DE102012207341A1

DE102012207341A1 - Ultrabreitbandige Messbrücke

Info

Publication number: DE102012207341A1
Application number: DE102012207341A
Authority: DE
Inventors: Michael Sterns; Martin LEIBFRITZ
Original assignee: Rohde and Schwarz GmbH and Co KG
Current assignee: Rohde and Schwarz GmbH and Co KG
Priority date: 2012-05-03
Filing date: 2012-05-03
Publication date: 2013-11-07
Also published as: US9823284B2; JP6278953B2; WO2013164453A2; JP2015516064A; WO2013164453A3; US20150130554A1

Abstract

Eine Messbrücke (1) weist ein erstes Anpassglied (2), ein zweites Anpassglied (3) und ein drittes Anpassglied (4) auf, wobei alle Anpassglieder (2, 3, 4) aus zumindest drei Widerständen (21, 22, 23, 31, 32, 33, 41, 42, 43) bestehen, die in einer T-Struktur angeordnet sind. Ein zweiter Widerstand (32) des zweiten Anpassglieds (3) ist mit einem zweiten Widerstand (22) des ersten Anpassglieds (2) und ein dritter Widerstand (43) des dritten Anpassglieds (4) ist mit einem dritten Widerstand (23) des ersten Anpassglieds (2) verbunden. Ein zweiter Widerstand (42) des dritten Anpassglieds (4) ist mit einem Messobjekt (7) verbindbar. Ein dritter Widerstand (33) des zweiten Anpassglieds (3) ist mit einem Kalibrierstandard (5) verbindbar und ein erster Widerstand (31, 41) des zweiten und des dritten Anpassglieds (3, 4) sind mit je einem Signaleingang eines Bauelements (11) verbunden, das einen Gleichtaktanteil auf seinen beiden Signaleingängen unterdrückt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Messbrücke, die beispielsweise innerhalb eines Netzwerkanalysators dazu verwendet werden kann, um ein Anregungssignal einem Prüfling zuzuführen und um gleichzeitig Reflektionen des Prüflings einer Messelektronik zuzuführen, und ein Balun, der in der Messbrücke eingesetzt sein kann, wobei die Messbrücke eine sehr hohe Bandbreite aufweist.
Neben Reflektionen eines Prüflings kann eine Messbrücke auch dahingehend verwendet werden, um das Transmissionsverhalten des Prüflings genauer zu untersuchen. In diesem Fall ist ein Anschluss des Prüflings mit einem ersten Tor des Netzwerkanalysators verbunden, wohingegen ein zweiter Anschluss des Prüflings mit einem zweiten Tor des Netzwerkanalysators verbunden ist. Ein Anregungssignal wird innerhalb des Netzwerkanalysators generiert und dem Prüfling an seinem ersten Anschluss zugeführt. Das durch den Prüfling transmittierte Signal wird beispielsweise an dem zweiten Anschluss ausgegeben und dem zweiten Tor des Netzwerkanalysators zugeführt. Dieses zweite Tor ist ebenfalls mit einer Messbrücke verbunden, um das transmittierte Signal der Messelektronik zuzuführen, die dieses bevorzugt nach Betrag und Phase misst. Von Bedeutung ist dabei, dass die Bandbreite des nutzbaren Frequenzbereichs möglichst groß ist, sich also über mehrere Dekaden erstreckt, was wiederum eine Messbrücke erfordert, die sowohl bei niedrigen, als auch bei hohen Frequenzen eine hohe Direktivität aufweist.
Aus der DE 10 2006 005 040 A1 ist schon eine Messbrücke bekannt, die für einen großen Frequenzbereich Verwendung findet. Die Messbrücke umfasst eine resistive Brücke für einen niedrigen Frequenzbereich und einen Hybridkoppler für einen hohen Frequenzbereich, wobei Schalter vorgesehen sind, um zwischen diesen beiden Einheiten umschalten zu können. Nachteilig an der DE 10 2006 005 040 A1 ist, dass aufgrund der unterschiedlichen Baugruppen, die für unterschiedliche Frequenzen eingesetzt werden, der Aufbau der Messbrücke aufwendig ist und der Betrieb umfangreiche Kalibrierroutinen erfordert.
Es ist daher die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung, eine Messbrücke, die einfacher hergestellt und sehr breitbandig betrieben werden kann, und einen dabei verwendbaren Balun zu schaffen
Die Aufgabe wird bezüglich der Messbrücke durch die Merkmale des Anspruchs 1 und bezüglich eines Baluns, der in der Messbrücke eingesetzt sein kann, durch die Merkmale des Anspruchs 8 gelöst. In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Messbrücke und des erfindungsgemäßen Baluns angegeben.
Die erfindungsgemäße Messbrücke weist ein erstes Anpassglied, ein zweites Anpassglied und ein drittes Anpassglied auf, wobei alle Anpassglieder aus zumindest drei Widerständen bestehen, die in einer T-Struktur angeordnet sind, wobei jeweils ein zweiter Widerstand des zweiten Anpassglieds mit einem zweiten Widerstand des ersten Anpassglieds und ein dritter Widerstand des dritten Anpassglieds mit einem dritten Widerstand des ersten Anpassglieds verbunden ist, wobei ein zweiter Widerstand des dritten Anpassglieds mit einem Messobjekt verbindbar ist.
Es ist besonders vorteilhaft, dass drei symmetrische Anpassglieder eingesetzt werden, die aus zumindest drei Widerständen bestehen, die in einer T-Struktur angeordnet sind, weil dadurch an dem Ausgang von zwei Anpassgliedern bei einer abgeglichenen Messbrücke nur ein Gleichtaktsignal anliegt.
Ein weiterer Vorteil bei der erfindungsgemäßen Messbrücke besteht, wenn ein dritter Widerstand des zweiten Anpassglieds mit einem Kalibrierstandard verbindbar ist und wenn ein erster Widerstand des zweiten und des dritten Anpassglieds mit je einem Signaleingang eines Bauelements verbunden ist, das einen Gleichtaktanteil auf seinen beiden Signaleingängen unterdrückt. Hier ist es besonders vorteilhaft, dass die Signale an dem Ausgang des zweiten und des dritten Anpassglieds einem solchen Bauelement zugeführt werden. Für den Fall, dass die Messbrücke abgeglichen ist, kann am Ausgang dieses Bauelements keine Spannung gemessen werden. Für den Fall, dass die Messbrücke nicht abgeglichen ist, ist dem Gleichtaktsignal noch ein Gegentaktsignal überlagert, welches von dem Bauelement nicht unterdrückt wird und daher an dem Ausgang des Bauelements gemessen werden kann. Dies ist dann der Fall, wenn sich die Abschlussimpedanz des Messobjekts von der Abschlussimpedanz des Kalibrierstandards unterscheidet.
Bei der erfindungsgemäßen Messbrücke besteht außerdem ein Vorteil, wenn die Widerstände des ersten, zweiten und dritten Anpassglieds als Dünnfilmwiderstände auf einem Substrat, z.B. einer Keramik oder einem Quarzsubstrat oder einem anderen Trägermedium ausgebildet sind. Diese Widerstände können dabei mittels eines Lasers auf ihren exakten Wert getrimmt werden, wobei gleichzeitig die parasitären Kapazitäten und Induktivitäten dieser Widerstände im Gegensatz zu diskreten Bauelementen auf ein Minimum beschränkt sind.
