Hochfrequenztechnik. Holger Heuermann. Lineare Komponenten hochintegrierter Hochfrequenzschaltungen. Mit 296 Abbildungen

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1 Holger Heuermann 2008 AGI-Information Management Consultants May be used for personal purporses only or by libraries associated to dandelon.com network. Hochfrequenztechnik Lineare Komponenten hochintegrierter Hochfrequenzschaltungen Mit 296 Abbildungen Herausgegeben von Otto Mildenberger Studium Technik Vieweg

2 Inhaltsverzeichnis VII Inhaltsverzeichnis 1 Einführung Inhalte der modernen Hochfrequenztechnik Hochfrequenztechnik: Zwischen Elektronik und Optik Aufbau von Hochfrequenzanordnungen 6 2 Schaltungstheoretische Grundlagen Systemvoraussetzungen Die Streumatrix Einfuhrung der Wellengrößen Bedeutung der Streuparameter Die Netzwerkparameter der Elektronik Schaltungsentwurf von Zweitoren über Streuparameter Streumatrizen von Netzwerken mit speziellen Eigenschaften Eigenschaften der Streuparameter von passiven Komponenten Eigenschaften der Streuparameter von passiven verlustlosen Komponenten Gängige Umrechnungen von Streuparametern Transmissions-, Ketten- und sonstige Matrizen Die Transmissionsmatrix S Die Kettenmatrix [A] und die ABCD-Matrix 26 3 Passive HF-Komponenten aus konzentrierten Bauteilen Konzentrierte Elemente und Bauteile Ideale konzentrierte Elemente Reale konzentrierte Bauteile SMD's Halbleiterbauteile 32

3 VIII Inhaltsverzeichnis Multilayerbauteile in LTCC und Laminaten Gekoppelte Induktivitäten Zweitore Dämpfungsglieder Impedanztransformatoren ±90 -Phasenschieber Drei- und Viertore DC-Einspeisung Beschämungen Resistive Signalteiler Verschiedenste Koppler und Symmetrierglieder Multifunktionskomponenten 47 4 Hochfrequenzleitungen: Theorie, Leitertypen und Anwendungen Die allgemeine Leitungstheorie Schwach verlustbehaftete Leitungen Dämpfung einer Leitung Leitungstheorie verlustloser Leitungen Wellenlänge und Phasengeschwindigkeit TEM- und Quasi-TEM-Wellenleiter Die Koaxialleitung Die Band- und Paralleldrahtleitung Die geschirmte Streifenleitung Quasi-TEM-Wellenleiter: Mikrostreifen- und Koplanarleitung Technologie der planaren Schaltung Dispersionen aufgrund der Eindringtiefe Leitungstransformation und Smith-Chart Eingangswiderstand einer Leitung Leitungen als Impedanztransformatoren Der Reflexionsfaktor r Stehwellenverhältnis und Anpassungsfaktor Das Smith-Chart Quasi-konzentrierte Leitungsbauteile 91

4 Inhaltsverzeichnis IX 5 Schaltungstheorie und -Synthese mit Gleich- und Gegentaktgrößen Einführung von Mixed-Mode-TEM-Systemen Unsymmetrischer Mode und Gegentaktmode in Zweileitersystemen Gleich- und Gegentaktmoden in Dreileitersystemen Komponenten mit Dreileitersystemen am Ein- und Ausgang Modeblocker ±90 -Phasenschieber mit Modeblocker- und Impedanztransformatorfunktionalität Modekonverter und Modeweichen Propagation-Matrix für Mixed-Mode-Systeme Komponenten mit Zwei- und Dreileitersystemen Zusammenhang zwischen S- und allgemeinen M-Parametern Symmetrierglieder Schaltungssynthese von symmetrischen Netzwerken Analyse von symmetrischen Zweitornetzwerken Synthese von symmetrischen Mixed-Mode-Netzwerken Koppler und Grundlagen der Kopplersynthese Resonatoren und Filter Grundlagen der Resonatoren Theorie der A/4-Leitungsresonatoren Beschaltete Resonatoren Transmissionsresonatoren Reflexionsresonatoren Dielektrischer Resonator und Reaktionsresonatoren Dual-Mode-Resonatoren Gekoppelte zweikreisige Resonatorfilter beliebiger Güte Übersicht: Zweikreisige Resonatorfilter Synthese von gekoppelten Parallelschwingkreisen mit Spannungskopplung Das klassische kapazitiv gekoppelte Resonatorfilter Resonatoren als Koppelelemente Implementierte Impedanztransformation Hochfrequenzschalter Koaxiale Relais 177

5 X Inhaltsverzeichnis 7.2 MEMS PIN-Dioden-Funktionalität und -Schalter Aufbau einer PIN-Diode PIN-Diode im stationären Sperrbereich PIN-Diode im stationären Flussbereich Schaltverhalten von PIN-Dioden Bauformen von PIN-Dioden PIN-Dioden Schalter-Anordnungen HF-Transistor-Schalter Schalter für differentielle Schaltungen Beschreibung der symmetrischen Schalteranordnungen Lineare Verstärker und Rauschen Kenngrößen von Kleinsignalverstärkern Leistungsverstärkung Stabilität Maximaler Leistungsgewinn und maximaler stabiler Gewinn Entwurf von Schmalband-Verstärkern Analyse des Transistors im Arbeitspunkt Schaltungsoptimierung des Transistor Verstärkers Analyse des nichtlinearen Verhaltens von Verstärkern Grundlagen der nichtlinearen Verzerrungen Nichtlineare Effekte und Simulation eines HF-Verstärkers Grundlagen der Theorie des elektrischen Rauschens Grundbegriffe Rauschquellen Rauschzahl eines Zweitores und einer Kaskade Auslegung rauscharmer Empfänger Modelling und Fitting Modelle zum Fitting einer Spule Sensibilisierungsstrukturen zum optimalen Fitting Fitting einer Spule ohne Sensibilisierung Fitting einer Spule unter Verwendung eines Tiefpasses Beurteilung einer Spule unter Verwendung des MAG's Die Praxis eines Modellings mit Serenade 232

6 Inhaltsverzeichnis XI 10 Grundlagen der Systemkonzeption Auslegung einfacher Übertragungsstrecken Arbeiten mit einer Ersatzlast Arbeiten mit einer Ersatzquelle Kenngrößen von Übertragungsstrecken Signalflussmethode und -diagramme Komponenten für Signalflussdiagramme Beispielrechnung: Signalverfolgungsmethode Wichtige Systemkomponenten Nichtreziproke passive Komponenten Detektoren Mischer Einseitenbandumsetzer und IQ-Modulatoren Oszillatoren und Synthesegeneratoren Antennen Skalare S-Parameter-Messsysteme Transmissionsmessungen Reflexions- und unidirektionale Messungen Vektorielle S-Parameter-Messsysteme Homodyne Konzepte Heterodyne Konzepte Netzwerkanalysator-Konzepte Kalibrierung vektorieller Netzwerkanalysatoren 286 A Anhang 287 A.l Hilfsblätter 287 Literaturverzeichnis 306 Verzeichnis häufig verwendeter Formelzeichen und Kürzel 312 Sachwortverzeichnis 314