WO2003067270A1 - Leistungsdetektor mit gleichspannungsentkopplung - Google Patents

Leistungsdetektor mit gleichspannungsentkopplung Download PDF

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WO2003067270A1
WO2003067270A1 PCT/EP2003/000857 EP0300857W WO03067270A1 WO 2003067270 A1 WO2003067270 A1 WO 2003067270A1 EP 0300857 W EP0300857 W EP 0300857W WO 03067270 A1 WO03067270 A1 WO 03067270A1
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signal line
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power detector
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PCT/EP2003/000857
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Gerd Hechtfischer
Michael Katzer
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Rohde & Schwarz Gmbh & Co. Kg
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    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
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    • G01—MEASURING; TESTING
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    • G01R21/10—Arrangements for measuring electric power or power factor by using square-law characteristics of circuit elements, e.g. diodes, to measure power absorbed by loads of known impedance
    • G01R21/12—Arrangements for measuring electric power or power factor by using square-law characteristics of circuit elements, e.g. diodes, to measure power absorbed by loads of known impedance in circuits having distributed constants

Definitions

  • the invention relates to a power detector for measuring the average power of modulated or unmodulated high frequency. Microwave signals.
  • Power detectors are known in a wide variety of embodiments.
  • the most common implementations either contain a thermal sensor, which generates an electrical measurement variable proportional to the absorbed electrical power, or they contain a diode rectifier in one- or two-way connection, which supplies an electrical output variable equivalent to the voltage at the terminating resistor, from which the power to be measured is then determined can be.
  • Such a power detector is known, for example, from the applicant's unpublished DE 100 39 665.
  • a strip line is connected directly to the input connection without electrical isolation.
  • the stripline is terminated by a power divider.
  • the detector diodes can be connected to a differential amplifier for recording the measurement signal.
  • the spatial separation of the detector diodes has the advantage that the arrangement is less sensitive to reflections. The difference between the output voltages at the two detector diodes is therefore less dependent on the adaptation of the power divider and the parasitic diode capacitance. Further measuring branches with upstream damping stages are connected to the power divider, so that overall a relatively large dynamic range is created.
  • the measurement signal has a DC voltage component, a measurement error occurs due to the path resistance of the strip line connecting the detector diodes and the associated voltage drop, which is not insignificant.
  • the use of an isolating capacitor to suppress the DC component of the measurement signal has several disadvantages. Firstly, the capacitance of the isolating capacitor must be dimensioned relatively large in order to achieve a low lower cut-off frequency for a broadband design of the power detector. This leads to a relatively large mechanical design. On the other hand, the isolating capacitor for microwave applications must be integrated into a low-reflection high-frequency power. This leads to additional disturbing reflections and thus to larger measurement errors.
  • the invention is therefore based on the object of providing a power detector which is relatively insensitive to a DC voltage component and at the same time insensitive to reflections, for example from a terminating resistor or a power divider.
  • the invention is based on the finding that DC decoupling can be achieved in that the taps for the detector elements, for example the detector diodes, are not located directly on the signal line but on a detection line which is capacitively and / or inductively coupled to the signal line.
  • the detection line could theoretically be completely galvanically isolated from the signal line.
  • the voltage taps at the detection positions of the detection line are therefore at the same DC voltage potential and a DC voltage component of the measurement signal does not lead to a measurement error.
  • the detection line can be on the signal line using thin-layer multilayer technology with a thin layer interposed Insulation layer be put on. In principle, it is also conceivable to design the signal line and the detection line as coupled lines in a planar manner next to one another.
  • the line impedance of the detection line is relatively low and is of the same order of magnitude as the path resistance of the signal line. Even if the incomplete detection line is resonant for individual measuring frequencies, there are no disturbing pronounced resonances due to the low circuit quality due to the high damping.
