EP0619618A1

EP0619618A1 - Microwave attenuator

Info

Publication number: EP0619618A1
Application number: EP94105220A
Authority: EP
Inventors: Ernst Dr. Feurer; Josef Grotz; Bruno Dr. Holl
Original assignee: Deutsche Aerospace AG; Daimler Benz Aerospace AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1993-04-07
Filing date: 1994-04-02
Publication date: 1994-10-12
Also published as: DE4311474A1

Abstract

The invention relates to a radio-frequency attenuator in the form of a planar thin-film circuit on a substrate (11), in the case of which circuit a stripline which is composed of a resistance material having a high resistivity is arranged on the top of the substrate, which consists of at least three strip elements (4, 5, 6) which are all connected to one another at one of their two ends in a centre region which is common to all the strip elements, which stripline is connected via its strip elements to the input (1) and output (2) of the attenuator and to reference potential, for example earth (12). In order to be able to use such an attenuator for high-precision applications in the RF-field and microwave field as well, it is proposed according to the invention that the centre region (which connects the at least three strip elements of the stripline to one another) of the stripline is completely covered by a first contact surface (3) made of an electrically highly conductive material having a low resistivity. <IMAGE>

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Hochfrequenz-Dämpfungsglied gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ein solches Dämpfungsglied ist aus dem Katalog "Microwave Components", (1971), Seiten 28-31 der Firma EMC Technology Inc. bereits bekannt.The invention relates to a high-frequency attenuator according to the preamble of claim 1. Such an attenuator is already known from the catalog "Microwave Components", (1971), pages 28-31 of EMC Technology Inc.

Das bekannte Dämpfungsglied ist als planare Schaltung in Dünnfilmtechnik auf einem Substrat aufgebracht.The known attenuator is applied as a planar circuit in thin film technology on a substrate.

Die Schaltung enthält eine T-förmig ausgebildete Streifenleitung aus einem Widerstandsmaterial mit einem hohen spezifischen Widerstand, die auf der Oberseite des rechteckförmig ausgebildeten Substrats so plaziert ist, daß sie mit ihren drei das T bildende Teilstreifen bis zu den Kanten des Substrats reicht und dadurch auf der Oberseite des Substrats drei Teilbereiche entstehen, die nicht von der Streifenleitung bedeckt und durch diese voneinander getrennt sind. Diese drei Teilbereiche wiederum sind metallisiert und dienen als Anschluß- und Kontaktflächen. Dabei bilden die beiden an dem T-Längsbalken der Streifenleitung angrenzenden Kontaktflächen den Ein- und Ausgang des Dämpfungsgliedes. Die ausschließlich an dem T-Querbalken der Streifenleitung angrenzende Kontaktfläche dient als Anschlußpunkt für Bezugspotential (z.B. Masse). In einer Ausführungsform ist die Kontaktfläche über den Rand des Substrats mit der Grundmetallisierung auf der Rückseite des Substrats verbunden, die ihrerseits an Bezugspotential, z.B. Masse angeschlossen ist.The circuit includes a T-shaped strip line made of a resistive material with a high resistivity, which is placed on the top of the rectangular shaped substrate so that it with its three partial strips forming the T extends to the edges of the substrate, and thereby three partial areas are formed on the upper side of the substrate, which are not covered by the strip line and are separated from one another by this. These three sections are metallized and serve as connection and contact areas. The two contact surfaces adjoining the longitudinal T-bar of the strip line form the input and output of the attenuator. The contact surface that is only adjacent to the T-crossbar of the stripline serves as a connection point for reference potential (eg ground). In one embodiment, the contact area is connected via the edge of the substrate to the base metallization on the back of the substrate, which in turn is connected to reference potential, for example ground.

Im elektrischen Ersatzschaltbild kann dieses Dämpfungsglied als ein T-förmig verschaltetes Widerstandsnetzwerk dargestellt werden, bei dem der Eingang und der Ausgang des Dämpfungsgliedes über zwei in Reihe geschaltete Widerstände miteinander verbunden sind und der Mittelpunkt dieser Reihenschaltung über einen dritten Widerstand an Masse angeschlossen ist.In the electrical equivalent circuit diagram, this attenuator can be represented as a T-shaped resistor network, in which the input and the output of the attenuator are connected to one another via two resistors connected in series and the center of this series connection is connected to ground via a third resistor.

