Dämpfungsglieder Bild 12: Layout und Bestückung Bild 13: Frequenzgang der Dämpfung bei verschiedenen Steuerspannungen wurden zwei Dioden genutzt, um sowohl die DC- als auch die HF-Belange richtig darstellen zu können. Die in Libra IV integrierte PIN- Diode wurde herangezogen, um das Verhalten des HF-Widerstands in Abhängigkeit vom Durchlassstrom zu zeigen, während das Modell einer PN-Diode dazu diente, die DC-Abhängigkeit von der Gleichspannung einzubringen. Beide Dioden liegen in Serie, erhalten also den gleichen Strom. Die PN-Diode wird jedoch durch eine sehr große Kapazität für HF praktisch kurzgeschlossen. R2 ist der verbleibende minimale Serienwiderstand von lediglich 2,2 Ohm. Aber auch dieser ist mit der sehr hohen Induktivität L1 für bestmögliche DC-Performance geshunted. Die Kapazitäten C6, C P und die Induktivität L2 spiegeln die parasitären Verhältnisse von Sperrschicht und Gehäuse wieder. Das geschaffene Modell ist linear und repräsentiert das DCund HF-Verhalten der PIN-Diode für Frequenzen über 42,5 kHz. Die Modellparameter kann man zwei Tabellen in der Originalveröffentlichung entnehmen. Bild 9 zeigt das DC-Verhalten der Diode gemäß Simulation und Messung als Kennlinie. Die Übereinstimmung ist jeweils sehr gut. In Bild 10 ist das HF- Verhalten der Diode dargestellt. Die parasitären Größen C6, C P und L2 wurden „de-embedded”. Auch hier stimmen Messung und Simulation gut überein. Das Dämpfungsglied in der Praxis Bild 11 zeigt den Schaltplan des Vier-Dioden PI-Dämpfungsgliedes, Bild 12 das dazugehörende Leiterplattenlayout. Zur Herstellung des Boards wurde FR4-Standardmaterial verwendet. Den Frequenzgang verschiedener Dämpfungen (S21) stellen Bild 13 und 14 dar. Er läuft nur bei kleinen Dämpfungen einigermaßen linear. Bei großen Dämpfungen macht die mit der Frequenz abnehmende Isolation einen Strich durch die Rechnung. Für AGC-Anwendungen stört das nicht, wenn man es beachtet. Mittlere Dämpfungen sind bezüglich Steuerspannung recht kritisch, daher blieb dieser Bereich ausgespart. Er zeigt Bild 14: Die Dämpfung über der Steuerspannung mit der Frequenz als Parameter Bild 15: Der simulierte Parameter S21 16 hf-praxis 3/2015
Dämpfungsglieder Bild 16: Das SWR über der Frequenz bei verschiedenen Steuerspannungen sich in Bild 15 durch die große Steilheit zwischen 1,5 und 2 V. Das HF-Widerstandsmodell der Diode macht dies erklärbar. Bild 16 informiert zum Eingangs-SWR. Es liegt meist unter 1,5, wie es die Simulation vorhersagt. Die Temperaturabhängigkeit der Dämpfung ist unabhängig von der Steuerspannung recht gering. Zum wichtigen Intermodulationsverhalten informiert Bild 17. Addiert man die Dämpfung zum Output IP3, erhält man den Input IP3. Bei 20 dB beträgt er z.B. 60 dBm und bei 35 dB 55 dBm. Weiterführende Literatur: Skyworks Solutions: SMP 1307 Series: Very Low distortion Attenuator Plastic Packaged PIN Diodes, Data Sheet Skyworks Solutions: Dssign with PIN Diodes, Application Note G. Hiller, R. Caverly: Predict PIN Diode Switch Distortion, Microwaves and RF January 1986 NI (formerly AWR), der Innovations führer bei Hochfrequenz-EDA-Software, liefert Software, welche die Entwicklung von High-Tech-Produkten beschleunigt. Mit NI AWR Software als Ihre Hochfrequenz-Design- Plattform können Sie neuartige, preiswerte HF und RF Produkte schneller und zuverlässiger entwickeln. Finden Sie heraus, was NI AWR Software für Sie tun kann: ■ ■ ■ ■ ■ Microwave Office für die Entwicklung von MMICs, Modulen und HF -Leiterplatten. Visual System Simulator für die Konzeptionierung von Kommunikationsarchitekturen. Analog Office für das Design von RFICs. AXIEM für 3D-Planar-Elektromagnetik-Analyse. Analyst für 3D-FEM-Elektromagnetik-Analyse. NI Germany | AWR Group | Olivier Pelhâtre | Tel: +49 170 916 4110 ©2014 National Instruments. All rights reserved. Analog Office, AXIEM, AWR, Microwave Office, National Instruments, NI, and ni.com are trademarks of National Instruments. Other product and company names listed are trademarks or trade names of their respective companies. Bild 17: Der IP3 in Abhängigkeit von der Dämpfung bei 900 MHz hf-praxis 3/2015 17
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