DE3878070T2 - Ultrahochfrequente verzoegerungsanordnung. - Google Patents

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf die Ausführung von Ultrahochfrequenz-Übertragungsleitungen. Insbesondere bezieht sie sich auf eine Ultrahochfrequenz-Verzögerungseinrichtung, die als Breitbandfilter betrieben und in Monolithtechnik auf Galliumarsenid ausgeführt ist. Sie findet bei der Ausbildung von Übertragungsleitungen mit programmierbarer Länge Anwendung.
• Dem Fachmann ist das Interesse an Monolithtechnik auf Galliumarsenid (AsGa) im Ultrahochfrequenzbereich bekannt.
• Bei verzögerten Leitungen ergibt sich in jedem Fall insofern ein Problem, als man eine AsGa-Oberfläche in der Größenordnung von 1 mm² haben müßte, um das Luftäquivalent einer Übertragungsleitung mit einer Länge in der Größenordnung von 1 cm bei einer Impedanz von 50 Ohm zu erreichen.
• Eine Verzögerungsleitung dieser Art erbringt keine befriedigende Lösung, da das Verhältnis zwischen der verwendeten As-Ga-Fläche und des Luftäquivalents der Leitung sehr hoch ist. Dieses technische Problem macht die Ausbildung einer solchen Funktion auf einem AsGa-Substrat kompliziert und schwierig.
• Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Lösung dieses Problems vorzuschlagen. Hierzu regt sie eine Ultrahochfrquenz-Verzögerungseinrichtung an, die als Breitbandfilter mit frequenzabhängigem linearem Phasenverlauf betreibbar ist, welche insbesondere im Bereich der AsGa-Technologie wegen einer speziellen Anordnung ihrer Bestandteile, die für die erfindungsgemäße Einrichtung wesentlich sind, eine geringere Fläche beansprucht.
• Somit bezieht sich die Erfindung auf eine Ultrahochfrequenz- Verzögerungseinrichtung mit mindestens einer Vierpolschaltung in der Art eines als Breitbandfilter betriebenen sogenannten "m-Verzweigungsglieds" mit frequenzabhängigem linearem Phasenverlauf (GB-A-2 044 568 bzw. "The Radio and Electronic Engineer", vol. 43, No. 12, Dezember 1973, S. 729 - 743), wobei die Vierpolschaltung aus einem überbrückten T-Glied besteht, das folgendes aufweist:
• - zwei in Reihe liegende Induktionselemente mit gleichem Wert (L) zur Bildung der beiden T-Zweige, welche einen Wechselinduktionskoeffizienten (M) aufweisen,
• - ein C-Glied (C&sub2;), welches den Hauptstrang des T-Glieds bildet; und
• - ein weiteres C-Glied (C&sub1;), welches die Brücke bildet (vgl. "The Radio and Electronic Engineer", Vol. 43, Nr. 12, Dezember 1973, S. 729 - 743).
• Gemäß einer allgemeinen Definition der Erfindung weist das Muster des Aufbaus der Einrichtung in Planartechnik mindestens ein Elementarglied auf, welches zwischen einem Eingang und einem in Abstand von diesem liegenden Ausgang einer parallel zu einem C-Glied geschalteten Spirale ausgebildet ist, wobei das C-Glied aus einer Schichtung Metall/Nichtleiter/Metall aufgebaut ist, während der in der Mitte der Spirale liegende Punkt mittels eines weiteren C-Glieds, das aus einer Schichtung Metall/Nichtleiter/Metall besteht, mit einer Masse-Ebene verbunden ist.
• In diesem Zusammenhang ist unter einem Ultrahochfrequenz- "Breitbandfilter" eine Schaltung zu verstehen, deren Durchlaßbereich mindestens einige Giga-Hertz 10 umfaßt, während der Begriff "m-Verzweigungsglied" ein überbrücktes T-Glied bezeichnet, wie es vorstehend definiert wurde, wobei alle deren elektrische Äquivalente mit erfaßt sind.
