DE4327137A1 - Stufendämpfungsglied - Google Patents

Description

Stufendämpfungsglieder sind weithin bekannt und werden in einer Vielzahl von elektronischen Anwendungen verwendet. Beispielhaft ist das Dämpfungsglied, das im US-Patent 4,654,610 offenbart ist, das bei elektronischen Test- und Meßgeräten weit verbreitet verwendet wird.

Stufendämpfungsglieder sind auf Schalter angewiesen, um aus­ wahlmäßig ein oder mehrere Dämpfungsgliedteile (ebenfalls bekannt als Abschnitte) in die Schaltung zu koppeln, wobei dadurch einige unterschiedlich mögliche Dämpfungswege defi­ niert werden. Bei HF-Dämpfungsgliedern werden die Schalter im wesentlichen durch Steuerungssignale aktiviert, die durch einen Computer oder eine andere Steuerungsvorrichtung hin- und hergeschaltet werden können. (Von Hand betriebene Schal­ ter, wie z. B. Drehschalter, sind für HF-Anwendungen im all­ gemeinen ungeeignet.) Unter den Schaltern, die bei Stufen­ dämpfungsgliedern weithin verwendet werden, sind elektrome­ chanische HF-Relais und PIN-Diodenschalter. Elektromechani­ sche Relais gewähren die Vorteile einer großen Leistungs­ handhabungsfähigkeit, einer Gleichstromkopplung und einer Isolation des Steuerungssignals von dem zu schaltenden Signal. PIN-Dioden bieten geringe Kosten und eine schnellere Schaltgeschwindigkeit an.

Gallium-Arsenid-Feldeffekttransistor-Schalter (GaAsFET-Schal­ ter) werden in einigen Stufendämpfungsgliedanwendungen ver­ wendet, werden aber aufgrund ihrer relativ hohen Einfügungs­ dämpfung (in der Größenordnung von 0,8 dB bei 1 GHz, ver­ glichen mit etwa 0,2 dB für PIN-Dioden und elektro­ mechanische Relais) im allgemeinen als unvorteilhaft ange­ sehen. GaAsFET-Schalter bieten jedoch eine überlegene "Aus- Zustand" -Isolation und sind bei höheren Frequenzen als PIN- Dioden und Relais anwendbar.

Stufendämpfungsglieder nach dem Stand der Technik folgen im wesentlichen einer von zwei grundsätzlichen Topologien. Die erste, in Fig. 1 gezeigt, wird als ein serielles Dämpfungs­ glied bezeichnet und ist durch eine Mehrzahl von Dämpfungs­ gliedabschnitten charakterisiert, von denen jeder durch ein entsprechendes Paar von einpoligen Umschaltern (SPDT-Schal­ ter; SPDT=Single pole, double throw switch) seriell in die Schaltung geschaltet werden kann oder alternativ umgangen werden kann. Wie gesehen werden kann, erfordert ein seriel­ les Stufendämpfungsglied mit vier Dämpfungsgliedteilen (wo­ bei dadurch 15 mögliche Dämpfungswege und ein Durchgangsweg definiert werden) acht solcher Schalter. (Es ist offensicht­ lich, daß vier zweipolige Umschalter alternativ verwendet werden können. Im allgemeinen wird jedoch angenommen, daß "Schalter", wie hier verwendet, einpolige Vorrichtungen meint.)

Die zweite grundsätzliche Stufendämpfungsgliedtopologie, be­ zeichnet als "Leiter" -Dämpfungsglied, ist durch eine Kette von seriell gekoppelten Dämpfungsgliedteilen charakter­ isiert, an die das Eingangssignal an ausgewählten Punkten angelegt werden kann. Fig. 2 zeigt zwei solcher Leiter­ dämpfungsglieder in einem seriellen Array. Das erste Däm­ pfungsglied, das aus den Dämpfungsgliedteilen 10, 12, 14 und 16 besteht, wird als zwischen dem Eingangssignal am Punkt C, zwischen dem Teil 12 und 14, getrieben gezeigt, wobei da­ durch eine Dämpfung von 30 dB geschaffen wird. Mehr oder weniger Dämpfung kann durch Anlegen des Eingangssignals an verschiedenen Punkten A, B oder D in der Kette geschaffen werden. Bei dieser Topologie erfordert ein Stufendämpfungs­ glied mit vier Dämpfungsgliedteilen (wodurch vier Dämpfungs­ wege und ein Durchgangsweg definiert werden) fünf Schalter.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Dämpfungs­ schaltung oder ein Dämpfungsnetzwerk zu schaffen, das, ver­ glichen mit bekannten Entwürfen, eine reduzierte Anzahl von Schaltern verwendet.

Diese Aufgabe wird durch eine Dämpfungsschaltung nach An­ spruch 1 oder 5 oder durch ein Dämpfungsnetzwerk nach An­ spruch 8 gelöst.

