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EF 2017/2018

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Fachzeitschrift für Hochfrequenz- und Mikrowellentechnik

Grundlagen Tabelle 1:

Grundlagen Tabelle 1: Kapazitive und induktive Komponenten des SMD-Chips Tabelle 2: Wärmewiderstände Bild 11: T- und Pi-Dämpfungsglied, symmetrische und asymmetrische Schaltung Tabelle 3: Beispiele für die von den einzelnen Zweigwiderständen aufgenommene Leistung darauf ausgerichtet ist, die durch Stromverlust erzeugte Wärme zur Kühlung abzuleiten, muss in irgendeiner Form ein externer Kühlmechanismus bereitgestellt werden. Der Querschnittsaufbau eines typischen Leistungs-Abschlusses ist in Bild 8 dargestellt. In Bild 8 wird die von dem Widerstandselement Nr. 3 erzeugte Wärme durch ein keramisches Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit zur Rückseite geleitet und die Wärme von der Rückseite nach außen abgeführt. Die Kühlung der Rückseite des Abschlusses erfolgt entweder durch direktes Anfügen an eine Metallplatte mit Lötzinn, oder indem die Wärme durch eine Leiterplatte zu einem Kühlkörper aus Metall abgeleitet wird. Leistungs-Abschlüsse des Herstellers NIKKOHM gibt es z.B. in Form eines SMD-Chips, wie Bild 8 zeigt, oder auch mit einem Flansch-Abschluss, wobei der SMD-Chip auf einen Metallflansch montiert ist. Bild 9 zeigt die Methoden zur Kühlung des SMD-Chips, und in Tabelle 1 sind die kapazitiven und induktiven Komponenten des SMD- Chips dargestellt. Bild 10 zeigt Methoden zur Kühlung des Flanschs. Die Wärmeableitung in Leistungs- Abschlüssen ist die gleiche wie bei Leistungswiderständen. Wärmewiderstände werden in Tabelle 2 dargestellt. Dämpfungsglieder Bild 12: Aufbau von Chip-Dämpfungsgliedern Ein Dämpfungsglied ist ein resistiver Spannungsabschwächer mit zwei Eingangs- und zwei Ausgangsanschlüssen. Das Dämpfungsglied dient zur Impedanzanpassung bzw. zur Anpassung der Ein- und Ausgangspegel. Wie Bild 11 verdeutlicht, wird der Wert der Dämpfung eines Dämpfungsgliedes manchmal in Neper (natürlicher Logarithmus) angegeben. Im Allgemeinen wird jedoch der dekadische Logarithmus (dB) verwendet. Da sich ein Signal beim Durchgang durch ein Dämpfungsglied abschwächt, ist der Wert der Dämpfung natürlich negativ. Bei einem gegebenen Dämpfungsglied mit einer Dämpfung α wird durch die folgende Gleichung zuerst κ bestimmt: Im Falle eines T-Gliedes mit den Zweigwiderständen Ra, Rb und Rc erhalten wir folgende Gleichungen: Wenn es sich um ein Pi-Glied handelt, verwenden wir folgende Gleichungen: 18 HF-Einkaufsführer 2017/2018

Grundlagen Bild 13: Aufbau eines Koax-Dämpfungsglieds mit Chip-Widerstand Bild 15: Schaltungen eines Leistungs-Splitters, eines Leistungsteilers und eines Addierers Tabelle 4: Typische Dämpfungsglieder Tabelle 5: Typische Mikrowellen-Widerstände Bild 14: Ersatz-Schaltbild HF-Einkaufsführer 2017/2018 Ein Dämpfungsglied schwächt das Eingangssignal ab, bevor es an die mit den Ausgängen verbundene Last gelegt wird. Daher wird vom Dämpfungsglied Leistung aufgenommen und dadurch Wärme erzeugt. Tabelle 3 zeigt Beispiele für die von den einzelnen Zweigwiderständen aufgenommene Leistung, wenn an die Eingänge eines Dämpfungsglieds mit einer Impedanz von 50 Ohm eine Spannung von 70,7 V (Leistung: 100 W) angelegt wird. Bei einer Dämpfung von -6 dB werden etwa 75% der Leistung vom Dämpfungsglied aufgenommen und nur 25% der Leistung an die Last abgegeben. Ist die Dämpfung dagegen groß, z. B. -20 dB, werden 99% der Leistung im Dämpfungsglied aufgenommen, sodass meist eine Abführung der im Dämpfungsglied erzeugten Wärme vorgesehen werden muss. Den Aufbau von Chip-Dämpfungsgliedern erläutert Bild 12. Mit Ausnahme von Bild 12(d) handelt es sich um Dämpfungsglieder mit Flansch. Die Kühlung erfolgt durch Wärmeableitung von der Rückseite. Die Montagemethode ist die gleiche wie bei den Leistungsabschlüssen in Bild 9. Bild 13 zeigt eine Methode zur Montage des in Bild 12(d) dargestellten Koax- Dämpfungsglieds. Widerstand Ein HF- oder Mikrowellenwiderstand hat die Form eines üblichen Chip-Widerstands. Er hat jedoch einige charakteristische Merkmale, wie eine geringe äquivalente Parallelkapazität und Induktivität, sowie die Fähigkeit zu einer hohen Leistungsaufnahme bei kleinen Abmessungen und einen Aufbau, in dem die Wärmeleitung berücksichtigt wird. Der Aufbau des Widerstands und seine Ersatzschaltung mit einzelnen Elementen zeigt Bild 14. Die Hochfrequenzeigenschaften des Widerstands lassen sich durch ein äquivalentes Modell mit dem Widerstand Rs, der Parallelkapazität Cs und der Parallelinduktivität Ls darstellen. Die Impedanz des Widerstands kann durch folgende Gleichung ausgedrückt werden: 19

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© beam-Verlag Dipl.-Ing. Reinhard Birchel