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Dokumentenidentifikation DE102005017832A1 03.08.2006
Titel Dämpfungsglied mit Frequenzgangkompensation
Anmelder Rohde & Schwarz GmbH & Co. KG, 81671 München, DE
Erfinder Haßler, Martin, 81547 München, DE;
Will, Thomas, 85276 Pfaffenhofen, DE;
Jünemann, Ralf, Dr., 81735 München, DE;
Bayer, Alexander, 81547 München, DE;
Evers, Christian, 85551 Kirchheim, DE;
Cohrs, Wolfgang, 85586 Poing, DE
Vertreter Mitscherlich & Partner, Patent- und Rechtsanwälte, 80331 München
DE-Anmeldedatum 18.04.2005
DE-Aktenzeichen 102005017832
Offenlegungstag 03.08.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 03.08.2006
IPC-Hauptklasse H03H 11/24(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse H01P 1/22(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   H01P 3/08(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   H01L 27/00(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   
Zusammenfassung Ein monolithisch integriertes Dämpfungsglied besteht aus in einer T-Schaltungsstruktur verbundenen Widerständen (6sLW, 6lLW, 6QW) und weist mindestens zwei Dämpfungszustände für ein Mikrowellensignal auf. Die Frequenzgangkompensation des verzerrten Frequenzganges des Dämpfungsgliedes wird durch ein frequenzabhängiges Verlustleistungsdichte-Profil über den Querschnitt der Schichtwiderstände (7sLW, 7lLW) ausgeführten Widerstandes (6sLW, 6lLW) des Dämpfungsgliedes realaisiert.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Dämpfungsglied in einer Mikrowellenschaltung, in dem der durch parasitäre Impedanzen verzerrte Frequenzgang entzerrt und somit frequenzkompensiert wird.

Dämpfungsglieder in Mikrowellenschaltungen sind hinsichtlich ihres Dämpfungsverhaltens über einen weiten Frequenzbereich umschaltbar. Durch serielle Kaskadierung mehrerer Dämpfungsglieder mit umschaltbarem Dämpfungsverhalten – Stufendämpfungsglieder – kann jedes beliebige Dämpfungsverhalten für Mikrowellensignale erzeugt werden. Umschaltbare Dämpfungsglieder besitzen neben einem Zustand mit geringer Dämpfung (Grundzustand) einen weiteren Zustand mit höherer Dämpfung (Dämpfungszustand).

1 zeigt ein derartiges zum Stand der Technik gehörendes Stufendämpfungsglied aus insgesamt drei seriell kaskadierten Dämpfungsstufen identischer Topologie. Zur Umschaltung zwischen Grund- und Dämpfungszustand dienen in jeder Dämpfungsstufe jeweils die beiden Feldeffekt Transistoren (FET) Q1x und Q2x, deren Gates über die Gate-Widerstände RG1x und RG2x mit Steuersignalen angesteuert werden. Im Grundzustand ist die jeweilige Drain-Source-Strecke des Feldeffekt-Transistors Q1x niederohmig, während die Drain-Source-Strecke des Feldeffekt-Transistors Q2x hochohmig ist, so daß das Mikrowellensignal im wesentlichen über die Drain-Source-Strecke des Feldeffekt-Transistors Q1x geleitet wird. Im Dämpfungszustand ist dagegen die Drain-Source-Strecke des Feldeffekt-Transistors Q2x niederohmig, während die Drain-Source-Strecke des Feldeffekt-Transistors Q1x hochohmig ist, so daß das Mikrowellensignal über die in T-Schaltungsstruktur geschalteten Widerstände R1x, R2x und R3x des eigentlichen Dämpfungsgliedes und den Feldeffekt-Transistors Q2x geleitet werden.

Während der Grundzustand mit einer über einen weiten Frequenzbereich konstant geringen Dämpfung vergleichsweise einfach realisiert werden kann, kann der Dämpfungszustand mit einer gegenüber der Grunddämpfung konstant höheren Dämpfung in der Praxis nur innerhalb einer bestimmten Bandbreite verwirklicht werden. Diese auf die Grunddämpfung bezogene höhere Dämpfung – relative Dämpfung – soll das Mikrowellensignal um einen definierten Wert, beispielsweise 5 dB, über einen möglichst weiten Frequenzbereich dämpfen. Parasitäre Impedanzen – insbesondere die Drain-Source-Kapazität des FET Q1x und die induktiv wirkende Maseverbindung am Fußpunkt des T-Dämpfungsgliedes- führen aber mit zunehmender Frequenz zu einer niedrigeren Dämpfung im Dämpfungszustand und somit zu einer unerwünschten Bandbegrenzung des Frequenzganges des Dämpfungsgliedes.