Weiterhin ist es besonders vorteilhaft, wenn die erfindungsgemäße Messbrücke eine Bias-Einrichtung umfasst, die an den zweiten Widerstand des dritten Anpassglieds angeschlossen ist und wenn die erfindungsgemäße Messbrücke eine Dummy-Bias-Einrichtung umfasst, die an den dritten Widerstand des zweiten Anpassglieds angeschlossen ist und wenn die Dummy-Bias-Einrichtung die Messbrücke in der gleichen Art und Weise beeinflusst wie die Bias-Einrichtung, wodurch die Messbrücke symmetrisch aufgebaut ist. Es ist hierbei besonders vorteilhaft, dass mit einer solchen Messbrücke auch Messobjekte geprüft werden können, die eine Vorspannung für ihren Betrieb erfordern. Dabei weist der Leitungszweig zum Messobjekt hin die gleichen elektrischen Eigenschaften auf, wie der Leitungszweig zum Kalibrierstandard. Die Dummy-Bias-Einrichtung umfasst bevorzugt die gleichen Bauelemente, mit dem Unterschied, dass diese nicht zwingend eine Vorspannung bereit stellen muss.
Im Weiteren kann das den Gleichtaktanteil unterdrückende Bauelement innerhalb der erfindungsgemäßen Messbrücke durch einen erfindungsgemäßen Balun gebildet sein, wobei der Balun einen ersten Abschnitt umfasst, der ein Substrat beinhaltet, auf dessen Oberseite eine erste Signalleitung und zumindest eine zweite Signalleitung geführt sind und auf dessen Unterseite unterhalb der Signalleitungen eine Dünnfilmwiderstandsschicht ausgebildet ist. Es ist hierbei besonders vorteilhaft, dass eine solche Dünnfilmwiderstandsschicht, die direkt unterhalb der Signalleitungen ausgebildet ist, dafür sorgt, dass der Gleichtaktanteil stärker gedämpft wird, als der Gegentaktanteil. Ein derart aufgebauter Balun eignet sich für den Betrieb bis hin zu sehr hohen Frequenzen.
Ein weiterer Vorteil besteht, wenn der erfindungsgemäße Balun einen zweiten Abschnitt umfasst, wobei der zweite Abschnitt eine Koaxialleitung aufweist, deren Innenleiter mit der ersten Signalleitung verbunden ist und deren Außenleiter an einem ersten Ende der Koaxialleitung mit der zweiten Signalleitung verbunden ist und wobei zumindest ein erster Ferrit die Koaxialleitung umgibt. Der Einsatz eines solchen Ferrits, der die Koaxialleitung umgibt, ermöglicht, dass der Balun den Gleichtaktanteil auch bei sehr niedrigen Frequenzen zuverlässig unterdrückt.
Außerdem besteht bei dem erfindungsgemäßen Balun ein Vorteil, wenn die Dünnfilmwiderstandsschicht in dem ersten Abschnitt eine DGS-Struktur (engl. Defective Ground Structure; dt. unterbrochene Massestruktur) aufweist, so dass die Dünnfilmwiderstandsschicht in zwei voneinander getrennte Dünnfilmwiderstandsschichten aufgespaltet ist, wobei die Breite der DGS-Struktur entsprechend dem verwendeten Substratmaterial zu optimieren ist und wobei diese direkt zwischen den beiden Signalleitungen auf der Unterseite des Substrats ausgebildet ist. Eine solche DGS-Struktur hat den Vorteil, dass das Gegentaktsignal noch weit weniger stark gedämpft wird als das Gleichtaktsignal, wodurch die Gleichtaktunterdrückung des Baluns zunimmt.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Baluns besteht außerdem, wenn der Außenleiter der Koaxialleitung an einem zweiten Ende mit der Bezugsmasse verbunden ist und/oder wenn der Balun eine Kompensationsleitung aufweist, die bevorzugt aus einem Draht besteht und deren erstes Ende mit der ersten Signalleitung verbunden ist. Eine solche Kompensationsleitung stellt sicher, dass der Innenleiter in Bezug auf die Gehäusemasse die gleiche Induktivität sieht wie der Außenleiter und somit die Brücke auch bei niedrigen Frequenzen abgeglichen ist, wenn die Abschlussimpedanz des Messobjekts gleich der Abschlussimpedanz des Kalibrierstandards ist.
Schlussendlich besteht bei dem erfindungsgemäßen Balun noch ein Vorteil, wenn das Ende der Koaxialleitung, welches von dem ersten Abschnitt des Baluns entfernt ist, mit einem ersten Topfkern verbunden ist, wobei der erste Topfkern eine in einem Ferrit aufgewickelte Koaxialleitung umfasst und/oder wenn die Kompensationsleitung mit einem zweiten Topfkern verbunden ist, wobei der zweite Topfkern eine in einem Ferrit aufgewickelte Leitung, insbesondere einen Draht, umfasst, und wobei der zweite Topfkern die gleichen elektrischen Eigenschaften aufweist, wie der erste Topfkern. Ein solcher Topfkern führt dazu, dass der Gleichtaktanteil auch für noch niedrigere Frequenzen zuverlässig unterdrückt wird. Eine Messbrücke, in die ein derartiger Balun eingesetzt ist, kann folglich sehr breitbandig betrieben werden.
Verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beispielhaft beschrieben. Gleiche Gegenstände weisen dieselben Bezugszeichen auf. Die entsprechenden Figuren der Zeichnung zeigen im Einzelnen:
1A ein Ausführungsbeispiel für ein Ersatzschaltbild der erfindungsgemäßen Messbrücke;
1B ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein Ersatzschaltbild der erfindungsgemäßen Messbrücke;
1C ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein Ersatzschaltbild für die erfindungsgemäße Messbrücke;
2A ein Ausführungsbeispiel für die Realisierung von drei Anpassgliedern für die erfindungsgemäße Messbrücke;
2B ein Ausführungsbeispiel für die Realisierung eines Kalibrierstandards der erfindungsgemäßen Messbrücke;
2C ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Messbrücke, die sich zum Anschluss an einen separaten Kalibrierstandard eignet;
3 ein Ausführungsbeispiel eines Chocked-Balun;
4 ein Ausführungsbeispiel eines resistiven Baluns;
5 eine Darstellung, die die Feldverteilung für Gleichtaktsignale und Gegentaktsignale in einem resitiven Balun beschreibt;
6 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen resistiven Baluns mit einer DGS-Struktur;
7 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Kombination eines Baluns mit Ferriten und einer Kompensationsleitung und eines resistiven Baluns;
8 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Kombination eines Baluns mit Ferriten und einer Kompensationsleitung und eines resistiven Baluns;
9 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Kombination eines Baluns mit Ferriten und einer Kompensationsleitung und eines resistiven Baluns mit einer DGS-Struktur;
10 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Kombination eines Baluns mit Ferriten und einer Kompensationsleitung und eines resistiven Baluns mit einer DGS-Struktur;
11 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Kombination eines Baluns mit Ferriten und einer Kompensationsleitung und eines resistiven Baluns mit einer DGS-Struktur zusammen mit Topfkernen; und
12 ein Ausführungsbeispiel einer getrennten Führung einer Koaxialleitung und einer Kompensationsleitung durch räumlich getrennte Ferrite.