• Die erfindungsgemäße Einrichtung findet bei der Ausbildung von Übertragungsleitungen mit programmierbarer Länge Anwendung. Gemäß einem anderen Merkmal der Erfindung ist die Vierpolschaltung so angeordnet, daß sie parallel zu einem durchgehenden Kanal umschaltbar ist, der im wesentlichen einen umschaltbaren Kurzschluß bildet.
• Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung genügt die Vierpolschaltung im wesentlichen der folgenden Beziehung:
• In der Praxis liegt der Quotient aus dem Wechselinduktionskoeffizienten (M) und der Summe aus der Induktivität (L) und dem Wechselinduktionskoeffizienten (M) zwischen + 0,2 und + 0,4, vorzugsweise zwischen etwa + 0,28 und + 0,34, damit sie einen frequenzabhängigen linearen Phasenverlauf aufweist.
• Vorteilhafterweise liegt das Verhältnis zwischen + 0,30 und + 0,33.
• Es ist bevorzugt, daß die Spirale sich über etwa eindreiviertel Windungsgänge erstreckt.
• In der Praxis wird die erfindungsgemäße Einrichtung in Monolithtechnik auf Galliumarsenid ausgeführt.
• Diese spezielle Anordnung der wesentlichen Bestandteile der erfindungsgemäßen Einrichtung bietet den Vorteil, daß gegenüber herkömmlichen Übertragungsleitungen (50 Ohm), die auf einem AsGa-Substrat ausgeführt sind, das Verhältnis zwischen der zur Ausbildung einer solchen Leitung erforderlichen AsGa- Fläche und dem Luftäquivalent der Leitungslänge etwa um einen Faktor von 10 verringert ist.
• Gemäß einem weiteren Merkmal der erfindungsgemäßen Einrichtung weist diese mehrere Glieder auf, die um dieselbe Masse- Ebene verteilt und in Reihe geschaltet sind.
• Dieses letztgenannte Merkmal macht die Ausbildung von Übertragungsleitungen mit deutlich geringerer Länge möglich.
• Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden ausführlichen Beschreibung und der beigefügten Zeichnung, in welcher:
• - Figur 1 schematisch ein erfindungsgemäß verwendbares Elementarglied in m-Verzweigung zeigt, welches eingangs- und ausgangsseitig mit seinen Spiegelimpedanzen beaufschlagt ist;
• - Figur 2 schematisch das in Figur 1 dargestellte Elementarglied zeigt, bei welchem eine serielles C-Glied zugeschaltet ist, das vorzugsweise erfindungsgemäß einsetzbar ist;
• - Figuren 3 und 4 zwei verschiedene Ersatzschaltbilder des Elementarglieds aus Figur 2 zeigen;
• - Figur 5 schematisch die Veränderung einer zur Verzögerung der erfindungsgemäßen Einrichtung proportionalen Variablen in Abhängigkeit zu einer anderen, zur Frequenz proportionalen Variablen für mehrere Werte einer Variablen zeigt, die proportional zum Quotienten aus dem Wechselinduktionskoeffizienten (M) und der Summe aus der Induktivität (L) und dem Wechselinduktionskoeffizienten ((M) ist;
• - Figur 6 schematisch die Veränderung der Verzögerung der Einrichtung in Abhängigkeit von der Frequenz für mehrere Werte des Doppelten aus der Summe der Induktivität (L) und dem Wechselinduktionskoeffizienten (M) zeigt;
• - Figur 7 das Muster des Aufbaus der erfindungsgemäßen Einrichtung darstellt;
• - Figur 8 ein Schnitt durch den Aufbau des Elementarglieds in Höhe eines Induktionselements ist;
• - Figur 9 ein Schnitt durch den Aufbau der Schichtung Metall/Nichtleiter/Metall eines C-Glieds ist;
• - Figur 10 ein Schnitt durch den Aufbau des Elementarglieds in Höhe der Masse-Ebene ist;
• - Figur 11 die Veränderung der Verlustleistungen (Übertragung, Reflexion) in Abhängigkeit von der Frequenz der erfindungsgemäßen Einrichtung zeigt;
• - Figur 12 schematisch die erfindungsgemäße Veränderung der Phasenverschiebung der Einrichtung in Abhängigkeit von der Frequenz veranschaulicht;
• - Figur 13 eine spezielle erfindungsgemäße Anordnung von neun um dieselbe Masse-Ebene angeordneten Elementargliedern zeigt, und
• - Figur 14 schematisch die erfindungsgemäße Umschaltung einer Leitung mit programmierbarer Länge zeigt.