Eine Parallelisierung des Frequenzganges des Dämpfungsgliedes im Dämpfungszustand zum Frequenzgang des Dämpfungsgliedes im Grundzustand über einen weiten Frequenzbereich wird durch ein geschaltetes monolithisches Stufendämpfungsglied mit drei seriell kaskadierten Dämpfungsstufen gem. 2, das in der Druckschrift DE 197 08 207 A1 offenbart ist, erzielt. Hierbei wird zur Frequenzgangkompensation im Dämpfungszustand ein weiterer Feldeffekt-Transistor Q3x in jeder Dämpfungsstufe eingeführt, der in Serie zum Feldeffekt-Transistor Q2x geschaltet ist. Im Dämpfungszustand der jeweiligen Dämpfungsstufe, in der auch dieser Feldeffekt-Transistor Q3x hochohmig ist, ist dessen Source-Drain-Kapazität zum Querwiderstand R3x des in T-Schaltungsstruktur geschalteten eigentlichen Dämpfungsgliedes parallel geschaltet. Dieses aus dem Querwiderstand R3x und der Drain-Source-Kapazität des Feldeffekt-Transistors Q3x gebildete RC-Glied bewirkt eine Korrektur der durch parasitäre Effekte verursachten Frequenzgangerhöhung der relativen Dämpfung des Stufendämpfungsgliedes bei höheren Frequenzen. Gegenüber einem Stufendämpfungsglied ohne Frequenzgangkompensation gemäß 1, bei dem innerhalb einer Bandbreite von 7 GHz eine Abweichung von 1,7 dB zwischen dem Soll- und Ist-Verlauf der relativen Dämpfung vorhanden ist, wird bei einem derartigen frequenzgangkompensierten Stufendämpfungsglied eine Abweichung von 0,3 dB zwischen Soll- und Ist-Verlauf der relativen Dämpfung erzielt. Ein Nachteil dieses frequenzgangkompensierten Stufendämpfungsgliedes stellt das für jede Dämpfungsstufe benötigte zusätzliche Bauelement dar sowie die durch das nichtlineare Übertragungsverhalten des zusätzlichen Schalt-Bauelements bedingte nichtlineare Verzerrung des Mikrowellensignals (Entstehung von Höherharmonischen und Intermodulationsprodukten im Mikrowellensignal).

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, für ein monolithisch integriertes Dämpfungsglied eine Frequenzgangkompensation der relativen Dämpfung des Dämpfungsgliedes zu verwirklichen, die ohne zusätzliche Bauelemente und deren nachteilige Auswirkungen auf das Mikrowellensignal auskommt.

Die Aufgabe der Erfindung wird durch ein monolithisch integriertes Dämpfungsglied mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen aufgeführt.

Die Frequenzgangkompensation der relativen Dämpfung des Dämpfungsgliedes wird erfindungsgemäß einzig durch die Geometrie der einzelnen in T-Schaltungsstruktur geschalteten Schichtwiderständen des Dämpfungsgliedes und der mit den Schichtwiderständen in Kontakt stehenden Verbindungsleitungen verwirklicht.

Hierzu werden die an den beiden Längs-Widerständen jeweils kontaktierten Verbindungsleitungen an den Metallisierungsschichten des jeweiligen Schichtwiderstandes diagonal gegenüber angeordnet. Damit es aufgrund dieser asymmetrischen Anordnung der beiden Verbindungsleitungen zur Symmetrie des Schichtwiderstandes nicht zu einem bevorzugt diagonal verlaufenden Stromfluß im Schichtwiderstand kommt, wird erfindungsgemäß in einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen monolithisch integrierten Dämpfungsgliedes die Verbindungsleitung des Dämpfungsgliedes mit der Signalquelle und die Verbindungsleitung des Dämpfungsgliedes mit der Last in Richtung der Metallisierungsschicht des jeweiligen Längs-Widerstands durch Ausbildung einer mit der Verbindungsleitung in Kontakt stehenden bevorzugt dreiecksförmigen Metallschicht zusätzlich erweitert. Auf diese Weise kann ein Stromzufluß, der über den gesamten Querschnitt der Metallisierungsschicht des signalquellenseitigen Längs-Widerstandes homogen verteilt ist, und ein Stromabfluß, der über den gesamten Querschnitt der Metallisierungsschicht des lastseitigen Längs-Widerstandes homogen verteilt ist, verwirklicht werden. Die Verbindungsleitungen des Quer-Widerstandes sind an den beiden Metallisierungsschichten des Quer-Widerstandes aufgrund der mittigen Lage des Quer-Widerstands in der T-Schaltungsstruktur des Dämpfungsgliedes mittig zur Symmetrie des Quer-Widerstandes angeordnet.