1A zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Ersatzschaltbilds der erfindungsgemäßen Messbrücke 1. Die erfindungsgemäße Messbrücke 1 weist ein erstes Anpassglied 2, ein zweites Anpassglied 3 und ein drittes Anpassglied 4 auf. Das erste Anpassglied 2 besteht aus zumindest drei Widerständen 2 ₁, 2 ₂, 2 ₃, die in einer T-Struktur angeordnet sind. Das zweite Anpassglied 3 besteht ebenfalls aus zumindest drei Widerständen 3 ₁, 3 ₂, 3 ₃, die auch in einer T-Struktur angeordnet sind. Selbiges gilt für das dritte Anpassglied 4, welches ebenfalls aus zumindest drei Widerständen 4 ₁, 4 ₂, 4 ₃, besteht, die in einer T-Struktur angeordnet sind. Dabei ist der zweite Widerstand 2 ₂ des ersten Anpassglieds 2 mit dem zweiten Widerstand 3 ₂ des zweiten Anpassglieds 3 verbunden. Der dritte Widerstand 2 ₃ des ersten Anpassglieds 2 ist mit dem dritten Widerstand 4 ₃ des dritten Anpassglieds 4 verbunden.
Der dritte Widerstand 3 ₃ des zweiten Anpassglieds 3 ist mit einem Kalibrierstandard 5 verbunden. Dieser Kalibrierstandard 5 ist entweder direkt innerhalb der Messbrücke 1 ausgebildet oder er kann mit der Messbrücke 1 verbunden werden. In diesem Fall weist die Messbrücke 1 ein erstes Anschlusselement 6 auf, bei welchem es sich z.B. um eine Anschlussbuchse handeln kann, mit dem der separate Kalibrierstandard 5 verbunden, insbesondere verschraubt ist.
Auf der anderen Seite ist der zweite Widerstand 4 ₂ des dritten Anpassglieds 4 mit dem zu messenden Messobjekt 7 verbunden. Das Messobjekt 7 wird dabei bevorzugt mit einem zweiten Anschlusselement 8 verschraubt, wobei das zweite Anschlusselement 8 bevorzugt als Anschlussbuchse ausgebildet ist und mit dem zweiten Widerstand 4 ₂ des dritten Anpassglieds 4 verbunden ist.
Der erste Widerstand 2 ₁ des ersten Anpassglieds 2 ist mit einem Signalgenerator 9 verbunden. Dieser Signalgenerator 9 kann innerhalb eines Netzwerkanalysators ausgebildet sein und über ein drittes Anschlusselement 10 mit dem ersten Widerstand 2 ₁ des ersten Anpassglieds 2 verbunden werden. Bei dem dritten Anschlusselement 10 handelt es sich bevorzugt ebenfalls um eine Anschlussbuchse. Es ist allerdings auch möglich, dass die Messbrücke 1 als Einschubkarte direkt innerhalb eines Netzwerkanalysators integriert ist, so dass es sich bei dem dritten Anschlusselement 10 einzig um eine Art Steckkontakt oder Intersubstratverbinder handelt.
Die Widerstände des ersten Anpassglieds 2, des zweiten Anpassglieds 3 und des dritten Anpassglieds 4 sind so zu wählen, dass der Signalgenerator 9 eine angepasste Last sieht. Weiterhin muss das zweite Anpassglied 3 in Richtung des Kalibrierstandards 5 (Match, dt. Anpassung) eine Impedanz aufweisen, die derjenigen des Kalibrierstandards 5 entspricht, so dass keine weiteren Reflektionen entstehen. Selbiges gilt auch für das dritte Anpassglied 4, dessen Widerstände derart gewählt sind, dass bei einem angeschlossenen Messobjekt 7, welches die gleiche Impedanz aufweist, wie der Kalibrierstandard 5, keine zusätzlichen Reflektionen entstehen. Für ein 50 Ohm-System gilt beispielsweise, dass alle Widerstände innerhalb des ersten Anpassglieds 2, des zweiten Anpassglieds 3 und des dritten Anpassglieds 4 einen Widerstandswert von ca. 16,78 Ohm aufweisen.
Weiterhin ist der erste Widerstand 3 ₁ des zweiten Anpassglieds 3 und der erste Widerstand 4 ₁des dritten Anpassglieds 4 mit einem Bauelement 11 verbunden, welches einen Gleichtaktanteil auf seinen beiden Signaleingängen unterdrückt. Bei dem den Gleichtaktanteil unterdrückenden Bauelement 11 handelt es sich in dem Ausführungsbeispiel aus 1A um einen Balun 11 ₁. Gut zu erkennen ist, dass eine erste Signalleitung 12 ₁ den Innenleiter des Baluns 11 ₁ mit dem ersten Widerstand 3 ₁ des zweiten Anpassglieds 3 verbindet. Andererseits verbindet eine zweite Signalleitung 12 ₂ den ersten Widerstand 4 ₁ des dritten Anpassglieds 4 mit einem Außenleiter des Baluns 11 ₁. Der Balun 11 ₁ kann beispielsweise sehr einfach durch ein Koaxialkabel aufgebaut sein, welches von Ferriten umgeben ist. Das der Messbrücke 1 abgewandte Ende des Baluns 11 ₁ ist mit einem vierten Anschlusselement 13 verbunden, an welches die Messelektronik des Netzwerkanalysators, insbesondere verschiedene Mischerstufen und/oder Analog-/Digital-Wandler angeschlossen sind. Der Außenleiter dieser Seite des Baluns 11 ₁ ist dabei mit der Bezugsmasse verbunden. Der Balun 11 ₁ wandelt ein differenzielles Signal in ein massebezogenes Signal um.
Für den Fall, dass das Messobjekt 7 die Verbindung zwischen dem zweiten Widerstand 4 ₂ und dem Messobjekt 7 in der gleichen Weise wie der Kalibrierstandard 5 abschließt, sind die Signale auf der ersten Signalleitung 12 ₁ und der zweiten Signalleitung 12 ₂ gleich groß in ihrer Amplitude und in Phase. Der Balun 11 ₁ bewirkt, dass dieser Gleichtaktanteil unterdrückt wird, so dass an dem vierten Anschlusselement 13 keine Spannung bezüglich der Bezugsmasse gemessen werden kann. Etwas anderes gilt, falls das zweite Anschlusselement 8 durch das Messobjekt 7 nicht in der gleichen Weise wie durch den Kalibrierstandard 5 abgeschlossen wird. In diesem Fall sind die Signale auf der ersten Signalleitung 12 ₁ und der zweiten Signalleitung 12 ₂ nicht exakt gleich, so dass an dem vierten Anschlusselement 13 der Gegentaktanteil bezüglich der Bezugsmasse gemessen werden kann.
