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WO2013164453A2 - Ultrabreitbandige messbrücke - Google Patents

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WO2013164453A2
WO2013164453A2 PCT/EP2013/059260 EP2013059260W WO2013164453A2 WO 2013164453 A2 WO2013164453 A2 WO 2013164453A2 EP 2013059260 W EP2013059260 W EP 2013059260W WO 2013164453 A2 WO2013164453 A2 WO 2013164453A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
resistor
balun
measuring bridge
line
signal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2013/059260
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English (en)
French (fr)
Other versions
WO2013164453A3 (de
Inventor
Michael Sterns
Martin Leibfritz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Rohde and Schwarz GmbH and Co KG
Original Assignee
Rohde and Schwarz GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Rohde and Schwarz GmbH and Co KG filed Critical Rohde and Schwarz GmbH and Co KG
Priority to US14/398,418 priority Critical patent/US9823284B2/en
Priority to JP2015509450A priority patent/JP6278953B2/ja
Publication of WO2013164453A2 publication Critical patent/WO2013164453A2/de
Publication of WO2013164453A3 publication Critical patent/WO2013164453A3/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R27/00—Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
    • G01R27/02—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
    • G01R27/04—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant in circuits having distributed constants, e.g. having very long conductors or involving high frequencies
    • G01R27/06—Measuring reflection coefficients; Measuring standing-wave ratio
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R27/00—Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
    • G01R27/02—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
    • G01R27/04—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant in circuits having distributed constants, e.g. having very long conductors or involving high frequencies
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R27/00—Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
    • G01R27/28—Measuring attenuation, gain, phase shift or derived characteristics of electric four pole networks, i.e. two-port networks; Measuring transient response
    • G—PHYSICS
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    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R27/00—Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
    • G01R27/28—Measuring attenuation, gain, phase shift or derived characteristics of electric four pole networks, i.e. two-port networks; Measuring transient response
    • G01R27/32—Measuring attenuation, gain, phase shift or derived characteristics of electric four pole networks, i.e. two-port networks; Measuring transient response in circuits having distributed constants, e.g. having very long conductors or involving high frequencies
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H7/00—Multiple-port networks comprising only passive electrical elements as network components
    • H03H7/42—Networks for transforming balanced signals into unbalanced signals and vice versa, e.g. baluns
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P5/00—Coupling devices of the waveguide type
    • H01P5/12—Coupling devices having more than two ports
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P5/00—Coupling devices of the waveguide type
    • H01P5/12—Coupling devices having more than two ports
    • H01P5/16—Conjugate devices, i.e. devices having at least one port decoupled from one other port
    • H01P5/19—Conjugate devices, i.e. devices having at least one port decoupled from one other port of the junction type
    • H01P5/20—Magic-T junctions

Definitions

  • the invention relates to a measuring bridge, which can be used for example within a network analyzer to supply an excitation signal to a test specimen and at the same time reflections of the specimen of a
  • a measuring bridge can also be used to the
  • DUTs are connected to a first port of the network analyzer, whereas a second port of the DUT is connected to a second port of the network analyzer.
  • An excitation signal is within the
  • Network analyzer generated and supplied to the device under test at its first terminal. That by the examinee
  • transmitted signal is output, for example, at the second port and the second port of the
  • This second gate is also connected to a measuring bridge to the
  • a measuring bridge is already known, which is used for a large frequency range.
  • the bridge includes a resistive bridge for a low frequency range and a hybrid coupler for a high frequency range, with switches provided to switch between these two units can.
  • a disadvantage of DE 10 2006 005 040 AI is that due to the different components that are used for different frequencies, the construction of the measuring bridge is complex and the operation requires extensive calibration routines.
  • the task is with respect to the bridge through the
  • the measuring bridge according to the invention has a first
  • Matching member wherein all matching elements consist of at least three resistors, which are arranged in a T-structure, wherein in each case a second resistor of the second adapter with a second resistor of the first adapter and a third resistor of the third adapter with a third resistor of the first
  • Matching member is connected, wherein a second resistor of the third adjusting member is connectable to a measuring object.
  • Matching elements consist of at least three resistors, which are arranged in a T-structure, because thereby at the output of two matching elements in a balanced measuring bridge only one
  • Another advantage of the measuring bridge according to the invention is when a third resistor of the second
  • Matching member is connected to a calibration standard and when a first resistor of the second and the third adjustment member is connected to a respective signal input of a device which suppresses a common mode component on its two signal inputs. It is particularly advantageous here for the signals at the output of the second and the third adjusting element to be fed to such a component. In the event that the measuring bridge is balanced, no voltage can be measured at the output of this device. In the event that the
  • Measuring bridge is not balanced, the common mode signal is still superimposed on a push-pull signal, which of the
  • Component is not suppressed and therefore can be measured at the output of the device. This is the case when the termination impedance of the DUT is different from the termination impedance of the calibration standard
  • the resistances of the first, second and third adjusting members are used as thin-film resistors on a substrate, e.g. a ceramic or a quartz substrate or other carrier medium are formed.
  • Resistors can be trimmed to their exact value by means of a laser, at the same time the parasitic capacitances and inductances of this
  • Resistors in contrast to discrete components are kept to a minimum.
  • Measuring bridge according to the invention comprises a bias device which is connected to the second resistor of the third adapter and when the measuring bridge according to the invention comprises a dummy bias device which is connected to the third resistor of the second adapter and when the dummy bias means the Measuring bridge in the the same way as the bias device, whereby the bridge is symmetrical. It is particularly advantageous in this case that measuring objects which require a bias voltage for their operation can also be tested with such a measuring bridge.
  • the line branch to the measurement object has the same electrical properties as the line branch to the calibration standard.
  • the dummy bias device preferably comprises the same components, with the difference that they do not necessarily have to provide a bias voltage.
  • the component which suppresses the common mode component can be formed by a balun according to the invention within the measuring bridge, the balun comprising a first section which contains a substrate, on the upper side of which a first signal line and at least one second signal line are routed and below on the underside thereof the signal lines, a thin film resistor layer is formed. It is particularly advantageous that such
  • balun according to the invention comprises a second section, wherein the second section has a coaxial line whose inner conductor is connected to the first signal line and whose
  • Outer conductor is connected at a first end of the coaxial line to the second signal line and wherein
  • At least a first ferrite surrounds the coaxial line.
  • the use of such a ferrite surrounding the coaxial line allows the balun to reliably share the common mode even at very low frequencies
  • the thin film resistor layer in the first section has a DGS (Defective Ground
  • Such a DGS structure has the advantage that the push-pull signal is attenuated far less than the common-mode signal, whereby the common-mode rejection of the balun increases.
  • balun invention is also when the outer conductor of the coaxial line is connected at a second end to the reference ground and / or when the balun has a compensation line, which preferably consists of a wire and whose first end is connected to the first signal line.
  • a compensation line ensures that the inner conductor sees with respect to the housing ground the same inductance as the outer conductor and thus the bridge is balanced even at low frequencies, if the
  • Terminating impedance of the test object equal to
  • the end of the coaxial line, which is remote from the first section of the balun is connected to a first pot core, wherein the first pot core comprises a coaxial line wound in a ferrite and / or if the compensation line is connected to a second pot core, wherein the second pot core comprises a wound in a ferrite wire, in particular a wire, and wherein the second pot core has the same electrical properties, such as first pot core.
  • a pot core means that the common mode component is reliably suppressed for even lower frequencies.
  • a measuring bridge, in which such a balun is used, can therefore be operated very broadband.
  • Fig. IC is another embodiment of a
  • Fig. 2A shows an embodiment of the realization of three matching elements for the inventive
  • Fig. 2B shows an embodiment for the realization
  • a calibration standard of the measuring bridge according to the invention An embodiment of the measuring bridge according to the invention, which is suitable for connection to a separate calibration standard; an embodiment of a chocked balun;
  • FIG. 6 shows an exemplary embodiment of a resistive balun according to the invention with a DGS structure
  • Fig. 7 shows an embodiment of an inventive
  • Fig. 8 shows an embodiment of an inventive
  • Fig. 9 shows another embodiment of a
  • Fig. 11 shows an embodiment of an inventive
  • FIG. 12 shows an embodiment of a separate guide of a coaxial line and a
  • FIG. 1A shows an embodiment of a
  • the measuring bridge 1 has a first adjusting element 2, a second adjusting element 3 and a third adjusting element 4.
  • the first adjusting member 2 consists of at least three resistors 2 ⁇ , 2 2 , 2 3 , which are arranged in a T-structure.
  • the second adjusting member 3 also consists of at least three resistors 3i, 3 2 , 3 3 , which are also arranged in a T-structure.
  • Resistors 4i, 4 2 , 4 3 which are arranged in a T-structure.
  • the second resistor 2 2 of the first adapter 2 is connected to the second resistor 3 2 of the second adapter 3.
  • the third resistor 2 3 of the first adapter 2 is connected to the third resistor 4 3 of the third adapter 4.
  • the third resistor 3 3 of the second adapter 3 is connected to a calibration standard 5. This
  • Calibration standard 5 is either formed directly inside the measuring bridge 1 or it can be connected to the measuring bridge 1.
  • the measuring bridge 1 has a first connection element 6, in which it is e.g. can act to a connection socket, with which the separate calibration standard 5 is connected, in particular screwed.
  • the second resistor 4 2 of the third adapter 4 is connected to the measured object 7 to be measured.
  • the measuring object 7 is preferably screwed to a second connection element 8, wherein the second connection element 8 preferably as a connection socket
  • the first resistor 2 ⁇ of the first adaptation element 2 is connected to a signal generator. 9
  • This signal generator 9 may be formed within a network analyzer and be connected via a third connection element 10 with the first resistor 2i of the first adapter 2.
  • the third connection element 10 is preferably also a connection socket.
  • the measuring bridge 1 as
  • Plug-in card is integrated directly inside a network analyzer, so that it is at the third
  • Connecting element 10 is only a kind of plug or inter-substrate connector.
  • the resistances of the first adjusting element 2, the second adjusting element 3 and the third adjusting element 4 are to be selected such that the signal generator 9 sees a matched load. Furthermore, the second adjusting member 3 in the direction of the calibration standard 5 (match, dt
  • Matching element 4 is connected to a device 11, which suppresses a common mode component on its two signal inputs.