  • the development according to the invention is suitable both for two-way rectifiers, each with a detector diode for both half-waves, and for one-way rectifiers, with only one detector diode, the reference potential for the differential amplifier then being able to be tapped at a tap position offset from the tapping position of the detector diode on the detection line ,
  • Fig. 2 is a schematic representation of a first embodiment of the invention
  • FIG. 3 shows a schematic illustration of a second exemplary embodiment of the invention
  • FIG. 4 A possible implementation of the first embodiment of the invention shown in Fig. 2 in coplanar technology; 5 shows a schematic illustration of a third exemplary embodiment of the invention;
  • the measurement signal is thus the signal lines 3 A or 3 B or 3 C of the different measuring branches A, B, C in different

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Abstract

Ein Leistungsdetektor (1) zum Messen der mittleren, gleichspannungsfreien Leistung modulierter oder unmodulierter Hochfrequenz- oder Mikrowellen-Signale weist eine mit einem Hochfrequenzeingang (2) in Verbindung stehende Signalleitung (3) auf. Eine Detektionsleitung (20) ist mit der Signalleitung (3) kapazitiv und/oder induktiv gekoppelt sowie in Längsrichtung (L) betrachtet mit der Signalleitung (3) nur an einer Kontaktposition (21) verbunden und ansonsten von der Signalleitung (3) galvanisch getrennt. Das Signal wird auf der Detektionsleitung (20) an zumindest zwei in Längsrichtung (L) versetzten Detektionspositionen (13, 14) abgegriffen.

Description

Leistungsdetektor mit Gleichspannungsentkopplung
Die Erfindung betrifft einen Leistungsdetektor zum Messen der mittleren Leistung modulierter oder unmodulierter Hochfrequenzbzw. Mikrowellen-Signale.
Leistungsdetektoren sind in den verschiedenartigsten Ausführungsformen bekannt. Die gebräuchlichsten Realisierungen enthalten entweder einen thermischen Sensor, der eine zur absorbierten elektrischen Leistung proportionale elektrische Meßgröße erzeugt, oder sie enthalten einen Diodengleichrichter in Ein- oder Zweiwegschaltung, der eine der Spannung am Abschlußwiderstand äquivalente elektrische Ausgangangsgröße liefert, aus der dann die zu messende Leistung bestimmt werden kann.
Insbesondere die Anforderungen der Kommunikationsstandards für die 2. und 3. Generation im digitalen Mobilfunk führten zur Entwicklung einer neuen Gruppe von Leistungsdetektoren mit einem wesentlich größeren Dynamikbereich für modulierte Signale .
Ein solcher Leistungsdetektor ist beispielsweise aus der nicht vorveröffentlichten DE 100 39 665 der Anmelderin bekannt. Bei dem in dieser Anmeldung beschriebenen Leistungsdetektor ist eine Streifenleitung ohne galvanische Trennung unmittelbar mit dem Eingangsanschluß verbunden. Die Streifenleitung ist durch einen Leistungsteiler abgeschlossen. Am eingangsseitigen und ausgangsseitigen Ende der Streifenleitung befindet sich jeweils eine Detektordiode, die jeweils die positive bzw. negative Halbwelle des Meßsignals detektiert. Die Detektordioden sind zur Erfassung des Meßsignals mit einem Differenzverstärker verbindbar. Wie in der Anmeldung beschrieben, hat die räumliche Trennung der Detektordioden den Vorteil, daß die Anordnung unempfindlicher gegenüber Reflexionen ist. Die Differenz zwischen den AusgangsSpannungen an den beiden Detektordioden ist somit unabhängiger von der Anpassung des Leistungsteilers und den parasitären Diodenkapazitäten. An den Leistungsteiler schließen sich weitere Meßzweige mit vorgeschalteten Dämpfungsstufen an, so daß insgesamt ein relativ großer Dynamikbereich entsteht.
Wenn das Meßsignal mit einem Gleichspannungsanteil behaftet ist, tritt aufgrund des Bahnwiderstands der die Detektordioden verbindenden Streifenleitung und des damit verbundenen Spannungsabfalls jedoch ein Meßfehler auf, der nicht unerheblich ist.
Bisher war es üblich, die Gleichspannungskomponente des Meßsignals durch einen zwischen dem Hochfrequenzanschluß und den Detektordioden angeordneten Trennkondensator zu unterdrücken. Ein solcher Trennkondensator wird beispielsweise bei der US 4,943,764 verwendet. Bei der in dieser Druckschrift vorgeschlagenen Lösung werden darüber hinaus mehrere durch Leistungsteiler voneinander getrennte Diodenpaare zur Vergrößerung des Dynamikbereichs verwendet . Die Detektordioden greifen die beiden Halbwellen jedoch am gleichen Meßpunkt ab, so daß die relative Unempfindlichkeit gegenüber Reflexionen, wie sie sich durch die in der DE 100 39 665 vorgeschlagene räumliche Trennung der Detektordioden ergibt, dort nicht vorhanden ist.
