DE3708759A1 - Variabel einstellbares daempfungsglied - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein variabel einstellbares Dämpfungsglied nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

PIN-Dioden werden häufig als variable Dämpfungselemente für hochfrequente Signale eingesetzt, da der Wirkwider­ stand der Dioden über einen der Dioden eingeprägten Durch­ laßstrom auf einfache Weise eingestellt werden kann. In bekannter Weise können auch mehrere solcher PIN-Dioden in einem Dämpfungsglied beispielsweise in T-Schaltung kombiniert werden. Von solchen Dämpfungsgliedern im Signalweg eines HF-Signals wird, vor allem bei hohen Signalpegeln eine über den gesamten einstellbaren Dämpfungsbereich gute Impedanzanpassung an die Signal­ leitung und damit ein geringes und weitgehend konstantes Stehwellenverhältnis gefordert.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu­ grunde, ein Dämpfungsglied der im Oberbegriff des Patent­ anspruchs 1 genannten Art anzugeben, das schnell und mit geringem Aufwand einstellbar ist und über den gesamten einstellbaren Dämpfungsbereich ein gleichmäßiges und geringes Stehwellenverhältnis aufweist.

Die Erfindung ist im Patentanspruch 1 beschrieben. Die Unteransprüche enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung.

Die Erfindung ist nachfolgend unter Bezugnahme auf die Abbildungen nach eingehend veranschaulicht.

Dabei zeigt:

Fig. 1 den prinzipiellen Verlauf der Steuerströme in Abhängigkeit von der Dämpfung

Fig. 2 ein Blockschaltbild der Ansteuerung und des Dämpfungsglieds

Fig. 3 einen vorteilhaften Aufbau eines Dämpfungsglieds

Fig. 4 eine bevorzugte Ausführung der Funktions­ generatoren.

Durch das Steuersignal wird die gewünschte Dämpfung über die in den Funktionsgeneratoren erzeugten Steuerströme eingestellt. Die Gesamtdämpfung D _T der T-Schaltung setzt sich zusammen aus einem durch die Längsglieder und einem durch die Querglieder verursachten Anteil. Für geringe Dämpfung D _T fließt ein hoher Steuerstrom I _L durch die Dioden in den Längszweigen und ein minimaler Steuerstrom I _Q durch die Diode(n) im Querzweig. Mit steigender Dämpfung nimmt der Steuerstrom I _L durch die Längsglieder annähernd exponentiell ab, während der Steuerstrom im Querzweig annähernd exponentiell ansteigt, bis dann schließlich für maximale Dämpfung D _T der Steuerstrom I _L minimal und der Steuerstrom I _Q maximal wird. Dieser Zu­ sammenhang ist in Fig. 1 skizziert, wobei auf der Abszisse die Dämpfung D _T der T-Schaltung in dB und auf der Ordinate die Steuerströme I _L , I _Q in logarithmischem Maßstab auf­ getragen sind. Aus den oben beschriebenen Abhängigkeiten I _L ∼exp (-rD _T ) und I _Q ∼exp (rD _T ) ergeben sich durch den logarithmischen Ordinatenmaßstab die Zusammenhänge ln I _L ∼-r · D _T und ln I _Q ∼r · D _T (mit r als Proportionali­ tätsfaktor). Zu jedem Wert der Dämpfung D _T sind damit die Werte für I _L und I _Q festgelegt, die die Einhaltung eines gleichbleibend geringen Stehwellenverhältnisses gewähr­ leisten. Messungen zeigen, daß bei der erfindungsgemäßen Aufteilung der Steuerströme über den gesamten Dämpfungs­ bereich ein Stehwellenverhältnis besser 1,2 eingehalten wird.

Bei der in Fig. 2 skizzierten Anordnung ist das Dämpfungs­ glied Gl in eine das HF-Signal führende Leitung L mit dem Wellenwiderstand Z _L eingefügt. Zur Einstellung einer gewünschten Dämpfung wird ein Steuersignal S auf die Funktionsgeneratoren F _L , F _Q gegeben, die daraus Steuerströme I _L , I _Q erzeugen. Die Funktionsgeneratoren enthalten gemäß einer vorteilhaften, später noch in Einzelheiten erläuterten Ausführungsform im wesentlichen logarithmische Verstärker V _L und V _Q und temperaturkompensierte, span­ nungsgesteuerte Stromquellen W _L , W _Q . Ein Kompensationsnetz­ werk N gleicht temperaturabhängige Eigenschaften der Verstärker V _L und V _Q aus. Das Dämpfungsglied kann vor­ teilhafterweise als Stellglied eines Regelkreises zur Einregelung des HF-Ausgangssignals auf einen Sollwert eingesetzt sein, was in Fig. 2 durch einen Koppler K, der den Ist-Wert des Ausgangssignals A (gegebenenfalls nach Durchlaufen weiterer Baugruppen im Signalweg nach dem Dämpfungsglied) mißt und einem Regelspannungsgenerator R zuführt zum Vergleich mit dem Soll-Wert und zur Erzeugung einer Regelspannung S _R , die als Regelsignal auf die Ein­ gänge der Funktionsgeneratoren gegeben wird.