Im Dämpfungszustand des Dämpfungsgliedes ergibt sich bei niedrigen Frequenzen des Mikrowellensignals aufgrund der Feldverteilungen in den drei Schichtwiderständen folgendes Verlustleistungsdichte- respektive Stromfluß-Profil:

Im signalquellenseitigen Längs-Widerstand weist das Verlustleistungsdichte- respektive Stromfluß-Profil einen mittelhohen Wert auf, der homogen über den ganzen Querschnitt des Schichtwiderstands verteilt ist. Auch im Quer-Widerstand ist ein Verlustleistungsdichte- respektive Stromfluß-Profil mit einem mittelhohen Wert zu erkennen, der sich homogen über den ganzen Querschnitt des Schichtwiderstandes verteilt. Im lastseitigen Längs-Widerstand ist dagegen ein Verlustleistungsdichterespektive Stromfluß-Profil mit einem niedrigen Wert wirksam, das homogen über den ganzen Querschnitt des Schichtwiderstands verteilt ist. Somit fließt bei niedrigen Frequenzen im Dämpfungszustand das Mikrowellensignal im wesentlichen über den Quer-widerstand gegen Masse ab und bewirkt eine optimale Dämpfung des Mikrowellensignals im Dämpfungsglied.

Im Dämpfungszustand des Dämpfungsgliedes ergibt sich bei hohen Frequenzen des Mikrowellensignals dagegen folgendes Verlustleistungsdichte- respektive Stromfluß-Profil:

Im signalquellenseitigen Längs-Widerstand weist das Verlustleistungsdichte- respektive Stromfluß-Profil jeweils einen Verlauf auf, der vom signalquellenseitigen Seitenrand des Schichtwiderstands zum querwiderstandsseitigen Seitenrand des Schichtwiderstands zunimmt. Das Verlustleistungsdichte- respektive Stromfluß-Profil des Quer-Widerstands weist einen Verlauf auf, der im wesentlichen homogen über den Querschnitt des Schichtwiderstandes verteilt ist. Schließlich ist das Verlustleistungsdichte- respektive Stromfluß-Profil im lastseitigen Längs-Widerstand durch einen Verlauf gekennzeichnet, der vom querwiderstandsseitigen Seitenrand des Schichtwiderstands zum lastseitigen Seitenrand des Schichtwiderstands abnimmt. Im Gegensatz zum Betriebsfall niedriger Frequenzen fließt bei höheren Frequenzen zwar ein geringfügig höherer Mikrowellenstrom über die beiden Längs-Widerstände, der aber im Vergleich zum Stand der Technik mit fehlender Frequenzgangkompensation deutlich niedriger ausgeprägt ist. Somit ist die Dämpfung des erfindungsgemäßen Dämpfungsgliedes bei höheren Frequenzen niedriger als bei niedrigen Frequenzen, im Vergleich zum Stand der Technik bei fehlender Frequenzgangkompensation aber deutlich höher.

Mit dem erfindungsgemäßen Dämpfungsglied läßt sich somit ohne zusätzliche Bauelemente und deren negative Auswirkungen auf die Verzerrung des Mikrowellensignals ein Dämpfungsverhalten verwirklichen, das gegenüber dem Stand der Technik ohne Frequenzgangkompensation eine deutlich höhere Bandbreite im Frequenzgang aufweist.

In der zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen monolithisch integrierten Dämpfungsgliedes erfolgt auch auf der gegenüberliegenden Metallisierungsschicht des jeweiligen Längs-Widerstandes eine Verbreiterung der Verbindungsleitung mittels Anfügen einer bevorzugt dreiecksförmiger Metallschicht. Auf diese Weise ist eine homogene Verteilung des Zuflusses und gleichzeitig des Abflusses des Mikrowellenstroms über den gesamten Querschnitt der jeweiligen Metallisierungsschicht und somit über den gesamten Querschnitt des Längs-Widerstandes möglich.

In der dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen monolithisch integrierten Dämpfungsgliedes wird anstelle einer Topologie, in der die über eine gemeinsame Verbindungsleitung miteinander verbundenen Metallisierungsschichten der drei Schichtwiderstände in einer Linie angeordnet sind, alternativ eine Topologie gewählt, in der die über eine gemeinsame Verbindungsleitung miteinander verbundenen Metallisierungsschichten der drei Schichtwiderstände jeweils in einem rechten Winkel zueinander angeordnet sind, wobei die Metallisierungsschichten der beiden Längs-Widerstände jeweils parallel gegenüberliegen.