Bei Dämpfungsgliedern dieser Art wird der gewünschte Dämpfungswert durch entsprechende Dimensionierung des Widerstandswerts der Widerstands-Streifenleitung eingestellt. Dabei sollte der Widerstand der Streifenleitung möglichst rein ohmsch sein, um einen möglichst frequenzunabhängigen Dämpfungswert zu erhalten und um (unerwünschte) Phasenverschiebungen des zu dämpfenden HF-Signals möglichst zu vermeiden.In the case of attenuators of this type, the desired attenuation value is set by appropriately dimensioning the resistance value of the resistance strip line. The resistance of the stripline should be as pure as possible to obtain an attenuation value that is as frequency-independent as possible and to avoid (undesired) phase shifts in the RF signal to be attenuated as far as possible.

Der gewünschte Dämpfungswert kann beispielsweise zunächst grob durch die geometrische Ausgestaltung der T-förmigen Streifenleitung aus Widerstandsmaterial, also durch die Vorgabe der Länge, Breite und Dicke der drei Arme der Streifenleitung eingestellt werden. Anschließend kann ein Feinabgleich erfolgen, indem z.B. mit Hilfe eines feinen Sandstrahls oder durch einen Ätzprozeß die Streifenleitungsschicht an bestimmten Stellen abgetragen wird.The desired damping value can initially be set roughly, for example, by the geometric configuration of the T-shaped strip line made of resistance material, that is to say by specifying the length, width and thickness of the three arms of the strip line. A fine adjustment can then be carried out, e.g. using a fine sandblast or an etching process, the stripline layer is removed at certain points.

In der Praxis hat sich jedoch gezeigt, daß Dämpfungsglieder dieser Art für Hochfrequenzanwendungen, insbesondere für Anwendungen im Mikrowellenbereich zumindest dann nicht geeignet ist, wenn es dort auf hohe Genauigkeit in den elektrischen Kenndaten des Dämpfungsglieds ankommt. Zum einen lassen sich die Dämpfungswerte nicht mit der für diesen Frequenzbereich erforderlichen Genauigkeit reproduzierbar einstellen, zum anderen zeigen die Dämpfungsglieder in der Regel eine unerwünscht hohe Frequenzabhängigkeit in ihren Dämpfungswerten bzw. werden durch diese Dämpfungsglieder Phasenverschiebungen des zu dämpfenden Signals hervorgerufen, die häufig die durch die jeweilige Anwendung vorgegebenen Grenzwerte überschreiten. So werden in dem eingangs zitierten Katalog der Firma EMC Technology Inc. die Genauigkeit der Dämpfungswerte der dort beschriebenen Dämpfungsglieder mit 0,5 dB bzw. 5 % angegeben (wobei der jeweils kleinere Wert gilt) und das Stehwellenverhältnis (VSWR) mit 1,30 für Frequenzen bis 1 GHz.In practice, however, it has been shown that attenuators of this type are not suitable for high-frequency applications, in particular for applications in the microwave range, at least when high accuracy in the electrical characteristics of the attenuator is important. On the one hand, the attenuation values cannot be reproducibly set with the accuracy required for this frequency range, on the other hand, the attenuators usually show an undesirably high frequency dependency in their attenuation values or are caused by these attenuators phase shifts of the signal to be attenuated, which are often caused by the respective application exceed the specified limit values. For example, in the EMC Technology Inc. catalog cited at the beginning, the accuracy of the attenuation values of the attenuators described there is given as 0.5 dB or 5% (the smaller value applies) and the standing wave ratio (VSWR) as 1.30 for Frequencies up to 1 GHz.

Die mangelnde Reproduzierbarkeit der Dämpfungswerte wird vor allem dadurch verursacht, daß ein separater Feinabgleich der einzelnen Teilstreifen des Widerstandsnetzwerks des Dämpfungsglieds nicht möglich ist, da immer nur das Netzwerk in seiner Gesamtwert abgeglichen werden kann.The lack of reproducibility of the damping values is primarily caused by the fact that a separate fine adjustment of the individual sub-strips of the resistance network of the attenuator is not possible because only the network can be compared in its total value.