In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Dämpfungs­ gliedtopologie angeordnet, um GaAsFETs als Schaltelemente zu nutzen, wobei man sich deren hohen "Aus-Zustand"-Isolation zunutze macht, während der Einfluß ihrer relativ hohen Einfügungsdämpfung minimiert wird.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nach­ folgend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer seriellen Dämpfungsgliedtopologie nach dem Stand der Technik;

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Leiterdäm­ pfungsgliedtopologie nach dem Stand der Technik;

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Mehr-Weg-Däm­ pfungsschaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 4 ein schematisches Diagramm, das eine erste Ausfüh­ rung der Mehr-Weg-Dämpfungsschaltung aus Fig. 3 genau darstellt;

Fig. 5 ein schematisches Diagramm, das eine zweite Aus­ führung der Mehr-Weg-Dämpfungsschaltung aus Fig. 3 genau darstellt;

Fig. 6 ein Ersatzschaltbild, das einen angepaßten SPDT- GaAsFET-Schalter darstellt;

Fig. 7 ein Ersatzschaltbild, das einen reflektierenden SPDT-GaAsFET-Schalter darstellt;

Fig. 8 eine schematische Darstellung eines Stufendäm­ pfungsgliedes gemäß einem zweiten Ausführungsbei­ spiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 9 eine schematische Darstellung einer alternativen Ausgangstopologie, die mit dem Stufendämpfungsglied aus Fig. 8 verwendet werden kann;

Fig. 10 eine schematische Darstellung einer weiteren Aus­ gangstopologie, die mit dem Stufendämpfungsglied aus Fig. 8 verwendet werden kann;

Fig. 11 eine schematische Darstellung wiederum einer ande­ ren Ausgangstopologie, die mit dem Stufendämpfungs­ glied aus Fig. 8 verwendet werden kann;

Fig. 12 ein Vier-Weg-Netzwerk, das SP3T-Schalter (SP3T = single pole three throw = einpolige dreifach Um­ schalter) an dem Eingang und an dem Ausgang ver­ wendet; und

Fig. 13 eine alternative Schalteranordnung, die mit dem Dämpfungsglied aus Fig. 8 verwendbar ist.

Bezugnehmend auf Fig. 3 schließt eine Mehr-Weg-Dämpfungs­ schaltung 18 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung Eingangs- und Ausgangstore 20, 22, Eingangs- und Ausgangs­ schalter 24, 26 und ein Dämpfungsnetzwerk 28 ein.

Die Eingangs- und Ausgangsschalter sind als mechanische SPDT-Schalter dargestellt, können aber in einer Zahl anderer Technologien ausgeführt werden, einschließlich als PIN-Dio­ den-, als elektromechanische Relais- oder GaAsFET-Schalter. GaAsFET-Schalter, die in IC-Form gekapselt sind, wie z. B. der Alpha AS002M2-12 oder der Alpha AS004M2-11, werden auf­ grund ihrer hohen "Aus-Zustand"-Isolation bevorzugt, die im folgenden genauer beschrieben wird.

Das Dämpfungsnetzwerk 28 ist ein Viertor-Netzwerk, mit er­ sten und zweiten Eingangsanschlüssen 30, 32 und ersten und zweiten Ausgangsanschlüssen 34, 36. Vier Wege sind dadurch durch das Netzwerk definiert (30-34; 32-34; 30-36; und 32-36). Der Eingangsschalter 24 koppelt das Eingangstor 20 mit einem der Eingangsanschlüsse 30, 32, während der Aus­ gangsschalter 26 das Ausgangstor 22 mit einem der Ausgangs­ anschlüsse 34, 36 koppelt. Folglich erlauben die beiden Schalter, daß die Eingangs- und Ausgangstore über jeglichen der vier Netzwerkwege miteinander gekoppelt sind.

Innerhalb des Netzwerkes sind drei Dämpfungsabschnitte 38, 40, 42. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel haben diese Abschnitte Dämpfungen von 10 dB, 10 dB bzw. 20 dB. Der erste Weg durch das Netzwerk (30-34) schließt nur den Dämpfungs­ abschnitt 40 ein, wobei eine Dämpfung von 10 dB geschaffen wird. Der zweite Weg durch das Netzwerk (32-34) schließt die Dämpfungsabschnitte 38 und 40 ein, wobei eine Gesamtdämpfung von 20 dB geschaffen wird. Der dritte Weg durch das Netzwerk (30-36) schließt die Dämpfungsabschnitte 40 und 42 ein, wo­ bei eine Gesamtdämpfung von 30 dB geschaffen wird. Der vierte Weg durch das Netzwerk (32-36) schließt alle drei Dämpfungsabschnitte 38-42 ein, wobei eine Gesamtdämpfung von 40 dB geschaffen wird. Die Schaltung 18 schafft folglich auswählbare Dämpfungen von 10, 20, 30 oder 40 dB, während nur zwei Schalter verwendet werden.