• In der beiliegenden Zeichnung sind aus mehreren Gründen Bauelemente mit bestimmten Merkmalen und Charakteristika dargestellt. Sie können somit nicht nur zum besseren Verständnis der nachstehenden Beschreibung dienen, sondern auch gegebenenfalls zur Definition der Erfindung beitragen.
• Die folgende Beschreibung dient zur zu rein illustrativen Zwecken und stellt keinesfalls eine Einschränkung dar.
• In Figur 1 ist mit dem Bezugszeichen 2 eine Vierpolschaltung in der Art eines sogenannten m-Verzweigungsglieds angegeben. Das Verzweigungsglied 2 ist T-förmig aufgebaut und weist ein C-Glied auf, das den Hauptstrang des T-Glieds bildet, sowie zwei zur Bildung der beiden T-Zweige in Reihe geschaltete Induktionselemente mit gleichem Wert L. Die beiden Induktionselemente L bilden untereinander eine Wechselinduktivität M.
• Werden mehrere Elementarglieder 2 zur Bildung von Übertragungsleitungen mit einer Impedanz von 50 Ohm in Kaskadenschaltung angeordnet, wird das Glied 2 jeweils eingangs- und ausgangsseitig mit seinen Spiegelimpedanzen We bzw. Ws beaufschlagt.
• Unter einer Spiegelimpedanz ist eine Impedanz zu verstehen, mit der beispielsweise eine Vierpolschaltung ausgangsseitig beaufschlagt wird, um am Eingang die gleiche Impedanz zu erhalten.
• Die eingangsseitige und ausgangsseitige Beaufschlagung mit den Spiegelimpedanzen der Zelle 2 gestattet somit eine Impedanzanpassung zwischen Eingang und Ausgang.
• Gemäß Figur 2 weist die Vierpolschaltung 4 die in Verbindung mit Figur 1 beschriebenen Bauelemente auf, allerdings ist hier ein serielles C-Glied C&sub1; zugeschaltet.
• Das serielle C-Glied C&sub1; bildet eine Brücke zwischen den beiden Induktionselementen L.
• In Figur 3 bezeichnet das Bezugszeichen 6 eine äquivalente Vierpolschaltung, die sich von der in Figur 2 dargestellten unterscheidet.
• Das Elementarglied 6 weist zwei Induktionselemente auf, die miteinander eine serielle äquivalente Induktivität L&sub1;, ein serielles äquivalentes C-Glied C&sub1; in Brückenschaltung zwischen den beiden Induktionselementen der seriellen äquivalenten Induktivität L&sub1;, ein paralleles äquivalentes C-Glied C&sub2; und eine parallele äquivalente Induktivität L&sub2; bilden. Die beiden Induktionselemente der seriellen äquivalenten Induktivität L&sub1; erzeugen untereinander eine Wechselinduktion M, welche auch die parallele äquivalente Induktivität L&sub2; definiert. Die Wechselinduktion M der beiden Induktionselemente der seriellen äquivalenten Induktivität ist somit vom absoluten Betrag her gleich der parallelen äquivalenten Induktivität L&sub2;.
• In Figur 4 ist mit dem Bezugszeichen 8 eine Vierpolschaltung angegeben, die die gleichen Elemente wie die unter Bezugnahme auf Figur 3 beschriebene Vierpolschaltung 6 aufweisen, bei welcher jedoch die Bauelemente anders angeordnet sind.