Die unerwünscht hohe Frequenzabhängigkeit des eingestellten Dämpfungswerts bzw. die unerwünscht hohen Phasenverschiebungen des zu dämpfenden HF-Signals werden vor allen dadurch verursacht, daß infolge der für HF-Anwendungen großen geometrischen Abmessungen der Schaltung HF-mäßig nicht mehr zu vernachlässigende Streuinduktivitäten und -kapazitäten auftreten, die dazu führen, daß der Widerstand des Widerstandsnetzwerks nicht mehr rein ohmsch ist und sich (in Vergleich zu einer einfachen Streifenleitung gleicher Länge) dadurch die (unerwünschte) Frequenzabhängigkeit der Dämpfungswerte bzw. zusätzliche Phasenverschiebungen des zu dämpfenden HF-Signals ergeben.The undesirably high frequency dependence of the set attenuation value or the undesirably high phase shifts of the RF signal to be attenuated are primarily caused by the fact that due to the large geometric dimensions of the circuit for RF applications, leakage inductances and capacitances which are no longer negligible in terms of RF occur, which means that the resistance of the resistance network is no longer purely ohmic and (compared to a simple strip line of the same length) this results in the (undesirable) frequency dependence of the attenuation values or additional phase shifts of the RF signal to be attenuated.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Dämpfungsglied der eingangs genannten Art zu schaffen, das auch für solche HF-Anwendungen, insbesondere für Anwendungen im Mikrowellenbereich geeignet ist, bei denen es auf eine möglichst präzise Einhaltung der elektrischen Kenndaten ankommt. Insbesondere soll der Dämpfungswert dieses zu schaffenden Dämpfungsglieds mit einer möglichst großen Genauigkeit reproduzierbar eingestellt werden können und in seinem Wert möglichst frequenzunabhängig sein.The object of the invention is to provide an attenuator of the type mentioned at the outset, which is also suitable for such HF applications, in particular for applications in the microwave range, in which the electrical characteristics must be adhered to as precisely as possible. In particular, the attenuation value of this attenuator to be created should be able to be set reproducibly with the greatest possible accuracy and its value should be as frequency-independent as possible.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist durch die kennzeichnenden Teile des Patentanspruchs 1 wiedergegeben. Die übrigen Ansprüche enthalten vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen der Erfindung.The achievement of this task is represented by the characterizing parts of claim 1. The remaining claims contain advantageous developments and developments of the invention.

Ein Hochfrequenz-Dämpfungsglied in Form einer planaren Dünnfilm-Schaltung auf einem Substrat, bei der eine Streifenleitung aus einem Widerstandsmaterial mit einem hohen spezifischen Widerstandswert auf der Oberseite des Substrats angeordnet ist, die aus mindestens drei Teilstreifen besteht, die alle an dem einen ihrer beiden Enden in einem für alle Teilstreifen gemeinsamen Mittelbereich miteinander verbunden sind, welche Streifenleitung über ihre Teilstreifen an den Ein- und Ausgang des Dämpfungsglieds sowie an Bezugspotential, z.B. Masse angeschlossen ist, wird nach der Erfindung dadurch verbessert, daß der die mindestens drei Teilstreifen der Streifenleitung miteinander verbindende Mittelbereich der Streifenleitung durch eine erste Kontaktfläche aus elektrisch gut leitendem Material mit einem niedrigen spezifischen Widerstandswert vorzugsweise vollständig abgedeckt ist.A high-frequency attenuator in the form of a planar thin-film circuit on a substrate, in which a strip line made of a resistance material with a high specific resistance is arranged on the top of the substrate, which consists of at least three partial strips, all at one of their two ends are connected to one another in a central region common to all partial strips, which stripline via its partial strips to the input and output of the attenuator and to reference potential, for example Ground is connected, is improved according to the invention in that the central region of the strip line connecting the at least three partial strips of the strip line to one another is preferably completely covered by a first contact surface made of electrically highly conductive material with a low specific resistance value.

In einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Hochfrequenz-Dämpfungsglieds wird z.B. einer der mindestens drei Teilstreifen mit seinem freien Ende an den Eingang des Dämpfungsglieds angeschlossen, ein anderer wird mit seinem freien Ende an den Ausgang des Dämpfungsglieds angeschlossen; der (oder die) verbleibende(n) Teilstreifen wird (werden) mit seinem (ihrem) freien Ende an Bezugspotential (Masse) angeschlossen.In a possible embodiment of the high-frequency attenuator according to the invention, e.g. one of the at least three partial strips is connected with its free end to the input of the attenuator, another is connected with its free end to the output of the attenuator; the remaining sub-strip (s) is / are connected with their free end to reference potential (ground).