In einer vierten Ausführungsform des erfindungsgemäßen monolithisch integrierten Dämpfungsgliedes ist die Topologie der drei Schichtwiderstände durch einen äquidistanten Winkelabstand zwischen jeweils zwei Schichtwiderständen von 120 Grad gekennzeichnet.

Die bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen monolithisch integrierten Dämpfungsgliedes werden im folgenden unter Berücksichtigung der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

1 ein Schaltbild eines Dämpfungsgliedes ohne Frequenzgangkompensation nach dem Stand der Technik,

2 ein Schaltbild eines Dämpfungsgliedes mit Frequenzgangkompensation nach dem Stand der Technik,

3 ein Layout eines erfindungsgemäßen dreistufigen Dämpfungsgliedes,

4A4D eine Topologie einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Dämpfungsgliedes mit Darstellung des Verlustleistungsdichterespektive Stromfluß-Profil in den einzelnen Schichtwiderständen,

5 einen Frequenzgang eines Dämpfungsgliedes nach dem Stand der Technik und eines erfindungsgemäßen Dämpfungsgliedes,

6 eine Topologie einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Dämpfungsgliedes,

7 eine Topologie einer dritten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Dämpfungsgliedes und

8 eine Topologie einer vierten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Dämpfungsgliedes.

In 3 ist das Layout eines dreistufigen Dämpfungsgliedes mit den drei Stufendämpfungsgliedern 1, 2 und 3 dargestellt. Jedes dieser Stufendämpfungsglieder besteht aus einem Feldeffekt-Transistor 21, 22 und 23, welche in Serie geschaltet sind und den Feldeffekt-Transistoren Q1x des Dämpfungsglieds des Stand der Technik entsprechen. Der Source-Anschluß S1 des Feldeffekt-Transistors 21 ist mit einer in 3 nicht dargestellten Signalquelle verbunden, während der Drain-Anschluß D3 des Feldeffekt-Transistors 23 mit einer in 3 nicht dargestellten Last verbunden ist. Im Anschluß an den Drain-Anschluß der Feldeffekt-Transistoren 21 und 22 ist jeweils eine Induktivität 51 und 52 in Serie geschaltet, die die Wirkung der in den Feldeffekt-Transistoren 21 und 22 auftretenden erhöhten Kapazitätbeläge im Hinblick auf einen konstanten Wellenwiderstand von z. B. 50 Ohm kompensiert.

Parallel zur Source-Drain-Strecke des jeweiligen Feldeffekt-Transistors 21, 22 und 23 ist das eigentliche als T-Schaltungsstruktur ausgebildete Dämpfungsglied 31, 32 und 33 geschaltet. Schließlich ist der Anschluß des Quer-Widerstandes des jeweiligen Dämpfungsgliedes 31, 32 und 33 mit dem Drain-Anschluß des jeweiligen Feldeffekt Transistors 41, 42 und 43 verbunden, der dem jeweiligen Feldeffekt-Transistor Q2x des Dämpfungsgliedes des Standes der Technik entspricht.

Anhand der 4A, 4B, 4C und 4D werden im folgenden die Geometrie und Topologie eines erfindungsgemäßen Dämpfungsgliedes 31, 32 und 33 und daraus abgeleitet die elektrischen Eigenschaften - Verlustleistungsdichte- bzw. Stromdichte-Profil in den jeweiligen Schichtwiderständen des Dämpfungsgliedes 31, 32 und 33 – dargestellt.

Das erfindungsgemäße Dämpfungsglied 31, 32 und 33 besteht aus einem signalquellenseitigen, im Dämpfungsglied in Längs-Richtung angeordneten Widerstand – signalquellenseitiger Längs-Widerstand – 6sLW, einem lastseitigen, im Dämpfungsglied in Längs-Richtung angeordneten Widerstand – lastseitiger Längs-Widerstand – 6lLW und einem im Dämpfungsglied in Quer-Richtung angeordneten Widerstand – Quer-Widerstand 6QW. Der signalquellenseitige Längs-Widerstand 6sLW, der lastseitige Längs-Widerstand 6lLW und der Quer-Widerstand 6QW bestehen jeweils aus einem in Dünnfilmtechnik hergestellten Schichtwiderstand 7sLW, 7lLW 7QW, einer an einer ersten Stirnseite des jeweiligen Schichtwiderstands 7sLW, 7lLW, 7Qw angebrachten ersten Metallisierungsschicht 8sLW, 8lLW, 8QW und einer an einer zweiten Stirnseite des jeweiligen Schichtwiderstands 7sLW, 7lLW, 7QW angebrachten zweiten Metallisierungsschicht 9sLW, 9lLW, 9QW.