Dieser Aufbau erlaubt, dass problemlos das Reflektionsverhalten des Messobjekts 7 gemessen werden kann. Wie bereits erläutert, kann der Kalibrierstandard 5 ebenfalls innerhalb der Messbrücke 1 angeordnet werden, so dass auf das erste Anschlusselement 6 verzichtet werden kann. In diesem Fall weist die Messbrücke 1 allerdings eine leichte Unsymmetrie auf, die mittels eines Kalibriervorgangs ermittelt werden muss, weil das Messobjekt 7 nach wie vor über das zweite Anschlusselement 8 mit der Messbrücke 1 verbunden werden muss. Um eine möglichst hohe Bandbreite realisieren zu können, sollte der dritte Widerstand 3 ₃ des zweiten Anpassglieds 3 daher bevorzugt mit einem ersten Anschlusselement 6 verbunden werden. Das erste Anschlusselement 6 sollte dabei die gleichen elektrischen Eigenschaften aufweisen, wie das zweite Anschlusselement 8. Die erzielbare Isolation zwischen dem Generatorpfad (Signalgenerator 9) und Messpfad (Anschlusselement 13) richtet sich demnach danach, wie gut der Anschluss für das Messobjekt 7 durch den Kalibrierstandard 5 im Fall "Angepasst" nachgebildet wird.
Wie später noch erläutert wird, handelt es sich bei den Widerständen des ersten, zweiten und dritten Anpassglieds 2, 3, 4 bevorzugt um Dünnfilmwiderstände, die auf einem Substrat 25, z.B. einer Keramik oder einem Quarzsubstrat oder einem anderen geeigneten Trägermaterial ausgebildet sind. Auch der Kalibrierstandard 5 kann, falls er direkt in der Messbrücke 1 integriert ist, in Form einer oder mehrerer Dünnfilmwiderstände realisiert werden.
1B zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Ersatzschaltbilds der erfindungsgemäßen Messbrücke 1, wobei dem Messobjekt 7 eine Vorspannung zugeführt werden kann. Dies geschieht über eine sogenannte Bias-Einrichtung 20. Die Bias-Einrichtung 20 stellt am zweiten Anschlusselement 8, an dem das Messobjekt 7 angeschlossen ist, einen einstellbaren von der Hochfrequenz entkoppelten Gleichstrom zur Verfügung. Durch das Einfügen einer solchen Bias-Einrichtung 20 wird die mit der Messbrücke 1 erreichbare Direktivität in der Regel verschlechtert. Um die Einflüsse der Bias-Einrichtung 20 auf die Direktivität zu kompensieren, wird die erfindungsgemäße Messbrücke durch eine Dummy-Bias-Einrichtung 21 auf der Seite des Kalibrierstandards 5 ergänzt. Der schaltungstechnische Aufbau dieser Dummy-Bias-Einrichtung 21 ist der gleiche wie der Aufbau der Bias-Einrichtung 20. Der Unterschied besteht darin, dass die Dummy-Bias-Einrichtung 21 allerdings keinen Gleichstorm in dem Kalibrierstandard 5 einspeist. Die erfindungsgemäße Messbrücke 1 wird dadurch wiederum in einen symmetrischen Zustand überführt, weil Veränderungen in der Phasenlage aufgrund der Bias-Einrichtung 20 ebenfalls durch die Dummy-Bias-Einrichtung 21 am Kalibrierstandard 5 hervorgerufen werden.
Ein weiterer Unterschied zwischen dem Ausführungsbeispiel aus 1A und dem Ausführungsbeispiel aus 1B besteht darin, dass der zweite Widerstand 2 ₂ des ersten Anpassglieds 2 und der zweite Widerstand 3 ₂ des zweiten Anpassglieds 3 zu einem ersten Ersatzwiderstand 22 ₁ zusammengefasst worden sind. Dieser Ersatzwiderstand weist für das 50 Ohm-System einen Wert von ca. 33,56 Ohm auf. Weiterhin wurde auch der dritte Widerstand 2 ₃ des ersten Anpassglieds 2 und der dritte Widerstand 4 ₃ des dritten Anpassglieds 4 zu einem zweiten Ersatzwiderstand 22 ₂ zusammengefasst. Dieser zweite Ersatzwiderstand 22 ₂ weist für das 50 Ohm-System ebenfalls einen Wert von ca. 33,56 Ohm auf. Die übrige Funktionsweise der erfindungsgemäßen Messbrücke 1 aus 1B entspricht der Funktionsweise der erfindungsgemäßen Messbrücke 1 aus 1A, weshalb bezüglich der anderen Bauelemente auf die Ausführungen zu 1A verwiesen wird.
1C zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein Ersatzschaltbild der erfindungsgemäßen Messbrücke 1, wobei für das gleichtaktunterdrückende Bauelement 11 ₁ ein Differenzverstärker 11 ₂ eingesetzt worden ist. Dieser Differenzverstärker 11 ₂ sollte allerdings eine ausreichend hohe Gleichtaktunterdrückung aufweisen. Dadurch kann die räumliche Anordnung der erfindungsgemäßen Messbrücke 1 verkleinert werden. Die obere Grenzfrequenz ist allerdings bei Einsatz eines Differenzverstärkers 11 ₂ im Gegensatz zum Einsatz eines Baluns 11 ₁ deutlich niedriger. So eigenen sich Differenzverstärker 11 ₂, die eine ausreichend hohe Gleichtaktunterdrückung aufweisen, bisher nur bis zu einem oberen Frequenzbereich von ca. 5 GHz. Die übrige Schaltungsstruktur aus 1C entspricht der Schaltungsstruktur aus 1B und 1A, weshalb im Weiteren auf die bisherigen Beschreibungsteile verwiesen wird.
2A zeigt ein Ausführungsbeispiel für die Realisierung der drei Anpassglieder 2, 3, 4 der erfindungsgemäßen Messbrücke 1. Die erfindungsgemäße Messbrücke 1 ist dabei in Dünnfilmtechnik basierend auf Mikrostreifenleitungen realisiert. Gut zu erkennen sind der erste Widerstand 3 ₁ und der dritte Widerstand 3 ₃ des zweiten Anpassglieds 3 und der erste Widerstand 4 ₁ und der zweite Widerstand 4 ₂ des dritten Anpassglieds 4 sowie der erste Widerstand 2 ₁ des ersten Anpassglieds 2.
Wie bereits zu 1B erläutert wurde, sind der zweite Widerstand 3 ₂ des zweiten Anpassglieds 3 und der zweite Widerstand 2 ₂ des ersten Anpassglieds 2 zu einem ersten Ersatzwiderstand 22 ₁ zusammengefasst. Selbiges gilt auch für den dritten Widerstand 2 ₃ des ersten Anpassglieds 3 und den dritten Widerstand 4 ₃ des dritten Anpassglieds 4, welche zu dem zweiten Ersatzwiderstand 22 ₂ zusammengefasst sind. Bei diesen Widerständen handelt es sich um Dünnfilmwiderstände, die mittels eines Lasers auf ihren nominalen Wert getrimmt werden können.
Die erfindungsgemäße Messbrücke 1 ist dabei auf einem Substrat 25, z.B. auf einer Keramik 25 oder einem Quarzsubstrat 25 oder einem anderen geeigneten Trägermedium 25 ausgebildet. Die parasitären Verluste eines Keramikträgers sind bei hohen Frequenzen deutlich geringer, als die der bekannten Kunststoffe, die in Leiterplatten Verwendung finden.