Die Verwendung eines Trennkondensators zur Unterdrückung der Gleichspannungskomponente des Meßsignals hat mehrere Nachteile. Zum einen muß die Kapazität des Trennkondensators relativ groß dimensioniert werden, um eine niedrige untere Grenzfrequenz für eine breitbandige Auslegung des Leistungsdetektors zu erreichen. Dies führt zu einer mechanisch relativ großen Bauform. Zum anderen muß der Trennkondensator für Mikrowellenanwendungen in eine reflexionsarme Hochfrequenzleistung integriert werden. Dies führt zu zusätzlichen störenden Reflexionen und damit zu größeren Meßfehlern. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Leistungsdetektor zu schaffen, der relativ unempfindlich gegenüber einer Gleichspannungskomponente und gleichzeitig unempfindlich gegenüber Reflexionen beispielsweise an einem Abschlußwiderstand oder einem Leistungsteiler ist.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst . Die Unteransprüche enthalten vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß eine Gleichspannungsentkopplung dadurch erreicht werden kann, daß sich die Abgriffe für die Detektorelemente, beispielsweise die Detektordioden, nicht unmittelbar auf der Signalleitung sondern auf einer Detektionsleitung befinden, die mit der Signalleitung kapazitiv und/oder induktiv gekoppelt ist. Die Detektionsleitung könnte theoretisch von der Signalleitung vollständig galvanisch getrennt sein. Es ist jedoch vorteilhaft die Detektionsleitung an nur einer Kontaktposition galvanisch mit der Signalleitung zu verbinden und somit auf ein definiertes Bezugspotential zu legen. Auf keinen Fall sind jedoch in Längsrichtung der Signalleitung betrachtet mehr als eine Kontaktposition vorzusehen, so daß in der Detektionsleitung kein Gleichstrom fließt und ein gegebenenfalls vorhandener Spannungsabfall an dem Bahnwiderstand der Signalleitung nicht zu einem Spannungsabfall an der Detektionsleitung führt. Die Spannungsabgriffe an den Detektionspositionen der Detektionsleitung liegen somit auf gleichem Gleichspannungspotential und eine Gleichspannungskomponente des Meßsignals führt nicht zu einem Meßfehler.
Die Kontaktposition zwischen der Signalleitung und der Detektionsleitung kann sich an beliebiger Stelle befinden, beispielsweise in einem der beiden Endbereiche der Leitungen.
Die Detektionsleitung kann auf der Signalleitung in Dünnschicht -Multilayertechnik unter Zwischenlage einer dünnen Isolationsschicht aufgesetzt sein. Grundsätzlich ist es auch denkbar, die Signalleitung und die Detektionsleitung als gekoppelte Leitungen planar nebeneinander auszubilden.
Es ist vorteilhaft, wenn die Leitungsimpedanz der Detektionsleitung relativ gering ist und sich in der gleichen Größenordnung wie der Bahnwiderstand der Signalleitung befindet. Auch wenn die nicht abgeschlossene Detektionsleitung für einzelne Meßfrequenzen resonant ist, ergeben sich aufgrund der niedrigen Kreisgüte durch die hohe Dämpfung keine störend ausgeprägten Resonanzen.
Die erfindungsgemäße Weiterbildung eignet sich sowohl für Zweiweg-Gleichrichter mit jeweils einer Detektordiode für beide Halbwellen als auch für Einweg-Gleichrichter mit nur einer Detektordiode, wobei dann an einer gegenüber der Abgriffsposition der Detektordiode an der Detektionsleitung versetzten Abgriffsposition das Bezugspotential für den Differenzverstärker abgegriffen werden kann.
Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer in der nicht vorveröffentlichten Anmeldung DE 100 39 665 vorgeschlagenen Lösung zur Anordnung der Detektordioden ;
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung;
Fig. 3 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung;
Fig. 4 Eine mögliche Realisierung des in Fig. 2 dargestellten ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung in Koplanartechnik; Fig. 5 eine schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels der Erfindung;
Fig. 6 eine schematische Darstellung eines vierten Ausführungsbeispiels der Erfindung und
Fig. 7 eine schematische Darstellung eines fünften Ausführungsbeispiels der Erfindung mit mehreren Meßzweigen zur Vergrößerung des Dynamikbereichs.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer in der nicht vorveröffentlichten Anmeldung DE 100 39 665 der Anmelderin vorgeschlagenen Lösung mit versetzter Anordnung der Detektordioden eines Leistungsdetektors 1.
