FAQ: Was sind Dämpfungsglieder?

Von Mark Blackwood, Produktmanager für passive Komponenten bei Pasternack

Dämpfungsglieder sind elektrische Komponenten, die dazu dienen, die Amplitude eines Signals zu reduzieren, das die Komponente durchläuft, ohne die Integrität des Signals wesentlich zu beeinträchtigen. Sie werden in HF- und optischen Anwendungen eingesetzt. HF-Dämpfungsglieder werden im Allgemeinen in elektronischen Schaltungen verwendet, während optische Dämpfungsglieder in Glasfasern eingesetzt werden. Es gibt im Wesentlichen sechs verschiedene Arten von HF-Dämpfungsgliedern: fest, stufenweise, stufenlos, programmierbar, Gleichstromvorspannung und Gleichstromsperre.

Zu den wichtigsten Spezifikationen eines Dämpfungsglieds gehören die Dämpfung in Dezibel (dB), der Frequenzbereich (MHz), die Belastbarkeit (W) und die Impedanz (Ohm).

Feste Dämpfungsglieder

Dämpfungsglieder bestehen in der Regel aus einem Widerstandsnetzwerk, das eine bestimmte Wärmeableitung ermöglicht. Es gibt ein paar grundlegende Anordnungen – die „T“-Konfiguration, die „L“-Konfiguration und die „pi“-Konfiguration. Für diese etablierten Layouts gibt es bereits Gleichungen und Widerstandswerte, mit denen sich die charakteristische Impedanz (Z0) für einen bestimmten Frequenzbereich ermitteln lässt; sie werden auch als unsymmetrische Dämpfungsglieder mit asymmetrischen Schaltungen bezeichnet. Die symmetrische Version des „T“-Dämpfungsglieds wird als „H“-Konfiguration und die symmetrische Version des „Pi“-Dämpfungsglieds als „O“-Konfiguration bezeichnet.

Feste Dämpfungsglieder werden durch diese Widerstandsnetzwerke auf eine feste und unveränderliche Dämpfung eingestellt. Sie werden in Signalpfaden platziert, um die übertragene Leistung zu verringern. Sie können oberflächenmontiert, als Hohlleiter oder koaxial ausgeführt sein. Je nach Anwendung kann ein Dämpfungsglied direktional oder bidirektional sein. Bei einem direktionalen Dämpfungsglied kann ein Signal nur vom Eingang zum Ausgang gehen, bei einem bidirektionalen Dämpfungsglied kann es in beide Richtungen gehen. Bei einem chipbasierten Dämpfungsglied wird ein Widerstand durch verschiedene Materialien entwickelt, die auf ein wärmeleitendes Substrat aufgebracht werden. Je nach Verfahren – Dickschicht oder Dünnschicht – ergeben die physikalischen Abmessungen und das verwendete Material einen bestimmten Widerstandswert. Ein kontinuierlich variabler Dämpfungswiderstand kann auch durch eine Anordnung von Widerstandsstäben und Widerstandsscheiben erreicht werden; dennoch werden viele mit Chips gebaut.

Stufendämpfungsglied

Stufendämpfungsglieder sind im Grunde genommen feste Dämpfungsglieder, da sie immer noch passive Bauteile sind, die verschiedene Widerstandsnetzwerke umfassen, um eine bestimmte Dämpfung zu erzeugen. Der Dämpfungswert kann durch einen manuellen Druckknopf oder durch Drehen eines Drehschalters eingestellt werden. Stufendämpfungsglieder können im Gegensatz zu variablen Dämpfungsgliedern nur einen Dämpfungswert erzeugen, der auf vorher zugewiesenen Stufen basiert. Ein Drucktasten-Stufenabschwächer kann beispielsweise von 0 bis 45,5 dB gehen und je nach Anordnung der Tasten in Schritten von 0,5 dB erhöht werden.

Stufenlose Abschwächer
Stufenlose Abschwächer können manuell eingestellt werden, um einen beliebigen Abschwächungswert innerhalb eines bestimmten Bereichs und einer bestimmten Auflösung zu erhalten. In einem aktiven, stufenlos einstellbaren Dämpfungsglied sind die Widerstandsnetzwerke, die in festen Dämpfungsgliedern und Stufendämpfungsgliedern vorhanden sind, durch Festkörperelemente wie Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFETs) oder PIN-Dioden ersetzt worden. Eine bestimmte Dämpfung kann durch Steuerung der Spannung am FET oder des Stroms an der Diode mit größerer Auflösung variiert werden als bei passiven Widerstandsnetzwerken. Die Dämpfung kann manuell oder elektronisch mit einem Motor gesteuert werden, um eine bestimmte Dämpfung beizubehalten.