2B zeigt ein Ausführungsbeispiel für die Realisierung eines Kalibrierstandards 5 der direkt auf der erfindungsgemäßen Messbrücke 1 ausgebildet ist. Gut zu erkennen ist, dass ein erster gestrichelter Bereich 26 innerhalb von 2B den Ausschnitt aus 2A enthält. Bezüglich des ersten gestrichelten Bereichs 26 wird auf die Beschreibungsteile zu 2A verwiesen. Der Kalibrierstandard 5 kann gerade bei niedrigen Frequenzen, wenn die Phasendrehung der Zuleitungen und die Einflüsse der Übergänge zur Ankopplung des Messobjekts 7 vernachlässigbar sind, durch einen einfachen 50 Ohm-Widerstand nachgebildet werden. Innerhalb von 2B ist dieser Kalibrierstandard 5 durch zwei 100 Ohm-Dünnfilmwiderstände 27 ₁, 27 ₂ nachgebildet, die über je eine Durchkontaktierung 28 ₁, 28 ₂ mit der Bezugsmasse auf der Rückseite des Substrats 25, also auf der Rückseite des Trägermaterials 25 verbunden und damit parallel geschalten sind. Diese beiden 100 Ohm-Dünnfilmwiderstände 27 ₁, 27 ₂ sind ebenfalls mittels eines Lasers auf ihren exakten nominalen Wert trimmbar. Weiterhin ist eine Leiterbahn 29 zu sehen, die den dritten Widerstand 3 ₃ des zweiten Anpassglieds 3 mit den beiden 100 Ohm-Dünnfilmwiderständen 27 ₁, 27 ₂ verbindet. Diese Leiterbahn 29 weist an ihrem dem Kalibrierstandard 5 zugewandten Ende eine V-förmige Ausnehmung 30 auf. Dadurch wird der Stromfluss nicht bis zum Ende hin geführt, wodurch das kapazitive Streufeld reduziert wird.
2C zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Messbrücke 1, die sich zum Anschluss an einen separaten Kalibrierstandard 5 eignet. Gut zu erkennen ist in 2C in der Mitte der Bereich 26 aus 2B, der die drei Anpassglieder 2, 3, 4 enthält, wie dies zu 2A beschrieben worden ist. Weiterhin weist die erfindungsgemäße Messbrücke 1 aus 2C ein erstes Anschlusselement 6, ein zweites Anschlusselement 8 und ein drittes Anschlusselement 10 auf. Bei den Anschlusselementen 6, 8, 10 kann es sich um Anschlussbuchsen handeln. An das erste Anschlusselement 6 kann ein separater Kalibrierstandard 5 geschraubt werden, wohingegen das zweite Anschlusselement 8 mit dem Messobjekt 7 verbunden wird. Das dritte Anschlusselement 10 kann, wie bereits erläutert, mit dem Signalgenerator 9 verbunden werden. Wichtig ist, dass das erste Anschlusselement 6 die gleichen elektrischen Eigenschaften aufweist, wie das zweite Anschlusselement 8. Das bedeutet, dass die Phasendrehungen, die durch das erste Anschlusselement 6 und das zweite Anschlusselement 8 hervorgerufen werden, genauso wie die Dämpfung des Signals an den beiden Anschlusselementen 6, 8, in etwa gleich groß sein muss. Bevorzugt weist das dritte Anschlusselement 10 ebenfalls die gleichen elektrischen Eigenschaften auf. Gut zu erkennen ist, dass die erfindungsgemäße Messbrücke 1 neben dem Substrat 25 noch ein Gehäuse 31 besitzt. Dieses Gehäuse 31 ist bevorzugt aus einem leitfähigen Metall, wie z. B. Aluminium, gefertigt und verhindert dass Störstrahlung in die Messbrücke 1 einkoppelt.
3 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Chocked-Baluns 11 ₁. Wie bereits in 1A erläutert wurde, wird die erste Signalleitung 12 ₁ mit dem Innenleiter 35 des Baluns 11 ₁ verbunden, wohingegen die zweite Signalleitung 12 ₂ mit dem Außenleiter 36 des Baluns 11 ₁ verbunden wird. Der Balun 11 ₁ aus 3 hat einen koaxialen Aufbau. Der Innenleiter 35 ist dabei von einem Außenleiter 36 radial umgeben. In dem Ausführungsbeispiel aus 3 sind weiterhin zwei Ferrite 37 ₁ und 37 ₂ vorhanden, die den Außenleiter 36 radial umgeben. Die störenden Mantelströme I_M auf dem Außenleiter 36 werden mithilfe der Ferrite 37 ₁, 37 ₂ unterdrückt. Dieser störende Mantelstrom I_M der zu einem unbalancierten Signalanteil am Ausgang des Baluns 11 ₁ führen würde, wird, wie bereits erläutert, durch die Ferrite 37 ₁, 37 ₂ auf dem Mantel der Koaxialleitung unterdrückt, so dass in den beiden Ausgangsleitungen 35, 36 der gleiche Strom I_B in entgegengesetzte Richtungen fließt.
Die Ferrite 37 ₁, 37 ₂ sind bevorzugt als Ferritringe ausgebildet, die eine unterschiedliche Länge und eine unterschiedliche Größe haben können und aus unterschiedlichen Ferritmaterialien bestehen können. Diese Ferrite 37 ₁, 37 ₂ können in unterschiedlichen Abständen auf dem Koaxialleiter angeordnet sein. Die Abfolge und Anordnung der Ferrite 37 ₁, 37 ₂ richtet sich nach dem abzudeckenden Frequenzbereich und muss von Fall zu Fall angepasst werden. Die Anpassung kann derart erfolgen, dass sowohl das erste Anschlusselement 6 mit dem Kalibrierstandard 5, als auch das zweite Anschlusselement 8 mit einem bekannten Kalibrierstandard 5 verbunden werden. Über dem Signalgenerator 9 wird ein Signal über das dritte Anschlusselement 10 in die erfindungsgemäße Messbrücke 1 eingespeist. Die Ferrite werden dann auf dem Außenleiter 36 solange verschoben, bis das kleinstmögliche Spannungsminimum am vierten Anschlusselement 13 gemessen wird. Bei idealen Komponenten wäre diese Spannung gleich Null.
Allerdings treten mit zunehmenden Frequenzen Probleme auf, die durch Resonanzphänomene auf dem Außenleiter 36 der Koaxialleitung 38 verursacht werden. Weiterhin ist das Verhalten der Ferritmaterialien bei höheren Frequenzen nicht ideal und zum Teil undefiniert. Aus diesem Grund wird zur Balancierung von Frequenzen oberhalb von z.B. 4 GHz bevorzugt ein anderes Balun-Konzept verwendet.
4 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines resistiven Baluns 11 ₁, welcher für höhere Frequenzen verwendet werden kann. Gut zu erkennen sind die erste Signalleitung 12 ₁ und die zweite Signalleitung 12 ₂. Bei diesen beiden Signalleitungen 12 ₁, 12 ₂ handelt es sich um balancierte Leitungen, die auf der Oberseite des Substrats 25 angeordnet sind. Auf der Rückseite des Substrats 25 ist eine Massefläche angeordnet, wobei innerhalb der Massefläche eine Widerstandsschicht 32 eingebettet ist, die unterhalb der ersten Signalleitung 12 ₁ und der zweiten Signalleitung 12 ₂ liegt. Ein Gehäuse 31 sorgt ebenfalls dafür, dass dieser resistive Balun 11 ₁ geschirmt ist.