Ein Hochfrequenzeingang 2 ist mit einer Signalleitung 3 verbunden, die einen Bahnwiderstand RB hat und durch einen Abschlußwiderstand 4, welcher den Widerstandswert R0 hat, abgeschlossen ist. Ferner sind eine erste Detektordiode 5, die mit ihrer Anode mit der Signalleitung 3 verbunden ist und eine zweite Detektordiode 6, die mit ihrer Kathode mit der Signalleitung 3 verbunden ist, vorgesehen. An dem der Signalleitung 3 gegenüberliegenden Anschluß der Detektordioden 5 und 6 sind jeweils ein Ladekondensator 7 bzw. 8 sowie eine Zuleitung 9 bzw. 10 zu einem Differenzverstärker 11 vorgesehen. Die erste Detektordiode 5 liefert eine dem Meßsignal entsprechende Ausgangsspannung positiver Polarität gegenüber Masse, während die zweite Detektordiode 6 eine dem Meßsignal entsprechende Ausgangsspannung negativer Polarität gegenüber Masse liefert. Der Differenzverstärker 11 unterdrückt etwaige, dem Meßsignal und damit beiden AusgangsSpannungen in gleicher Weise überlagerte Gleichspannungsanteile, so daß an seinem Ausgang 12 ein Meßsignal zur Verfügung steht, das der Leistung des Meßsignals proportional ist, sofern die Detektordioden 5 und 6 in ihrem quadratischen Bereich ausgesteuert werden. Der Widerstandswert R0 des Abschlußwiderstands 4 ist im allgemeinen an die Leitungsimpedanz Z0 der Signalleitung 3 angepaßt. Bei der DE 100 39 665 wird dieser Abschlußwiderstand durch einen Leistungsteiler gebildet, der eine Verzweigung in weitere Meßzweige ermöglicht, die hier zur Vereinfachung weggelassen sind.
Ein völlig reflexionsfreier Abschluß der Signalleitung 3 läßt sich in der Praxis nicht erreichen. Auch an den Detektionspositionen 13 und 14 der Detektordioden 5 und 6 können geringfügige Reflexionen auftreten. Die Auswirkungen dieser Reflexionen können durch einen Versatz in Längsrichtung der Detektionspositionen 13 und 14, der in der nicht vorveröffentlichten DE 100 39 665 AI der Anmelderin erstmals vorgeschlagen wird, verringert werden. Es sei angenommen, daß der Abstand zwischen den Detektionspositionen 13 und 14 für die höchste zu messende Frequenz des Meßsignals etwa λ/4 beträgt, wobei λ die Wellenlänge bedeutet. Treten beispielsweise an dem Abschlußwiderstand 4 Reflexionen auf, so ist die Phasendifferenz zwischen der einfallenden und der reflektierten Welle an der Detektionsposition 13 um ca. 180° verschieben gegenüber der Detektionsposition 14. Dies bedingt, daß sich einfallende und reflektierte Welle beispielsweise an der Detektionsposition 13 destruktiv überlagern, während sie sich an der Detektionsposition 14 konstruktiv überlagern. Die positive Meßspannung an der Detektordiode 5 wird dadurch etwas verringert, während die negative Meßspannung an der Detektordiode 6 dadurch betragsmäßig etwas vergrößert wird. Durch Addition der Beträge der beiden Meßspannungen in dem Differenzverstärker 11 werden diese Effekte gegeneinander kompensiert, so daß zumindest für die höchste Meßfrequenz eine geringere Reflexionsempfindlichkeit gegeben ist. Für niedrigere Meßfrequenzen ist die Kompensation nicht mehr vollständig; jedoch nimmt der Reflexionsfaktor mit abnehmender Frequenz ohnehin ab, so daß die Notwendigkeit einer Kompensation hauptsächlich am oberen Ende des Meßfrequenzbandes besteht. Die versetzte Anordnung der Detektionspositionen 13 und 14 auf der Signalleitung 3 hat jedoch den Nachteil, daß die Detektionspositionen 13 und 14 aufgrund des Spannungsabfalls an dem Bahnwiderstand RB der Signalleitung 3 nicht auf exakt gleichem Potential liegen, wenn das an dem Hochfrequenzeingang 3 anliegende Meßsignal eine Gleichspannungskomponente