Fig. 3 zeigt einen bevorzugten Aufbau des in T-Schaltung aufgebauten Dämpfungsglieds mit Übertragern. Dieser Aufbau gestattet die Verwendung von nur jeweils einer PIN-Diode in dem Querzweig und den beiden Längszweigen. Das Dämp­ fungsglied ist durch den eingangsseitigen Übertrager T 1 und den ausgangsseitigen Übertrager T 2 in den Signalweg L des Hochfrequenzsignals HF eingefügt. Für niederfrequente Intermodulationsprodukte, die im Dämpfungsglied bei zeit­ veränderlichen Steuerströmen auftreten können, bilden die Übertrager einen Kurzschluß, so daß diese Intermodu­ lationsprodukte nicht auf den eingangs- oder ausgangs­ seitigen Signalweg übertreten können. Die in den Längs­ zweigen angeordneten Dioden D 1 und D 2 sind so geschaltet, daß die Anoden zueinander gerichtet sind, wodurch die Intermodulationseigenschaften der Schaltung verbessert werden. Die von den Stromquellen gelieferten Steuerströme I _L und I _Q sind den Dioden D 1 und D 2 bzw. der Diode D 3 über die Übertrager zugeführt. Hierbei dienen die Übertrager gleichzeitig als Verdrosselung für die Stromquellen. Ein Übersprechen der Steuerströme auf die Signalleitung wird auf einfache Weise dadurch verhindert, daß die untere Grenzfrequenz des Übertragers hoch gewählt wird, so daß auch relativ hohe Frequenzen für die Steuerströme zu­ gelassen sind. Dies ermöglicht eine schnelle Einstellung oder Nachregelung des Dämpfungsglieds ohne störende Ein­ flüsse auf die Signalleitung.

Gemäß einer bevorzugten Ausführung erzeugen die beiden Funktionsgeneratoren aus dem gemeinsamen Steuersignal Steuerströme I _Q und I _L , die dem Steuersignal S nach den Beziehungen

I _Q ∼ K - ln S
I _L ∼ K - ln (M-S)

proportional sind. K und M sind dabei unveränderliche, durch den Schaltungsaufbau fest eingestellte Werte, wobei offensichtlich ist, daß M < S _max und K < ln M sein muß mit S _max als maximalem Wert für das Steuersignal S. Mit nach diesen Vorschriften abgeleiteten Steuerströmen wird der exponentielle bzw. logarithmischlineare Zusammenhang von Steuerströmen und Gesamtdämpfung D _T des Dämpfungsglieds gut erreicht und die Steuerkennlinie D _T (S) ist annähernd linear.

In Fig. 4 ist ein vorteilhafter Aufbau für die Funktions­ generatoren mit Verstärkern V _L und V _Q , Stromquellen W _L und W _Q und Kompensationsnetzwerk N. Der Schaltungsaufbau ist auf ein Steuersignal S mit negativer (-) Polarität aus­ gelegt, ist jedoch im Rahmen fachmännischen Könnens leicht für ein positives Steuersignal abwandelbar.

