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5-2012

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Mikrowellen-Komponenten

Mikrowellen-Komponenten Bild 3: Abhängigkeit der Phasenverschiebung bei der Reflexion an einer idealen LC-Serienschaltung bei 1,95 GHz Bild 5: Einfluss von R S und R BIAS auf Phasenverschiebung (Deg) und Amplitudenfehler (dB) Bild 4: Schaltung/Ersatzschaltung der Kapazitätsdiode mit Umgebung Bild 6: Für die Simulation benutzte Schaltung des Phasenschiebers Ergebnis einer Serienschaltung von L und C zu sehen. Bei Resonanz sind die Größen um 180° verschoben. Kaskadiert man zwei dieser Strukturen, dann erreicht man Phaseninversion. Mit einer solchen Stufe allein kommt man nicht so weit. Der Verlauf ist interessant und rechts einer e-Funktion ähnlich. Maximal sind 280° möglich. Das L/C- Verhältnis bestimmt also die differentielle Steilheit der Kurve. Ist es groß, wie z.B. 6 nH/1 pF, dann ist die Steilheit groß. Ist es klein, wie z.B. 6 nH/4 pF, dann verläuft die Kurve flach. Somit trägt eine kleine Induktivität zur Stabilität besser bei als eine große. Den gleichen Effekt kann man allerdings auch mit einem zusätzlichen Parallelkondensator C PAR gemäß Bild 4 erreichen. Genau diese Struktur wird praktisch eingesetzt, da man ja den C VAR -Bereich selbst nicht so einfach vergrößern kann. R S ist der Serienverlustwiderstand des Varactors. In Bild 5 wird gezeigt, wie sich der Verlust bei verschiedenen Widerständen in Form des Reflexionskoeffizienten S11 präsentiert. Der Varactor-Verlustwiderstand ist am unangenehmsten bei größer Kapazität. Dann fließt hier der höchste Strom. Der Bias- Widerstand hingegen stört am meisten bei kleinster Kapazität. Dies ist unterhalb des 180°-Punkts der Fall, an dem Resonanz auftritt. Gemäß einer linearen Schaltungstheorie hängt die Resonanz also auch von R BIAS ab. Im Betrieb des Phasenschiebers muss man also davon ausgehen, dass es einstellungsabhängig zu verschiedenen absoluten Phasenfehlern kommt. Genau das zeigt ja auch das Diagramm. In der Realität hängt R S allerdings von der Sperrspannung und somit von der Kapazität ab. Dabei kann es vorkommen, 20 hf-praxis 5/2012

Mikrowellen-Komponenten Bild 7: Die Schaltung der SMV1245-011 in SPICE dass sich der Wert mit Faktor 2 bis 5 gegenüber dem Zustand ohne Vorspannung beim Erreichen der Punch-Through-Spannung geändert hat. In dem hier beschriebenen Design kann R S jedoch innerhalb des genutzten Spannungsbereichs als konstant angesehen werden. Modell des Phasenschiebers Wie der Phasenschieber von der Simulationssoftware Libra IV CAD dargestellt wird, zeigt Bild 6. Dabei hat der Quadratur-Hybrid HYB1 0,6 dB Verlust infolge der angenommenen Dioden HY19-12. C1 und C2 sind hierbei interne Komponenten und dienen zur Abtrennung der DC-Pfade von Ein- und Ausgang. Mit PAD1 werden 0,5 dB Verlust für Ein- und Ausgangskopplung zusammen simuliert. Für diesen Verlust sorgen mehrere praktische Effekte. Die Vereinfachung ist zulässig, da sonstige Funktionen von diesen Verlusten nicht betroffen sind. L1 und L2 zu je 0,9 nH simulieren die parasitäre Induktivität des HY19-12. Auch die Bauele- Tabelle 1: Default-Werte für eine Siliziumdiode in Libria IV hf-praxis 5/2012 21

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