Durch die erste Kontaktfläche, die die mindestens drei Teilstreifen der Streifenleitung im Mittelbereich der Leitung vollständig abdeckt, wird dem Ersatzschaltbild mit drei voneinander separierten Widerständen (zwei in Reihe geschaltete Widerstände, deren Mittelpunkt über einen weiteren Widerstand mit Masse verbunden ist) weitgehend entsprochen, so daß der Feinabgleich der einzelnen Teilstreifen (d.h. der Abgleich der einzelnen Widerstände im Ersatzschaltbild) unabhängig von den jeweils anderen Teilstreifen (Widerständen) durchgeführt werden kann. Diese Maßnahme schafft die Grundlage dafür, daß der erwünschte Dämpfungswert des Dämpfungsglieds mit hoher Genauigkeit (d.h. mit nur geringen Toleranzen) reproduzierbar eingestellt werden kann, was insbesondere für die Serienfertigung solcher Dämpfungsglieder besonders wichtig ist.The first contact surface, which completely covers the at least three partial strips of the stripline in the central region of the line, largely corresponds to the equivalent circuit diagram with three resistors separated from one another (two resistors connected in series, the center of which is connected to ground via a further resistor), so that the fine adjustment of the individual partial strips (ie the adjustment of the individual resistors in the equivalent circuit diagram) can be carried out independently of the other partial strips (resistors). This measure creates the basis for the fact that the desired damping value of the damping element can be set reproducibly with high accuracy (ie with only small tolerances), which is particularly important for the series production of such damping elements.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Hochfrequenz-Dämpfungsglieds ist vorgesehen, daß drei Teilstreifen vorgesehen sind, daß diese drei Teilstreifen auf den Substrat in Form eines T oder eines Y miteinander verbunden sind, daß der erste Teilstreifen mit seinen freien Ende an den Eingang des Dämpfungsglieds, der zweite Teilstreifen mit seinem freien Ende an den Ausgang des Dämpfungsglieds und der dritte Teilstreifen mit seinem freien Ende an eine an Bezugspotential, z.B. Masse angeschlossene zweite Kontaktfläche auf der Oberseite des Substrats angeschlossen ist und daß die zweite Kontaktfläche aus elektrisch gut leitenden Material mit einem niedrigen spezifischen Widerstandswert besteht.In a preferred embodiment of the high-frequency attenuator according to the invention it is provided that three partial strips are provided, that these three partial strips are connected to one another on the substrate in the form of a T or a Y, that the first partial strip has its free end at the input of the attenuator, the second partial strip with its free end to the output of the attenuator and the third partial strip with its free end to a reference potential, for example Ground connected second contact surface is connected to the top of the substrate and that the second contact surface consists of electrically good conductive material with a low specific resistance.

Bei diesem Dämfungsglied kann der Abgleich der einzelnen Teilstreifen und damit der Abgleich des gesamten Widerstandsnetzwerks besonders einfach durchgeführt werden, da insgesamt nur drei Teilstreifen abzugleichen sind. Außerdem ist mit dieser Lösung ein besonders kompakter Aufbau (kurze Leitungsträger) möglich, wodurch der Einfluß von störenden Streukapazitäten und -induktivitäten erheblich vermindert werden kann.With this attenuation element, the adjustment of the individual partial strips and thus the adjustment of the entire resistance network can be carried out particularly easily, since only three partial strips have to be adjusted in total. In addition, this solution enables a particularly compact structure (short cable carriers), which considerably reduces the influence of disturbing stray capacitances and inductances.

In einer vorteilhaften Ausbildung dieser Ausführungsform ist vorgesehen, daß das Substrat auf der der planaren Schaltung gegenüberliegenden Unterseite eine Grundmetallisierung aufweist und daß die Grundmetallisierung auf die Oberseite des Substrats geführt ist und dort mit der zweiten Kontaktfläche verbunden ist, die das freie Ende des dritten Teilstreifens der Streifenleitung abdeckt. Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn die Grundmetallisierung über ein (vorzugsweise in unmittelbarer Nähe des freien Endes des dritten Teilstreifens befindliches) Loch in dem Substrat auf die Oberseite des Substrats geführt ist und dort die zweite Kontaktfläche vorzugsweise in Form eines den Rand des Loches (vorzugsweise vollständig) abdeckenden Kragens ausgebildet ist.In an advantageous embodiment of this embodiment, it is provided that the substrate has a base metallization on the underside opposite the planar circuit and that the base metallization is guided onto the top of the substrate and is connected there to the second contact surface, which is the free end of the third partial strip of Strip line covers. It has proven to be particularly advantageous if the base metallization is routed through a hole (preferably located in the immediate vicinity of the free end of the third partial strip) in the substrate to the top of the substrate, and there the second contact surface is preferably in the form of the edge of the Hole (preferably completely) covering collar is formed.