Über die Widerstände R 1 und R 2 ist das Steuersignal den Operationsverstärkern Is 1 und Is 2 zugeführt. Durch die Gegenkopplung mit den als Dioden geschalteten Transistoren Ts 1 und Ts 2 weisen die Operationsverstärker eine logarithmische Kennlinie auf. Die Verwendung von als Dioden geschalteten Transistoren ermöglicht eine hohe Grenzfrequenz der Schaltung. Im Ausgang von Is 1 wird so die Spannung erzeugt, mit U _T als Temperaturspannung, I _s als Reststrom des Transistors und I₁ als durch S und R 1 bestimmtem Durchlaßstrom. Beim Verstärker V _L ist der Transistor Ts 2 im Gegenkopplungszweig gegenüber dem Transistor Ts 1 bei Is 1 entgegengesetzt gepolt. Am Ausgang von Is 2 entsteht dann die Spannung Um die Sperrung des Transistors Ts 2 zu verhindern und um die gegenüber Is 1 gegenläufige logarithmische Kennlinie zu erhalten, wird dem über R 2 angelegten negativen Steuersignal S eine über R 3 angelegte positive Spannung U ₊ überlagert. Der Durchlaßstrom des Transistors Ts 2 läßt sich dann aufspalten in einen Strom I _2,2 durch R 3 und einen Strom I _2,1 durch R 2. Da der Differenzstrom I₂= I _2,2-I _2,1 immer positiv sein muß, muß der durch U ₊ und R₃ fest eingestellte Strom I _2,2 größer sein als der maximal auftretende Wert für I _2,1 · Im durch Is 7 und Ts 5 gebildeten logarithmischen Verstärker des Kompensations­ netzwerks N wird eine Referenzspannung

erzeugt. Diese Referenzspannung wird in den als Subtra­ hierer geschalteten Operationsverstärkern Is 3 und Is 4 von den Spannungen U₁ bzw. U₂ subtrahiert. Am Ausgang von Is 3 und Is 4 stehen dadurch von der Temperaturabhängigkeit der Restströme Is freie Spannungen U₁′ bzw. U₂′ zur Verfügung.

Die Operationsverstärker Is 5 und Is 6 bilden mit den Transistoren Ts 3 und Ts 4 und der Widerstandsbeschaltung wie abgebildet temperaturkompensierte, von U₁′ bzw. U₂′ gesteuerte Stromquellen, wodurch die Temperatruabhän­ gigkeit der Schwellspannungen ausgeglichen wird. Über die konstante negative Spannung U- ist ein minimaler Strom für I _L und I _Q eingestellt. Aus den Proportionalitäts­ beziehungen I _L ∼U₂′ und I _Q ∼U₁′ ergibt sich durch ein­ fache Umformung

I _L ∼ K - ln S
I _Q ∼ K - ln (M-S)

wobei in den konstanten M und K fest eingstellte Werte der Schaltung wie Widerstandswerte, Verstärkungs­ faktoren u. ä. zusammengefaßt sind.

Claims (9)

1. Variabel einstellbares Dämpfungsglied mit mehreren, in T-Schaltung angeordneten PIN-Dioden, deren Dämpfungs­ verhalten durch Steuerströme einstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein gemeinsames Steuersignal (S) einen ersten und einen zweiten Funktionsgenerator speist, daß der erste Funktionsgenerator einen ersten Steuerstrom (I _L ) für die als Längsglieder und der zweite Funktions­ generator einen zweiten Steuerstrom (I _Q ) für die als Querglieder der T-Schaltung angeordneten Dioden erzeugt, wobei der erste Steuerstrom (I _L ) exponentiell fallend und der zweite Steuerstrom (I _Q ) exponentiell steigend mit zunehmender, durch das Steuersignal vorgegebener Dämpfung (in dB) verläuft.

2. Dämpfungsglied nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Funktionsgeneratoren die Steuerströme (I _L , I _Q ) nach den Beziehungen I _Q ∼ K - ln S
I _L ∼ K - ln (M-S)mit K, M als fest eingestellten Werten aus dem Steuersignal S ableiten.

3. Dämpfungsglied nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Funktionsgeneratoren je einen mittels einer Dionde gegengekoppelten Operationsverstärker als Logarithmierer enthalten.

4. Dämpfungsglied nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dioden in den Längszweigen so geschaltet sind, daß die Anoden zueinander gerichtet sind.

5. Dämpfungsglied nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gerkennzeichnet, daß das Dämpfungsglied durch einen eingangsseitigen und einen ausgangsseitigen Übertrager induktiv in den Signalweg des zu dämpfenden HF-Signals angekoppelt ist.

6. Dämpfungsglied nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Dioden im Querzweig über einen weiteren Übertrager an den Signalweg gekoppelt sind.

7. Dämpfungsglied nach Anspruch 5 und Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerströme über die Übertrager auf die Dioden geführt werden.

8. Dämpfungsglied nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in den beiden Längszweigen und dem Querzweig der T-Schaltung jeweils nur eine Diode angeordnet ist.

9. Dämpfungsglied nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es Bestandteil eines Regelkreises ist, dessen Ist-Wert im Signalweg hinter dem Dämpfungsglied gemessen wird.