aufweist. Die Detektordioden 5, 6 haben typischerweise eine Gleichrichtempfindlichkeit s=800μV/μW, d. h. bei einer anliegenden Hochfrequenzleistung von lμW ergibt sich eine gleichgerichtete Spannung von 800μV, wobei ein linearer Zusammenhang zwischen der zu messenden Hochfrequenzleistung und der detektierten Meßspannung für kleine Hochfrequenzleistungen (quadratischer Kennlinienbereich) unterstellt werden kann. Der Bahnwiderstand RB zwischen den beiden Detektordioden 5, 6 beträgt typischerweise RB=0,5Ω. Der Abschlußwiderstand R0 ist an die Impedanz der Signlleitung 3 angepaßt und trägt typischerweise RQ=50Ω. Die untere Meßgrenze derartiger Diodendetektoren liegt bei ca. 0,lnW. Liegt nun am Hochfrequenzeingang 2 ein Meßsignal mit einer Gleichspannungskomponente von UD =lmV an, so ergibt sich aufgrund der Spannungsteilung zwischen dem Abschlußwiderstand R0 und dem Bahnwiderstand RB eine über die Detektordioden 5, 6 an dem Differenzverstärker 11 anliegende Differenzspannung von lOμV. Dies entspricht einer fehlerhaft detektierten Hochfrequenzleistung von lOnW, d. h. die an dem Bahnwiderstand RB abfallende Gleichspannung wird fälschlicherweise als eine am Eingang anliegende Hochfrequenzleistung von lOnW detektiert, die um den Faktor 100 über der möglichen unteren Meßgrenze von 0, 1 nW liegt .
Wie bereits dargelegt, wäre die Einfügung eines Trennkondensators zwischen dem Hochfrequenzeingang 2 und der Signalleitung 3 ebenfalls nachteilig. Dieser müßte relativ groß dimensioniert werden, um eine niedrige untere Grenzfrequenz für eine breitbandige Auslegung des Leistungsdetektors zu erreichen. Zum anderen müßte der Trennkondensator in die Signalleitung integriert werden, was zu zusätzlichen störenden Reflexionen und damit größeren Meßfehlern führen würde. Fig. 2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Leistungsdetektors 1 in einer schematischen Darstellung. Gleiche oder sich entsprechende Bauteile sind in allen Zeichnungsfiguren mit übereinstimmenden Bezugszeichen bezeichnet, so daß sich eine wiederholende Beschreibung erübrigt .
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, die Detektionspositionen für die Detektordioden 5 und 6 bzw. andere Detektorelemente nicht unmittelbar an der Signalleitung 3, sondern an einer Detektionsleitung 20 vorzusehen. Die Detektionsleitung 20 ist im in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel an einer in dem dem Hochfrequenzeingang 2 zugewandten Endbereich angeordneten Kontaktposition 21 mit der Signalleitung 3 verbunden. An allen anderen Stellen ist die Detektionsleitung 20 von der Signalleitung 3 galvanisch getrennt. Wichtig ist, daß in Längsrichtung der Signalleitung 3 betrachtet nur eine Kontaktposition 21 vorhanden ist. Da die Eingangswiderstände des Differenzverstärkers 11 sehr hochohmig sind, fließt in der Detektionsleitung 20 somit kein nennenswerter Strom und die gesamte Detektionsleitung 20 befindet sich auf einem einheitlichen Gleichspannungspotential. Folglich tritt kein Spannungsabfall zwischen den Detektionspositionen 13 und 14 auf. Die Verbindung der Detektionsleitung 20 mit der Signalleitung 3 an in Längsrichtung betrachtet genau einer Kontaktposition ist vorteilhaft, da dadurch die Detektionsleitung 20 auf ein definiertes Bezugspotential gelegt wird. Wichtig ist weiterhin, daß die Detektionsleitung 20 mit der Signalleitung 3 kapazitiv und/oder induktiv so fest gekoppelt ist, daß auf der Detektionsleitung 20 bezüglich der Längenkoordinate L eine ähnliche Spannungsverteilung des Hochfrequenzsignals vorliegt wie auf der Signalleitung 3.