Programmierbares Dämpfungsglied
Das programmierbare Dämpfungsglied, auch als digitales Stufendämpfungsglied bezeichnet, ist ein Bauteil, das durch eine externe Spannung gesteuert wird. Diese externe Steuerung ist im Allgemeinen computergesteuert. Sie werden häufig über TTL-Eingänge (Transistor-Transistor-Logik) gesteuert, und die Schrittgrößen sind typischerweise 1, 2, 4, 8, 16 und 32. Die TTL-gesteuerten Dämpfungsglieder haben einen logischen Pegel von „0“, wenn die an ein bestimmtes Dämpfungsglied angelegte Spannung weniger als 1 V beträgt, und einen logischen Pegel von „1“, wenn die angelegte Spannung typischerweise 3 V oder mehr beträgt. Diese Logikpegel steuern einpolige Umschalter (SPDT), die die verschiedenen Dämpfungsglieder zu einem Signalpfad verbinden, der die gewünschte Dämpfung ergibt. Im Bereich der programmierbaren Dämpfungsglieder gibt es auch USB-gesteuerte Designs, die das Zusammenschalten von Dämpfungsglied und Computer vereinfachen. Oft sind sie mit etablierter Software ausgestattet, um eine einfache Steuerung des Geräts zu ermöglichen.

Durchgangsdämpfungsglied mit Gleichstromvorspannung
Durchgangsdämpfungsglieder mit Gleichstromvorspannung, auch bekannt als Durchgangsdämpfungsglieder mit Gleichstromvorspannung, lassen Gleichstrom durch und dämpfen gleichzeitig das HF-Signal. Sie haben in der Regel eine Kapazität am Eingang und am Ausgang des Dämpfungsglieds, die den Gleichstrom blockiert, aber das HF-Signal durchlässt – das Gleichstromsignal umgeht das Dämpfungsglied auf einem anderen Weg zum Ausgang.

Gleichstromsperrende Dämpfungsglieder
Gleichstromsperrende Dämpfungsglieder ähneln den Gleichstromvorspannungsdesigns insofern, als sie das Gleichstromsignal blockieren; der Unterschied besteht darin, dass der Gleichstrom vollständig blockiert wird, ohne dass ein Ausgang zum Ausgang des Bauteils führt. Die Gleichstromsperre kann in Reihe mit dem Mittelleiter geschaltet werden, was auch als „innere Gleichstromsperre“ bezeichnet wird; sie kann auch in Reihe mit dem Außenleiter geschaltet werden, was als „äußere Gleichstromsperre“ bezeichnet wird. Es gibt auch Gleichstromblock-Dämpfungsglieder, die sowohl einen inneren als auch einen äußeren Gleichstromblock haben.

Hohlleiter-Dämpfungsglieder

Hohlleiter-Dämpfungsglieder dämpfen ein HF-Signal in einem Hohlleitersystem; dies wird in der Regel durch das Anbringen einer Widerstandsschicht in der Mitte des Hohlleiters erreicht. Ein stufenlos einstellbares Hohlleiterdämpfungsglied verwendet in der Regel eine Schraube, um dieses Widerstandsmaterial von einer Seite der Hohlleiterwand zur Mitte hin einzustellen; in diesem Fall ist das Widerstandsmaterial so geformt, dass eine lineare Variation der Dämpfung erzielt wird. Bei einigen Hohlleiterkonstruktionen kann der Benutzer einen Wert manuell mit Hilfe einer Skala eingeben, um eine bestimmte Dämpfung zu erhalten. Dies vereinfacht den Prozess, da die Schraube in einem stufenlos verstellbaren Hohlleiterdämpfungsglied nicht mehr verstellt und die Dämpfung gemessen werden muss, bis der gewünschte Wert erreicht ist.

Optische Dämpfungsglieder
Optische Dämpfungsglieder dämpfen Lichtwellen anstelle von Elektronenwellen, so dass dieses Dämpfungsglied in der Regel als ein Bauteil funktioniert, das Licht absorbiert oder ableitet. Ähnlich wie bei HF-Designs gibt es verschiedene Arten von optischen Designs, die speziell für eine bestimmte Anwendung entwickelt wurden. Feste optische Dämpfungsglieder nutzen typischerweise dotierte Fasern oder versetzte Spleiße, um das Licht zu streuen. Variable optische Dämpfungsglieder ähneln den variablen HF-Dämpfungsgliedern und programmierbaren Stufen-Dämpfungsgliedern, da sie manuell oder elektronisch gesteuert werden können, um eine bestimmte Dämpfung zu erzielen.

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