC motor, the supply voltage of which is regulated as a function of the output voltage of a comparator circuit which compares a voltage, corresponding to the heat sink temperature measures by means of a high-temperature conductor (5), with a temperature-dependent reference voltage. The high frequency power amplifier of claim 1, characterized in that the heat sink (3) has continuous ribs extending beside one another, and the air flow generated by the fan (4) flows in the direction of the ribs. The high frequency power amplifier of claim 1 or 2, characterized in that one fan is disposed at each of opposed heat sink openings, one of which fans blows the air into the heat sink, and the other extracts it.

Inventors: HOSP, KARL
Applicants: RICHARD HIRSCHMANN ELECTRIC
Application year: 1984
Main classification: H03F1
IPC codes: H03F1