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3-2015

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Fachzeitschrift für Hochfrequenz- und Mikrowellentechnik

Dämpfungsglieder

Dämpfungsglieder Breitbandiges PIN-Dioden-Dämpfungsglied für allgemeine Anwendungen Design und Leistungsfähigkeit eines auf vier PIN-Dioden basierenden Hochleistungsdämpfungsgliedes Dämpfungsglieder für die automatische Verstärkungsregelung (AGC = automatic gain control) auf der Basis von PIN-Dioden haben eine hohe Verbreitung in vielen breitbandigen Anwendungen, wie TV-Übertragungssysteme mit herkömmlichen Kabeln oder Glasfasern, drahtlose CDMA oder zellulare Kommunikation. PIN-Dioden sind kostengünstig in diversen kleinen Plastikgehäusen verfügbar und verursachen nur geringe Verzerrungen. Grundlagen des PI- Dämpfungsgliedes Die Pi-Struktur (Bild 1) ist ein gängiges Design für den gr0ßen Frequenzbereich von 10 MHz bis über 2 GHz. Die Vorteile dieses Designs sind die weitgehend frequenzunabhängige Impedanz, der große Dynamikbereich und die gute Kompatibilität zu AGC-Signalen. Die PIN-Diode wird darin als stromgesteuerter Widerstand genutzt. Noch weiter verbessern lassen sich die Eigenschaften mit der Struktur gemäß Bild 2. Setzt man hier die Low- Cost-Typen SMP 1307-011LF mit ihrem Plastikgehäuse SOD- 323 ein, kann man Frequenzen zwischen 10 MHz und 3 GHz Quelle: Application Note: A Wideband General Purpose PIN Diode Attenuator Skyworks Solutions, www. skyworksinc.com übersetzt von FS Bild 1: Das klassische PI-Dämpfungsglied mit drei Dioden Bild 2: Ein Vierdioden-Dämpfungsglied Bild 3: Gesamtdämpfung und HF-Widerstände der Dioden sehr gut verarbeiten. Die Vorteile dieser Vierdiodenstruktur sind eine einfachere Bias-Lösung infolge der Symmetrie und ein sehr geringer Klirrfaktor infolge der Ausblendung harmonischer Anteile durch die Back-to-Back- Anordnung der Seriendioden. Aus Bild 3 sind die Widerstandswerte der einzelnen Dioden des einfachen PI-Glieds zu entnehmen, die bei einer bestimmten Dämpfung der gesamten Anordnung auftreten. Die Längsdiode vergrößert mit steigender Gesamtdämpfung ihren Widerstand, während die Querdioden im Widerstand nachlassen. Bei 10 dB Gesamtdämpfung beispielsweise sind jeweils etwa 100 Ohm vorhanden. Dies alles gilt für ein 50-Ohm-Dämpfungsglied. Die Querdioden können daher niemals weniger als 50 Ohm erreichen. Modellierung des Vierdioden-Dämpfungsgliedes In dem Libra-IV-Model gemäß Bild 4 gibt es zwei symmetrische PIN-Dioden-Paare X3/X4 und X1/X2. Sie werden symmetrisch von zwei DC-Quellen gesteuert. Eine 5-V-Referenz sorgt dabei für ein adäquates Biasing, um die HF-Widerstände der Shunt- Dioden X2 und X3 nicht unter 50 Ohm sinken zu lassen bzw. bei höchster Dämpfung nahe 50 Ohm zu halten, während die Längsdioden hohe Widerstände aufweisen. Die Werte der Biasing-Widerstände SRL3, SRL2, SRL1 und SRL4 wurden so gewählt, dass sich im gesamten Dämpfungsbereich ein möglichst niedriges SWR ergibt. Es wurde versucht, die Werte von SRL5 und SRL4 so zu bemessen, dass ein hoher Durchlasstrom durch die seriellen Dioden X4 und X1 fließt, ohne dabei die Einfügedämpfung zu beeinträchtigen. Die Dämpfung wird über die Steuerspannung VCTL von 1 bis 6 V eingestellt. Diese Quelle treibt je einen Durchlassstrom durch die Seriendioden X4 und X1 über eine breitbandige Hochimpedanz- Ferritkernspule X7 vom Typ Taiyo-Yuden FBMH 4525. sowie die Widerstände SRL5, SRL4 und SRL6. Die Kapazitäten SRLC12, SRLC10 und SRLC5 schaffen die HF-Erde 12 hf-praxis 3/2015

Dämpfungsglieder Bild 4: Das Libra IV Model des Vierdioden- Dämpfungsglieds für die Shunt-Dioden. Die Auftrennung des Biasing-Pfades in die zwei Wege SRL2 und SRL1 reduziert die HF-Verkopplung zwischen Ein- und Ausgang, die besonders bei hoher Dämpfung und hohen Frequenzen einen kritischen Punkt darstellen würde. Die Kapazitäten C6 und C7 simulieren den Einfluss der koaxialen SMA-Anschlüsse. Die an den Shunts liegenden Kapazitäten SRLC7 und SRLC11 wurden eingesetzt, um die parasitäre Induktanz der Entkopplungskondensatoren SRLC4 und SRLC6 zu kompensieren. Diese parasitäre Induktanz wirkt besonders bei Frequenzen über 2 GHz störend. Zwischen den Seriendioden liegt eine CLC-PI-Struktur mit SRLC8, L1 und SRLC9. Diese wurde eingefügt, um die Entkopplung bei höheren Frequenzen zu maximieren und den Einfügeverlust bei geringer Dämpfung zu optimieren. hf-praxis 3/2015 13

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