Das Netzwerk 28 kann in einer Zahl von Arten ausgeführt wer­ den, von denen zwei in Fig. 4 und 5 gezeigt sind. Diese Netzwerke sind entworfen, um mit allen mit einer charakte­ ristischen Impedanz, hier 50 Ohm, abgeschlossenen Toren zu arbeiten. Entsprechend müssen die SPDT-Schalter 24, 26 von der angepaßten Art sein, die eine 50 Ohm Last an dem leer­ laufenden Schalteranschluß schaffen. Solch ein Schalter ist durch sein Ersatzschaltbild schematisch in Fig. 6 gezeigt. Eine andere Art eines Schalters, bekannt als reflektierend, ist durch das Ersatzschaltbild schematisch in Fig. 7 ge­ zeigt. (Andere reflektierende Schalter lassen den leer­ laufenden Schalteranschluß unverbunden und nicht kurzge­ schlossen auf Masse. Beide Typen resultieren in einer voll­ ständigen Reflexion des einfallenden Signales zurück an die Quelle.) Reflektierende Schalter können bei anderen Ausfüh­ rungsbeispielen der Erfindung verwendet werden, wie im fol­ genden offenbart ist. Beide Arten von Schaltern sind in GaAs-FET-IC-Form von der Firma Alpha erhältlich. Die Kom­ ponentenwerte, die in Fig. 4 gezeigt sind, entsprechen dem 10-40 dB Dämpfungsglied aus Fig. 3.

Bezugnehmend als nächstes auf Fig. 8 wird ein 14stufiges (0 - 130 dB in 10 dB Schritten), 8 Schalter-Dämpfungsglied 44 gezeigt, das unter Verwendung von zwei der Mehr-Weg-Däm­ pfungsschaltungen 18a, 18b aus Fig. 3 aufgebaut ist, zusam­ men mit einem festen 10 dB Teil 46. Schaltung 18a schafft 10 bis 40 dB Dämpfung in 10 dB-Schritten. Schaltung 18b schafft 30 bis 90 dB Dämpfung in 30 dB-Schritten. (Der Ausgangsschal­ ter von Schaltung 18b ist unter Verwendung der zwei Schalt­ abschnitte 48, 50 ausgeführt, um die Durchwegisolation zu verbessern.) Mit jeder der Mehr-Weg-Dämpfungsschaltungen 18a, 18b hängt ein entsprechender Durchgangsweg 52a, 52b zu­ sammen. Die Schalter 54, 56 und 58 vervollständigen die Vor­ richtung. (Die Schalter 54 und 56 schaffen eine Verbindung zu und einen Durchgangsweg um den Dämpfungsabschnitt A. Der Schalter 58 erlaubt dem Ausgang des Dämpfungsabschnitts A entweder an den Durchgangsweg oder an den Eingang des Däm­ pfungsgliedabschnitts B geleitet zu werden.)

In jeglichem Stufendämpfungsglied muß die "Aus-Zustand"-Iso­ lation, die durch die Schaltelemente geschaffen wird (d. h. die Isolation zwischen dem Pol des Schalters und dem unver­ bundenen Anschluß) ausreichend hoch sein, daß ein Leckver­ lust des Signals durch einen unbeabsichtigten Weg den ord­ nungsgemäßen Dämpfungsgliedbetrieb nicht stört. Im allge­ meinen sollte der Leckverlustweg mindestens 20 dB mehr Däm­ pfung aufweisen, als der beabsichtigte Weg.

Ausreichende Isolation ist bei Vorrichtungen, wie bei dem Dämpfungsglied 44 aus Fig. 8, das besonders hohe Pegel der Dämpfung schafft, besonders schwierig zu erreichen. Wenn das dargestellte Dämpfungsglied ausgelegt ist, um eine Dämpfung von 130 dB auf dem beabsichtigten Weg zu schaffen, dann sol­ lte der Leckverlustweg über die Durchgangswege 52a, 52b eine Isolation von mindestens 150 dB schaffen.

Herkömmliche PIN-Dioden und elektromechanische Relais schaf­ fen eine Isolation nur in der Größenordnung von 20 dB bei 1 GHz. Wenn solche Vorrichtungen mit einem 130 dB Dämpfungs­ glied verwendet werden, würden entsprechend 8 oder mehr sol­ cher Schalter in dem Durchgangsweg erforderlich sein, um den erforderlichen Grad an Isolation zu erreichen. GaAsFET-IC- Schalter schaffen im Gegensatz dazu bedeutend höhere Isola­ tionsstufen (etwa 37 dB bei in Plastik gekapselten IC-Ver­ sionen; etwa 52 dB in hermetisch versiegelten, keramisch ge­ kapselten IC-Bauelementen).

Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel schaffen die Schal­ ter 24b, 48 und 50 eine "Aus" -Weg-Isolation von mindestens 45 dB bei der höchsten Betriebsfrequenz; die anderen Schal­ ter schaffen eine Isolation von mindestens 35 dB. Keramisch gekapselte Alpha IC-Schalter werden folglich für die ersten Schalter verwendet; in Plastik gekapselte Alpha-Schalter werden für die letzteren verwendet.

Das Dämpfungsglied ist unter Verwendung herkömmlicher ge­ drucker Leiterplattentechniken auf einer FR4-Leiterplatte aufgebaut, deren Vorlage derart ausgelegt ist, um eine phy­ sikalische Isolation zwischen dem Eingang und dem Ausgang zu schaffen, um die elektrische HF-Isolation zu verbessern. Die IC-Schalter und die Widerstände, die in dem Dämpfungsnetz­ werk enthalten sind, sind alle oberflächenmontierte Bauele­ mente. Die fertiggestellte Schaltung wird in ein Aluminium­ gußgehäuse mit Federdichtungen zur zusätzlichen Isolation eingebaut.

Wie gesehen werden kann schließt dieser Entwurf nur vier SPDT-Schalter 54, 56, 48, 50 in dem Durchgangsweg zwischen dem Eingang 60 und dem Ausgang 62 ein. Folglich beträgt die Durchgangswegeinfügedämpfung für diesen Entwurf nur etwa 4 dB.

Bei dem Dämpfungsglied 44 aus Fig. 8 müssen die Schalter 24a, 26a, 24b, 48 und 50 von der angepaßten Art sein. Die Schalter 54, 56 und 58 können entweder angepaßt oder reflek­ tierend sein.

Um den Dämpfungsglied-Durchgangsweg (d. h. eine nominale Däm­ pfung von 0 dB) auszuwählen, werden die Schalter 54, 56, 48 und 50 derart eingestellt, daß das Tor 0 der "Ein"-Weg ist. Die Einstellung der anderen Schalter ist willkürlich. Die Auswahl einer Dämpfung von 10 bis 40 dB erfordert, daß die Schalter 54, 56 auf Tor 1 gesetzt sind, während die Schalter 48, 50 und 58 auf Tor 0 gesetzt sind. Die Schalter 24a, 26a werden dann wie im Vorausgegangenen besprochen gesetzt, um eine Dämpfung von 10 bis 40 dB in dem Dämpfungsgliedab­ schnitt A auszuwählen.

Eine Dämpfung von 50 bis 70 dB wird durch Setzen der Schal­ ter 54, 56, 48 und 58 auf Tor 1 erreicht, während die Schal­ ter 24b und 50 auf Tor 0 gesetzt sind. Der Dämpfungsglied­ abschnitt B schafft dann eine Dämpfung von 30 dB, die mit der Dämpfung von 20 bis 40 dB in dem Dämpfungsgliedabschnitt A verbunden wird, um den erwünschten Wert zwischen 50 und 70 dB zu erhalten.

Eine Dämpfung von 80 bis 100 dB wird durch Verbinden einer Dämpfung von 60 dB im Abschnitt B mit einer Dämpfung von 20 bis 40 dB im Abschnitt A erhalten. Aufgrund der symmet­ rischen Natur des Dämpfungsgliedabschnitts B kann eine Däm­ pfung von 60 dB auf zwei verschiedene Wege, durch Setzen des Schalters 24b auf Tor 1 oder durch Setzen des Schalters 50 auf Tor 1, ausgewählt werden. Es wurde willkürlich be­ schlossen, daß eine Dämpfung von 60 dB im Abschnitt B durch Setzen des Schalters 50 auf Tor 1 ausgewählt wird, wobei der Schalter 24b auf Tor 0 gesetzt ist. Die Schalter 54, 56, 48 und 58 sind ebenfalls auf Tor 1 gesetzt.

Für alle Dämpfungseinstellungen von 80 dB und höher sind beide Schalter 48 und 50 mit einem Tor des Dämpfungsglied­ abschnitts B verbunden, aber sie sind voneinander isoliert. Diese Anordnung leitet den Signalweg durch den Schalter 50 mit der zusätzlichen Dämpfung von 30 dB auf diesem Weg. Die Verbindung durch den Schalter 48 mit dem Dämpfungsgliedab­ schnitt B ist notwendig, um eine ausreichende Durchgangsweg­ isolation bei hohen Dämpfungseinstellungen zu schaffen. Die hohe Isolation, die durch den Schalter 50 geschaffen wird, verhindert, daß Koppeln über den Schalter und der Leckver­ lust zurück in das niedrige Dämpfungstor des Dämpfungsglied­ abschnitts B ein Problem verursachen.