5 zeigt ein Ausführungsbeispiel, welches die Feldverteilung für Gleichtaktsignale und Gegentaktsignale in dem resistiven Balun 11 ₁ aus 4 näher beschreibt. Die linke Zeichnungsfigur von 5 beschreibt die Feldverteilung für ein Gleichtaktsignal in einem resistiven Balun 11 ₁. Gut zu erkennen ist, dass in beiden Signalleitungen 12 ₁, 12 ₂ der Strom in die gleiche Richtung fließt. Die Signalleitungen 12 ₁, 12 ₂ sind, wie bereits in 4 erörtert, durch das Substrat 25 von einer darunterliegenden Widerstandsschicht 32 getrennt. Bei dem Substrat 25 handelt es sich bevorzugt um eine Keramik. Gut zu erkennen sind die Feldlinien des elektrischen Feldes. Wie bereits erläutert, fließt bei dem Gleichtaktsignal der Strom in beiden Signalleitungen 12 ₁, 12 ₂ in die gleiche Richtung. Der Stromkreis wird durch den Strom in der Massefläche auf die Substratrückseite geschlossen. Mithilfe der Widerstandsschicht 32 auf der Substratrückseite kann dieser Strom gedämpft werden.
Anders sieht es hingegen bei einem Gegentaktsignal aus, wie dies in der rechten Zeichnungsfigur von 5 gezeigt ist. In diesem Fall fließen die Ströme in der ersten Signalleitung 12 ₁ und in der zweiten Signalleitung 12 ₂ in eine entgegengesetzte Richtung. Ein solches Gegentaktsignal wird durch die Widerstandsschicht nur leicht beeinflusst, wie die Feldverteilung des elektrischen Feldes zeigt.
6 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen resistiven Baluns 11 ₁ mit einer DGS-Struktur 39 (engl. Defective Ground Structure; dt. unterbrochene Massestruktur). Damit die Widerstandsschicht 32 das Gegentaktsignal noch weniger beeinflusst, sind die Teile der Widerstandsschicht 32, die sich direkt unterhalb der ersten Signalleitung 12 ₁ und der zweiten Signalleitung 12 ₂ befinden, entfernt. Die DGS-Struktur 39 spaltet die Widerstandsschicht 32, bei welcher es sich um eine Dünnfilmwiderstandsschicht 32 handelt, in zwei voneinander getrennte Dünnfilmwiderstandsschichten 32 auf, wobei die Breite der DGS-Struktur 39 an das verwendete Substratmaterial und den abzudeckenden Frequenzbereich angepasst ist und wobei diese direkt zwischen den beiden Signalleitungen 12 ₁, 12 ₂ auf der Unterseite des Substrat 25 ausgebildet ist. In dem Beispiel aus 6 ist die Breite der DGS-Struktur 39 deutlich größer als der Abstand der ersten Signalleitung 12 ₁ und der zweiten Signalleitung 12 ₂.
Die Dämpfung des Gegentaktsignals kann auch weiterhin dadurch verringert werden, dass die Schlitzbreite zwischen der ersten Signalleitung 12 ₁ und der zweiten Signalleitung 12 ₂ verringert wird, weil hierdurch das elektromagnetische Feld im Bereich der Schlitze konzentriert wird und die Feldanteile im Bereich der Widerstandsschicht 32 abnehmen, wodurch die erste Signalleitung 12 ₁ und die zweite Signalleitung 12 ₂ nahe zusammen liegen. Dabei kann die Schlitzbreite derart gewählt werden, dass diese einen Bereich von z.B. einigen µm bis hin zu z.B. einigen mm umfasst.
Die Verwendung einer solchen DGS-Struktur 39 führt dazu, dass bei einem Gegentaktsignal die Feldkonzentration auf der Widerstandsschicht 32 abnimmt, wohingegen bei einem Gleichtaktsignal die elektromagnetischen Felder auf den Kanten der Widerstandsschicht 32 konzentriert sind, wodurch das Gleichtaktsignal deutlich stärker gedämpft wird, als das Gegentaktsignal.
Allerdings wäre zur Balancierung von Frequenzen unter 4 GHz eine sehr lange Widerstandsschicht 32 erforderlich, die bei hohen Frequenzen zu unverhältnismäßig großen Verlusten des Gegentaktsignals führen würde.
Aus diesem Grund kombiniert der erfindungsgemäße Balun 11 ₁ vorzugsweise die Konzepte aus 3, 4 und 6. Daher zeigt 7 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Baluns 11 ₁, der sowohl Ferrite 37 ₁, 37 ₂, 37 ₃, 37 ₄, 37 ₅, als auch einen resistiven Anteil umfasst. Der erfindungsgemäße Balun 11 ₁ besteht aus einem ersten Abschnitt 50 und einem zweiten Abschnitt 51. Der erste Abschnitt 50 zeigt den Aufbau des resistiven Teils, wie er zu den 4, 5 und 6 erläutert wurde. Der zweite Abschnitt 51 zeigt den Aufbau, wie er zu der 3 erläutert wurde. Gut zu erkennen ist, dass der erste Abschnitt 50 ein Substrat 25 umfasst, auf dessen Oberseite die erste Signalleitung 12 ₁ und zumindest die eine zweite Signalleitung 12 ₂ geführt sind. Auf der Unterseite des Substrats 25 ist in dem Ausführungsbeispiel aus 7 unterhalb der Signalleitungen 12 ₁, 12 ₂ eine Dünnfilmwiderstandsschicht 32 ausgebildet.
Wie bereits erläutert, dämpft diese Dünnfilmwiderstandsschicht 32 das Gleichtaktsignal auf der ersten und der zweiten Signalleitung 12 ₁, 12 ₂ deutlich stärker, als das Gegentaktsignal auf den beiden Leitungen. Der erste Abschnitt 50 des erfindungsgemäßen Baluns 11 ₁ sorgt dafür, dass das Gleichtaktsignal für Frequenzen oberhalb von in etwa 4 GHz effektiv unterdrückt wird. Wie bereits erläutert, müsste diese Dünnfilmwiderstandsschicht 32 sehr lang sein, damit ein niederfrequentes Gleichtaktsignal ebenfalls gut gedämpft werden würde. Aus diesem Grund besteht der zweite Abschnitt 51 des erfindungsgemäßen Baluns 11 ₁ aus einem koaxial aufgebauten Balun 11 ₁, wobei der Koaxialleiter 38 von mehreren Ferriten 37 ₁ bis 37 ₅ umgeben ist. Der Innenleiter 35 der Koaxialleitung 38 des zweiten Abschnitts 51 des erfindungsgemäßen Baluns 11 ₁ ist mit der ersten Signalleitung 12 ₁ verbunden, wobei der Außenleiter 36 an einem ersten Ende der Koaxialleitung 38 mit der zweiten Signalleitung 12 ₂ verbunden ist.
Weiterhin weist der zweite Abschnitt 51 des erfindungsgemäßen Baluns 11 ₁ optional eine Kompensationsleitung 52 auf, bei welcher es sich bevorzugt um einen Draht handelt. Diese Kompensationsleitung 52 ist an ihrem ersten Ende ebenfalls mit der ersten Signalleitung 12 ₁ und damit mit dem Innenleiter 35 der Koaxialleitung 38 verbunden. Aufgrund der Ferrite 37 ₁ bis 37 ₅ erhöht sich die Induktivität des Außenleiters 36 der Koaxialleitung 38, wohingegen aufgrund des koaxialen Aufbaus sich die Induktivität des Innenleiters 35 nicht erhöht. Dieser Sachverhalt würde in Abhängigkeit der jeweiligen Betriebsfrequenz zu einem unsymmetrischen Aufbau des erfindungsgemäßen Baluns 11 ₁ führen. Aus diesem Grund wird der Innenleiter 35 mit einer separaten Kompensationsleitung 52 verbunden, die ebenfalls bevorzugt durch die gleichen Ferrite 37 ₁ bis 37 ₅ geführt wird, wie die Koaxialleitung 38. In diesem Fall erhöht sich die Induktivität des Innenleiters 35 gegenüber der Gehäusemasse in gleichem Maße, wie sich die Induktivität des Außenleiters 36 gegenüber der Gehäusemasse erhöht. Der erfindungsgemäße Balun 11 ₁ weist unabhängig von der Betriebsfrequenz ein symmetrisches Verhalten auf.