  • the common mode component suppressing device 11 is a balun III.
  • a first signal line 12i connects the inner conductor of the balun Iii to the first resistor 3i of the second adaptation element 3.
  • a second one connects Signal line 12 2, the first resistor 4i of the third adapter 4 with an outer conductor of the balun Iii.
  • the Balun III can be easily inserted through a
  • the measuring bridge 1 remote from the end of the balun Iii is connected to a fourth connection element 13, to which the measuring electronics of the network analyzer, in particular different mixer stages and / or analog / digital converters are connected.
  • the outer conductor of this side of the balun Iii is connected to the reference ground.
  • the Balun Iii transforms a differential
  • the signals on the first signal line 12 i and the second signal line 12 2 are the same size in amplitude and in phase.
  • the Balun Iii causes this
  • Calibration standard 5 is completed.
  • the signals on the first signal line 12i and the second signal line 12 2 are not exactly the same, so that at the fourth connection element 13, the push-pull proportion with respect to the reference ground can be measured.
  • Reflectance behavior of the measuring object 7 can be measured.
  • the calibration standard 5 can also be arranged inside the measuring bridge 1, so that the first connecting element 6 can be dispensed with.
  • the measuring bridge 1 a slight imbalance, by means of a
  • the third resistor 3 3 of the second adaptation element 3 should therefore preferably be connected to a first connection element 6.
  • the first connection element 6 should have the same electrical properties as the second connection element 8.
  • Measuring path depends accordingly on how well the connection for the measuring object 7 is simulated by the calibration standard 5 in the case of "adapted".
  • the resistors of the first, second and third matching members 2, 3, 4 are preferably thin film resistors mounted on a substrate 25, e.g. a ceramic or a quartz substrate or other suitable carrier material are formed.
  • the calibration standard 5, if it is integrated directly in the measuring bridge 1, can be realized in the form of one or more thin-film resistors.
  • FIG. 1B shows a further exemplary embodiment of an equivalent circuit diagram of the measuring bridge 1 according to the invention, wherein a bias voltage can be supplied to the measuring object 7. This is done via a so-called bias device 20.
  • the bias device 20 is the second
  • connection element 8 to which the measuring object 7 is connected, an adjustable decoupled from the high frequency DC power available.
  • the measuring bridge according to the invention is supplemented by a dummy bias device 21 on the side of the calibration standard 5.
  • the circuit design of this dummy bias device 21 is the same Like the construction of the bias device 20. The difference is that the dummy bias device 21
  • the measuring bridge 1 according to the invention is in turn converted into a symmetrical state, because changes in the phase position due to the bias device 20 are likewise caused by the dummy bias device 21 on the calibration standard 5.
  • Another difference between the embodiment of FIG. 1A and the embodiment of FIG. 1B is that the second resistor 2 2 of the first adapter 2 and the second resistor 3 2 of the second adapter 3 have been combined to form a first equivalent resistor 22 ⁇ .
  • This equivalent resistor has a value of approximately 33.56 ohms for the 50 ohm system.
  • the third resistor 2 3 of the first adapter 2 and the third resistor 4 3 of the third adapter 4 has been combined to form a second equivalent resistor 22 2 .
  • This second equivalent resistor 22 2 also has a value of about 33.56 ohms for the 50 ohm system.
  • the remaining mode of operation of the measuring bridge 1 according to the invention from FIG. 1B corresponds to the mode of operation of the measuring bridge 1 according to the invention from FIG. 1A, for which reason reference is made to the statements relating to FIG. 1A with regard to the other components.
  • FIG. 1C shows a further exemplary embodiment of an equivalent circuit diagram of the measuring bridge 1 according to the invention, wherein for the common-mode suppressing component I i i
  • Differential amplifier 11 2 has been used. However, this differential amplifier 11 2 should have a sufficiently high common-mode rejection. As a result, the spatial arrangement of the measuring bridge 1 according to the invention can be reduced. However, the upper limit frequency is significantly lower when using a differential amplifier 11 2, in contrast to the use of a balun I ii. Thus differential amplifiers 11 2 , which are sufficient have high common mode rejection, so far only up to an upper frequency range of about 5 GHz.
  • the remaining circuit structure of Fig. IC corresponds to the
  • Fig. 2A shows an embodiment for the realization of the three matching elements 2, 3, 4 of the invention
  • the measuring bridge 1 is realized in thin-film technology based on microstrip lines.
  • the first resistor 3i and the third resistor 3 3 of the second adapter 3 and the first resistor 4i and the second resistor 4 2 of the third adapter 4 as well as the first resistor 2i of the first adapter 2 are clearly visible.
  • the second resistance of the second adaptation element 3 2 3 2 2 and the second resistor of the first adaptation element 2 to a first equivalent resistance 22 ⁇ are summarized. The same also applies to the third resistor 2 3 of the first adapter 3 and the third resistor 4 3 of the third adapter 4, which are combined to form the second equivalent resistor 22 2 .
  • Thin film resistors that can be trimmed to their nominal value by means of a laser.
  • the measuring bridge 1 according to the invention is in this case mounted on a substrate 25, e.g. on a ceramics 25 or one
  • Carrier medium 25 is formed.
  • the parasitic losses of a ceramic carrier are significantly lower at high frequencies than those of the known plastics, which in
  • FIG. 2B shows an embodiment for the realization of a calibration standard 5 directly on the Measuring bridge 1 according to the invention is formed. It can be clearly seen that a first dashed region 26 within FIG. 2B contains the detail from FIG. 2A. With regard to the first dashed region 26, reference is made to the description of FIGS. 2A. Of the
  • this calibration standard 5 is simulated by two 100 ohm thin-film resistors 27i, 27 2 , which are each connected via a via 28i, 28 2 to the reference ground on the back side of the substrate 25, and thus on the backside of the carrier material 25 are connected in parallel.
  • These two 100 ohm thin-film resistors 21 lr 21 2 can also be trimmed to their exact nominal value by means of a laser.
  • a conductor 29 can be seen, the third resistor 3 3 of the second
  • Matching member 3 with the two 100 ohm thin-film resistors 27i, 27 2 connects.
  • This conductor 29 has at its the calibration standard 5 end facing a V-shaped
  • Fig. 2C shows an embodiment of the
  • Measuring bridge 1 which is suitable for connection to a separate calibration standard 5. Good to
  • the measuring bridge 1 according to the invention from FIG. 2C has a first connecting element 6, a second connecting element 8 and a third connecting element 10.
  • Connection elements 6, 8, 10 may be
  • a separate calibration standard 5 can be screwed to the first connection element 6, whereas the second connection element 8 with the
  • the third connection element 10 can, as already explained, be connected to the signal generator 9. The important thing is that the first
  • Connection element 6 has the same electrical properties, as the second connection element 8. That means that the phase rotations caused by the first
  • connection element 6 and the second connection element 8 are caused, just as the attenuation of the signal at the two connection elements 6, 8, must be approximately the same size.
  • the third connection element 10 also has the same electrical properties. It can be clearly seen that the measuring bridge 1 according to the invention has, in addition to the substrate 25, a housing 31.
  • This housing 31 is preferably made of a conductive metal, such as. As aluminum, manufactured and prevents that
  • Interference radiation in the measuring bridge 1 couples.
  • Fig. 3 shows an embodiment of a chocked balun Iii.
  • the first signal line 12i is connected to the inner conductor 35 of the balun Iii, whereas the second signal line 12 2 is connected to the outer conductor 36 of the balun Iii.
  • the balun Iii of Fig. 3 has a coaxial structure.
  • Inner conductor 35 is surrounded by an outer conductor 36 radially.
  • two ferrites 311 and 37 2 are furthermore present, which radially surround the outer conductor 36.
  • the interfering sheath currents I M on the outer conductor 36 are suppressed by means of the ferrites 37i, 37 2 .
  • This disturbing sheath current I M which would lead to an unbalanced signal component at the output of the balun Iii, is, as already explained, by the ferrite 37i, 37 2 on the jacket of the coaxial line
  • the ferrites 37i, 37 2 are preferably formed as ferrite rings, which may have a different length and a different size and out
  • ferrites 37i, 37 2 may consist of different ferrite materials. These ferrites 37i, 37 2 can be arranged at different distances on the coaxial conductor. The sequence and
  • Calibration standard 5, as well as the second connection element 8 are connected to a known calibration standard 5.
  • a signal is fed via the third connecting element 10 into the measuring bridge 1 according to the invention.
  • the ferrites are then displaced on the outer conductor 36 until the smallest possible minimum voltage at the fourth connection element 13 is measured. For ideal components, this voltage would be zero.
  • Fig. 4 shows an embodiment of a resistive balun Iii which can be used for higher frequencies. Good to see the first signal line 12i and the second signal line 12 second With these two
  • Signal lines 12i, 12 2 are balanced lines on the top of the substrate 25th
  • a ground plane is arranged, wherein within the
  • a resistance layer 32 is embedded below the first signal line 12 i and the second Signal line 12 2 is located.
  • a housing 31 also ensures that this resistive Balun I ii is shielded.
  • Fig. 5 shows an embodiment which the
  • resistive balun I ii resistive balun I ii. It can be clearly seen that in both signal lines 12i, 12 2 the current flows in the same direction.
  • the signal lines 12i, 12 2 are, as already discussed in Fig. 4, through the substrate 25 of a
  • the substrate 25 is preferably a ceramic. Good to see are the field lines of the electric field.
  • this stream can be steamed.
  • Push-pull signal is only slightly influenced by the resistance layer, as the field distribution of
  • Fig. 6 shows an embodiment of a
  • Resistive Baluns I i i according to the invention with a DGS structure 39 (Defective Ground Structure;
  • the DGS structure 39 splits the resistance layer 32, which is a
  • Thin film resistor layer 32 is, in two separate thin film resistor layers 32, wherein the width of the DGS structure 39 to the used
  • Substrate material and the frequency range to be covered is adapted and wherein this is formed directly between the two signal lines 12i, 12 2 on the underside of the substrate 25.
  • the width of the DGS structure 39 is significantly greater than the spacing of the first signal line 12i and the second signal line 12 2 .