Eine Dämpfung von 110 bis 130 dB wird durch eine Verbindung der Dämpfung von 20 bis 40 dB im Abschnitt A und einer Däm­ pfung von 90 dB im Abschnitt B erhalten. Die Schalter 54, 56, 48, 50, 58, 24b sind alle auf Tor 1 gesetzt.

Die Tabelle I zeigt die Werte für die Dämpfungsabschnitte A und B und die Schaltereinstellung für jede Dämpfungsebene ("X" zeigt einen "unerheblichen" Schalterzustand an.)

Tabelle I

Das 10 dB Dämpfungsgliedteil 46 zwischen dem Schalter 58 und dem Schalter 24b schafft eine Isolation zwischen den Mehr- Weg-Dämpfungsschaltungen 18a und 18b derart, daß eine Wechselwirkung zwischen den beiden auf eine Bedeutungslosig­ keit reduziert wird. Die Mehr-Weg-Natur der beiden Däm­ pfungsabschnitte 18a, 18b und die Fähigkeit die Dämpfung jedes Abschnitts unabhängig von dem anderen einzustellen, erlaubt die Kalibrierung des Dämpfungsgliedes 44, ohne Mes­ sungen über einen dynamischen Bereich von 130 dB durchführen zu müssen. Das Dämpfungsglied kann statt dessen unter Ver­ wendung eines Meßbereiches von 70 dB kalibriert werden. Wenn angenommen wird, daß ein Meßsystem-Rauschpegel 30 dB unter dem zu messenden Signalpegel ausreichend ist, um sicher zu stellen, daß der Rauschbeitragsfehler irrelevant ist, dann kann die Kalibrierung des Dämpfungsgliedes 44 mit einem System, das einen dynamischen Bereich von nur 100 dB hat, durchgeführt werden. Dies ist durch Verwendung eines Net­ work-Analyzers mit einer schmalen ZF-Bandbreite (ZF = Zwischenfrequenz) erreichbar.

Die Kalibrierung des Dämpfungsgliedes schließt eine direkte Messung des Einfügeverlustes der Vorrichtung für Dämpfungs­ einstellungen von 0 bis 70 dB ein. Drei zusätzliche Messun­ gen werden durchgeführt, eine bei einer Dämpfung von 40 dB und zwei bei einer Dämpfung von 70 dB, wobei nicht-standard­ mäßige Schalterpositionen verwendet werden. Die Kalibrie­ rungsdaten für Dämpfungspegel von 80 dB und höher werden aus den gemessenen Werten berechnet. Tabelle II zeigt die Däm­ pfungsgliedpegel, die zur Kalibrierung direkt gemessen wer­ den, und die Berechnungen für die Kalibrierung der höheren Dämpfungseinstellungen.

Tabelle II

Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel werden Kalibrie­ rungsdaten - an 34 verschiedenen Frequenzen genommen - in einem EEPROM-Speicher auf der Dämpfungsgliedschaltungslei­ terplatte gespeichert und werden verwendet, um die Ver­ stärkung eines zugeordneten Verstärkers zu steuern, um Ab­ weichungen von dem beabsichtigten Dämpfungsfaktor zu kom­ pensieren.

Ein Vorteil GaAsFET-Vorrichtungen gegenüber der PIN-Dioden­ technologie ist es, daß erstere gleichstromgekoppelt sein können, wobei ein Betrieb hinunter bis zu beliebig niedrigen Frequenzen geschaffen wird. Bei dem dargestellten Ausfüh­ rungsbeispiel wird das Dämpfungsglied in einem HF-Testgerät verwendet (im besonderen ein HF-Signalgenerator), mit einer unteren Frequenzbegrenzung von 250 kHz, so daß ein Betrieb bis ganz hinunter zum Gleichstrom nicht erforderlich ist. Folglich gibt es bei diesem Ausführungsbeispiel einen Ab­ blockkondensator in der Ausgangsschaltung (in Fig. 8 aus Gründen der Klarheit der Darstellung nicht gezeigt), um einen Pol bei 31 kHz zu schaffen. Bei anderen Ausführungs­ beispielen kann ein Betrieb bis zum Gleichstrom erreicht werden.

Eine Vielzahl von verwandten Dämpfungsgliedtopologien ist für Fachleute offensichtlich. Beispielhaft ist das Aus­ gangsnetzwerk in Fig. 9. Bei dieser Variante 64 ist ein neunter Schalter an das Dämpfungsglied angefügt. Das Hinzu­ fügen des Extraschalters erlaubt den Schaltern 66 und 68, nur eine Isolation von 35 dB für den ordnungsgemäßen Däm­ pfungsgliedbetrieb zu haben. Dies reduziert die Anzahl der hohen Isolationsschalter, die bei dem Dämpfungsglied erfor­ derlich sind um eins, mit einer resultierenden Abnahme der Kosten. Die Schalter 66 und 68 hängen zusammen und arbeiten auf die gleiche Weise wie der Schalter 24b in Fig. 8. Be­ trieb und Kalibrierung sind identisch zu der Schaltung 44, die im Vorhergehenden beschrieben wurde.

