AMPLIFICADOR DE POTENCIA DE BANDA ANCHA.

Circuito para la amplificación de banda ancha que comprende una entrada HF_IN y una salida HF_OUT,

en que a la entrada HF_IN del circuito está unido un primer acoplador híbrido de 90º (1a) y a la salida HF_OUT del circuito está unido un segundo acoplador híbrido de 90º (1b) y en que entre el primer y el segundo acoplador híbrido de 90º (1a, 1b) están conectadas en paralelo dos etapas de amplificación (2a, 2b), caracterizado porque en lo que respecta a los acopladores híbridos de 90º (1a, 1b) se trata de acopladores híbridos con un intervalo de operación de 1/n octavas entre un valor inferior de frecuencia y un valor superior de frecuencia, en que , es decir n es un elemento de los números enteros positivos naturales, de tal modo que el valor superior de frecuencia es mayor que el valor inferior de frecuencia y al mismo tiempo menor que el doble del valor inferior de frecuencia, y en que las etapas de amplificación (2a, 2b) se basan en transistores con una base de nitruro III, o SiC o diamante, y en que las etapas de amplificación (2a, 2b) están adaptadas a los acopladores híbridos de 90º (1a, 1b) de tal modo que en uno o varios intervalos de frecuencia prefijables, en los cuales los acopladores híbridos de 90º (1a, 1b) tienen valores de atenuación mayores de 3 dB, la amplificación de las etapas de amplificación (2a, 2b) compensa estos valores de atenuación, de modo que en la salida HF_OUT del circuito la amplificación en un intervalo de frecuencia de k octavas está dentro de un intervalo de valores prefijable, en que k ∈ N \ [0]. .

La invención se refiere a un circuito para la amplificación de banda ancha según las características del preámbulo de la reivindicación 1.

A partir de los documentos DE 37 09 169 A1 y US 2004/189380 A1 es conocido un acoplador de antena, que tiene una estructura similar a la del preámbulo de la reivindicación 1. En el acoplador de antena, un primer acoplador híbrido de 90º está unido a la entrada del acoplador de antena y un segundo acoplador híbrido de 90º está unido a la salida del acoplador de antena. Entre el primer y el segundo acoplador híbrido están conectados en paralelo dos filtros supresores, estando conectado cada filtro supresor respectivamente en serie con un elemento de desplazamiento de fase. En este acoplador de antena, la anchura de banda de la señal a transmitir depende de la anchura de banda del respectivo acoplador híbrido de 90º. No es posible una amplificación de banda ancha con el acoplador de antena conocido.

Los amplificadores de banda ancha lineales (clase A) encuentran aplicación particularmente en la técnica de medición como amplificadores de medición. Para ello, varias etapas de transistor adaptadas a banda ancha son conectadas una tras otra formando un amplificador conjunto. Los respectivos transistores obtienen entonces una corriente de reposo apropiada, para garantizar el punto de operación para un funcionamiento de amplificación lineal. La tecnología de semiconductores principalmente empleada para estos amplificadores es GaAs. Estos amplificadores de medición operan habitualmente de forma muy lineal. Sin embargo, estos amplificadores de medición tienen un intervalo de frecuencia muy limitado y están limitados en la potencia de saturación.

Para la mejora de la adaptación a banda ancha de las etapas de amplificación individuales se opera con una realimentación negativa HF (del inglés “High Frequency”, de alta frecuencia) (elemento RC) entre la entrada HF y la salida HF. Esta realimentación negativa HF debe atenuar para frecuencias bajas una tendencia oscilatoria creciente de los transistores HF, provocada por su curva característica de amplificación aumentada (figura 1). Igualmente, la realimentación negativa HF procura un comportamiento de amplificación uniforme sobre un intervalo de frecuencia muy amplio. Se asume aquí una pérdida de amplificación.

Para la mejora de la adaptación de entrada se emplean acopladores híbridos de 90º de banda ancha (figura 2). Además de ello, se aplica para cada etapa de amplificación habitualmente una realimentación negativa HF. A través de ello se mejora la adaptación de entrada sobre el intervalo de frecuencia de los acopladores híbridos de 90º. Además de ello se aumenta la potencia de saturación del amplificador.

Una disposición de circuito para la consecución de la adaptación de potencia para amplificadores de alta frecuencia adaptados a ruido es conocida a partir del documento DE 28 07 813 B1.

El modo de funcionamiento de un acoplador híbrido de 90º de 3 dB es conocido. Un acoplador híbrido de 90º actúa, como ya indica su nombre, como un acoplador direccional que divide respectivamente la mitad de la potencia HF introducida en dos salidas HF. Las señales HF en estas dos salidas HF tienen entonces una diferencia de fase de 90º. Si la potencia HF es reflejada nuevamente de vuelta hacia las salidas de 3 dB, sólo en la salida aislada tiene lugar una adición de la potencia HF. En este punto, la potencia HF reflejada puede ser convertida en calor con una resistencia de terminación. Hacia la entrada del acoplador híbrido de 90º no puede retornar con ello ninguna potencia HF reflejada, lo que conduce a una mejora considerable de la relación de ondas estacionarias de entrada VSWR (del inglés “Voltage Standing Wave Ratio”) del circuito conjunto.

Los acopladores híbridos de 90º de banda ancha son sin embargo de dimensiones muy grandes. La compañía Anaren ofrece un acoplador híbrido de 90º, que soporta potencias HF de hasta 100 vatios cw (del inglés “Continuous Wave”, onda continua) sobre un intervalo de frecuencia de 500 MHz hasta 3 GHz.