  • the attenuation of the push-pull signal can be further reduced by reducing the slot width between the first signal line 12i and the second signal line 12 2 , because this concentrates the electromagnetic field in the region of the slots and decreases the field portions in the region of the resistive layer 32 the first signal line 12i and the second
  • the slot width can be selected such that it covers a range of, for example, a few ⁇ m up to, for example, a few mm.
  • DGS structure 39 causes the field concentration on the resistive layer 32 to decrease for a push-pull signal, whereas for a common-mode signal, the electromagnetic fields are concentrated on the edges of the resistive layer 32, thereby attenuating the common-mode signal much more than the push-pull signal ,
  • FIG. 7 shows an exemplary embodiment of FIG
  • Baluns III which comprises both ferrites 37i, 37 2 , 37 3 , 37 4 , 37 5 , and a resistive portion.
  • the balun Iii according to the invention consists of a first portion 50 and a second portion 51.
  • the first portion 50 shows the structure of the resistive part, as it has been explained to Figures 4, 5 and 6.
  • the second section 51 shows the structure as explained with reference to FIG. Good to see is that the first one
  • Section 50 comprises a substrate 25, on top of which the first signal line 12i and at least the one second signal line 12 2 are guided. On the underside of the substrate 25 is in the embodiment of FIG. 7 below the signal lines 12i, 12 2 a
  • Thin film resistor layer 32 is formed.
  • the common mode signal on the first and second signal line 12i, 12 2 much stronger than the push-pull signal on the two lines.
  • the first section 50 of the balun Iii according to the invention ensures that the common-mode signal for frequencies above approximately 4 GHz is effectively suppressed. As already explained, this thin-film resistor layer 32 would have to be very long, so that a low-frequency
  • Baluns Iii according to the invention from a coaxially constructed Balun Iii, wherein the coaxial conductor 38 of several
  • Ferrites 37i to 37 5 is surrounded.
  • Balun III according to the invention is with the first
  • the second section 51 of the balun Iii optionally has a
  • Compensation line 52 which is preferably a wire. This compensation line 52 is also at its first end with the first
  • Compensation line 52 is connected, which is also preferably guided by the same ferrites 311 to 37 5 , as the coaxial line 38. In this case, the inductance of the inner conductor 35 increases relative to the
  • Balun Iii has independently of the
  • Fig. 8 shows an embodiment of a
  • FIG. 8 shows a perspective view of an embodiment of the balun Iii according to the invention.
  • the first section 50 and the second section 51 are also clearly visible.
  • the first section 50 forms the resistive part of the balun Iii according to the invention.
  • Compensating line 52 which is guided by the same ferrites 37i to 37 5 as the coaxial line 38, whereby the balun invention Iii symmetrical is constructed.
  • a housing 31 shields the
  • Fig. 9 shows a further embodiment of a combination according to the invention of a balun Iii with
  • FIG. 9 corresponds to that of FIG. 7, to which reference is made in this connection.
  • Fig. 10 shows an embodiment of a
  • Fig. 10 shows a perspective view of the balun Iii according to the invention
  • Fig. 9 shows a plan view of the same. Good to see is also the housing 31, which shields the balun Iii according to the invention.
  • Fig. 11 shows an embodiment of a
  • Compensation line 52 is isolated from the coaxial line 38. This can be done by either the compensation line 52 and / or the coaxial line 38 are provided with a shrink tube.
  • Two potted cores 6O 1 , 6O 2 which serve to extend the frequency range up to
  • the end of the coaxial line 38 which is remote from the first portion 50 of the balun Iii, connected to a first pot core 6O 1 , wherein the first pot core 6O 1 comprises a wound in a ferrite coaxial line 38.
  • the end of the compensation line 52 which is remote from the first section 50 of the balun Iii, connected to a second pot core 6O 2 , wherein the second pot core 6O 2 comprises a wound in a ferrite line 52, said second pot core 6O 2 approximately has the same electrical properties as the first
  • Pot core 6O 1 Preferably, the potting cores 6O 1 , 6O 2 are not connected to the coaxial line 38 and the compensation line 52, but the coaxial line 38 is wound in the first pot core 6O 1 , whereas the
  • Compensation line 52 is wound in the second pot core 6O 2 .
  • the compensation line 52 which preferably has an electrical insulation, is connected to the reference ground at the output of the second pot core 6O 2 .
  • the outer conductor 38 is also connected to the reference ground at the output of the first pot core 6O 1 .
  • a measuring electronics not shown, determines the amount and phase of the voltage of the inner conductor 35 relative to the reference ground.
  • Fig. 12 shows an embodiment of a separate guide a coaxial line 38 and a
  • the height at which the ferrites 70i to 70io increase the inductance of the outer conductor 38 should be exactly the same as the height at which the ferrites 71i to 71i 0 the inductance of the
  • Embodiments limited. Of course you can z. B. more than 10 ferrites or less than 10 ferrites are used.

Landscapes

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Abstract

Eine Messbrücke (1) weist ein erstes Anpassglied (2) ´ ein zweites Anpassglied (3) und ein drittes Anpassglied (4) auf, wobei alle Anpassglieder (2´ 3´ 4) aus zumindest drei Widerständen (21´ 22´ 23´ 31´ 32´ 33´ 41´ 42´ 43) bestehen, die in einer T-Struktur angeordnet sind. Ein zweiter Widerstand (32) des zweiten Anpassglieds (3) ist mit einem zweiten Widerstand (22) des ersten Anpassglieds (2) und ein dritter Widerstand (43) des dritten Anpassglieds (4) ist mit einem dritten Widerstand (23) des ersten Anpassglieds (2) verbunden. Ein zweiter Widerstand (42) des dritten Anpassglieds (4) ist mit einem Messobjekt (7) verbindbar. Ein dritter Widerstand (33) des zweiten Anpassglieds (3) ist mit einem Kalibrierstandard (5) verbindbar und ein erster Widerstand (31´ 41) des zweiten und des dritten Anpassglieds (3, 4) sind mit je einem Signaleingang eines Bauelements (11) verbunden, das einen Gleichtaktanteil auf seinen beiden Signaleingängen unterdrückt.

Description

Ultrabreitbandige Messbrücke
Die Erfindung betrifft eine Messbrücke, die beispielsweise innerhalb eines Netzwerkanalysators dazu verwendet werden kann, um ein Anregungssignal einem Prüfling zuzuführen und um gleichzeitig Reflektionen des Prüflings einer
Messelektronik zuzuführen, und ein Balun, der in der Messbrücke eingesetzt sein kann, wobei die Messbrücke eine sehr hohe Bandbreite aufweist.
Neben Reflektionen eines Prüflings kann eine Messbrücke auch dahingehend verwendet werden, um das
Transmissionsverhalten des Prüflings genauer zu
untersuchen. In diesem Fall ist ein Anschluss des
Prüflings mit einem ersten Tor des Netzwerkanalysators verbunden, wohingegen ein zweiter Anschluss des Prüflings mit einem zweiten Tor des Netzwerkanalysators verbunden ist. Ein Anregungssignal wird innerhalb des
Netzwerkanalysators generiert und dem Prüfling an seinem ersten Anschluss zugeführt. Das durch den Prüfling
transmittierte Signal wird beispielsweise an dem zweiten Anschluss ausgegeben und dem zweiten Tor des
Netzwerkanalysators zugeführt. Dieses zweite Tor ist ebenfalls mit einer Messbrücke verbunden, um das
transmittierte Signal der Messelektronik zuzuführen, die dieses bevorzugt nach Betrag und Phase misst. Von
Bedeutung ist dabei, dass die Bandbreite des nutzbaren Frequenzbereichs möglichst groß ist, sich also über mehrere Dekaden erstreckt, was wiederum eine Messbrücke erfordert, die sowohl bei niedrigen, als auch bei hohen Frequenzen eine hohe Direktivität aufweist.
Aus der DE 10 2006 005 040 AI ist schon eine Messbrücke bekannt, die für einen großen Frequenzbereich Verwendung findet. Die Messbrücke umfasst eine resistive Brücke für einen niedrigen Frequenzbereich und einen Hybridkoppler für einen hohen Frequenzbereich, wobei Schalter vorgesehen sind, um zwischen diesen beiden Einheiten umschalten zu können. Nachteilig an der DE 10 2006 005 040 AI ist, dass aufgrund der unterschiedlichen Baugruppen, die für unterschiedliche Frequenzen eingesetzt werden, der Aufbau der Messbrücke aufwendig ist und der Betrieb umfangreiche Kalibrierroutinen erfordert.
Es ist daher die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung, eine Messbrücke, die einfacher hergestellt und sehr breitbandig betrieben werden kann, und einen dabei verwendbaren Balun zu schaffen
Die Aufgabe wird bezüglich der Messbrücke durch die
Merkmale des Anspruchs 1 und bezüglich eines Baluns, der in der Messbrücke eingesetzt sein kann, durch die Merkmale des Anspruchs 8 gelöst. In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen
Messbrücke und des erfindungsgemäßen Baluns angegeben.
Die erfindungsgemäße Messbrücke weist ein erstes
Anpassglied, ein zweites Anpassglied und ein drittes
Anpassglied auf, wobei alle Anpassglieder aus zumindest drei Widerständen bestehen, die in einer T-Struktur angeordnet sind, wobei jeweils ein zweiter Widerstand des zweiten Anpassglieds mit einem zweiten Widerstand des ersten Anpassglieds und ein dritter Widerstand des dritten Anpassglieds mit einem dritten Widerstand des ersten
Anpassglieds verbunden ist, wobei ein zweiter Widerstand des dritten Anpassglieds mit einem Messobjekt verbindbar ist .