Eine nah verwandte Variante eines Ausgangsnetzwerks 78 ist in Fig. 10 gezeigt. Diese Anordnung gewährt wiederum einige Einsparungen bei der Schalterauswahl.

Eine dritte Variante eines Ausgangsnetzwerks 70, das in einem aus acht Schaltern bestehenden 120 dB Dämpfungsglied verwen­ det wird, ist in Fig. 11 gezeigt. Bei diesem Ausführungsbei­ spiel können die Schalter 72 und 74 35 dB Isolationsschalter sein, wobei nur der Schalter 76 als hoher Isolationsschalter zurückbleibt. Diese Version hat eine maximale Dämpfung von 120 dB und erfordert einen Meßbereich von 70 dB für die Ka­ librierung.

Ein 10 dB stufiges 140 dB Dämpfungsglied kann durch Ändern des 30/60/90 dB Dämpfungsgliedabschnitts B in Fig. 8 auf einen 40/70/100 dB Abschnitt realisiert werden. Eine Art auf die dies gemacht werden kann ist es, das 10 dB Dämpfungs­ glied 46 zu einem 20 dB Dämpfungsglied zu ändern. Dies er­ fordert einige Änderungen der Schalterisolationen, im be­ sonderen eine Ersetzung des Schalters 58 mit einem Hochiso­ lationsschalter.

Weitere Varianten von Topologien sind in Fig. 12 und 13 ge­ zeigt. Fig. 12 zeigt ein Mehr-Weg-Netzwerk 80, das SP3T- Schalter 82, 84 an dem Eingang und an dem Ausgang verwendet. Die dritte Schalterstellung dieser Schalter erlaubt die Ver­ bindung mit einem Durchgangsweg 86. Fig. 13 zeigt eine über­ arbeitete Schalteranordnung, die auf der Topologie aus Fig. 8 beruht, wobei der Schalter 58′ auf den Durchgangsweg be­ wegt ist.

Aus dem Vorhergehenden ist es erkennbar, daß das Dämpfungs­ glied 44 eine Anzahl von Vorteilen gegenüber dem Stand der Technik bietet. Einer ist die reduzierte Anzahl von Schal­ tern in dem Durchgangsweg. Dies erlaubt GaAsFET-IC-Schal­ tern, mit ihren relativ hohen Einfügungsverlusten, zu ver­ wenden, während ein relativ geringer (d. h. 4 dB) Durchgangs­ weg-Einfügungsverlust erhalten wird. Ferner ist die Topo­ logie angeordnet, um aus der hohen Isolation, die durch die GaAsFET-IC-Schalter geschaffen wird, Nutzen zu ziehen, wobei die Ausführung von Dämpfungsgliedern mit sehr hohen Däm­ pfungspegeln vereinfacht wird. Die Kalibrierung kann mit einem Meßinstrument mit einem dynamischen Bereich, der ge­ ringer ist als die maximale Dämpfung, durchgeführt werden. Wiederum ein anderer Vorteil sind die Kosten: der dargestel­ lte Entwurf, der auf gedruckten Schaltungsleiterplatten basiert, der standardmäßig käuflich erwerbliche Teile ver­ wendet, ist wesentlich weniger teuer auszuführen, als andere Mikrowellendämpfungsglieder, die typischerweise auf kunden­ spezifische Mikroschaltungsherstellungstechniken angewiesen sind.

Die Verwendung von GaAsFET-SPDT-IC-Schaltern schafft weitere Vorteile. Einer ist die bessere Zuverlässigkeit als bei elektromechanischen Entwürfen. Ein anderer ist, daß GaAsFETs weniger Leistung zum Betreiben erfordern, als PIN-Dioden oder elektromechanische Relais, wobei der Leistungsverlust reduziert wird und die entsprechende Treiberschaltung ver­ einfacht wird. Die Treiberschaltung wird ferner durch Steu­ erung der GaAsFETs über deren Gate-Anschlüsse vereinfacht. Das Problem der Isolation des Steuerungssignals von dem HF-Signal, wie z. B. bei HF-Drosseln, etc., wird folglich verhindert. GaAsFETs erlauben es ebenfalls, daß der HF-Weg gleichstromgekoppelt ist, wobei eine breitere Frequenzab­ deckung als bei Entwürfen, die auf PIN-Dioden basieren, ge­ schaffen wird. Und, wie bereits früher erwähnt, können GaAs- FETs bei höheren Frequenzen als andere Bauelemente betrieben werden.