Der signalquellenseitige Längs-Widerstand 6sLW ist an seiner ersten Metallisierungsschicht 8sLW über eine Verbindungsleitung 10sLW mit der Signalquelle verbunden. Die Verbindungsleitung 10sLW steht hierbei am signalquellenseitigen Ende der ersten Metallisierungsschicht 8sLW mit dem signalquellenseitigen Längs-Widerstand 6sLW in Kontakt. Eine Verbreiterung 11sLW der Verbindungsleitung 10sLW, welche als bevorzugt dreiecksförmige Metallschicht ausgeführt ist, grenzt mit jeweils einer seiner Kanten an den längswiderstandsnahen Bereich der Verbindungsleitung 10sLW und an die Metallisierungsschichten 8sLW an und füllt somit den durch die Verbindungsleitung 10sLW und die erste Metallisierungsschicht 8sLW aufgespannten Winkelbereich vollständig aus.

Analog ist der lastseitige Längs-Widerstand 6lLW an seiner ersten Metallisierungsschicht 8lLW über eine Verbindungsleitung 10lLW mit der Last verbunden. Die Verbindungsleitung 10lLW steht hierbei am lastseitigen Ende der ersten Metallisierungsschicht 8lLW mit dem lastseitigen Längs-Widerstand 6lLW in Kontakt. Eine Verbreiterung 11lLW der Verbindungsleitung 10lLW, welche als bevorzugt dreiecksförmige Metallschicht ausgeführt ist, grenzt mit jeweils einer seiner Kanten an den längswiderstandsnahen Bereich der Verbindungsleitung 10lLW und die Metallisierungsschicht 8lLW an und füllt somit den durch die Verbindungsleitung 10lLW und die erste Metallisierungsschicht 8lLW aufgespannten Winkelbereich vollständig aus.

Der Quer-Widerstand 6QW ist an seiner zweiten Metallisierungsschicht 9QW über eine Verbindungsleitung 10QW mit dem Drain-Anschluß des jeweiligen Feldeffekt-Transistors Q2x und an seiner ersten Metallisierungsschicht 8QW über eine Verbindungsleitung 12 mit der zweiten Metallisierungsschicht 9sLW des signalquellenseitigen Längs-Widerstands 6sLW und der zweiten Metallisierungsschicht 9lLW des lastseitigen Längs-Widerstands 6lLW verbunden.

Wie in den 4A bis 4D zu erkennen ist, ändert sich das Verlustleistungsdichte-Profil im Schichtwiderstand 7sLW des signalquellenseitigen Längs-Widerstands 6sLW von einem mittleren, homogen über den gesamten Querschnitt des Schichtwiderstands 7sLW verteilten Verlustleistungsdichte-Niveau – mittelgraue Schattierung – bei niedrigen Frequenzen – f = 10 MHz – in 4A zu einem von einem mittleren Verlustleistungsdichte-Niveau – mittelgraue Schattierung – am signalquellenseitigen Seitenrand des Schichtwiderstands 7sLW bis zu einem hohen Verlustleistungsdichte-Niveau – schwarze Schattierung – am querwiderstandsseitigen Seitenrand des Schichtwiderstands 7sLW ansteigenden Verlustleistungsdichte-Profil bei hohen Frequenzen – f = 30 GHz – in 4D.

Die durch die asymmetrische Anordnung der Verbindungsleitungen 10sLW und 12 am signalquellenseitigen Längs-Widerstand 6sLW und durch die Verbreiterung 11sLW der Verbindungsleitung 10sLW verursachte Konzentration des Mikrowellenstroms zum querwiderstandsseitigen Seitenrand des Schichtwiderstands 7sLW des signalquellenseitigen Längs-Widerstands 6sLW bedingt eine Zunahme des wirksamen Widerstandes des signalquellenseitigen Längs-Widerstandes 6sLW und damit eine Zunahme der Dämpfung des T-Dämpfungsgliedes gegenüber dem niederfrequenten Betriebsfall.

