EP Basics: HF-Technik Die drei Typen der HF-Dämpfung

In diesem Beitrag stellen wir die IC-Grundtypen von HF-Dämpfungsgliedern und deren Funktionen vor. Das soll insbesondere Studenten und jungen Ingenieuren dabei helfen, aus der großen Vielfalt der Produkte das richtige für ihre Anwendung auszuwählen.

Ein Dämpfungsglied ist eine Regelkomponente, die die Signalstärke reduziert. Diese Komponenten werden genutzt, um Signalpegel in der Signalkette auszubalancieren, den Dynamikbereich eines Systems zu erweitern, eine Impedanzanpassung zu realisieren, aber auch, um unterschiedliche Kalibriertechniken in die Schaltung der Endanwendung zu implementieren.

Die drei Grundtypen von Dämpfungs-ICs

HF-Dämpfungsglieder können mithilfe von GaAs-, GaN-, SiC-Halbleitertechnologien oder gängigen CMOS-Techniken mit Widerständen, PIN-Dioden, FETs, HEMTs und CMOS-Transistoren realisiert werden. In Bild 1 sind drei Basistopologien abgebildet: der T-Typ, der π-Typ und Brücken-T-Netz werke. Diese drei Grundtypen liegen den unterschiedlichen Konfigurationen von Däm­pfungsgliedern [1], [2] zugrunde.

Nach ihrer Funktion werden Dämpfungsglieder in feste Abschwächer ohne veränderbare Dämpfung und variable Komponenten mit einer einstellbaren Abschwächung eingeteilt. Abhängig von der Art der Däm­pfungsregelung, die von den variablen Dämpfungsgliedern unterstützt wird, kann man diese weiter in spannungsgesteuerte Dämpfungsglieder (VVAs = voltage variable attenuators), die analog gesteuert werden, und digitale Schrittabschwächer (DSAs = digital step attenuators), die digital gesteuert sind, klassifizieren.

Spannungsgesteuerte HF-Dämpfungsglieder

Spannungsgesteuerte Dämpfungsglieder liefern einen kontinuierlich einstellbaren Dämpfungspegel, der in einem gegebenen Bereich auf jeden beliebigen Wert eingestellt werden kann. Analog geregelte Abschwächer werden üblicherweise in Schaltungen mit automatischer Verstärkungsregelung, zur Abgleichkorrektur und für weitere Verarbeitungsfunktionen eingesetzt, in denen eine sanfte und präzise Steuerung eines Signals notwendig ist.

Digitale HF-Schrittabschwächer

Digitale Schrittabschwächer besitzen einen Satz von diskreten Dämpfungspegeln, mit denen die Signalstärke mit einer vorbestimmten Schrittweite bei der Dämpfung eingestellt wird. Digital geregelte HF-Abschwächer-ICs haben eine zu Mikrocontrollern kompatible Steuerschnittstelle und sind eine gute Lösung, um die funktionale Inte­grität in komplexen Designs zu bewahren.

Ganz allgemein ist ein gutes Dämpfungsglied erforderlich, um eine flache Dämpfungsleistung und ein gutes Stehwellenverhältnis (VSWR) im gesamten Betriebsfrequenzbereich oder eine ausreichende Genauigkeit und Handhabbarkeit der Leistung und auch einen sanften glitch-freien Betrieb mit nur geringen Signalverzerrungen während der Zustandsänderungen zu erzielen. Es ist natürlich auch nötig, um eine lineare Regelcharakteristik zu gewährleisten.

HF-Dämpfungsglieder: Was es sonst noch so gibt

Eine kurze Bemerkung zum Schluss: IC-Dämpfungsglieder sind nicht nur auf diejenigen beschränkt, die kurz in diesem Artikel besprochen wurden. Es gibt weitere Arten von integrierten Schaltungen einschließlich frequenzabhängiger und phasenkompensierter sowie temperaturgeregelter Dämpfungsglieder und auch programmierbare spannungsgesteuerte Dämpfungsglieder (VVA) mit einem integrierten D/A-Wandler sowie noch einige weitere. In diesem Artikel haben wir jedoch die Hauptkategorien von integrierten Dämpfungsgliedern betrachtet, die heute allgemein auf dem Markt erhältlich sind.

Literaturhinweise

[1] Bahl, I. J.: Control Components Using Si, GaAs, and GaN Technologies, Artech House, 2014.

[2] Robertson, I.; Lucyszyn, S.: RFIC and MMIC Design and Technology, London: The Institution of Engineering and Technology, 2001.

[3] „RF, Microwave, and Millimeter Wave Products Selection Guide 2021“, Analog Devices, 2021.

* Anton Patyuchenko arbeitet als HF-Applikationsingenieur bei Analog Devices in München.

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