Nachdem die Prinzipien der Erfindung mit Bezug auf deren verschiedene bevorzugte Ausführungsbeispiele beschrieben und dargestellt wurden, ist es offensichtlich, daß die Erfindung in der Anordnung und im Detail abgeändert werden kann, ohne sich von diesen Prinzipien zu entfernen. Während die Erfin­ dung z. B. mit Bezug auf Mehr-Weg-Dämpfungsnetzwerke darge­ stellt wird, die zwei Eingangsanschlüsse und zwei Ausgangs­ anschlüsse hat, aus denen eine Gesamtheit von vier Däm­ pfungswegen hervorgeht, ist es offensichtlich, daß andere Netzwerke entworfen werden können, die eine größere Anzahl solcher Anschlüsse haben, aus denen eine größere Anzahl von Dämpfungswegen hervorgeht. Zum Beispiel können Netzwerke mit drei Eingangsanschlüssen und drei Ausgangsanschlüssen in Verbindung mit SP3T-Eingangs- und -Ausgangs-Schaltern ver­ wendet werden, um neun mögliche Dämpfungswege zu definieren. Während die Erfindung mit Bezug auf Ausführungsbeispiele dargestellt wurde, die eine oder zwei Mehr-Weg-Dämpfungs­ schaltungen 18. anwenden, ist es weiterhin offensichtlich, daß vorteilhafte Kombinationen mit drei oder mehr solcher Schaltungen erreicht werden können. Ferner können solche Schaltungen auswahlmäßig mit einem oder mehreren festen Däm­ pfungsgliedteilen verbunden werden.

Während die Erfindung mit Bezug auf die Ausführung darge­ stellt wurde, die Oberflächenmontagebauelemente auf einer gedruckten Schaltungsleiterplatte verwendet, ist es offen­ sichtlich, daß auf ähnliche Weise andere Aufbautechniken verwendet werden. Zum Beispiel kann ein Betrieb über 5 GHz hinaus durch Ausführen des Dämpfungsgliedes in einer Mikro­ schaltungsform erreicht werden, die die Widerstände durch Verwendung von Dickfilmtechniken realisiert, und durch Ein­ bauen der GaAsFET-Schalter auf dem Mikroschaltungssubstrat. Während die Erfindung mit Bezug auf eine Topologie, in der der Durchgangsweg durch eine Anzahl von Schaltern unter­ brochen wird, um die "Aus-Zustand" -Isolation zu erhöhen, dargestellt wurde, ist es offensichtlich, daß weniger Durch­ gangswegschalter in Ausführungsbeispielen verwendet werden können, bei denen eine solche hohe Isolation nicht erforder­ lich ist, (oder bei denen eine solche Isolation mit einer geringeren Anzahl von höheren Isolationsvorrichtungen er­ reicht werden kann). In Fig. 8 könnten z. B. die Schalter 48 und 50 angeordnet sein, um die Schalter 54 und 24a zu spiegeln, wodurch nur drei Schalter in dem Durchgangsweg erforderlich sind, anstelle der vier dargestellten.

Claims (10)

1. Mehr-Stufen-HF-Dämpfungsschaltung (44), gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
mindestens vier Dämpfungswege (30-34; 30-36; 32-34; 32-36);
einen Durchgangsweg (54, 52a, 56); und
elektronische Schalter (54, 24a, 26a, 56) zum Leiten eines Eingangssignales durch jeglichen der Wege;
wobei der Durchgangsweg weniger als vier Schalter ein­ schließt.

2. Mehr-Stufen-HF-Dämpfungsschaltung nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß der Durchgangsweg nur zwei Schalter (54, 56) ein­ schließt.

3. Mehr-Stufen-Dämpfungsglied (44) gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
mindestens fünf Dämpfungswege;
einen Durchgangsweg; und
elektronische Schalter zum Leiten eines Eingangssig­ nales durch jeglichen der Wege;
wobei der Durchgangsweg weniger als sechs Schalter (54, 56, 58, 50) einschließt.

4. Mehr-Stufen-Dämpfungsglied nach Anspruch 3,. gekenn­ zeichnet durch mindestens dreizehn Dämpfungsglieder.

5. Mehr-Weg-HF-Dämpfungsschaltung (44), gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
ein Eingangstor (20) und ein Ausgangstor (22);
ein Dämpfungsnetzwerk (18a) mit mindestens einem ersten und zweiten Eingangsanschluß (30, 32) und mindestens einem ersten und zweiten Ausgangsanschluß (34, 36), wo­ bei das Netzwerk dadurch mindestens vier Dämpfungswege zwischen dem Eingangs- und dem Ausgangsanschluß definiert;
eine Schalteinrichtung (24a), die an den Eingang an­ gepaßt ist, zum Koppeln des Eingangstores (20) an einen des mindestens einen ersten und zweiten Netzwerkein­ gangsanschlusses (30, 32);
eine Schalteinrichtung (26a), die an den Ausgang an­ gepaßt ist, zum Koppeln eines des mindestens einen ersten und zweiten Netzwerkausgangsanschlusses (34, 36) an das Ausgangstor (22);
wobei die Eingangs- und Ausgangs-Schalteinrichtung er­ laubt, daß das Eingangs- und das Ausgangstor mit jeg­ lichem der mindestens vier Dämpfungswege gekoppelt wird.