• Diese Vierpolschaltung 8 weist folgendes auf:
• - zwei serielle direkte Zweige Za, die jeweils aus einer Parallelschaltung eines Induktionselements, dessen Induktivität gleich der Hälfte der seriellen äquivalenten Induktivität L&sub1; ist, und eines C-Glieds besteht, dessen Kapazität gleich dem Doppelten der seriellen äquivalenten Kapazität C&sub1; ist; und
• - zwei überkreuz verlaufende serielle Zweige Zb, die jeweils in Reihe ein Induktionselement, dessen Induktivität gleich der Summe aus der Hälfte der seriellen äquivalenten Induktivität L&sub1; und dem Doppelten der parallelen äquivalenten Induktivität L&sub2; ist, sowie ein C-Glied aufweist, dessen Kapazität gleich der Hälfte der parallelen äquivalenten Kapazität L&sub2; ist.
• Mit einem solchen Elementarglied 8 läßt sich ein Breitbandfilter bilden, dessen linearer Phasenverlauf von dieser Frequenz abhängig ist, wenn es folgender Beziehung genügt:
• und wenn es mit seinen Spiegelimpedanzen beaufschlagt ist, d.h. mit [Za x Zb] = 50 Ohm.
• In jedem Fall ist das Elementarglied 8 in der Praxis mit passiven linearen Bauelementen nicht realisierbar. Das für die Erfindung wesentliche Merkmal besteht darin, die Beziehung des Elementarglieds 8 auf das äquivalente Elementarglied 4 zu übertragen, deren Elemente praktisch realisierbar sind, und dem Elementarglied 4 einen frequenzabhängiger Phasenverlauf zuzuordnen, der linear ist, damit diese Linearität zur Realisierung von Leitungen zur Übertragung analoger Signale im Ultrahochfrequenzbereich, beispielsweise im Größenbereich von 2 bis 20 Giga-Hertz, eingesetzt werden kann.
• Für das Elementarglied 4 lautet nun die entsprechende Beziehung folgendermaßen:
• wobei L&sub1; = 2 (L + M) und L&sub2; = -M.
• Die Phasenverschiebung D des Signals zwischen dem Eingang und dem Ausgang bei einem Elementarglied 4, wie sie unter Bezugnahme auf Figur 2 beschrieben wurde, läßt sich wie folgt ausdrücken:
• D = 2 arctang
• wobei u =
• und xk = π f 2 [(L + M) C&sub2;]
• wobei f die Frequenz der übermittelten Signale ist.
• Durch Einbeziehung der Veränderung der frequenzabhängigen Phasenverschiebung ist es möglich, den linearen Phasenverlauf in Abhängigkeit von der Frequenz des erfindungsgemäßen Elementarglieds zu ermitteln.
• Figur 5 zeigt die Veränderung einer zur Verzögerung des Elementarglieds proportionalen Variablen in Abhängigkeit von einer zur Frequenz proportionalen Variablen. Diese Veränderungen sind für mehrere Werte einer Variablen u angegeben, die proportional zum Quotienten aus dem Wechselinduktionskoeffizienten M und der Summe aus der Induktivität L und der Wechselinduktivität M ist.
• Auf der Ordinate ist das Verhältnis dθ/dxk aufgetragen, das proportional zu dθ/dω ist, wobei ω die Schwingung der übermittelten Signale angibt, und das folglich proportional zur Verzögerung D ist.
• Auf der Abszisse ist der Term xk aufgetragen, der proportional zur Frequenz ist.
• Dabei ist festzustellen, daß bei u mit einem Wert zwischen -0,6 und -0,65 die Veränderung dθ/dxk bis zu einem Wert von xk gleich 1 konstant ist.
• Die Veränderung der Phasenverschiebung ist somit bis zu xk = 1 konstant, d.h. bis zu einer Abschaltfrequenz, wobei ωc folgendermaßen ausgedrückt wird:
• In Figur 6 sind die Veränderungen der Verzögerung D in Abhängigkeit von der Frequenz dargestellt. Diese Veränderungen sind für mehrere Werte von L&sub1; und für u = -0,65 angegeben.
• Auf der Ordinate ist die Verzögerung D in Picosekunden aufgetragen, während auf der Abszisse die Frequenz in Giga-Hertz jeweils aufgetragen ist.