Es ist besonders vorteilhaft, dass drei symmetrische
Anpassglieder eingesetzt werden, die aus zumindest drei Widerständen bestehen, die in einer T-Struktur angeordnet sind, weil dadurch an dem Ausgang von zwei Anpassgliedern bei einer abgeglichenen Messbrücke nur ein
Gleichtaktsignal anliegt. Ein weiterer Vorteil bei der erfindungsgemäßen Messbrücke besteht, wenn ein dritter Widerstand des zweiten
Anpassglieds mit einem Kalibrierstandard verbindbar ist und wenn ein erster Widerstand des zweiten und des dritten Anpassglieds mit je einem Signaleingang eines Bauelements verbunden ist, das einen Gleichtaktanteil auf seinen beiden Signaleingängen unterdrückt. Hier ist es besonders vorteilhaft, dass die Signale an dem Ausgang des zweiten und des dritten Anpassglieds einem solchen Bauelement zugeführt werden. Für den Fall, dass die Messbrücke abgeglichen ist, kann am Ausgang dieses Bauelements keine Spannung gemessen werden. Für den Fall, dass die
Messbrücke nicht abgeglichen ist, ist dem Gleichtaktsignal noch ein Gegentaktsignal überlagert, welches von dem
Bauelement nicht unterdrückt wird und daher an dem Ausgang des Bauelements gemessen werden kann. Dies ist dann der Fall, wenn sich die Abschlussimpedanz des Messobjekts von der Abschlussimpedanz des Kalibrierstandards
unterscheidet .
Bei der erfindungsgemäßen Messbrücke besteht außerdem ein Vorteil, wenn die Widerstände des ersten, zweiten und dritten Anpassglieds als Dünnfilmwiderstände auf einem Substrat, z.B. einer Keramik oder einem Quarzsubstrat oder einem anderen Trägermedium ausgebildet sind. Diese
Widerstände können dabei mittels eines Lasers auf ihren exakten Wert getrimmt werden, wobei gleichzeitig die parasitären Kapazitäten und Induktivitäten dieser
Widerstände im Gegensatz zu diskreten Bauelementen auf ein Minimum beschränkt sind.
Weiterhin ist es besonders vorteilhaft, wenn die
erfindungsgemäße Messbrücke eine Bias-Einrichtung umfasst, die an den zweiten Widerstand des dritten Anpassglieds angeschlossen ist und wenn die erfindungsgemäße Messbrücke eine Dummy-Bias-Einrichtung umfasst, die an den dritten Widerstand des zweiten Anpassglieds angeschlossen ist und wenn die Dummy-Bias-Einrichtung die Messbrücke in der gleichen Art und Weise beeinflusst wie die Bias- Einrichtung, wodurch die Messbrücke symmetrisch aufgebaut ist. Es ist hierbei besonders vorteilhaft, dass mit einer solchen Messbrücke auch Messobjekte geprüft werden können, die eine Vorspannung für ihren Betrieb erfordern. Dabei weist der Leitungszweig zum Messobjekt hin die gleichen elektrischen Eigenschaften auf, wie der Leitungszweig zum Kalibrierstandard. Die Dummy-Bias-Einrichtung umfasst bevorzugt die gleichen Bauelemente, mit dem Unterschied, dass diese nicht zwingend eine Vorspannung bereit stellen muss .
Im Weiteren kann das den Gleichtaktanteil unterdrückende Bauelement innerhalb der erfindungsgemäßen Messbrücke durch einen erfindungsgemäßen Balun gebildet sein, wobei der Balun einen ersten Abschnitt umfasst, der ein Substrat beinhaltet, auf dessen Oberseite eine erste Signalleitung und zumindest eine zweite Signalleitung geführt sind und auf dessen Unterseite unterhalb der Signalleitungen eine Dünnfilmwiderstandsschicht ausgebildet ist. Es ist hierbei besonders vorteilhaft, dass eine solche
Dünnfilmwiderstandsschicht , die direkt unterhalb der
Signalleitungen ausgebildet ist, dafür sorgt, dass der Gleichtaktanteil stärker gedämpft wird, als der
Gegentaktanteil . Ein derart aufgebauter Balun eignet sich für den Betrieb bis hin zu sehr hohen Frequenzen.
Ein weiterer Vorteil besteht, wenn der erfindungsgemäße Balun einen zweiten Abschnitt umfasst, wobei der zweite Abschnitt eine Koaxialleitung aufweist, deren Innenleiter mit der ersten Signalleitung verbunden ist und deren
Außenleiter an einem ersten Ende der Koaxialleitung mit der zweiten Signalleitung verbunden ist und wobei
zumindest ein erster Ferrit die Koaxialleitung umgibt. Der Einsatz eines solchen Ferrits, der die Koaxialleitung umgibt, ermöglicht, dass der Balun den Gleichtaktanteil auch bei sehr niedrigen Frequenzen zuverlässig
unterdrückt . Außerdem besteht bei dem erfindungsgemäßen Balun ein
Vorteil, wenn die Dünnfilmwiderstandsschicht in dem ersten Abschnitt eine DGS-Struktur (engl. Defective Ground
Structure; dt. unterbrochene Massestruktur) aufweist, so dass die Dünnfilmwiderstandsschicht in zwei voneinander getrennte Dünnfilmwiderstandsschichten aufgespaltet ist, wobei die Breite der DGS-Struktur entsprechend dem
verwendeten Substratmaterial zu optimieren ist und wobei diese direkt zwischen den beiden Signalleitungen auf der
Unterseite des Substrats ausgebildet ist. Eine solche DGS- Struktur hat den Vorteil, dass das Gegentaktsignal noch weit weniger stark gedämpft wird als das Gleichtaktsignal, wodurch die Gleichtaktunterdrückung des Baluns zunimmt.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Baluns besteht außerdem, wenn der Außenleiter der Koaxialleitung an einem zweiten Ende mit der Bezugsmasse verbunden ist und/oder wenn der Balun eine Kompensationsleitung aufweist, die bevorzugt aus einem Draht besteht und deren erstes Ende mit der ersten Signalleitung verbunden ist. Eine solche Kompensationsleitung stellt sicher, dass der Innenleiter in Bezug auf die Gehäusemasse die gleiche Induktivität sieht wie der Außenleiter und somit die Brücke auch bei niedrigen Frequenzen abgeglichen ist, wenn die
Abschlussimpedanz des Messobjekts gleich der
Abschlussimpedanz des Kalibrierstandards ist.
Schlussendlich besteht bei dem erfindungsgemäßen Balun noch ein Vorteil, wenn das Ende der Koaxialleitung, welches von dem ersten Abschnitt des Baluns entfernt ist, mit einem ersten Topfkern verbunden ist, wobei der erste Topfkern eine in einem Ferrit aufgewickelte Koaxialleitung umfasst und/oder wenn die Kompensationsleitung mit einem zweiten Topfkern verbunden ist, wobei der zweite Topfkern eine in einem Ferrit aufgewickelte Leitung, insbesondere einen Draht, umfasst, und wobei der zweite Topfkern die gleichen elektrischen Eigenschaften aufweist, wie der erste Topfkern. Ein solcher Topfkern führt dazu, dass der Gleichtaktanteil auch für noch niedrigere Frequenzen zuverlässig unterdrückt wird. Eine Messbrücke, in die ein derartiger Balun eingesetzt ist, kann folglich sehr breitbandig betrieben werden.
Verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung
beispielhaft beschrieben. Gleiche Gegenstände weisen dieselben Bezugszeichen auf. Die entsprechenden Figuren der Zeichnung zeigen im Einzelnen: ein Ausführungsbeispiel für ein Ersatzschaltbild der erfindungsgemäßen Messbrücke; ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein
Ersatzschaltbild der erfindungsgemäßen Messbrücke ; Fig. IC ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein
Ersatzschaltbild für die erfindungsgemäße
Messbrücke ;
Fig. 2A ein Ausführungsbeispiel für die Realisierung von drei Anpassgliedern für die erfindungsgemäße
Messbrücke ;
Fig. 2B ein Ausführungsbeispiel für die Realisierung
eines Kalibrierstandards der erfindungsgemäßen Messbrücke; ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Messbrücke, die sich zum Anschluss an einen separaten Kalibrierstandard eignet; ein Ausführungsbeispiel eines Chocked-Balun;
Fig. 4 Ausführungsbeispiel eines resistiven Baluns; Fig. 5 eine Darstellung, die die Feldverteilung für
Gleichtaktsignale und Gegentaktsignale in einem resitiven Balun beschreibt;
Fig. 6 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen resistiven Baluns mit einer DGS-Struktur;
Fig. 7 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen
Kombination eines Baluns mit Ferriten und einer
Kompensationsleitung und eines resistiven
Baluns ;
Fig. 8 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen
Kombination eines Baluns mit Ferriten und einer
Kompensationsleitung und eines resistiven
Baluns ;
Fig. 9 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer
erfindungsgemäßen Kombination eines Baluns mit
Ferriten und einer Kompensationsleitung und eines resistiven Baluns mit einer DGS-Struktur;
Fig. 10 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen
Kombination eines Baluns mit Ferriten und einer
Kompensationsleitung und eines resistiven Baluns mit einer DGS-Struktur;
Fig. 11 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen
Kombination eines Baluns mit Ferriten und einer
Kompensationsleitung und eines resistiven Baluns mit einer DGS-Struktur zusammen mit Topfkernen; und Fig. 12 ein Ausführungsbeispiel einer getrennten Führung einer Koaxialleitung und einer
Kompensationsleitung durch räumlich getrennte Ferrite . Fig. 1A zeigt ein Ausführungsbeispiel eines
Ersatzschaltbilds der erfindungsgemäßen Messbrücke 1. Die erfindungsgemäße Messbrücke 1 weist ein erstes Anpassglied 2, ein zweites Anpassglied 3 und ein drittes Anpassglied 4 auf. Das erste Anpassglied 2 besteht aus zumindest drei Widerständen 2 \ , 22, 23, die in einer T-Struktur angeordnet sind. Das zweite Anpassglied 3 besteht ebenfalls aus zumindest drei Widerständen 3i, 32, 33, die auch in einer T-Struktur angeordnet sind. Selbiges gilt für das dritte Anpassglied 4, welches ebenfalls aus zumindest drei
Widerständen 4i, 42, 43, besteht, die in einer T-Struktur angeordnet sind. Dabei ist der zweite Widerstand 22 des ersten Anpassglieds 2 mit dem zweiten Widerstand 32 des zweiten Anpassglieds 3 verbunden. Der dritte Widerstand 23 des ersten Anpassglieds 2 ist mit dem dritten Widerstand 43 des dritten Anpassglieds 4 verbunden.
Der dritte Widerstand 33 des zweiten Anpassglieds 3 ist mit einem Kalibrierstandard 5 verbunden. Dieser
Kalibrierstandard 5 ist entweder direkt innerhalb der Messbrücke 1 ausgebildet oder er kann mit der Messbrücke 1 verbunden werden. In diesem Fall weist die Messbrücke 1 ein erstes Anschlusselement 6 auf, bei welchem es sich z.B. um eine Anschlussbuchse handeln kann, mit dem der separate Kalibrierstandard 5 verbunden, insbesondere verschraubt ist.