Der lastseitige Längs-Widerstand 6lLW weist bei niedrigen Frequenzen in 4A ein sehr niedriges, homogen über den gesamten Querschnitt des Schichtwiderstands 7lLW verteiltes Verlustleistungsdichte-Niveau – hellgraue Schattierung – auf und ist somit bei niedrigen Frequenzen für das Mikrowellensignal hochdämpfend. Bei hohen Frequenzen in 4D steigt das Verlustleistungsdichte-Profil von einem sehr niedrigen Verlustleistungsdichte-Niveau – hellgraue Schattierung – am lastseitigen Seitenrand des Schichtwiderstands 7lLW des lastseitigen Längs-Widerstands 6lLW zu einem geringfügig höheren Verlustleistungsdichte-Niveau – geringfügig dunkleres Hellgrau in der Schattierung – am querwiderstandsseitigen Seitenrand des Schichtwiderstands 7lLW des lastseitigen Längs-Widerstands 6lLW an.

Auch am lastseitigen Längs-Widerstand 6lLW ergibt sich aufgrund der asymmetrischen Anordnung der Verbindungsleitungen 10lLW und 12 und der Verbreiterung 11lLW der Verbindungsleitung 10lLW eine Konzentration des Mikrowellenstroms am querwiderstandsseitigen Seitenrand des Schichtwiderstands 7lLW des lastseitigen Längs-Widerstands 6lLW, der eine Zunahme des wirksamen Widerstandes des lastseitigen Längswiderstandes 6lLW und damit eine Zunahme der Dämpfung des T-Dämpfungsgliedes gegenüber dem niederfrequenten Betriebsfall bedingt.

Die Differenz zwischen dem in den signalquellenseitigen Längs-Widerstand 6sLW eingeleiteten Mikrowellenstrom und dem vom lastseitigen Längs-Widerstand 6lLW an die Last weitergeleiteten Mikrowellenstrom wird vom Quer-Widerstand 6QW über den jeweiligen Feldeffekt-Transistor 4x gegen Masse abgeleitet. Das Verlustleistungsdichte-Profil des Quer-Widerstands 6QW bei niedrigen Frequenzen des Mikrowellensignals in 4A weist ein über den ganzen Querschnitt des Schichtwiderstands 7QW homogen verteiltes mittelhohes Verlustleistungsdichteniveau – mittelgraue Schattierung – auf. Folglich wird bei niedrigen Frequenzen des Mikrowellensignals der Mikrowellenstrom weitestgehend über den signalquellenseitigen Längs-Widerstand 6lLW und den Quer-Widerstand 6QW geleitet. In Richtung höherer Frequenzen bleibt das Verlustleistungsdichteprofil des Quer-Widerstandes 6QW weitgehend homogen.

Auf diese Weise erfolgt durch das erfindungsgemäße Dämpfungsglied bei höheren Frequenzen des Mikrowellensignals eine höhere Dämpfung des Mikrowellensignals als bei niedrigen Frequenzen des Mikrowellensignals. Aufgrund der Konzentration der Verlustleistungsdichte und damit des Mikrowellenstroms einzig an den Seitenrändern der Schichtwiderstände 7sLW und 7lLW bei höheren Frequenzen ergibt sich beim erfindungsgemäßen Dämpfungsglied eine höhere Dämpfung als im Falle des Dämpfungsgliedes ohne Frequenzgangkompensation nach dem Stand der Technik. Dieser Sachverhalt ist in der spektralen Darstellung der 5 ersichtlich. Bei einer Kaskadierung von insgesamt drei seriell verschalteten Stufendämpfungsgliedern mit einer relativen Dämpfung von jeweils 5 dB ist beim Dämpfungsglied ohne Frequenzgangkompensation nach dem Stand der Technik bei einer Frequenz von 8 GHz eine Abweichung der relativen Dämpfung vom Soll-Dämpfungswert von 15 dB in Höhe von 0,6 dB festzustellen. Diese Abweichung in Höhe von 0,6 dB tritt bei einem erfindungsgemäßen Dämpfungsglied mit Frequenzgangkompensation erst bei einer Frequenz von 16 GHz auf. Bei einer Frequenz von 16 GHz weist dagegen das Dämpfungsglied ohne Frequenzgangkompensation nach dem Stand der Technik eine Abweichung der relativen Dämpfung vom Soll-Dämpfungswert von 15 dB in Höhe von 2,7 dB auf.