• Dabei ist festzustellen, daß bei einer seriellen äquivalenten Induktivität L&sub1; zwischen 0,25 und 0,5 Nano-Henry die Veränderung der Verzögerung D in Abhängigkeit von der Frequenz über den gesamten Frequenzbereich zwischen 2 und 20 Giga-Hertz konstant ist.
• Ausgehend von der Ergebnissen der in Figuren 5 und 6 aufgetragenen Kurven läßt sich ein linearer Phasenverlauf in Abhängigkeit von der Frequenz aufstellen (u = 0,65; L&sub1; = 2(L+M) = 0,35 Nano-Henry, Frequenz 2 bis 22 Giga-Hertz). Dieser frequenzabhängige lineare Phasenverlauf macht es möglich, daß man aus einem unter Bezugnahme auf Figur 2 beschriebenen Elementarglied ein Breitbandfilter mit großem Frequenzbereich erhält.
• Figur 7 zeigt das Muster des Aufbaus des anhand von Figur 2 beschriebenen Elementarglieds 2.
• Hierbei sind ein Eingang 10 und ein Ausgang 12 angegeben, die im Abstand voneinander liegen. Zwischen dem Eingang 10 und dem Ausgang 12 erstreckt sich eine Spirale 14, in besonders vorteilhafter Weise über etwa eindreiviertel Windungsgänge. Die Außenwicklung 16 der Spirale 14 verläuft vom Eingang 10 bis zum Punkt 22, der in der Mitte der Spirale liegt, und der T-Konfiguration des Elementarglieds in Form eines überbrückten T-Glieds darstellt.
• Die Innenwicklung 18 der Spirale 14 erstreckt sich von dem mittleren Punkt 22 bis zum Ausgang 12 und bildet dabei das zweite Induktionselement, welches den anderen T-Zweig des Elementarglieds in Form eines überbrückten T-Glieds darstellt.
• Zwischen den beiden Wicklungen 16 und 18 ist eine wechselseitige Induktion M gegeben.
• Vorteilhafterweise sind zur Erzielung eines linearen Phasenverlaufs die beiden Wicklungen 16 und 18 so bemessen, daß das Verhältnis u, das gleich dem Doppelten des negativen Quotienten aus dem Wechselinduktionskoeffizienten M und der Summe der Induktivität L und des Wechselinduktionskoeffizienten M ist, gleich -0,65. Mit anderen Worten sind die beiden Wicklungen 16 und 18 so dimensioniert, daß der Quotient aus der Wechselinduktivität M und der Summe aus der Induktivität L und der Wechselinduktivität M gleich etwa + 0,325 ist.
• Die Spirale 14 ist parallel zu einem C-Glied 20 aus einer Schichtung Metall/Nichtleiter/Metall geschaltet, die nachstehend noch erläutert wird. Das C-Glied 20 bildet die serielle äquivalente Kapazität C&sub1; der erfindungsgemäßen Einrichtung.
• Der mittlere Punkt 22 der Spirale 14 ist über ein anderes C-Glied mit einer Schichtung Metall/Nichtleiter/Metall, die nachstehend noch erläutert wird, mit einer Masse-Ebene 26 verbunden.
• Vorteilhafterweise liegt die Breite zwischen dem Eingang 10 und dem Ausgang 12 in der Größenordnung von 180 pm, während die Länge zwischen der Spirale und der Masse-Ebene in der Größenordnung von 360 um liegt. Damit belegt der Aufbau dieses Elementarglieds eine AsGa-Fläche in der Größenordnung von 0,06 mm² bei einem Luftäquivalent der Länge in der Größenordnung von 0,6 mm.
• Der Wert der seriellen äquivalenten Induktivität L&sub1;, die gleich 2(L+M) ist, liegt im Größenbereich von 0,35 Nano-Henry.
• Figur 8 zeigt einen Querschnitt durch die Wicklung 16 der Spirale 14.
• Die Wicklung 16 ist beispielsweise aus einer ersten AsGa- Schicht 101 mit einer Dicke im Bereich von 100 um aufgebaut. Auf der ersten Schicht 101 ist beispielsweise eine zweite Schicht 102 aus Siliziumnitrid (Si&sub3;N&sub4;) in einer Dicke im Bereich von 0,65 um aufgebracht,. Eine sogenannte "Deckschicht" 104 aus Metall überdeckt beispielsweise die Schicht 102.