Auf der anderen Seite ist der zweite Widerstand 42 des dritten Anpassglieds 4 mit dem zu messenden Messobjekt 7 verbunden. Das Messobjekt 7 wird dabei bevorzugt mit einem zweiten Anschlusselement 8 verschraubt, wobei das zweite Anschlusselement 8 bevorzugt als Anschlussbuchse
ausgebildet ist und mit dem zweiten Widerstand 42 des dritten Anpassglieds 4 verbunden ist.
Der erste Widerstand 2 \ des ersten Anpassglieds 2 ist mit einem Signalgenerator 9 verbunden. Dieser Signalgenerator 9 kann innerhalb eines Netzwerkanalysators ausgebildet sein und über ein drittes Anschlusselement 10 mit dem ersten Widerstand 2i des ersten Anpassglieds 2 verbunden werden. Bei dem dritten Anschlusselement 10 handelt es sich bevorzugt ebenfalls um eine Anschlussbuchse. Es ist allerdings auch möglich, dass die Messbrücke 1 als
Einschubkarte direkt innerhalb eines Netzwerkanalysators integriert ist, so dass es sich bei dem dritten
Anschlusselement 10 einzig um eine Art Steckkontakt oder Intersubstratverbinder handelt.
Die Widerstände des ersten Anpassglieds 2, des zweiten Anpassglieds 3 und des dritten Anpassglieds 4 sind so zu wählen, dass der Signalgenerator 9 eine angepasste Last sieht. Weiterhin muss das zweite Anpassglied 3 in Richtung des Kalibrierstandards 5 (Match, dt. Anpassung) eine
Impedanz aufweisen, die derjenigen des Kalibrierstandards 5 entspricht, so dass keine weiteren Reflektionen
entstehen. Selbiges gilt auch für das dritte Anpassglied 4, dessen Widerstände derart gewählt sind, dass bei einem angeschlossenen Messobjekt 7, welches die gleiche Impedanz aufweist, wie der Kalibrierstandard 5, keine zusätzlichen Reflektionen entstehen. Für ein 50 Ohm-System gilt
beispielsweise, dass alle Widerstände innerhalb des ersten Anpassglieds 2, des zweiten Anpassglieds 3 und des dritten Anpassglieds 4 einen Widerstandswert von ca. 16,78 Ohm aufweisen .
Weiterhin ist der erste Widerstand 3i des zweiten
Anpassglieds 3 und der erste Widerstand 4i des dritten
Anpassglieds 4 mit einem Bauelement 11 verbunden, welches einen Gleichtaktanteil auf seinen beiden Signaleingängen unterdrückt. Bei dem den Gleichtaktanteil unterdrückenden Bauelement 11 handelt es sich in dem Ausführungsbeispiel aus Fig. 1A um einen Balun Iii. Gut zu erkennen ist, dass eine erste Signalleitung 12i den Innenleiter des Baluns Iii mit dem ersten Widerstand 3i des zweiten Anpassglieds 3 verbindet. Andererseits verbindet eine zweite Signalleitung 122 den ersten Widerstand 4i des dritten Anpassglieds 4 mit einem Außenleiter des Baluns Iii. Der Balun Iii kann beispielsweise sehr einfach durch ein
Koaxialkabel aufgebaut sein, welches von Ferriten umgeben ist. Das der Messbrücke 1 abgewandte Ende des Baluns Iii ist mit einem vierten Anschlusselement 13 verbunden, an welches die Messelektronik des Netzwerkanalysators , insbesondere verschiedene Mischerstufen und/oder Analog- /Digital-Wandler angeschlossen sind. Der Außenleiter dieser Seite des Baluns Iii ist dabei mit der Bezugsmasse verbunden. Der Balun Iii wandelt ein differenzielles
Signal in ein massebezogenes Signal um.
Für den Fall, dass das Messobjekt 7 die Verbindung
zwischen dem zweiten Widerstand 42 und dem Messobjekt 7 in der gleichen Weise wie der Kalibrierstandard 5 abschließt, sind die Signale auf der ersten Signalleitung 12i und der zweiten Signalleitung 122 gleich groß in ihrer Amplitude und in Phase. Der Balun Iii bewirkt, dass dieser
Gleichtaktanteil unterdrückt wird, so dass an dem vierten Anschlusselement 13 keine Spannung bezüglich der
Bezugsmasse gemessen werden kann. Etwas anderes gilt, falls das zweite Anschlusselement 8 durch das Messobjekt 7 nicht in der gleichen Weise wie durch den
Kalibrierstandard 5 abgeschlossen wird. In diesem Fall sind die Signale auf der ersten Signalleitung 12i und der zweiten Signalleitung 122 nicht exakt gleich, so dass an dem vierten Anschlusselement 13 der Gegentaktanteil bezüglich der Bezugsmasse gemessen werden kann.
Dieser Aufbau erlaubt, dass problemlos das
Reflektionsverhalten des Messobjekts 7 gemessen werden kann. Wie bereits erläutert, kann der Kalibrierstandard 5 ebenfalls innerhalb der Messbrücke 1 angeordnet werden, so dass auf das erste Anschlusselement 6 verzichtet werden kann. In diesem Fall weist die Messbrücke 1 allerdings eine leichte Unsymmetrie auf, die mittels eines
Kalibriervorgangs ermittelt werden muss, weil das Messobjekt 7 nach wie vor über das zweite Anschlusselement 8 mit der Messbrücke 1 verbunden werden muss. Um eine möglichst hohe Bandbreite realisieren zu können, sollte der dritte Widerstand 33 des zweiten Anpassglieds 3 daher bevorzugt mit einem ersten Anschlusselement 6 verbunden werden. Das erste Anschlusselement 6 sollte dabei die gleichen elektrischen Eigenschaften aufweisen, wie das zweite Anschlusselement 8. Die erzielbare Isolation zwischen dem Generatorpfad (Signalgenerator 9) und
Messpfad (Anschlusselement 13) richtet sich demnach danach, wie gut der Anschluss für das Messobjekt 7 durch den Kalibrierstandard 5 im Fall "Angepasst" nachgebildet wird . Wie später noch erläutert wird, handelt es sich bei den Widerständen des ersten, zweiten und dritten Anpassglieds 2, 3, 4 bevorzugt um Dünnfilmwiderstände, die auf einem Substrat 25, z.B. einer Keramik oder einem Quarzsubstrat oder einem anderen geeigneten Trägermaterial ausgebildet sind. Auch der Kalibrierstandard 5 kann, falls er direkt in der Messbrücke 1 integriert ist, in Form einer oder mehrerer Dünnfilmwiderstände realisiert werden.
Fig. 1B zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Ersatzschaltbilds der erfindungsgemäßen Messbrücke 1, wobei dem Messobjekt 7 eine Vorspannung zugeführt werden kann. Dies geschieht über eine sogenannte Bias-Einrichtung 20. Die Bias-Einrichtung 20 stellt am zweiten
Anschlusselement 8, an dem das Messobjekt 7 angeschlossen ist, einen einstellbaren von der Hochfrequenz entkoppelten Gleichstrom zur Verfügung. Durch das Einfügen einer solchen Bias-Einrichtung 20 wird die mit der Messbrücke 1 erreichbare Direktivität in der Regel verschlechtert. Um die Einflüsse der Bias-Einrichtung 20 auf die Direktivität zu kompensieren, wird die erfindungsgemäße Messbrücke durch eine Dummy-Bias-Einrichtung 21 auf der Seite des Kalibrierstandards 5 ergänzt. Der schaltungstechnische Aufbau dieser Dummy-Bias-Einrichtung 21 ist der gleiche wie der Aufbau der Bias-Einrichtung 20. Der Unterschied besteht darin, dass die Dummy-Bias-Einrichtung 21
allerdings keinen Gleichstorm in dem Kalibrierstandard 5 einspeist. Die erfindungsgemäße Messbrücke 1 wird dadurch wiederum in einen symmetrischen Zustand überführt, weil Veränderungen in der Phasenlage aufgrund der Bias- Einrichtung 20 ebenfalls durch die Dummy-Bias-Einrichtung 21 am Kalibrierstandard 5 hervorgerufen werden. Ein weiterer Unterschied zwischen dem Ausführungsbeispiel aus Fig. 1A und dem Ausführungsbeispiel aus Fig. 1B besteht darin, dass der zweite Widerstand 22 des ersten Anpassglieds 2 und der zweite Widerstand 32 des zweiten Anpassglieds 3 zu einem ersten Ersatzwiderstand 22 \ zusammengefasst worden sind. Dieser Ersatzwiderstand weist für das 50 Ohm-System einen Wert von ca. 33,56 Ohm auf. Weiterhin wurde auch der dritte Widerstand 23 des ersten Anpassglieds 2 und der dritte Widerstand 43 des dritten Anpassglieds 4 zu einem zweiten Ersatzwiderstand 222 zusammengefasst . Dieser zweite Ersatzwiderstand 222 weist für das 50 Ohm-System ebenfalls einen Wert von ca. 33,56 Ohm auf. Die übrige Funktionsweise der erfindungsgemäßen Messbrücke 1 aus Fig. 1B entspricht der Funktionsweise der erfindungsgemäßen Messbrücke 1 aus Fig. 1A, weshalb bezüglich der anderen Bauelemente auf die Ausführungen zu Fig. 1A verwiesen wird.
Fig. I C zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein Ersatzschaltbild der erfindungsgemäßen Messbrücke 1, wobei für das gleichtaktunterdrückende Bauelement I i i ein
Differenzverstärker 112 eingesetzt worden ist. Dieser Differenzverstärker 112 sollte allerdings eine ausreichend hohe Gleichtaktunterdrückung aufweisen. Dadurch kann die räumliche Anordnung der erfindungsgemäßen Messbrücke 1 verkleinert werden. Die obere Grenzfrequenz ist allerdings bei Einsatz eines Differenzverstärkers 112 im Gegensatz zum Einsatz eines Baluns I i i deutlich niedriger. So eigenen sich Differenzverstärker 112, die eine ausreichend hohe Gleichtaktunterdrückung aufweisen, bisher nur bis zu einem oberen Frequenzbereich von ca. 5 GHz. Die übrige Schaltungsstruktur aus Fig. IC entspricht der
Schaltungsstruktur aus Fig. 1B und Fig. 1A, weshalb im Weiteren auf die bisherigen Beschreibungsteile verwiesen wird .