Sin embargo, con aproximadamente 15 x 3,5 x 1 cm son demasiado grandes para un desarrollo de emisoras pequeñas y compactas. Aunque desde el punto de vista físico no es realizable casi ninguna reducción de un acoplador así, existe de todos modos el deseo de reducir el tamaño.

Además, los acopladores híbridos de banda ancha están muy limitados a niveles bajos de potencia en cuanto a su potencia máxima admisible.

Amplificadores según el preámbulo de la reivindicación 1 son conocidos entre otras cosas de la compañía Kuhne Electronic (www.kuhne-electronic.de/german/vorverstaerker.html). Estos amplificadores tienen sin embargo una amplificación con una anchura de banda de menos de una octava.

En lo que sigue, se entenderá por el término anchura de banda la magnitud del intervalo de frecuencia que ocupa una señal entre su frecuencia límite inferior y superior. Además, por el término octava se entenderá un intervalo con una relación de frecuencia de 2:1 entre un valor superior de frecuencia y un valor inferior de frecuencia.

Constituye la tarea de la invención proporcionar un circuito compacto para la amplificación de banda ancha, con el que sea posible una amplificación de anchura de banda de más de 1 octava.

Esta tarea es resuelta con el amplificador de banda ancha conforme a las características de la reivindicación 1. Realizaciones ventajosas de la invención son el objeto de reivindicaciones subordinadas. La tarea es resuelta mediante las características de la reivindicación 1. En el circuito conforme a la invención se aplican acopladores híbridos de 90º, que tienen un intervalo de operación de 1/n octavas entre un valor inferior de frecuencia y un valor superior de frecuencia, en que

**(Ver fórmula)**

La invención hace posible aplicar acopladores híbridos de 90º tanto de tipo SMD o de tipo “drop in”, como también acopladores híbridos de 90º alojados en aluminio. Por componentes de tipo “drop in” un técnico en la materia entiende una pieza de recambio que encaja directamente, es decir un recambio de un componente, circuito, módulo, etc. existente dentro de un circuito existente, mediante la implantación de una realización más moderna o de mayor rendimiento, sin que tengan que ser modificados para ello la infraestructura de la placa de circuito, el software o cualquier otra cosa. Por un componente SMD (del inglés “Surface Mounted Device”, dispositivo de montaje en superficie) un técnico en la materia entiende un componente montable en superficie.

Un acoplador híbrido SMD de 90º es por ejemplo el componente ANAREN XINGER 11306-3 y es ofrecido por la compañía ANAREN. Estos acopladores híbridos SMD de 90º de banda estrecha están disponibles como producto de fabricación en masa para el mercado de telefonía móvil. Según sea de grande la anchura de banda de los acopladores, aumenta también la compatibilidad de potencia del componente. Otra característica esencial del circuito conforme a la invención es que las etapas de amplificación se basan en transistores, que están hechos a partir de materiales semiconductores con grandes bandas electrónicas prohibidas (“bandgap” en inglés). Tales transistores son denominados también transistores de banda prohibida ancha. Tales transistores pueden estar hechos por ejemplo sobre la base de semiconductores de nitruro III, por ejemplo GaN, AlN

o sobre la base de carburo de silicio (SiC) o diamante. Los transistores de banda prohibida ancha se caracterizan, en contraposición con los transistores usuales, por ejemplo sobre la base de GaAs (semiconductores III-V), por una impedancia de entrada más alta. A diferencia de los transistores sobre la base de GaAs, los transistores de banda prohibida ancha en el intervalo de... [Seguir leyendo]

1. Circuito para la amplificación de banda ancha que comprende una entrada HF_IN y una salida HF_OUT, en que a la entrada HF_IN del circuito está unido un primer acoplador híbrido de 90º (1a) y a la salida HF_OUT del circuito 5 está unido un segundo acoplador híbrido de 90º (1b) y en que entre el primer y el segundo acoplador híbrido de 90º (1a, 1b) están conectadas en paralelo dos etapas de amplificación (2a, 2b), caracterizado porque en lo que respecta a los acopladores híbridos de 90º (1a, 1b) se trata de acopladores híbridos con un intervalo de operación de 1/n octavas entre un valor inferior de frecuencia y un valor superior de frecuencia, en que , es decir n es un elemento de los números enteros positivos naturales, de tal modo que el valor superior de frecuencia es mayor que el valor inferior de frecuencia y al mismo tiempo menor que el doble del valor inferior de frecuencia, y en que las etapas de amplificación (2a, 2b) se basan en transistores con una base de nitruro III, o SiC o diamante, y en que las etapas de amplificación (2a, 2b) están adaptadas a los acopladores híbridos de 90º (1a, 1b) de tal modo que en uno

o varios intervalos de frecuencia prefijables, en los cuales los acopladores híbridos de 90º (1a, 1b) tienen valores de atenuación mayores de 3 dB, la amplificación de las etapas de amplificación (2a, 2b) compensa estos valores de atenuación, de modo que en la salida HF_OUT del circuito la amplificación en un intervalo de frecuencia de k octavas está dentro de un intervalo de valores prefijable, en que

2. Circuito según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque en lo que respecta a los acopladores híbridos de 90º (1a, 1b) se puede tratar tanto de componentes montables en superficie como también de componentes de tipo “drop in” o alojados en aluminio.