Mit dieser Maßnahne ist es möglich, den Anschlußpunkt für das Bezugspotential (Masse) möglichst nahe an der Widerstandsstreifenleitung anzuordnen, so daß die planare Schaltung in noch kompakterer Form, d.h. mit noch kürzeren Leitungslängen realisiert werden kann. Dementsprechend können hier die Streuinduktivitäten und -kapazitäten in ihren Werten noch weiter verringert werden (in der Regel auf vernachlässigbar geringe Werte) mit der Folge, daß dadurch das Stehwellenverhältnis (VSWR) für den vorgesehenen Betriebsfrequenzbereich des Dämpfungsglieds wesentlich verbessert werden kann.With this measure, it is possible to arrange the connection point for the reference potential (ground) as close as possible to the resistance strip line, so that the planar circuit in an even more compact form, i.e. can be realized with even shorter cable lengths. Accordingly, the values of the leakage inductances and capacitances can be reduced even further (as a rule to negligibly small values), with the result that the standing wave ratio (VSWR) can be significantly improved for the intended operating frequency range of the attenuator.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der FIG. 1 näher erläutert. Die Figur zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen HF-Dämpfungsglieds, bei dem eine in an sich bekannter Dünnfilmtechnik hergestellte planare Schaltung 1-10 auf der Oberseite eines Keramiksubstrats 11 (z.B. aus Aluminiumoxid (Al₂O₃)) angeordnet ist, dessen Unterseite mit einer Grundmetallisierung 12 versehen ist.In the following the invention with reference to FIG. 1 explained in more detail. The figure shows a preferred exemplary embodiment of the RF attenuator according to the invention, in which a thin-film technique known per se is produced planar circuit 1-10 is arranged on the top of a ceramic substrate 11 (for example made of aluminum oxide (Al₂O₃)), the underside of which is provided with a base metallization 12.

Die Schaltung weist eine T-förmig ausgebildete Streifenleitung 4-6 aus einem Widerstandsmaterial mit einem hohen spezifischen Widerstand auf (z.B. Nickel-Chrom (NiCr)), deren Mittelbereich, an den die drei Teilstreifen 4, 5, 6 der Streifenleitung 4-6 sich vereinigen, mit einer ersten Kontaktfläche 3 vollständig abgedeckt ist, die aus einem Material besteht, das einen niedrigen spezifischen Widerstand aufweist (z.B. ein metallischer Leiter wie Gold (Au), Silber (Ag), Platin (Pt) oder Kupfer (Cu)). Ferner ist diese Widerstands-Streifenleitung 4-6 an dem freien Ende ihres ersten Teilstreifens 4 an eine Streifenleitung 1 angeschlossen, die den Eingang des Dämpfungsglieds darstellt, und an dem freien Ende ihres zweiten Teilstreifens 5 an eine weitere Streifenleitung 2, die den Ausgang des Dämpfungsglieds darstellt. An dem freien Ende ihres dritten Teilstreifens 6 ist diese Widerstands-Streifenleitung an eine zweite Kontaktfläche 7 angeschlossen, die ein Loch 8 in dem Keramiksubstrat 11 kragenförmig umgibt und die über den Rand des Loches 8 mit der Grundmetallisierung 12 auf der Unterseite des Keramiksubstrats 11 elektrisch leitend verbunden ist.The circuit has a T-shaped strip line 4-6 made of a resistance material with a high specific resistance (for example nickel-chromium (NiCr)), the central region on which the three partial strips 4, 5, 6 of the strip line 4-6 are located unite, is completely covered with a first contact surface 3, which consists of a material that has a low specific resistance (for example a metallic conductor such as gold (Au), silver (Ag), platinum (Pt) or copper (Cu)). Furthermore, this resistance strip line 4-6 is connected at the free end of its first sub-strip 4 to a strip line 1, which represents the input of the attenuator, and at the free end of its second sub-strip 5 to a further strip line 2, which forms the output of the attenuator represents. At the free end of its third partial strip 6, this resistance strip line is connected to a second contact surface 7, which surrounds a hole 8 in the ceramic substrate 11 in a collar shape and which is electrically conductive over the edge of the hole 8 with the base metallization 12 on the underside of the ceramic substrate 11 connected is.

Die Eingangs- und Ausgangs-Streifenleitung 1 und 2 sowie die zweite Kontaktfläche 7 bestehen aus einem Material, das ebenfalls einen niedrigen spezifischen Widerstand hat (z.B. die erwähnten metallischen Leiter wie Au, Ag, Pt oder Cu). Zweckmäßigerweise wird als Material für die Streifenleitungen 1 und 2 sowie für die ersten und zweite Kontaktfläche 3 und 7 das gleiche Material verwendet wie für die Grundmetallisierung 12 des Keramiksubstrats 11, da hierdurch der Herstellungsprozeß der planaren Schaltung wesentlich vereinfacht werden kann.The input and output strip lines 1 and 2 and the second contact surface 7 are made of a material which also has a low specific resistance (for example the metallic conductors mentioned, such as Au, Ag, Pt or Cu). Appropriately, as a material for the Strip lines 1 and 2 as well as for the first and second contact areas 3 and 7 use the same material as for the base metallization 12 of the ceramic substrate 11, since the manufacturing process of the planar circuit can thereby be considerably simplified.