Fig. 2A zeigt ein Ausführungsbeispiel für die Realisierung der drei Anpassglieder 2, 3, 4 der erfindungsgemäßen
Messbrücke 1. Die erfindungsgemäße Messbrücke 1 ist dabei in Dünnfilmtechnik basierend auf Mikrostreifenleitungen realisiert. Gut zu erkennen sind der erste Widerstand 3i und der dritte Widerstand 33 des zweiten Anpassglieds 3 und der erste Widerstand 4i und der zweite Widerstand 42 des dritten Anpassglieds 4 sowie der erste Widerstand 2i des ersten Anpassglieds 2.
Wie bereits zu Fig. 1B erläutert wurde, sind der zweite Widerstand 32 des zweiten Anpassglieds 3 und der zweite Widerstand 22 des ersten Anpassglieds 2 zu einem ersten Ersatzwiderstand 22 \ zusammengefasst . Selbiges gilt auch für den dritten Widerstand 23 des ersten Anpassglieds 3 und den dritten Widerstand 43 des dritten Anpassglieds 4, welche zu dem zweiten Ersatzwiderstand 222 zusammengefasst sind. Bei diesen Widerständen handelt es sich um
Dünnfilmwiderstände, die mittels eines Lasers auf ihren nominalen Wert getrimmt werden können.
Die erfindungsgemäße Messbrücke 1 ist dabei auf einem Substrat 25, z.B. auf einer Keramik 25 oder einem
Quarzsubstrat 25 oder einem anderen geeigneten
Trägermedium 25 ausgebildet. Die parasitären Verluste eines Keramikträgers sind bei hohen Frequenzen deutlich geringer, als die der bekannten Kunststoffe, die in
Leiterplatten Verwendung finden.
Fig. 2B zeigt ein Ausführungsbeispiel für die Realisierung eines Kalibrierstandards 5 der direkt auf der erfindungsgemäßen Messbrücke 1 ausgebildet ist. Gut zu erkennen ist, dass ein erster gestrichelter Bereich 26 innerhalb von Fig. 2B den Ausschnitt aus Fig. 2A enthält. Bezüglich des ersten gestrichelten Bereichs 26 wird auf die Beschreibungsteile zu Fig. 2A verwiesen. Der
Kalibrierstandard 5 kann gerade bei niedrigen Frequenzen, wenn die Phasendrehung der Zuleitungen und die Einflüsse der Übergänge zur Ankopplung des Messobjekts 7
vernachlässigbar sind, durch einen einfachen 50 Ohm- Widerstand nachgebildet werden. Innerhalb von Fig. 2B ist dieser Kalibrierstandard 5 durch zwei 100 Ohm- Dünnfilmwiderstände 27i, 272 nachgebildet, die über je eine Durchkontaktierung 28i, 282 mit der Bezugsmasse auf der Rückseite des Substrats 25, also auf der Rückseite des Trägermaterials 25 verbunden und damit parallel geschalten sind. Diese beiden 100 Ohm-Dünnfilmwiderstände 21lr 212 sind ebenfalls mittels eines Lasers auf ihren exakten nominalen Wert trimmbar. Weiterhin ist eine Leiterbahn 29 zu sehen, die den dritten Widerstand 33 des zweiten
Anpassglieds 3 mit den beiden 100 Ohm-Dünnfilmwiderständen 27i, 272 verbindet. Diese Leiterbahn 29 weist an ihrem dem Kalibrierstandard 5 zugewandten Ende eine V-förmige
Ausnehmung 30 auf. Dadurch wird der Stromfluss nicht bis zum Ende hin geführt, wodurch das kapazitive Streufeld reduziert wird.
Fig. 2C zeigt ein Ausführungsbeispiel der
erfindungsgemäßen Messbrücke 1, die sich zum Anschluss an einen separaten Kalibrierstandard 5 eignet. Gut zu
erkennen ist in Fig. 2C in der Mitte der Bereich 26 aus Fig. 2B, der die drei Anpassglieder 2, 3, 4 enthält, wie dies zu Fig. 2A beschrieben worden ist. Weiterhin weist die erfindungsgemäße Messbrücke 1 aus Fig. 2C ein erstes Anschlusselement 6, ein zweites Anschlusselement 8 und ein drittes Anschlusselement 10 auf. Bei den
Anschlusselementen 6, 8, 10 kann es sich um
Anschlussbuchsen handeln. An das erste Anschlusselement 6 kann ein separater Kalibrierstandard 5 geschraubt werden, wohingegen das zweite Anschlusselement 8 mit dem
Messobjekt 7 verbunden wird. Das dritte Anschlusselement 10 kann, wie bereits erläutert, mit dem Signalgenerator 9 verbunden werden. Wichtig ist, dass das erste
Anschlusselement 6 die gleichen elektrischen Eigenschaften aufweist, wie das zweite Anschlusselement 8. Das bedeutet, dass die Phasendrehungen, die durch das erste
Anschlusselement 6 und das zweite Anschlusselement 8 hervorgerufen werden, genauso wie die Dämpfung des Signals an den beiden Anschlusselementen 6, 8, in etwa gleich groß sein muss. Bevorzugt weist das dritte Anschlusselement 10 ebenfalls die gleichen elektrischen Eigenschaften auf. Gut zu erkennen ist, dass die erfindungsgemäße Messbrücke 1 neben dem Substrat 25 noch ein Gehäuse 31 besitzt. Dieses Gehäuse 31 ist bevorzugt aus einem leitfähigen Metall, wie z. B. Aluminium, gefertigt und verhindert dass
Störstrahlung in die Messbrücke 1 einkoppelt.
Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Chocked-Baluns Iii. Wie bereits in Fig. 1A erläutert wurde, wird die erste Signalleitung 12i mit dem Innenleiter 35 des Baluns Iii verbunden, wohingegen die zweite Signalleitung 122 mit dem Außenleiter 36 des Baluns Iii verbunden wird. Der Balun Iii aus Fig. 3 hat einen koaxialen Aufbau. Der
Innenleiter 35 ist dabei von einem Außenleiter 36 radial umgeben. In dem Ausführungsbeispiel aus Fig. 3 sind weiterhin zwei Ferrite 311 und 372 vorhanden, die den Außenleiter 36 radial umgeben. Die störenden Mantelströme IM auf dem Außenleiter 36 werden mithilfe der Ferrite 37i, 372 unterdrückt. Dieser störende Mantelstrom IM der zu einem unbalancierten Signalanteil am Ausgang des Baluns Iii führen würde, wird, wie bereits erläutert, durch die Ferrite 37i, 372 auf dem Mantel der Koaxialleitung
unterdrückt, so dass in den beiden Ausgangsleitungen 35, 36 der gleiche Strom IB in entgegengesetzte Richtungen fließt. Die Ferrite 37i, 372 sind bevorzugt als Ferritringe ausgebildet, die eine unterschiedliche Länge und eine unterschiedliche Größe haben können und aus
unterschiedlichen Ferritmaterialien bestehen können. Diese Ferrite 37i, 372 können in unterschiedlichen Abständen auf dem Koaxialleiter angeordnet sein. Die Abfolge und
Anordnung der Ferrite 37i, 372 richtet sich nach dem abzudeckenden Frequenzbereich und muss von Fall zu Fall angepasst werden. Die Anpassung kann derart erfolgen, dass sowohl das erste Anschlusselement 6 mit dem
Kalibrierstandard 5, als auch das zweite Anschlusselement 8 mit einem bekannten Kalibrierstandard 5 verbunden werden. Über dem Signalgenerator 9 wird ein Signal über das dritte Anschlusselement 10 in die erfindungsgemäße Messbrücke 1 eingespeist. Die Ferrite werden dann auf dem Außenleiter 36 solange verschoben, bis das kleinstmögliche Spannungsminimum am vierten Anschlusselement 13 gemessen wird. Bei idealen Komponenten wäre diese Spannung gleich Null .
Allerdings treten mit zunehmenden Frequenzen Probleme auf, die durch Resonanzphänomene auf dem Außenleiter 36 der Koaxialleitung 38 verursacht werden. Weiterhin ist das Verhalten der Ferritmaterialien bei höheren Frequenzen nicht ideal und zum Teil Undefiniert. Aus diesem Grund wird zur Balancierung von Frequenzen oberhalb von z.B. 4 GHz bevorzugt ein anderes Balun-Konzept verwendet.
Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines resistiven Baluns Iii, welcher für höhere Frequenzen verwendet werden kann. Gut zu erkennen sind die erste Signalleitung 12i und die zweite Signalleitung 122. Bei diesen beiden
Signalleitungen 12i, 122 handelt es sich um balancierte Leitungen, die auf der Oberseite des Substrats 25
angeordnet sind. Auf der Rückseite des Substrats 25 ist eine Massefläche angeordnet, wobei innerhalb der
Massefläche eine Widerstandsschicht 32 eingebettet ist, die unterhalb der ersten Signalleitung 12i und der zweiten Signalleitung 122 liegt. Ein Gehäuse 31 sorgt ebenfalls dafür, dass dieser resistive Balun I i i geschirmt ist.
Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel, welches die
Feldverteilung für Gleichtaktsignale und Gegentaktsignale in dem resistiven Balun I i i aus Fig. 4 näher beschreibt. Die linke Zeichnungsfigur von Fig. 5 beschreibt die
Feldverteilung für ein Gleichtaktsignal in einem
resistiven Balun I i i . Gut zu erkennen ist, dass in beiden Signalleitungen 12i, 122 der Strom in die gleiche Richtung fließt. Die Signalleitungen 12i, 122 sind, wie bereits in Fig. 4 erörtert, durch das Substrat 25 von einer
darunterliegenden Widerstandsschicht 32 getrennt. Bei dem Substrat 25 handelt es sich bevorzugt um eine Keramik. Gut zu erkennen sind die Feldlinien des elektrischen Feldes.
