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EF 2017/2018

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Fachzeitschrift für Hochfrequenz- und Mikrowellentechnik

Grundlagen Bild 16:

Grundlagen Bild 16: Beispiele für einen Zwei-Wege-Wilkinson- Leistungsteiler und einen Kombinierer bei Verwendung von Übertragungsleitungen mit 1/4-Wellenlänge Bild 17: Typisches 2-Port-Netzwerk Bild 17 a: Die physikalischen Bedeutungen von a1 (S11), a2 (S22), b1 (S21) und b2 (S22) Bild 17b: Bedeutung von a1, a2, b1 und b2 Bild 18: S-Parameter In Tabelle 5 findet man die Streukapazität und die Streuinduktivität im Ersatzschaltbild (Bild 14) für verschiedene Widerstände dargestellt. Insbesondere im Bereich der Hochfrequenzwiderstände zeigen Widerstände mit geringer Kapazität eine gute Performance. Die im Widerstand erzeugte Wärme muss außerdem durch Wärmeableitung von der Rückseite oder den beiden Anschlüssen abgeführt werden. Ein Mikrowellenwiderstand wird verwendet, wenn mehrere Schaltungen mit einer Signalquelle betrieben werden sollen. Zu diesem Zweck werden Geräte wie Leistungs-Splitter, -Teiler und -Kombinierer eingesetzt. Es gibt Widerstände, die Leistungen (Wärmeerzeugung) von 10 W bis 250 W vertragen, je nach der durchgeleiteten Leistung. Da der Schaltungstyp der verwendeten Geräte, wie z. B. der Splitter, die Widerstandswerte bestimmt, sind diskrete Widerstandswerte als Standardwerte verfügbar, z. B. 16,67 Ohm, 100 Ohm, 150 Ohm, 200 Ohm, 250 Ohm, 300 Ohm, 400 Ohm, 600 Ohm und 800 Ohm. Außerdem können, je nach Kundenspezifikation, für andere Schaltungstypen auch andere Widerstandswerte angeboten werden. Bild 15 zeigt die Schaltungen eines Leistungs-Splitters, eines Leistungsteilers und eines durch Widerstandsnetzwerke gebildeten Kombinierers. Diese Schaltungen haben den Vorteil eines flachen Frequenzgangs, ihr Nachteil besteht jedoch darin, dass es immer einen Verlust von -6 dB gibt. Beispiele für einen Zwei-Wege- Wilkinson-Leistungsteiler und einen Kombinierer bei Verwendung von Übertragungsleitungen mit 1/4-Wellenlänge sind in Bild 16 zusammengefasst. Wilkinson-Teiler haben den Vorteil, dass sie im Vergleich zu Widerstandsschaltungen geringere Verluste aufweisen. Ihr Nachteil besteht darin, dass ihr Durchlassbereich sehr schmal ist. Beim Einsatz solcher Teiler und Kombinierer ist es daher notwendig, Mittel zur Verbreiterung des Durchlassbereichs zu finden. Übertragungseigenschaften eines 2-Port- Netzwerks. Einer der zur Darstellung der Eigenschaften einer elektronischen Hochfrequenzkomponente oder einer elektronischen Hochfrequenzschaltung verwendeten Netzwerkparameter ist der Streuparameter, die Streumatrix (S-Parameter). Der S-Parameter stellt die Hochfrequenzeigenschaften der Übertragung und Reflexion im Übertragungsnetzwerk dar. Außer dem S-Parameter gibt es noch den Impedanz- Parameter Z und den Admittanz- Parameter Y. 20 HF-Einkaufsführer 2017/2018

Grundlagen Bild 19: Messmethode mithilfe eines skalaren oder vektoriellen Netzwerkanalysators Tabelle 6: Verhältnisse zwischen Rückflussdämpfung, Reflexionskoeffizient und dem Stehwellenverhältnis Bild 20: Wenn die Schaltung oder das Gerät als Chip ausgeführt sind, werden sie zum Messen auf eine Messvorrichtung montiert Bild 17 zeigt ein typisches 2-Port-Netzwerk mit einem Eingang und einem Ausgang. Hier werden zwei Wanderwellen a1 und a2 und zwei reflektierte Wellen b1 und b2 definiert, wobei das Verhältnis zwischen den Wanderwellen und den reflektierten Wellen durch die folgenden Gleichungen dargestellt wird: Wird beispielsweise die Last ZL an die Ausgangsimpedanz des Netzwerks angepasst, so wird die Reflexion am Ausgangs-Endpunkt gleich Null, und a2 = 0, sodass S11 sich wie folgt darstellt: HF-Einkaufsführer 2017/2018 S11 wird auch als Rückflussdämpfung bezeichnet. Die Bedeutung von a1, a2, b1 und b2 zeigt Bild 17b. Der Reflexionskoeffizient am Eingangs-Endpunkt ist Der Reflexionskoeffizient am Ausgangs-Endpunkt ist Wenn die charakteristische Impedanz der Schaltung gleich Z0, die Impedanz der Signalquelle gleich ZS und die Impedanz der Last gleich ZL ist, werden die Reflexionskoeffizienten durch folgende Gleichungen dargestellt: Mikrowellenmessungen Die Leistungen von Mikrowellenschaltungen oder Mikrowellengeräten mit 2 Ports, 3 Ports usw., wie Abschlüsse, Dämpfungsglieder, Zirkulatoren, Isolatoren, Filter, Leistungsteiler und Leistungskombinierer, können durch die in Bild 19 gezeigte Methode mithilfe eines skalaren oder vektoriellen Netzwerkanalysators (Gerät zum Testen der Übertragungseigenschaften) gemessen werden. Bei 2-Port- Konfigurationen können S11 und S21 sowie S22 und S12 gemessen werden. Wenn Eingang und Ausgang der Schaltung oder des Geräts mit Koax-Steckverbindern ausgeführt sind, können diese direkt an den Analysator angeschlossen werden. Wenn die Schaltung bzw. das Gerät als Chip ausgeführt ist, wird dieser zum Messen auf eine Messvorrichtung montiert, wie Bild 20 zeigt. Referenzwerte Die beim Entwurf und bei Messungen häufig benutzten Verhältnisse zwischen Rückflussdämpfung, Reflexionskoeffizient und dem Stehwellenverhältnis sind in Tabelle 6 aufgeführt. ■ WDI AG info@wdi.ag www.wdi.ag 21

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© beam-Verlag Dipl.-Ing. Reinhard Birchel