In der FIG. 1 sind die (elektrisch gut leitenden und vorzugsweise metallischen) Streifenleitungen (1 und 2) und Kontaktflächen (3 und 7) schwarz gezeichnet, während die freiliegenden Teile der drei Teilstreifen 4, 5, 6 der Streifenleitung 4-6 aus Widerstandsmaterial schraffiert gezeichnet sind. Zur Kompensation der noch vorhandenen Serieninduktivität sind die Enden der Eingangs- und Ausgangs-Streifenleitung 1 und 2 ferner mit senkrecht abgehenden Stichleitungen 9 und 10 versehen, die ebenfalls aus einem elektrisch gut leitenden Material (vorzugsweise dem selben wie die Streifenleitungen 1 und 2 selbst) bestehen und die als Parallel-Kapazitäten wirken, so daß je nach Länge und Formgebung dieser beiden Stichleitungen 9 und 10 die im Dämpfungsglied vorhandene Serieninduktivität mehr oder minder kompensiert werden kann, und dadurch ein noch besseres Stehwellenverhältnis (VSWR) über den Betriebsfrequenzbereich des Dämpfungsglieds erzielt werden kann. Herstellungsbedingt erstreckt sich, nebenbei bemerkt, die Streifenleitung aus Widerstandsmaterial auch auf diejenigen Teilbereiche der Substratoberseite, die durch die (metallischen) Eingangs- und Ausgangs-Streifenleitungen 1 und 2, die erste und zweite Kontaktfläche 3 und 7 sowie durch die beiden Stichleitungen 9 und 10 abgedeckt sind.In FIG. 1, the (electrically highly conductive and preferably metallic) strip lines (1 and 2) and contact areas (3 and 7) are drawn in black, while the exposed parts of the three partial strips 4, 5, 6 of the strip line 4-6 are drawn with hatched resistive material. To compensate for the series inductance that is still present, the ends of the input and output strip lines 1 and 2 are furthermore provided with vertically outgoing stub lines 9 and 10, which likewise consist of an electrically highly conductive material (preferably the same as the strip lines 1 and 2 themselves) and which act as parallel capacitors, so that, depending on the length and shape of these two stub lines 9 and 10, the series inductance in the attenuator can be more or less compensated for, and an even better standing wave ratio (VSWR) can be achieved over the operating frequency range of the attenuator . Due to the manufacturing process, the stripline made of resistance material also extends to those subareas of the substrate top that pass through the (metallic) input and output striplines 1 and 2, the first and second contact surfaces 3 and 7 and through the two stub lines 9 and 10 are covered.

Zum Abgleich des T-förmigen Widerstands-Streifenleitungsnetzwerks 4-6 können mit Hilfe der ersten Kontaktfläche 3 die einzelnen Teilstreifen 4-6 des Widerstandsnetzwerks separat abgeglichen werden (indem z.B. die Widerstandsschicht in der Breite und/oder Dicke verringert, d.h. abgetragen bzw. abgeätzt wird), so daß der gewünschte Dämpfungswert sehr genau und reproduzierbar eingestellt werden kann. Bei diesem Abgleich dienen die erste Kontaktfläche 3 sowie die Eingangs- und Ausgangs-Streifenleitungen 1 und 2 und die zweite Kontaktfläche 7 als Meßpunkte, mit deren Hilfe die Widerstandswerte der einzelnen Teilstreifen 4, 5, 6 für jeden Teilstreifen separat gemessen werden können. Da bei dem Abgleich nur die freiliegenden Widerstandsschichten der drei Teilstreifen 4, 5, 6 (in der Figur schraffiert) abgetragen werden, kann somit der Widerstandswert der einzelnen Teilstreifen nicht nur vor bzw. nach einem solchen Abtragungsprozess gemessen werden, sondern auch "on-line" während des Abtragungsprozesses. Dabei können die Widerstandswerte der einzelnen Teilstreifen nacheinander eingestellt und während der Einstellung gleichzeitig auch gemessen werden. Möglich ist jedoch auch, die Widerstandswerte von zwei oder allen drei Teilstreifen simultan einzustellen und (gleichzeitig) zu messen. Letzteres (d.h. der gleichzeitige Abgleich aller drei Widerstände) würde bedeuten, daß das gesamte Widerstand-Streifenleitungsnetzwerk 4-6 in einem einzigen Arbeitsgang definiert eingestellt und (gleichzeitig) vermessen werden kann.To adjust the T-shaped resistance stripline network 4-6, the first contact surface 3 the individual sub-strips 4-6 of the resistor network are compared separately (for example by reducing the width and / or thickness of the resistor layer, ie removing or etching it off), so that the desired damping value can be set very precisely and reproducibly. In this comparison, the first contact surface 3 and the input and output strip lines 1 and 2 and the second contact surface 7 serve as measuring points, with the aid of which the resistance values of the individual partial strips 4, 5, 6 can be measured separately for each partial strip. Since only the exposed resistance layers of the three partial strips 4, 5, 6 (hatched in the figure) are removed during the adjustment, the resistance value of the individual partial strips can thus not only be measured before or after such a removal process, but also "on-line""during the removal process. The resistance values of the individual partial strips can be set one after the other and also measured during the setting. However, it is also possible to simultaneously set and (simultaneously) measure the resistance values of two or all three partial strips. The latter (ie the simultaneous adjustment of all three resistors) would mean that the entire resistor stripline network 4-6 can be set and measured (simultaneously) in a single operation.