Wie bereits erläutert, fließt bei dem Gleichtaktsignal der Strom in beiden Signalleitungen 12i, 122 in die gleiche Richtung. Der Stromkreis wird durch den Strom in der
Massefläche auf die Substratrückseite geschlossen.
Mithilfe der Widerstandsschicht 32 auf der
Substratrückseite kann dieser Strom gedämpft werden.
Anders sieht es hingegen bei einem Gegentaktsignal aus, wie dies in der rechten Zeichnungsfigur von Fig. 5 gezeigt ist. In diesem Fall fließen die Ströme in der ersten
Signalleitung 12i und in der zweiten Signalleitung 122 in eine entgegengesetzte Richtung. Ein solches
Gegentaktsignal wird durch die Widerstandsschicht nur leicht beeinflusst, wie die Feldverteilung des
elektrischen Feldes zeigt.
Fig. 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines
erfindungsgemäßen resistiven Baluns I i i mit einer DGS- Struktur 39 (engl. Defective Ground Structure; dt.
unterbrochene Massestruktur) . Damit die Widerstandsschicht 32 das Gegentaktsignal noch weniger beeinflusst, sind die Teile der Widerstandsschicht 32, die sich direkt unterhalb der ersten Signalleitung 12i und der zweiten Signalleitung 122 befinden, entfernt. Die DGS-Struktur 39 spaltet die Widerstandsschicht 32, bei welcher es sich um eine
Dünnfilmwiderstandsschicht 32 handelt, in zwei voneinander getrennte Dünnfilmwiderstandsschichten 32 auf, wobei die Breite der DGS-Struktur 39 an das verwendete
Substratmaterial und den abzudeckenden Frequenzbereich angepasst ist und wobei diese direkt zwischen den beiden Signalleitungen 12i, 122 auf der Unterseite des Substrat 25 ausgebildet ist. In dem Beispiel aus Fig. 6 ist die Breite der DGS-Struktur 39 deutlich größer als der Abstand der ersten Signalleitung 12i und der zweiten Signalleitung 122.
Die Dämpfung des Gegentaktsignals kann auch weiterhin dadurch verringert werden, dass die Schlitzbreite zwischen der ersten Signalleitung 12i und der zweiten Signalleitung 122 verringert wird, weil hierdurch das elektromagnetische Feld im Bereich der Schlitze konzentriert wird und die Feldanteile im Bereich der Widerstandsschicht 32 abnehmen, wodurch die erste Signalleitung 12i und die zweite
Signalleitung 122 nahe zusammen liegen. Dabei kann die Schlitzbreite derart gewählt werden, dass diese einen Bereich von z.B. einigen μιη bis hin zu z.B. einigen mm umfasst .
Die Verwendung einer solchen DGS-Struktur 39 führt dazu, dass bei einem Gegentaktsignal die Feldkonzentration auf der Widerstandsschicht 32 abnimmt, wohingegen bei einem Gleichtaktsignal die elektromagnetischen Felder auf den Kanten der Widerstandsschicht 32 konzentriert sind, wodurch das Gleichtaktsignal deutlich stärker gedämpft wird, als das Gegentaktsignal.
Allerdings wäre zur Balancierung von Frequenzen unter 4 GHz eine sehr lange Widerstandsschicht 32 erforderlich, die bei hohen Frequenzen zu unverhältnismäßig großen
Verlusten des Gegentaktsignals führen würde. Aus diesem Grund kombiniert der erfindungsgemäße Balun Iii vorzugsweise die Konzepte aus Fig. 3, Fig. 4 und Fig. 6. Daher zeigt Fig. 7 ein Ausführungsbeispiel eines
erfindungsgemäßen Baluns Iii, der sowohl Ferrite 37i, 372, 373, 374, 375, als auch einen resistiven Anteil umfasst. Der erfindungsgemäße Balun Iii besteht aus einem ersten Abschnitt 50 und einem zweiten Abschnitt 51. Der erste Abschnitt 50 zeigt den Aufbau des resistiven Teils, wie er zu den Figuren 4, 5 und 6 erläutert wurde. Der zweite Abschnitt 51 zeigt den Aufbau, wie er zu der Fig. 3 erläutert wurde. Gut zu erkennen ist, dass der erste
Abschnitt 50 ein Substrat 25 umfasst, auf dessen Oberseite die erste Signalleitung 12i und zumindest die eine zweite Signalleitung 122 geführt sind. Auf der Unterseite des Substrats 25 ist in dem Ausführungsbeispiel aus Fig. 7 unterhalb der Signalleitungen 12i, 122 eine
Dünnfilmwiderstandsschicht 32 ausgebildet.
Wie bereits erläutert, dämpft diese
Dünnfilmwiderstandsschicht 32 das Gleichtaktsignal auf der ersten und der zweiten Signalleitung 12i, 122 deutlich stärker, als das Gegentaktsignal auf den beiden Leitungen. Der erste Abschnitt 50 des erfindungsgemäßen Baluns Iii sorgt dafür, dass das Gleichtaktsignal für Frequenzen oberhalb von in etwa 4 GHz effektiv unterdrückt wird. Wie bereits erläutert, müsste diese Dünnfilmwiderstandsschicht 32 sehr lang sein, damit ein niederfrequentes
Gleichtaktsignal ebenfalls gut gedämpft werden würde. Aus diesem Grund besteht der zweite Abschnitt 51 des
erfindungsgemäßen Baluns Iii aus einem koaxial aufgebauten Balun Iii, wobei der Koaxialleiter 38 von mehreren
Ferriten 37i bis 375 umgeben ist. Der Innenleiter 35 der Koaxialleitung 38 des zweiten Abschnitts 51 des
erfindungsgemäßen Baluns Iii ist mit der ersten
Signalleitung 12i verbunden, wobei der Außenleiter 36 an einem ersten Ende der Koaxialleitung 38 mit der zweiten Signalleitung 122 verbunden ist. Weiterhin weist der zweite Abschnitt 51 des erfindungsgemäßen Baluns Iii optional eine
Kompensationsleitung 52 auf, bei welcher es sich bevorzugt um einen Draht handelt. Diese Kompensationsleitung 52 ist an ihrem ersten Ende ebenfalls mit der ersten
Signalleitung 12i und damit mit dem Innenleiter 35 der Koaxialleitung 38 verbunden. Aufgrund der Ferrite 311 bis 375 erhöht sich die Induktivität des Außenleiters 36 der Koaxialleitung 38, wohingegen aufgrund des koaxialen
Aufbaus sich die Induktivität des Innenleiters 35 nicht erhöht. Dieser Sachverhalt würde in Abhängigkeit der jeweiligen Betriebsfrequenz zu einem unsymmetrischen
Aufbau des erfindungsgemäßen Baluns Iii führen. Aus diesem Grund wird der Innenleiter 35 mit einer separaten
Kompensationsleitung 52 verbunden, die ebenfalls bevorzugt durch die gleichen Ferrite 311 bis 375 geführt wird, wie die Koaxialleitung 38. In diesem Fall erhöht sich die Induktivität des Innenleiters 35 gegenüber der
Gehäusemasse in gleichem Maße, wie sich die Induktivität des Außenleiters 36 gegenüber der Gehäusemasse erhöht. Der erfindungsgemäße Balun Iii weist unabhängig von der
Betriebsfrequenz ein symmetrisches Verhalten auf.
Fig. 8 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer
erfindungsgemäßen Kombination eines Baluns Iii mit
Ferriten 311 bis 375 und eines resistiven Baluns Iii. Im Gegensatz zu Fig. 7, welche eine Draufsicht auf ein
Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Baluns Iii zeigt, veranschaulicht Fig. 8 eine räumliche Ansicht eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Baluns Iii. Gut zu erkennen sind ebenfalls der erste Abschnitt 50 und der zweite Abschnitt 51. Der erste Abschnitt 50 bildet den resistiven Teil des erfindungsgemäßen Baluns Iii,
wohingegen der zweite Abschnitt 51 den sogenannten
"Choked-Balun" zeigt. Fig. 8 zeigt ebenfalls die
Kompensationsleitung 52, die durch die gleichen Ferrite 37i bis 375 geführt wird wie die Koaxialleitung 38, wodurch der erfindungsgemäße Balun Iii symmetrisch aufgebaut ist. Ein Gehäuse 31 schirmt den
erfindungsgemäßen Balun Iii von der Umgebung ab.
Fig. 9 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Kombination eines Baluns Iii mit
Ferriten 311 bis 375 und eines resistiven Baluns Iii mit einer DGS-Struktur 39. Gut zu erkennen ist die DGS- Struktur 39, die dafür sorgt, dass der Gleichtaktanteil deutlich stärker gedämpft wird, als der Gegentaktanteil . Der übrige Aufbau aus Fig. 9 entspricht demjenigen aus Fig. 7, worauf in diesem Zusammenhang verwiesen wird.
Fig. 10 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer
erfindungsgemäßen Kombination eines Baluns Iii mit
Ferriten 311 bis 375 und einer Kompensationsleitung 52 und eines resistiven Baluns Iii mit einer DGS-Struktur 39.
Fig. 10 zeigt eine räumliche Ansicht des erfindungsgemäßen Baluns Iii, wohingegen Fig. 9 eine Draufsicht auf den Selbigen zeigt. Gut zu erkennen ist ebenfalls das Gehäuse 31, das den erfindungsgemäßen Balun Iii abschirmt.
Fig. 11 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer
erfindungsgemäßen Kombination eines Baluns Iii mit
Ferriten 31ι bis 375 und einer Kompensationsleitung 52 zusammen mit Topfkernen 60i, 6O2 und eines resistiven Baluns Iii mit einer DGS-Struktur 39. Die
Kompensationsleitung 52 ist von der Koaxialleitung 38 isoliert. Dies kann dadurch geschehen, dass entweder die Kompensationsleitung 52 und/oder die Koaxialleitung 38 mit einem Schrumpfschlauch versehen sind.