• Die Metallschicht 104 weist eine Dicke im Bereich zwischen 1 und 2,5 um auf.
• Figur 9 zeigt den Aufbau des seriellen äquivalenten C-Glieds C&sub1;.
• Die Schichtung Metall/Nichtleiter/Metall des C-Glieds 20 ist dabei folgendermaßen aufgebaut: auf der ersten AsGa-Schicht 101 ist eine erste Metallschicht 106, die sogenannte "Trägerschicht", aufgebracht. Das Material, aus dem die Schicht 106 besteht, ist beispielsweise Gold, und seine Schichtdicke liegt in der Größenordnung von 1 um. Eine Schicht 102 aus einem Dielektrikum wie beispielsweise Si&sub3;N&sub4; bedeckt den aus den Schichten 101 und 106 bestehenden Verbund. In der Schicht 102 ist eine Ausnehmung ausgebildet, um einen in der Fachwelt unter der Bezeichnung "Topvia" bekannten Übergang T auszubilden. Schlicht ist der aus den Schichten 101, 106, 102 bestehende Verbund mit einer Metallschicht 104, der sogenannten "Deckschicht", überzogen, die auch die Vertiefung T ausfüllt. Der Übergang T gestattet die Verbindung zwischen dem Metall der "Deckschicht" mit dem Metall der "Trägerschicht".
• Die Schicht 104 ist nicht gleichmäßig, sondern weist Unterbrechungen auf, so daß ein Bereich C definiert wird, in dem die Schicht 102 nicht von der Schicht 104 bedeckt wird.
• Der erste Belag des Kondensators 20 wird durch die Schicht 104 definiert, während der zweite Belag des Kondensators 20 durch die Schicht 106 definiert ist. Der dielektrische Bereich des C-Glieds C&sub1; wird durch die Schicht 102 definiert.
• Die Schichten 106, 102 und 104 werden mittels der dem Fachmann wohlbekannten Techniken aufgebracht, beispielsweise durch die chemische Technik des Aufdampfens. Die Form der Schicht 104 erhält man ebenfalls durch dem Fachmann allgemein bekannte Techniken, beispielsweise durch ein photolithographisches Verfahren unter Verwendung von Masken und durch Ätzung.
• Die der sogenannten "Trägerschicht" entsprechende Metallschicht 106 ist in Figur 7 schraffiert dargestellt.
• Figur 10 zeigt den Aufbau des Elementarglieds in Höhe von dessen Masse-Ebene 26. Der zwischen dem mittleren Punkt 22 und der Masse-Ebene 26 realisierte Kondensator 24 wird durch die Einheit G und H repräsentiert. Dieses C-Glied C&sub2; weist denselben Aufbau wie das C-Glied C&sub1; auf, d.h. es besteht aus einer Schichtung Metall/Nichtleiter/Metall. Der erste Kondensatorbelag des C-Glieds C&sub2; wird durch die Schicht 104 definiert, während den zweiten Kondensatorbelag des C-Glieds die Schicht 106 definiert. Die Schicht 102 bildet dabei den dielektrischen Bereich des Kondensators 24.
• Die Masse-Ebene 26, die durch die Einheiten D und E repräsentiert wird, befindet sich in der Verlängerung des Kondensators 24. Die Masse-Ebene 26 weist auf einer AsGa-Schicht 101 eine Metallschicht 106 als sogenannte "Trägerschicht" auf. Die Schicht 106 erstreckt sich über die gesamte Länge der Masse-Ebene 26. In der Schicht 101 wird dabei ein Loch 28 ausgebildet, sobald alle darüberliegenden Schichten aufgebracht wurden. Schließlich wird auf die Schicht 101 eine Metallschicht 108 aufgetragen, die das Loch 28 füllt, damit die Masse, also die untere Ebene der Schaltung, wieder zur oberen Ebene derselben geführt wird.