In der zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen monolithisch integrierten Dämpfungsglied in 6 erfolgt auch an der zweiten Metallisierungsschicht 9sLW der signalquellenseitigen Längs-Widerstands 6sLW und 9lLW des lastseitigen Längs-Widerstands 6lLW eine Verbreiterung 13sLW bzw. 13lLW der Verbindungsleitung 12' in Richtung der Metallisierungsschichten mittels Anfügen einer bevorzugt dreiecksförmigen Metallschicht im Winkelbereich zwischen jeweils der zweiten Metallisierungsschicht 9sLW und 9lLW und der Verbindungsleitung 12'. Somit wird bei niedrigen Frequenzen eine homogene Stromein- und -ausleitung und damit Stromverteilung über den gesamten Querschnitt der Schichtwiderstände 7sLW und 7lLW der beiden Längs-Widerständen 6sLW und 6lLW zusätzlich erfindungsgemäß gewährleistet.

7 zeigt eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen monolithisch integrierten Dämpfungsgliedes, in dem die drei Schichtwiderstände 7sLW, 7lLW und 7QW nicht die gleiche Ausrichtung wie in der ersten und zweiten Ausführungsform aufweisen, sondern in einem Winkel von jeweils 90 Grad zueinander angeordnet sind. Gegenüber der ersten und zweiten Ausführungsform sind in der dritten Ausführungsform deshalb die Verbindungsleitungen 10sLW und 10lLW und die Verbreiterungen 11sLW, 11lLW, 13sLW und 13lLW spiegelbildlich an den Schichtwiderständen 7sLw und 7lLW der beiden Längs-Widerstände 6sLW und 6sLW angeordnet. Die zweiten Verbreiterungen 13sLW und 13lLW der Verbindungsleitungen 10sLW und 10lLW können dabei, wie in 7 durch die gestrichelte Linie angedeutet, optional vorhanden sein.

Schließlich zeigt 8 eine vierte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Dämpfungsgliedes mit einer Topologie, in der die drei Schichtwiderstände 7sLW, 7lLW und 7QW in einem äquidistanten Winkelabstand von 120 Grad zueinander angeordnet sind. Die zweiten Verbreiterungen 13sLW und 13lLW der Verbindungsleitungen 10sLW und 10lLW können dabei, wie in 7 durch die gestrichelte Linie angedeutet, optional vorhanden sein.

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Insbesondere sind weitere Topologie in der Anordnung der einzelnen Schichtwiderstände und in der Anordnung der Verbindungsleitungen zu den einzelnen Schichtwiderständen von der Erfindung abgedeckt. Schließlich ist die Integration der in T-Schaltungsstruktur verbundenen drei Schichtwiderstände in ein einziges in Dünnfilmtechnik hergestelltes Schichtwiderstands-Bauelement mit einer komplexeren geometrischen Struktur Inhalt der dargestellten Erfindung.