6. Mehr-Weg-Dämpfungsschaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtung (24a, 26a) GaAsFET-Schalter in integrierter Schaltungsform umfaßt.

7. Mehr-Weg-Dämpfungsschaltung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet,
daß mindestens einer der Dämpfungswege eine Dämpfung oberhalb von 65 dB bei 1 GHz hat.

8. Mehrstufiges Dämpfungsnetzwerk (44), gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
eine erste und eine zweite Mehr-Weg-Dämpfungsschaltung (18a, 18b) gemäß Anspruch 5;
einen Haupteingang (60);
einen Hauptausgang (62);
einen ersten Durchgangsweg (52a), der der ersten Mehr- Weg-Dämpfungsschaltung (18a) entspricht, wobei der erste Durchgangsweg einen Eingang und einen Ausgang hat;
einen zweiten Durchgangsweg (52b) der der zweiten Mehr- Weg-Dämpfungsschaltung entspricht, wobei der zweite Durchgangsweg einen Eingang und einen Ausgang hat;
eine erste Durchgangswegschalteinrichtung (54) zum Kop­ peln des Haupteingangs (60) entweder an das Eingangstor (20) der ersten Mehr-Weg-Dämpfungsschaltung (18a) oder an den Eingang des ersten Durchgangsweges (52a);
eine zweite Durchgangswegschalteinrichtung (56, 58) zum Koppeln des Einganges des zweiten Durchgangsweges (52b) entweder an den Ausgang des ersten Durchgangsweges (52a) oder an das Ausgangstor der ersten Mehr-Weg-Däm­ pfungsschaltung (18a);
wobei die zweite Durchgangswegschalteinrichtung ferner eine Einrichtung (58) zum Koppeln des Ausgangstores der ersten Mehr-Weg-Dämpfungsschaltung (18a) an das Ein­ gangstor der zweiten Mehr-Weg-Dämpfungsschaltung (18b) umfaßt; und
eine dritte Durchgangswegschalteinrichtung (48, 50) zum Koppeln des Hauptausgangs (62) entweder an das Aus­ gangstor der zweiten Mehr-Weg-Dämpfungsschaltung (18b) oder an den Ausgang des zweiten Durchgangsweges (52b).

9. Mehr-Stufen-Dämpfungsnetzwerk nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
daß die zweite Durchgangswegschalteinrichtung (56, 58) folgende Merkmale aufweist:
einen ersten Abschnitt (56) mit einem Pol, der an den Eingang des zweiten Durchgangsweges (52b) gekoppelt ist und mit einer ersten Schalterstellung, die an den Aus­ gang des ersten Durchgangsweges (52a) gekoppelt ist; und
einen zweiten Abschnitt (58), mit einem Pol, der an den Ausgang der ersten Mehr-Weg-Dämpfungsschaltung (18a) gekoppelt ist, mit einer ersten Schalterstellung, die an den Eingang der zweiten Mehr-Weg-Dämpfungsschaltung (18b) gekoppelt ist und mit einer zweiten Schalter­ stellung, die an eine zweite Schalterstellung des ersten Abschnitts gekoppelt ist.

10. Mehr-Stufen-Dämpfungsnetzwerk nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet,
daß die dritte Durchgangsschalteinrichtung (48, 50) die Ausgangsschalteinrichtung (22) der zweiten Mehr-Weg- Dämpfungsschaltung (18b) einschließt und folgende Merk­ male aufweist:
einen ersten Abschnitt (50) mit einem Pol, der mit dem Hauptausgang (62) gekoppelt ist und einer ersten Schal­ terstellung, die mit dem zweiten Ausgangsanschluß (36) der zweiten Mehr-Weg-Dämpfungsschaltung (18b) gekoppelt ist; und
einen zweiten Abschnitt (48) mit einem Pol, der mit einer zweiten Schalterstellung des ersten Abschnitts (50) gekoppelt ist, mit einer ersten Schalterstellung, die mit dem Ausgang des zweiten Durchgangsweges (52b) gekoppelt ist und mit einer zweiten Schalterstellung, die mit dem ersten Ausgangsanschluß der zweiten Mehr- Weg-Dämpfungsschaltung (18b) gekoppelt ist.