• Figur 11 veranschaulicht die Verlustleistungen des Elementarglieds in Abhängigkeit von der Frequenz.
• Auf der Ordinate sind die Verlustleistungen in Dezibel aufgetragen, während die Frequenz in Giga-Hertz auf der Abszisse jeweils aufgetragen ist. Die Verluste sind auf eine schlechte Anpassung der Spiegelimpedanzen und auf den Widerstand des Materials zurückzuführen, aus dem die Induktionselemente bestehen. Dieses Ergebnis ist für den linearen Phasenverlauf des Elementarglieds sehr nützlich. Diese Simulation wurde bei einem Elementarglied vorgenommen, dessen Kapazitätswerte C&sub2; = 440 Femto-Farad und C&sub1; = 40 Femto-Farad betragen, während der Abstand zwischen der ersten Wicklung 16 und dem zweiten Wicklungsgang 18 15 Mikrometer beträgt.
• Dabei ist festzustellen, daß bis zu 22 Giga-Hertz Übertragungsverluste von weniger als 1 dB auftreten, daß also die Breitbandfilterwirkung gut realisiert ist.
• Figur 12 veranschaulicht die Veränderung der Phasenverschiebung des Elementarglieds in Abhängigkeit von der Frequenz.
• Auf der Ordinate ist die Phasenverschiebung in Grad aufgetragen, während die Frequenz in Giga-Hertz jeweils auf der Abszisse aufgetragen ist. Über den Frequenzbereich von 2 bis 22 Giga-Hertz schwankt das Luftäquivalent der Länge zwischen 6,3 mm und 6,5 mm. Aus dieser Kurve ergibt sich, daß der Phasenverlauf deutlich linear ist. Erfindungsgemäß ist es bei einer AsGa-Fläche von 0,1 m² möglich, ein Luftäquivalent für eine Übertragungsleitung mit einer Länge in der Größenordnung von 1 cm zu erzielen, wodurch ein enormer Platzgewinn zu verzeichnen ist, nämlich in einem Verhältnis von rund dem Zehnfachen gegenüber der Realisierung herkömmlicher Übertragungsleitungen.
• In Figur 13 ist eine Kaskade mit mehreren Elementargliedern dargestellt, wie sie anhand von Figur 7 beschrieben wurden. Diese Kaskade ist dank der Spiegelimpedanzanpassung möglich. Figur 13 zeigt neun in Reihe liegende Elementarglieder 4. Diese Elementarglieder 4 sind um eine und dieselbe Masse-Ebene 26 verteilt. Diese Anordnung mit neun Elementargliedern 4 belegt eine Gesamtfläche von 800 x 600 um. Durch eine derartige Anordnung von neun Elementargliedern läßt sich eine Übertragungsleitung mit einem Luftäquivalent der Länge von 5 cm erzielen. Das Muster einer solchen Anordnung mit neun Elementargliedern erhält man durch CAO-Werkzeuge.
• In Figur 14 gibt das Bezugszeichen 30 eine Vielzahl von Elementargliedern 4 in Reihe an, wie sie anhand der Figur 13 beschrieben wurden und die einen Endpunkt einer Verzögerungsleitung bilden, deren Länge proportional zur Anzahl der Elementarglieder 4 ist. Die Umschaltung dieser Vielzahl von Elementargliedern 4 erfolgt mit Hilfe von Feldeffekttransistoren. Die Gruppe 30 ist einerseits mit dem Eingang der Verzögerungsleitung über Transistoren 32 und 34 und andererseits mit dem Ausgang der Verzögerungsleitung über Transistoren 36 und 38 verbunden. Die Transistoren 32 und 38 sind in Reihe geschaltet, d.h. die Source des Transistors ist mit dessen Drain über das Gitter verbunden, an das eine Spannung V angelegt wird, welche die Umschaltung des Transistors auslöst.
• Ist beispielsweise die am Gitter des Transistors anliegende Spannung V gleich -9 V, entspricht der Transistor seiner Kapazität Coff, wodurch er in den Sperrzustand geschaltet wird, während bei Anlegen einer Spannung V von 0 V an das Gitter des Transistors dieser seinem Widerstand Ron entspricht und damit in den Durchlaßzustand gebracht wird.