Anspruch[de]
  1. Monolithisch integriertes Dämpfungsglied, bestehend aus in einer T-Schaltungsstruktur verbundenen Widerständen (6sLW, 6lLW, 6QW), mit mindestens zwei Dämpfungszuständen für ein Mikrowellensignal und mit Frequenzgangkompensation des verzerrten Frequenzganges des Dämpfungsgliedes, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenzgangkompensation des verzerrten Frequenzganges durch ein frequenzabhängiges Verlustleistungsdichte-Profil über den Querschnitt der als Schichtwiderstände (7sLW,7lLW) ausgeführten Widerstände (6sLW, 6lLW) des Dämpfungsgliedes realisiert ist.
  2. Monolithisch integriertes Dämpfungsglied nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das frequenzabhängige Verlustleistungsdichteprofil über den Querschnitt der Schichtwiderstände (7sLW, 7lLW) durch die Anordnung der einzelnen Widerstände (6sLW, 6lLW, 6QW) und der einzelnen Verbindungsleitungen (10sLW, 10lLW, 10QW, 12; 12'; 12'') bestimmt ist.
  3. Monolithisch integriertes Dämpfungsglied nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsleitungen (10sLW, 10lLW, 12; 12'; 12''), die jeweils mit den beiden gegenüberliegenden Metallisierungsschichten (8sLW, 9sLW, 8lLW, 9lLW) eines signalquellenseitigen und eines lastseitigen, im Dämpfungsgslied in Längsrichtung angeordneten Widerstandes (6sLW, 6lLW) in Kontakt stehen, am jeweiligen Schichtwiderstand (7sLW, 7lLW) diagonal gegenüber angeordnet sind.
  4. Monolithisch integriertes Dämpfungsglied nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Verbindungsleitungen (12, 12', 12'', 10QW) die jeweils mit den beiden gegenüberliegenden Metallisierungsschichten (8QW, 9QW) des im Dämpfungsglied in Querrichtung angeordneten Widerstandes (6QW) in Kontakt steht, jeweils symmetrisch zur Mitte der Metallisierungsschichten (8QW, 9QW) angeordnet sind.
  5. Monolithisch integriertes Dämpfungsglied nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das frequenzabhängige Verlustleistungsdichteprofil über den Querschnitt des signalquellenseitigen und des lastseitigen, im Dämpfungsgslied jeweils in Längsrichtung angeordneten Widerstandes (6sLW, 6lLW durch eine zusätzliche Verbreiterung (11sLW, 11lLW, 13sLW, 13lLW) der Verbindungsleitung (11sLW, 11lLW, 12; 12'; 12'') in Richtung der Metallisierungsschicht (8sLW, 9sLW, 8lLW, 9lLW) zusätzlich bestimmt ist.
  6. Monolithisch integriertes Dämpfungsglied nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Verbreiterung (11sLW, 11lLW, 13sLW, 13lLW) der Verbindungsleitung (10sLW, 10lLW, 12; 12'; 12'') durch eine Metallschicht realisiert ist, die mit der Verbindungsleitung (10sLW, 10lLW, 12; 12'; 12'') in Kontakt steht und sich bis zur Breite der Metallisierungsschicht (8sLW, 9sLW, 8lLW, 9lLW) des signalquellen- und des lastseitigen, im Dämpfungsgslied in Längsrichtung angeordneten Widerstands (6sLW, 6lLW) verbreitert.
  7. Monolithisch integriertes Dämpfungsglied nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallisierungsschichten (9sLW, 9lLW, 8QW) der drei Widerstände (6sLW, 6lLW, 6QW), die über eine gemeinsame Verbindungsleitung (12) miteinander verbunden sind, jeweils auf einer gemeinsame Linie angeordnet sind.
  8. Monolithisch integriertes Dämpfungsglied nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallisierungsschichten (9sLW, 9lLW, 8QW) der drei Widerstände (6sLW, 6lLW, 6QW), die über eine gemeinsame Verbindungsleitung (12') miteinander verbunden sind, jeweils um 90 Grad winkelversetzt angeordnet sind, wobei die Metallisierungsschichten (9sLW, 9lLW) der beiden im Dämpfungsgslied in Längsrichtung angeordneten Widerstände (6sLW, 6lLW) parallel gegenüberliegend angeordnet sind.
  9. Monolithisch integriertes Dämpfungsglied nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallisierungsschichten (9sLW, 9lLW, 8QW) der drei Widerstände (6sLW, 6lLW, 6QW), die über eine gemeinsame Verbindungsleitung (12'') miteinander verbunden sind, jeweils in einem Winkel von 120 Grad winkelversetzt angeordnet sind.
  10. Monolithisch integriertes Dämpfungsglied nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Verlustleistungsdichteprofil über den Querschnitt der Schichtwiderstände (7sLW, 7lLW) von einem Verlustleistungsdichteprofil mit einem über dem Querschnitt des Schichtwiderstands (7sLW, 7lLW) konstanten Verlustleistungsdichte-Niveau bei niedrigen Frequenzen des Mikrowellensignals zu einem Verlustleistungsdichte-Niveau mit einem über dem Querschnitt des Schichtwiderstands (7sLW, 7lLW) zunehmenden Verlustleistungsdichte-Niveau ändert.
  11. Monolithisch integriertes Dämpfungsglied nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Verlustleistungsdichte-Profil über den Querschnitt des signalquellenseitigen, in Längsrichtung angeordneten Schichtwiderstands (7sLW) von einem mittelwertigen, über dem Querschnitt des Schichtwiderstands (7sLW) konstanten Verlustleistungsdichte-Profil bei niedrigen Frequenzen des Mikrowellensignals zu einem zum querwiderstandseitigen Seitenrand des Schichtwiderstand (7sLW) ansteigenden Verlustleistungsdichte-Profil bei hohen Frequenzen des Mikrowellensignals ändert.
  12. Monolithisch integriertes Dämpfungsglied nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Verlustleistungsdichte-Profil über den Querschnitt des lastseitigen, in Längsrichtung angeordneten Schichtwiderstands (6lLW) von einem niederwertigen, über dem Querschnitt des Schichtwiderstands (6lLW) konstanten Verlustleistungsdichte-Profil bei niedrigen Frequenzen des Mikrowellensignals zu einem zum querwiderstandsseitigen Seitenrand des Schichtwiderstands (6lLW) ansteigenden Verlustleistungsdichte-Profil bei hohen Frequenzen des Mikrowellensignals ändert.
Es folgen 5 Blatt Zeichnungen






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