Fig. 3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung. Im Unterschied zu dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel befindet sich die ' Kontaktposition 21 bei diesem Ausführungsbeispiel nicht an dem dem Hochfrequenzeingang 2 zugewandten eingangsseitigen Ende der Detektionsleitung 20 sondern an dem dem Abschlußwiderstand 4 zugewandten ausgangsseitigen Ende der Detektionsleitung 20. Die Fig. 2 und 3 verdeutlichen nur zwei Beispiele für die Anordnung der Kontaktposition 21. Die Kontaktposition 21 kann sich an beliebiger Stelle in der Längserstreckung der Detektionsleitung 20 befinden.
Fig. 4 zeigt eine mögliche Realisierung des in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiels in Dünnschicht - Multilayertechnik. Auf einem Substrat 30 aus einem Dielektrikum befindet sich die Signalleitung 3, die im Ausführungsbeispiel als koplanare Streifenleitung ausgeführt ist. Bei der Signalleitung 3 handelt es sich somit um einen dünnen Leitungsstreifen 31, in der Regel aus einem Metall, der jeweils durch einen Abstand 32 bzw. 33 von einer jeweils Massepotential führenden metallischen Massefläche 34 und 35 getrennt ist. Auf dem die Signalleitung 3 bildenden Leitungsstreifen 31 befindet sich eine dünne Isolationsschicht 36 aus einem geeigneten Dielektrikum, beispielsweise Silizium-Nitrid oder Silizium- Oxid. Über der Isolationsschicht 36 befindet sich ein weiterer Leitungsstreifen 37, welcher die Detektionsleitung 20 bildet. Die Detektionsleitung 20 ist nur an der Kontaktierungsposition 21, welche durch eine Metallisierung 38 gebildet wird, mit der Signalleitung 3 verbunden. An allen übrigen Positionen entlang der Längsrichtung L ist die Detektionsleitung 20 von der Signalleitung 3 galvanisch getrennt und nur über die dünne, dielektrische Isolationsschicht 36 kapazitiv gekoppelt.
Die Detektionsdioden 5 und 6 sind in Fig. 4 nur schematisch eingezeichnet. Erkennbar sind ferner die Ladekondensatoren 7 und 8, die als Dünnschicht-Kondensatoren ausgebildet sind. Die Bodenelektrode der Dünnschicht -Kondensatoren wird von einem Teil der Masseflächen 35 bzw. 34 gebildet, über welchen sich an der Stelle der Ladekondensatoren 7 bzw. 8 jeweils eine dünne Isolationsschicht 39 bzw. 40, vorzugsweise aus dem gleichen Material wie die Isolationsschicht 36, befindet. Über der Isolationsschicht 39 bzw. 40 befindet sich eine Metallschicht 41 bzw. 42. Da die lokale Ausbildung von Isolationsschichten 39, 40 über der ersten Metallisierung und einer zweiten darüber angeordneten Metallisierung zur Herstellung der Dünnschicht- Kondensatoren 7 bzw. 8 ohnehin erforderlich ist, stellt die Fertigung der durch die Isolationsschicht 36 von der Signalleitung 3 getrennten Detektionsleitung 20 keinen zusätzlichen Aufwand dar und kann durch eine Variation der Herstellungsmasken in gleicher Technologie realisiert werden.
Während in den Fig. 2 bis 4 erfindungsgemäße Ausführungsbeispiele für einen Zweiweg-Gleichrichter dargestellt sind, zeigen die Fig. 5 und 6 zwei Ausführungsbeispiele für einen Einweg-Gleichrichter mit nur einer Detektordiode 5, die an der Detektionsposition 13 angeordnet ist. Die andere Detektionsposition 14 ist jeweils über einen Widerstand 50 mit dem anderen Eingang des Differenzverstärkers 11 verbunden. Die in Fig. 5 und 6 dargestellten Ausführungsbeispiele unterscheiden sich wiederum dadurch, daß sich die Kontaktposition 21 bei dem in Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel an dem dem Hochfrequenzeingang 2 zugewandten Ende und bei dem in Fig. 6 dargestellten Ausführungsbeispiel an dem dem Abschlußwiderstand 4 zugewandten Ende der Detektionsleitung 20 befindet. Auch bei einem Einweg-Gleichrichter ist es wichtig, daß sich das über den Widerstand 50 abgegriffene und dem Differenzverstärker 11 zugeführte Bezugspotential auf gleichem Gleichspannungspotential befindet, wie der Abgriff der Detektordiode 5.