• Die Transistoren 34 und 36 sind parallelgeschaltet, d.h. die Source bzw. der Drain des Transistors ist an Masse gelegt; am Gitter liegt eine Spannung V an, die die Umschaltung des Transistors bewirkt. Beträgt beispielsweise die am Gitter des Transistors anliegende Spannung V - 9V, entspricht der Transistor seiner Kapazität Coff, wodurch er in den Sperrbetrieb schaltet, während bei Anlegen einer Spannung von 0 V der Transistor seinem Widerstand Ron äquivalent ist und damit in den Durchlaßzustand schaltet.
• Befinden sich die Transistoren 32 und 38 im Durchlaßzustand und die Transistoren 36, 34 und 40 im Sperrzustand, wird das Übertragungssignal vom Eingang der Verzögerungsleitung über die Vielzahl 30 von Elementargliedern 4 zum Ausgang der Verzögerungsleitung durchgeschaltet. Befinden sich dagegen die Transistoren 36, 34 und 40 im Durchlaßzustand und sperren die Transistoren 32 und 38, so wird das Übertragungssignal vom Eingang über den Durchlaßtransistor 40 zum Ausgang der Verzögerungsleitung geführt (ohne daß es über die Vielzahl 30 von Elementargliedern geleitet wird).

Claims (10)

1. Ultrahochfrequenz-Verzögerungseinrichtung mit mindestens einer Vierpolschaltung in der Art eines als Breitbandfilter betriebenen sogenannten "m-Verzweigungsglieds" mit frequenzabhängigem linearem Phasenverlauf, wobei die Vierpolschaltung aus einem überbrückten T-Glied besteht und folgendes aufweist:

- zwei in Reihe liegende Induktionselemente mit gleichem Wert (L) zur Bildung der beiden T-Zweige, welche einen Wechselinduktionskoeffizienten (M) aufweisen,

- ein C-Glied (C&sub2;), welches den Hauptstrang des T-Glieds bildet; und

- ein weiteres C-Glied (C&sub2;), welches die Brücke bildet;

dadurch gekennzeichnet, daß die konstruktive Auslegung der in Planartechnik ausgeführten Vorrichtung mindestens ein Elementarglied (4) aufweist, welches zwischen einem Eingang (10) und einem in Abstand von diesem liegenden Ausgang (12) einer parallel zu einem C-Glied (20) geschalteten Spirale ausgebildet ist, wobei das C-Glied (20) aus einer Schichtung Metall/Nichtleiter/Metall aufgebaut ist, während der in der Mitte der Spirale (14) liegende Punkt mittels eines weiteren C-Glieds (24), das aus einer Schichtung Metall/Nichtleiter/Metall besteht, mit einer Masse-Ebene (26) verbunden ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vierpolschaltung eingangs- und ausgangsseitig die gleiche Spiegelimpedanz aufweist, welche im wesentlichen gleich 50 Ohm ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vierpolschaltung im wesentlichen der folgenden Beziehung genügt:

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Quotient aus dem Wechselinduktionskoeffizienten (M) und der Summe aus der Induktivität (L) und dem Wechselinduktionskoeffizienten (M) zwischen etwa + 0,2 und + 0,4, vorzugsweise + 0,28 und + 0,34, liegt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Quotient einen Wert zwischen + 0,30 und + 0,33 besitzt.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vierpolschaltung so angeordnet ist, daß sie parallel zu einem durchgehenden Kanal umschaltbar ist, welcher im wesentlichen einen Kurzschluß bildet.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie in Monolithtechnik auf Galliumarsenid ausgeführt ist.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Spirale (14) sich über etwa eindreiviertel Windungsgänge erstreckt.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie mehrere Elementarglieder (4) aufweist, die um dieselbe Masse-Ebene (26) verteilt und in Reihe geschaltet sind.

10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie zur Realisierung von Ultrahochfrequenz-Übertragungsleitungen mit programmierbarer Länge über mehrere Bit eingesetzt ist.