Die Schaltung eignet sich insbesondere für Anwendungen im Mikrowellenbereich und zeichnet sich selbst für Frequenzen von 20 GHz und mehr durch die sehr genaue Einstellbarkeit und (bei der Serienfertigung solcher Dämpfungsglieder) durch eine sehr gute Reproduzierbarkeit der elektrischen Eigenschaften aus. So können die Widerstandwerte der drei Teilstreifen 4, 5, 6 der T-förmigen Widerstands-Streifenleitung 4-6 wie auch der Widerstands-Streifenleitung 4-6 selbst mit einer Genauigkeit von weniger als 1 % ohne weiteres eingestellt werden. Dementsprechend sind die Dämpfungswerte mit einer Genauigkeit von weniger als ± 0,1 dB reproduzierbar einstellbar. Die durch das Dämpfungsglied im Vergleich zu einer durchgehenden metallischen 50 Ω-Streifenleitung gleicher Länge verursachte zusätzliche Phasenverschiebung liegt selbst bei hohen Frequenzen um 20 GHz (oder höher) um mindestens einen Faktor 5 bis 10 niedriger als bei vergleichbaren bekannten Dämpfungsgliedern.The circuit is particularly suitable for applications in the microwave range and is characterized even for frequencies of 20 GHz and more by the very precise adjustability and (in the series production of such attenuators) by a very good reproducibility of the electrical Properties. Thus, the resistance values of the three sub-strips 4, 5, 6 of the T-shaped resistance strip line 4-6 as well as the resistance strip line 4-6 themselves can easily be set with an accuracy of less than 1%. Accordingly, the attenuation values can be reproducibly adjusted with an accuracy of less than ± 0.1 dB. The additional phase shift caused by the attenuator compared to a continuous metallic 50 Ω strip line of the same length is at least a factor of 5 to 10 lower than in comparable known attenuators even at high frequencies around 20 GHz (or higher).

Mit dem gleichen Substrat können Dämpfungsglieder mit unterschiedlich hohen Dämpfungswerten realisiert werden, wobei der Dynamikbereich der möglichen Dämpfungswerte Werte bis zu 20 dB und mehr erreichen kann.Attenuators with different attenuation values can be realized with the same substrate, whereby the dynamic range of the possible attenuation values can reach values of up to 20 dB and more.

Der (jeweils) gewünschte Dämpfungswert kann beispielsweise zunächst grob durch die geometrische Ausgestaltung der Streifenleitung bzw. der Teilstreifen aus Widerstandsmaterial, also durch die Vorgabe der Länge, Breite und Dicke dieser Streifen eingestellt werden. Anschließend kann der Feinabgleich individuell für jeden einzelnen Teilstreifen erfolgen, indem z.B. mit Hilfe eines feinen Sandstrahls oder eines Laserstrahls die einzustellende Streifenleitungschicht an bestimmten Stellen abgetragen wird.The (respectively) desired damping value can initially be roughly set, for example, by the geometric configuration of the strip line or the partial strip made of resistance material, that is to say by specifying the length, width and thickness of these strips. The fine adjustment can then be carried out individually for each individual partial strip, e.g. the stripline layer to be set is removed at certain points using a fine sandblast or a laser beam.

Es versteht sich, daß die Erfindung nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt ist, sondern vielmehr auch auf andere übertragbar ist. So ist es z.B. möglich auf einem einzigen Keramiksubstrat mehrere Dämpfungsglieder anzuordnen, die elektrisch miteinander verbunden sein können (z.B. in Form einer Reihenschaltung) oder die unabhängig voneinander als separate Bauelemente mit eigenen Ein- und Ausgängen auf dem Substrat angeordnet sein können.It goes without saying that the invention is not limited to the exemplary embodiment described, but rather can also be transferred to others. For example possible to arrange several attenuators on a single ceramic substrate, which can be electrically connected to each other (eg in the form of a series connection) or which can be arranged independently of one another as separate components with their own inputs and outputs on the substrate.