Gut zu erkennen sind zwei Topfkerne 6O1, 6O2, die dazu dienen, um den Einsatzfrequenzbereich bis hin zu
Frequenzen im kHz-Bereich zu erweitern. Dabei ist das Ende der Koaxialleitung 38, welches von dem ersten Abschnitt 50 des Baluns Iii entfernt ist, mit einem ersten Topfkern 6O1 verbunden, wobei der erste Topfkern 6O1 eine in einem Ferrit aufgewickelte Koaxialleitung 38 umfasst. Weiterhin ist das Ende der Kompensationsleitung 52, welches von dem ersten Abschnitt 50 des Baluns Iii entfernt ist, mit einem zweiten Topfkern 6O2 verbunden, wobei der zweite Topfkern 6O2 eine in einem Ferrit aufgewickelte Leitung 52 umfasst, wobei dieser zweite Topfkern 6O2 in etwa die gleichen elektrischen Eigenschaften aufweist, wie der erste
Topfkern 6O1. Bevorzugt werden die Topfkerne 6O1, 6O2 nicht mit der Koaxialleitung 38 und der Kompensationsleitung 52 verbunden, sondern die Koaxialleitung 38 wird in dem ersten Topfkern 6O1 aufgewickelt, wohingegen die
Kompensationsleitung 52 in dem zweiten Topfkern 6O2 aufgewickelt wird.
Die Kompensationsleitung 52, welches bevorzugt eine elektrische Isolierung aufweist, ist am Ausgang des zweiten Topfkerns 6O2 mit der Bezugsmasse verbunden. Der Außenleiter 38 ist am Ausgang des ersten Topfkerns 6O1 ebenfalls mit der Bezugsmasse verbunden. Eine nicht dargestellte Messelektronik ermittelt Betrag und Phase der Spannung des Innenleiters 35 gegenüber der Bezugsmasse.
Fig. 12 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer getrennten Führung einer Koaxialleitung 38 und einer
Kompensationsleitung 52 durch verschiedene Ferrite 70i bis 0io bzw. 71i bis 71i0. In diesem Fall wird die
Koaxialleitung 38 durch die Ferrite 70i bis 70io geführt, wohingegen die Kompensationsleitung 52 durch die Ferrite 71i bis 71io geführt wird. Die Höhe, durch die die Ferrite 70i bis 70io die Induktivität des Außenleiters 38 erhöhen, sollte dabei genauso groß sein, wie die Höhe, durch die die Ferrite 71i bis 71i0 die Induktivität der
Kompensationsleitung 52 erhöhen.
Im Rahmen der Erfindung sind alle beschriebenen und/oder gezeichneten Merkmale beliebig miteinander kombinierbar. Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen
Ausführungsbeispiele beschränkt. Selbstverständlich können z. B. auch mehr als 10 Ferrite oder weniger als 10 Ferrite verwendet werden.

Claims

Ansprüche
1. Messbrücke (1) aufweisend ein erstes Anpassglied (2), ein zweites Anpassglied (3) und ein drittes Anpassglied (4) ,
wobei alle Anpassglieder (2, 3, 4) aus zumindest drei Widerständen {2lr 22, 23, 3i, 32, 33, lr 42, 43) bestehen, die in einer T-Struktur angeordnet sind,
wobei jeweils ein zweiter Widerstand (32) des zweiten Anpassglieds (3) mit einem zweiten Widerstand (22) des ersten Anpassglieds (2) und ein dritter Widerstand (43) des dritten Anpassglieds (4) mit einem dritten Widerstand (23) des ersten Anpassglieds (2) verbunden sind und wobei ein zweiter Widerstand (42) des dritten Anpassglieds (4) mit einem Messobjekt (7) verbindbar ist.
2. Messbrücke nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein dritter Widerstand (33) des zweiten Anpassglieds (3) mit einem Kalibrierstandard (5) verbindbar ist und dass ein erster Widerstand (3i, 4i) des zweiten und des dritten Anpassglieds (3, 4) mit je einem Signaleingang eines Bauelements (11) verbunden ist, das einen
Gleichtaktanteil auf seinen beiden Signaleingängen unterdrückt.
3. Messbrücke nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass es sich bei dem Bauelement (11) um einen Balun (Iii) oder einen Differenzverstärker (112) handelt.
4. Messbrücke nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein erster Widerstand (2i) eines ersten Anpassglieds (2) mit einem Signalgenerator (9) verbindbar ist und/oder dass ein zweiter Widerstand (22) des ersten Anpassglieds (2) mit einem zweiten Widerstand (32) des zweiten Anpassglieds (3) zu einem ersten Ersatzwiderstand (221) zusammengefasst sind und/oder
dass ein dritter Widerstand (23) des ersten Anpassglieds (2) mit einem dritten Widerstand (43) des dritten
Anpassglieds (4) zu einem zweiten Ersatzwiderstand (222) zusammengefasst ist.
5. Messbrücke nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Widerstände (2lr 22, 23, 3lr 32, 33, 4i, 42, 43) des ersten, zweiten und dritten Anpassglieds (2, 3, 4) als Dünnfilmwiderstände auf einem Substrat (25) ausgebildet sind und/oder
dass es sich bei dem Substrat (25) um eine Keramik oder ein Quarzsubstrat handelt.
6. Messbrücke nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Kalibrierstandard (5) durch zumindest einen
Dünnfilmwiderstand (21lr 212) auf dem Substrat (25) gebildet ist und/oder
dass eine Leiterbahn (29), die den zumindest einen als Dünnfilmwiderstand (21lr 212) ausgebildeten
Kalibrierstandard (5) mit dem zweiten Anpassglied (3) verbindet, an ihrem dem Kalibrierstandard (5) zugewandten Ende eine V-förmige Ausnehmung (30) aufweist, die ein kapazitives Streufeld reduziert, und/oder
dass die Messbrücke (1) ein erstes Anschlusselement (6) aufweist, über das das zweite Anpassglied (3) mit einem separaten Kalibrierstandard (5) verbindbar ist, wobei das erste Anschlusselement (6) die gleichen elektrischen
Eigenschaften aufweist, wie ein zweites Anschlusselement (8), das das dritte Anpassglied (4) mit dem Messobjekt (7) verbindet .
7. Messbrücke nach Anspruch 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet, dass die Messbrücke (1) eine Bias-Einrichtung (20)
umfasst, die an den zweiten Widerstand (42) des dritten Anpassglieds (4) angeschlossen ist,
dass die Messbrücke (1) eine Dummy-Bias-Einrichtung (21) umfasst, die an den dritten Widerstand (33) des zweiten Anpassglieds (3) angeschlossen ist und
dass die Dummy-Bias-Einrichtung (21) gleich aufgebaut ist, wie die Bias-Einrichtung (20), wodurch die Messbrücke (1) symmetrisch ist.
8. Balun (Iii) aufweisend einen ersten Abschnitt (50), wobei der erste Abschnitt (50) ein Substrat (25) umfasst, auf dessen Oberseite eine erste Signalleitung (12i) und zumindest eine zweite Signalleitung (122) geführt sind und auf dessen Unterseite unterhalb der Signalleitungen (12lr 122) eine Dünnfilmwiderstandsschicht (32) ausgebildet ist.
9. Balun nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Balun (Iii) einen zweiten Abschnitt (51) umfasst, wobei der zweite Abschnitt (51) eine Koaxialleitung (38) aufweist, deren Innenleiter (35) mit der ersten
Signalleitung (12i) verbunden ist und deren Außenleiter (36) an einem ersten Ende der Koaxialleitung (38) mit der zweiten Signalleitung (122) verbunden ist, und
wobei zumindest ein erster Ferrit (311, 372, 373, 374, 375; 70i, 70io) die Koaxialleitung (38) umgibt.
10. Balun nach Anspruch 8 oder 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass die erste Signalleitung (12i) und die zweite
Signalleitung (122) nahe zueinander angeordnet sind und/oder
dass es sich bei dem Substrat (25) um eine Keramik oder ein Quarzsubstrat handelt.
11. Balun nach einem der Ansprüche 8 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, dass die Dünnfilmwiderstandsschicht (32) eine DGS-Struktur aufweist (39), die die Dünnfilmwiderstandsschicht (32) in zwei voneinander getrennte Dünnfilmwiderstandsschichten (32) aufspaltet, wobei die Breite der DGS-Struktur (39) an das verwendete Substratmaterial und den abzudeckenden Frequenzbereich angepasst ist und wobei diese direkt zwischen den beiden Signalleitungen (12lr 122) auf der Unterseite des Substrats (25) ausgebildet ist.
12. Balun nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Außenleiter (36) der Koaxialleitung (38) an einem zweiten Ende mit der Bezugsmasse verbunden ist und/oder dass der Balun ( I i i ) eine Kompensationsleitung (52) aufweist, deren erstes Ende mit der ersten Signalleitung (12i) verbunden ist und/oder
dass die Kompensationsleitung (52) ein Draht ist.
13. Balun nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Kompensationsleitung (52) zusammen mit der
Koaxialleitung (38) von dem zumindest einen ersten Ferrit (311, 372, 373, 374, 375) umgeben ist oder
dass die Kompensationsleitung (52) von zumindest einem weiteren Ferrit (71i, 71i0) umgeben ist, wobei der
zumindest eine weitere Ferrit (71i, 71i0) die gleichen Eigenschaften aufweist wie der zumindest eine erste Ferrit (311, 372, 373, 374, 375; 10lr 1010) und/oder
dass ein zweites Ende der Kompensationsleitung (52) mit der Bezugsmasse verbunden ist.
14. Balun nach Anspruch 12 oder 13,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Ende der Koaxialleitung (38), welches von dem ersten Abschnitt (50) des Baluns ( I i i ) entfernt ist, mit einem ersten Topfkern (60i) verbunden ist,
wobei der erste Topfkern (60i) eine in einem Ferrit aufgewickelte Koaxialleitung umfasst oder wobei die Koaxialleitung (38) in dem ersten Topfkern (60i)
aufgewickelt ist und/oder
dass die Kompensationsleitung (52) mit einem zweiten Topfkern ( 602) verbunden ist,
wobei der zweite Topfkern (602) eine in einem Ferrit aufgewickelte Leitung umfasst,
oder wobei die Kompensationsleitung (52) in dem zweiten Topfkern (602) aufgewickelt ist
und wobei der zweite Topfkern (602) die gleichen
elektrischen Eigenschaften aufweist, wie der erste
Topfkern (60i) .
15. Messbrücke nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass in die Messbrücke (1) ein Balun (Iii) nach einem der Ansprüche 8 bis 14 als gleichtaktunterdrückendes
Bauelement (11) eingesetzt ist.
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