Fig. 7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung. Bei dem in Fig. 7 dargestellten Ausführungsbeispiel sind zur Vergrößerung des Dynamikbereichs drei Meßzweige A, B und C vorgesehen, so wie dies in der nicht vorveröffentlichten Anmeldung DE 100 39 665 der Anmelderin grundsätzlich vorgeschlagen wird. Jeder Meßzweig A umfaßt im Ausführungsbeispiel zwei Detektordioden 5A, 6A bzw. 5B, 6B bzw. 5 , 6c die das Signal, wie anhand von Fig. 2 beschrieben, an Detektionspositionen 13A/ 14A bzw. 13B, 14B bzw. 13c, 14c der Detektionsleitung 20A bzw. 20B bzw. 20c abgreifen. Wie anhand von Fig. 2 beschrieben, sind die Detektionsleitungen 20A bzw. 20B bzw. 20c mit den Signalleitungen 3A bzw. 3B bzw. 3C kapazitiv bzw. induktiv gekoppelt und stehen mit dieser nur an einer Kontaktierungsposition 21A bzw. 21B bzw. 21c galvanisch in Verbindung. Die jeweils zwischen den Detektordioden und den Ladekondensatoren 7A, 8A bzw. 7B, 8B bzw. 7C, 8c vorgesehenen Meßpunkte 51 , 52A bzw. 51B, 52B bzw. 51 , 52c stehen jeweils mit einem in Fig. 7 nicht dargestellten Differenzverstärker in Verbindung.
Die Signalleitung 3A des ersten Meßzweigs A ist mit dem Hochfrequenzeingang 2 ohne Zwischenschaltung eines Trennkondensators verbunden und steht ausgangsseitig mit einem Leistungsteiler 53 in Verbindung, der die Leistung gleichmäßig auf den zweiten Meßzweig B und den dritten Meßzweig C aufteilt. Zwischen dem Eingang der Signalleitung 3B des zweiten Meßzweigs B und einem der Ausgänge des Leitungsteilers 53 befindet sich ein erstes Dämpfungselement 54B, das die Ausgangsleistung des Leistungsteilers 53 um einen definierten Dämpfungsfaktor abschwächt . Der Ausgang der Signalleitung 3B ist durch einen Abschlußwiderstand 4B abgeschlossen.
Der Eingang der Signalleitung 3 des dritten Meßzweigs C steht im Ausführungsbeispiel über zwei seriell angeordnete Dämpfungselemente 54c, ι und 54C/2 mit dem anderen Ausgang des Leitungsteilers 53 in Verbindung. Die Dämpfungselemente 54 ,ι und 54C/2 sind vorzugsweise durch eine Leitung 55 etwas räumlich separiert, um ein direktes Übersprechen von dem Eingang des Dämpfungselements 54 /ι auf den Ausgang des Dämpfungselements 54c,2 zu vermeiden. Die Signalleitung 3 ist durch einen Abschlußwiderstand 4C abgeschlossen.
Das Meßsignal wird den Signalleitungen 3A bzw. 3B bzw. 3C der unterschiedlichen Meßzweige A, B, C somit in unterschiedlicher
Abschwächung zugeführt, so daß sich der Meßzweig A zur Messung im niedrigen Leistungsbereich, der Meßzweig B zur Messung im mittleren Leistungsbereich und der Meßzweig C zur Messung im oberen Leistungsbereich eignet.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Beispielsweise könnten die Signalleitung 3 und die Detektionsleitung 20 als induktiv gekoppelte Mikrostreifenleitungen mit nur einer Metallisierung auf der Oberseite des Substrats 30 nebeneinander ausgebildet werden, wobei das Substrat, wie bei Mikrostreifenleitungen (Microstripline) üblich, auf der Unterseite eine durchgängige Massemetallisierung aufweist.