8 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Kombination eines Baluns 11 ₁ mit Ferriten 37 ₁ bis 37 ₅ und eines resistiven Baluns 11 ₁. Im Gegensatz zu 7, welche eine Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Baluns 11 ₁ zeigt, veranschaulicht 8 eine räumliche Ansicht eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Baluns 11 ₁. Gut zu erkennen sind ebenfalls der erste Abschnitt 50 und der zweite Abschnitt 51. Der erste Abschnitt 50 bildet den resistiven Teil des erfindungsgemäßen Baluns 11 ₁, wohingegen der zweite Abschnitt 51 den sogenannten "Choked-Balun" zeigt. 8 zeigt ebenfalls die Kompensationsleitung 52, die durch die gleichen Ferrite 37 ₁ bis 37 ₅ geführt wird wie die Koaxialleitung 38, wodurch der erfindungsgemäße Balun 11 ₁ symmetrisch
aufgebaut ist. Ein Gehäuse 31 schirmt den erfindungsgemäßen Balun 11 ₁ von der Umgebung ab.
9 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Kombination eines Baluns 11 ₁ mit Ferriten 37 ₁ bis 37 ₅ und eines resistiven Baluns 11 ₁ mit einer DGS-Struktur 39. Gut zu erkennen ist die DGS-Struktur 39, die dafür sorgt, dass der Gleichtaktanteil deutlich stärker gedämpft wird, als der Gegentaktanteil. Der übrige Aufbau aus 9 entspricht demjenigen aus 7, worauf in diesem Zusammenhang verwiesen wird.
10 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Kombination eines Baluns 11 ₁ mit Ferriten 37 ₁ bis 37 ₅ und einer Kompensationsleitung 52 und eines resistiven Baluns 11 ₁ mit einer DGS-Struktur 39. 10 zeigt eine räumliche Ansicht des erfindungsgemäßen Baluns 11 ₁, wohingegen 9 eine Draufsicht auf den Selbigen zeigt. Gut zu erkennen ist ebenfalls das Gehäuse 31, das den erfindungsgemäßen Balun 11 ₁ abschirmt.
11 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Kombination eines Baluns 11 ₁ mit Ferriten 37 ₁ bis 37 ₅ und einer Kompensationsleitung 52 zusammen mit Topfkernen 60 ₁, 60 ₂ und eines resistiven Baluns 11 ₁ mit einer DGS-Struktur 39. Die Kompensationsleitung 52 ist von der Koaxialleitung 38 isoliert. Dies kann dadurch geschehen, dass entweder die Kompensationsleitung 52 und/oder die Koaxialleitung 38 mit einem Schrumpfschlauch versehen sind.
Gut zu erkennen sind zwei Topfkerne 60 ₁, 60 ₂, die dazu dienen, um den Einsatzfrequenzbereich bis hin zu Frequenzen im kHz-Bereich zu erweitern. Dabei ist das Ende der Koaxialleitung 38, welches von dem ersten Abschnitt 50 des Baluns 11 ₁ entfernt ist, mit einem ersten Topfkern 60 ₁ verbunden, wobei der erste Topfkern 60 ₁ eine in einem Ferrit aufgewickelte Koaxialleitung 38 umfasst. Weiterhin ist das Ende der Kompensationsleitung 52, welches von dem ersten Abschnitt 50 des Baluns 11 ₁ entfernt ist, mit einem zweiten Topfkern 60 ₂ verbunden, wobei der zweite Topfkern 60 ₂ eine in einem Ferrit aufgewickelte Leitung 52 umfasst, wobei dieser zweite Topfkern 60 ₂ in etwa die gleichen elektrischen Eigenschaften aufweist, wie der erste Topfkern 60 ₁. Bevorzugt werden die Topfkerne 60 ₁, 60 ₂ nicht mit der Koaxialleitung 38 und der Kompensationsleitung 52 verbunden, sondern die Koaxialleitung 38 wird in dem ersten Topfkern 60 ₁ aufgewickelt, wohingegen die Kompensationsleitung 52 in dem zweiten Topfkern 60 ₂ aufgewickelt wird.
Die Kompensationsleitung 52, welches bevorzugt eine elektrische Isolierung aufweist, ist am Ausgang des zweiten Topfkerns 60 ₂ mit der Bezugsmasse verbunden. Der Außenleiter 38 ist am Ausgang des ersten Topfkerns 60 ₁ ebenfalls mit der Bezugsmasse verbunden. Eine nicht dargestellte Messelektronik ermittelt Betrag und Phase der Spannung des Innenleiters 35 gegenüber der Bezugsmasse.
12 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer getrennten Führung einer Koaxialleitung 38 und einer Kompensationsleitung 52 durch verschiedene Ferrite 70 ₁ bis 70 ₁₀ bzw. 71 ₁ bis 71 ₁₀. In diesem Fall wird die Koaxialleitung 38 durch die Ferrite 70 ₁ bis 70 ₁₀ geführt, wohingegen die Kompensationsleitung 52 durch die Ferrite 71 ₁ bis 71 ₁₀ geführt wird. Die Höhe, durch die die Ferrite 70 ₁ bis 70 ₁₀ die Induktivität des Außenleiters 38 erhöhen, sollte dabei genauso groß sein, wie die Höhe, durch die die Ferrite 71 ₁ bis 71 ₁₀ die Induktivität der Kompensationsleitung 52 erhöhen.
Im Rahmen der Erfindung sind alle beschriebenen und/oder gezeichneten Merkmale beliebig miteinander kombinierbar. Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Selbstverständlich können z. B. auch mehr als 10 Ferrite oder weniger als 10 Ferrite verwendet werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102006005040 A1 [0003, 0003]

Claims

Messbrücke (1) aufweisend ein erstes Anpassglied (2), ein zweites Anpassglied (3) und ein drittes Anpassglied (4), wobei alle Anpassglieder (2, 3, 4) aus zumindest drei Widerständen (2 ₁, 2 ₂, 2 ₃, 3 ₁, 3 ₂, 3 ₃, 4 ₁, 4 ₂, 4 ₃) bestehen, die in einer T-Struktur angeordnet sind, wobei jeweils ein zweiter Widerstand (3 ₂) des zweiten Anpassglieds (3) mit einem zweiten Widerstand (2 ₂) des ersten Anpassglieds (2) und ein dritter Widerstand (4 ₃) des dritten Anpassglieds (4) mit einem dritten Widerstand (2 ₃) des ersten Anpassglieds (2) verbunden sind und wobei ein zweiter Widerstand (4 ₂) des dritten Anpassglieds (4) mit einem Messobjekt (7) verbindbar ist.