Anstelle der genannten Materialien für die Widerstands-Streifenleitung (NiCr) bzw. für die Ein- und Ausgangs-Streifenleitung und die erste und zweite Kontaktfläche (Ag, Au, Pt, Cu) bzw. für das Keramiksubstrat (Al₂O₃) können selbstverständlich auch andere Materialien mit ähnlichen elektrischen/chemischen/mechanischen Eigenschaften eingesetzt werden: z.B. Tantalnitrid (TaN), Nickel-Chrom-Silizium (NiCrSi), Chrom-Silizium (CrSi) oder Tantaloxylnitrid für die Widerstands-Streifenleitung oder Legierungen aus Ag, Au, Pt bzw. Cu für die elektrisch gut leitenden Flächen oder Aluminiumnitrid (AlN) oder Quarz oder Silizium (Si) für das Substrat.Instead of the materials mentioned for the resistance strip line (NiCr) or for the input and output strip line and the first and second contact surface (Ag, Au, Pt, Cu) or for the ceramic substrate (Al₂O₃) other materials can of course also with similar electrical / chemical / mechanical properties: e.g. Tantalum nitride (TaN), nickel-chromium-silicon (NiCrSi), chromium-silicon (CrSi) or tantaloxyl nitride for the resistance strip line or alloys made of Ag, Au, Pt or Cu for the electrically conductive surfaces or aluminum nitride (AlN) or Quartz or silicon (Si) for the substrate.

Claims

High-frequency attenuator in the form of a planar thin-film circuit on a substrate, in which a strip line made of a resistance material with a high specific resistance value is arranged on the top of the substrate, which consists of at least three partial strips, all of which at one of their two ends in a central area common to all partial strips are connected to one another, which strip line is connected via its partial strips to the input and output of the attenuator and to reference potential, for example ground, characterized in that the at least three partial strips (4, 5, 6) of the strip line (4-6) interconnecting central region of the strip line (4-6) is preferably completely covered by a first contact surface (3) made of electrically good conductive material with a low specific resistance value.

High-frequency attenuator according to Claim 1, characterized in that three partial strips (4, 5, 6) are provided, that these three partial strips (4, 5, 6) are connected to one another on the substrate (11) in the form of a T or a Y that the first partial strip (4) with its free end to the input (1) of the attenuator, the second partial strip (5) with its free end to the output (2) of the attenuator and the third partial strip (6) with its free end to a reference potential, e.g. Ground connected second contact surface (7) on the top of the substrate (11) is connected and that the second contact surface (7) consists of electrically good conductive material with a low specific resistance.

High-frequency attenuator according to Claim 2, characterized in that the substrate (11) has a base metallization (12) on the underside opposite the planar circuit (1-10) and in that the base metallization (12) leads to the top of the substrate (11) and is connected there to the second contact surface (7), which covers the free end of the third partial strip (6) of the strip line (4-6).

High-frequency attenuator according to claim 3, characterized in that the base metallization (12) via a hole (8) in the substrate (11), preferably in the immediate vicinity of the free end of the third partial strip (6), on the upper side of the substrate (11) is guided and there the second contact surface (7) is preferably in the form of a collar which preferably completely covers the edge of the hole (8).

High-frequency attenuator according to one of the preceding claims, characterized in that the input (1) and / or the output (2) of the attenuator is (are) designed as a strip line made of electrically highly conductive material with a low specific resistance, which are the free end of the first (4) and / or second partial strip (5) of the strip line (4-6) made of resistance material (cover).

High-frequency attenuator according to Claim 5, characterized in that the input and / or output strip line (1, 2) has a compensation circuit in the form of a stub line (9, at its end facing the strip line (4-6) made of resistance material (each). 10) has.

High-frequency attenuator according to one of the preceding claims, characterized in that a ceramic substrate, preferably an aluminum oxide (Al₂O₃) ceramic substrate is provided as the substrate (11), that for the strip line (4-6) made of resistance material nickel-chromium-silicon ( NiCrSi) or nickel-chromium (NiCr) or chromium-silicon (CrSi) or tantalum nitride (TaN) or tantaloxyl nitride is provided as the resistance material and that for the input and / or output strip line (1, 2) and / or the first and / or second contact surface (3, 7) and / or the stub (s) (9, 10) and / or the base metallization a metallic material, preferably gold (Au) or silver (Ag) or platinum (Pt) or copper (Cu ) is provided as an electrically highly conductive material.

Substrate, preferably ceramic substrate with a plurality of high-frequency attenuators according to one of the preceding claims.