Claims

Ansprüche
1. Leistungsdetektor (1) zum Messen der gleichspannungsfreien Leistung modulierter oder unmodulierter Hochfrequenz- oder
Mikrowellen-Signale mit einer mit einem Hochfrequenzeingang (2) in Verbindung stehenden
Signalleitung (3; 3 ) und einer mit der Signalleitung (3; 3 ) kapazitiv und/oder induktiv fest gekoppelten Detektionsleitung (20; 20A) , die in
Längsrichtung (L) betrachtet mit der Signalleitung (3) nur an höchstens einer Kontaktposition (21; 21A) verbunden ist und ansonsten von der Signalleitung (3; 3A) galvanisch getrennt ist , wobei das Signal auf der Detektionsleitung (20; 20A) an zumindest zwei in Längsrichtung (L) versetzten
Detektionspositionen (13, 14; 13 , 14A) abgegriffen wird.
2. Leistungsdetektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalleitung (3) und die Detektionsleitung (20) als übereinander angeordnete Leitungsstreifen (31, 37) ausgebildet sind und, abgesehen von der Kontaktposition (21) , durch eine dünne Isolationsschicht (32) voneinander getrennt sind.
3. Leistungsdetektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die die Signalleitung (3) und die Detektionsleitung (20) bildenden Leitungsstreifen (31, 37) von Masseflächen (34, 35) beabstandet sind und zusammen mit diesen koplanare Streifenleitungen bilden.
4. Leistungsdetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektionsleitung (20) und die Signalleitung (3) derart gekoppelt sind, daß sie eine Zweidrahtleitung (20, 3) mit einer Leitungsimpedanz (Z0) bilden, die etwa gleich dem Bahnwiderstand (RB) der Signalleitung (3) ist.
5. Leistungsdetektor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungsimpedanz (Z0) der Zweidrahtleitung (20, 3) im Bereich des 0,1 bis 10-fachten, bevorzugt des 0,2 bis 5-fachen, besonders bevorzugt des 0,5- bis 3 -fachen des Bahnwiderstandes (RB) der Signalleitung liegt.
6. Leistungsdetektor nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungsimpedanz (Z0) der Zweidrahtleitung (20, 3) so klein gewählt ist, daß keine störenden Resonanzen im Frequenzbereich eines dem Hochfrequenzeingang (2) zugeführten Meßsignals auftreten.
7. Leistungsdetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktposition (21) in der Nähe eines der beiden Enden der Detektionsleitung (20) angeordnet ist.
8. Leistungsdetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektionsleitung (20) eine Länge von etwa einem Viertel der Wellenlänge der höchsten Frequenz eines dem Hochfrequenzeingang (2) zugeführten Meßsignals hat.
9. Leistungsdetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils eine Detektionsposition (13, 14) in der Nähe der beiden Enden der Detektionsleitung (20) angeordnet ist.
10. Leistungsdetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Detektionspositionen (13, 14) über jeweils eine Detektordiode (5, 6) in zueinander entgegengesetzten Polarität mit den Eingängen eines Differenzverstärkers (11) verbunden sind.
11. Leistungsdetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Detektionsposition (13) über eine Detektordiode (5) und eine andere Detektionsposition (14) über einen Widerstand (50) mit den Eingängen eines Differenzverstärkers (11) verbunden sind.
12. Leistungsdetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Hochfrequenzeingang (2) und der Signalleitung (3) kein Trennkondensator vorhanden ist.
13. Leistungsdetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalleitung (3) durch einen Abschlußwiderstand (4) abgeschlossen ist, dessen Widerstandswert (RQ) etwa der Leitungsimpedanz der Signalleitung (3) entspricht.
14. Leistungsdetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß sich an die Signalleitung (3A) ein Leistungsteiler (53) anschließt .
15. Leistungsdetektor nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß sich an den Leistungsteiler (53) zumindest zwei Meßzweige (B,C) anschließen, mit jeweils einer Signalleitung (3B; 3 ) die über Dämpfungselemente (54B, 54 /ι, 54c,2) mit einem der Ausgänge des Leistungsteilers (53) verbunden sind, einer mit der Signalleitung (3B; 3 ) kapazitiv und/oder induktiv gekoppelten Detektionsleitung (20B; 20c) , die in Längsrichtung betrachtet mit der zugeordneten Signalleitung 3B; 3c) nur an höchstens einer Kontaktposition (21B; 21 ) verbunden ist und ansonsten von der Signalleitung (3B; 3c) galvanisch getrennt ist, wobei das Signal auf jeder Detektionsleitung (20B; 20c) an zumindest zwei in Längsrichtung versetzten Detektionspositionen (13B, 13c; 14B, 14c) abgegriffen wird.
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