Messbrücke nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein dritter Widerstand (3 ₃) des zweiten Anpassglieds (3) mit einem Kalibrierstandard (5) verbindbar ist und dass ein erster Widerstand (3 ₁, 4 ₁) des zweiten und des dritten Anpassglieds (3, 4) mit je einem Signaleingang eines Bauelements (11) verbunden ist, das einen Gleichtaktanteil auf seinen beiden Signaleingängen unterdrückt.
Messbrücke nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Bauelement (11) um einen Balun (11 ₁) oder einen Differenzverstärker (11 ₂) handelt.
Messbrücke nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Widerstand (2 ₁) eines ersten Anpassglieds (2) mit einem Signalgenerator (9) verbindbar ist und/oder dass ein zweiter Widerstand (2 ₂) des ersten Anpassglieds (2) mit einem zweiten Widerstand (3 ₂) des zweiten Anpassglieds (3) zu einem ersten Ersatzwiderstand (22 ₁) zusammengefasst sind und/oder dass ein dritter Widerstand (2 ₃) des ersten Anpassglieds (2) mit einem dritten Widerstand (4 ₃) des dritten Anpassglieds (4) zu einem zweiten Ersatzwiderstand (22 ₂) zusammengefasst ist.
Messbrücke nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Widerstände (2 ₁, 2 ₂, 2 ₃, 3 ₁, 3 ₂, 3 ₃, 4 ₁, 4 ₂, 4 ₃) des ersten, zweiten und dritten Anpassglieds (2, 3, 4) als Dünnfilmwiderstände auf einem Substrat (25) ausgebildet sind und/oder dass es sich bei dem Substrat (25) um eine Keramik oder ein Quarzsubstrat handelt.
Messbrücke nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kalibrierstandard (5) durch zumindest einen Dünnfilmwiderstand (27 ₁, 27 ₂) auf dem Substrat (25) gebildet ist und/oder dass eine Leiterbahn (29), die den zumindest einen als Dünnfilmwiderstand (27 ₁, 27 ₂) ausgebildeten Kalibrierstandard (5) mit dem zweiten Anpassglied (3) verbindet, an ihrem dem Kalibrierstandard (5) zugewandten Ende eine V-förmige Ausnehmung (30) aufweist, die ein kapazitives Streufeld reduziert, und/oder dass die Messbrücke (1) ein erstes Anschlusselement (6) aufweist, über das das zweite Anpassglied (3) mit einem separaten Kalibrierstandard (5) verbindbar ist, wobei das erste Anschlusselement (6) die gleichen elektrischen Eigenschaften aufweist, wie ein zweites Anschlusselement (8), das das dritte Anpassglied (4) mit dem Messobjekt (7) verbindet.
Messbrücke nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Messbrücke (1) eine Bias-Einrichtung (20) umfasst, die an den zweiten Widerstand (4 ₂) des dritten Anpassglieds (4) angeschlossen ist, dass die Messbrücke (1) eine Dummy-Bias-Einrichtung (21) umfasst, die an den dritten Widerstand (3 ₃) des zweiten Anpassglieds (3) angeschlossen ist und dass die Dummy-Bias-Einrichtung (21) gleich aufgebaut ist, wie die Bias-Einrichtung (20), wodurch die Messbrücke (1) symmetrisch ist.
Balun (11 ₁) aufweisend einen ersten Abschnitt (50), wobei der erste Abschnitt (50) ein Substrat (25) umfasst, auf dessen Oberseite eine erste Signalleitung (12 ₁) und zumindest eine zweite Signalleitung (12 ₂) geführt sind und auf dessen Unterseite unterhalb der Signalleitungen (12 ₁, 12 ₂) eine Dünnfilmwiderstandsschicht (32) ausgebildet ist.
Balun nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Balun (11 ₁) einen zweiten Abschnitt (51) umfasst, wobei der zweite Abschnitt (51) eine Koaxialleitung (38) aufweist, deren Innenleiter (35) mit der ersten Signalleitung (12 ₁) verbunden ist und deren Außenleiter (36) an einem ersten Ende der Koaxialleitung (38) mit der zweiten Signalleitung (12 ₂) verbunden ist, und wobei zumindest ein erster Ferrit (37 ₁, 37 ₂, 37 ₃, 37 ₄, 37 ₅; 70 ₁, 70 ₁₀) die Koaxialleitung (38) umgibt.
Balun nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Signalleitung (12 ₁) und die zweite Signalleitung (12 ₂) nahe zueinander angeordnet sind und/oder dass es sich bei dem Substrat (25) um eine Keramik oder ein Quarzsubstrat handelt.
Balun nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Dünnfilmwiderstandsschicht (32) eine DGS-Struktur aufweist (39), die die Dünnfilmwiderstandsschicht (32) in zwei voneinander getrennte Dünnfilmwiderstandsschichten (32) aufspaltet, wobei die Breite der DGS-Struktur (39) an das verwendete Substratmaterial und den abzudeckenden Frequenzbereich angepasst ist und wobei diese direkt zwischen den beiden Signalleitungen (12 ₁, 12 ₂) auf der Unterseite des Substrats (25) ausgebildet ist.
Balun nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenleiter (36) der Koaxialleitung (38) an einem zweiten Ende mit der Bezugsmasse verbunden ist und/oder dass der Balun (11 ₁) eine Kompensationsleitung (52) aufweist, deren erstes Ende mit der ersten Signalleitung (12 ₁) verbunden ist und/oder dass die Kompensationsleitung (52) ein Draht ist.
Balun nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompensationsleitung (52) zusammen mit der Koaxialleitung (38) von dem zumindest einen ersten Ferrit (37 ₁, 37 ₂, 37 ₃, 37 ₄, 37 ₅) umgeben ist oder dass die Kompensationsleitung (52) von zumindest einem weiteren Ferrit (71 ₁, 71 ₁₀) umgeben ist, wobei der zumindest eine weitere Ferrit (71 ₁, 71 ₁₀) die gleichen Eigenschaften aufweist wie der zumindest eine erste Ferrit (37 ₁, 37 ₂, 37 ₃, 37 ₄, 37 ₅; 70 ₁, 70 ₁₀) und/oder dass ein zweites Ende der Kompensationsleitung (52) mit der Bezugsmasse verbunden ist.
Balun nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Ende der Koaxialleitung (38), welches von dem ersten Abschnitt (50) des Baluns (11 ₁) entfernt ist, mit einem ersten Topfkern (60 ₁) verbunden ist, wobei der erste Topfkern (60 ₁) eine in einem Ferrit aufgewickelte Koaxialleitung umfasst oder wobei die Koaxialleitung (38) in dem ersten Topfkern (60 ₁) aufgewickelt ist und/oder dass die Kompensationsleitung (52) mit einem zweiten Topfkern (60 ₂) verbunden ist, wobei der zweite Topfkern (60 ₂) eine in einem Ferrit aufgewickelte Leitung umfasst, oder wobei die Kompensationsleitung (52) in dem zweiten Topfkern (60 ₂) aufgewickelt ist und wobei der zweite Topfkern (60 ₂) die gleichen elektrischen Eigenschaften aufweist, wie der erste Topfkern (60 ₁).
Messbrücke nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in die Messbrücke (1) ein Balun (11 ₁) nach einem der Ansprüche 8 bis 14 als gleichtaktunterdrückendes Bauelement (11) eingesetzt ist.