FAQ: Was sind Dämpfungsglieder?

Dämpfungsglieder sind elektrische Bauelemente, die dazu ausgelegt sind, die Amplitude eines Signals zu reduzieren, das durch das Bauelement hindurchtritt, ohne die Integrität des Signals wesentlich zu beeinträchtigen. Sie werden in Hochfrequenz- (RF) und optischen Anwendungen eingesetzt. Hochfrequenz-Dämpfungsglieder werden im Allgemeinen in elektronischen Schaltungen verwendet, während optische Dämpfungsglieder in der Faseroptik zum Einsatz kommen. Es gibt im Wesentlichen sechs verschiedene Arten von Hochfrequenz-Dämpfungsgliedern: Festdämpfungsglieder, Schrittdämpfungsglieder, kontinuierlich variable Dämpfungsglieder, programmierbare Dämpfungsglieder, Gleichstrom-Vorspannungsglieder (dc bias) und Gleichstrom-Blockierglieder (dc blocking).

Wichtige technische Spezifikationen eines Dämpfungsglieds, die zu berücksichtigen sind, umfassen die Dämpfung, gemessen in Dezibel (dB), den Frequenzbereich (MHz), die Leistungshandhabung (W) und den Widerstand (Ohm).

Feststufendämpfer

Dämpfungsglieder bestehen typischerweise aus einem resistiven Netzwerk, das eine Wärmeabgabe mit einer bestimmten Rate ermöglicht. Es gibt einige grundlegende Schaltungsanordnungen – die „T“-Konfiguration, die „L“-Konfiguration und die „Pi“-Konfiguration. Diese etablierten Schaltungen verfügen bereits über feste Gleichungen und Widerstandswerte, die verwendet werden können, um den charakteristischen Wellenwiderstand (Z0) über einen Frequenzbereich hinweg zu erreichen, und sind zudem bekannt als unsymmetrische Dämpfungsglieder mit asymmetrischen Schaltkreisen. Die symmetrische oder ausgeglichene Schaltungsversion des „T“-Dämpfungsglieds ist als „H“-Konfiguration bekannt, während die ausgeglichene Version des Pi-Dämpfungsglieds als „O“-Konfiguration bezeichnet wird.

Es gibt drei grundlegende unsymmetrische Dämpfungsglied-Konfigurationen: L, T und Pi. Die symmetrischen Konfigurationen von T und Pi sind jeweils H und O. Symmetrische Konfigurationen sind symmetrische Widerstandsnetzwerke, während unsymmetrische Anordnungen asymmetrisch sind.

Feste Dämpfungsglieder sind durch diese Widerstandsnetzwerke auf eine feste und unveränderliche Dämpfung eingestellt. Sie werden in Signalpfade eingefügt, um die übertragene Leistung zu verringern. Sie können in SMD-Ausführung, als Wellenleiter oder Koaxialtypen ausgeführt sein. Je nach Anwendung können Dämpfungsglieder gerichtet oder bidirektional sein. Bei einem gerichteten Dämpfungsglied kann ein Signal nur von Eingang zu Ausgang fließen, während es bei einem bidirektionalen Dämpfungsglied in beide Richtungen übertragen werden kann. Bei einem chipbasierten Dämpfungsglied wird ein Widerstand durch verschiedene auf ein wärmeleitendes Substrat aufgebrachte Materialien erzeugt, und abhängig vom Verfahren – Dickschicht- oder Dünnfilmtechnik – liefern die physikalischen Abmessungen und die verwendeten Materialien einen bestimmten Widerstandswert. Ein kontinuierlich variabler Widerstand eines Dämpfungsglieds kann ebenfalls erreicht werden, indem eine Anordnung aus Widerstandsstäben und Widerstandsscheiben verwendet wird; dennoch werden viele Dämpfungsglieder mit Hilfe von Chips aufgebaut.

Stufendämpfungsglied

Schrittdämpfer sind grundsätzlich Festdämpfer, da sie weiterhin passive Bauelemente sind, die aus verschiedenen Widerstandsnetzwerken bestehen, um eine bestimmte Dämpfung zu erzeugen. Der Dämpfungswert kann manuell mithilfe von Drucktasten oder durch Drehen eines Drehschalters ausgewählt werden. Im Gegensatz zu variablen Dämpfern können Schrittdämpfer nur Dämpfungswerte erzeugen, die auf vordefinierten Stufen basieren. Ein Schrittdämpfer mit Drucktasten kann beispielsweise von 0 bis 45,5 dB reichen und je nach Anordnung der Tasten in Schritten von 0,5 dB erhöht werden.

Stetig variable Dämpfer

Stufenlos einstellbare Dämpfungsglieder können manuell angepasst werden, um innerhalb eines vorgegebenen Bereichs und einer bestimmten Auflösung jeden Dämpfungswert zu erreichen. Bei aktiven stufenlos variablen Dämpfungsgliedern wurden die Widerstandsnetzwerke, wie sie bei festen Dämpfungsgliedern und Schrittdämpfungsgliedern verwendet werden, durch Halbleiterbauelemente wie Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFETs) oder PIN-Dioden ersetzt. Eine spezifische Dämpfung kann durch Steuerung der Spannung am FET oder des Stroms durch die Diode mit höherer Auflösung variiert werden als mit passiven Widerstandsnetzwerken. Die Dämpfung kann entweder manuell oder elektronisch mithilfe eines Motors eingestellt werden, um einen bestimmten Dämpfungswert aufrechtzuerhalten.

Programmierbares Dämpfungsglied

Der programmierbare Dämpfungsglied, auch als digitales Schrittdämpfungsglied bekannt, ist ein Bauelement, das durch eine äußere Spannung gesteuert wird. Diese externe Steuerung erfolgt in der Regel computergestützt. Häufig werden sie über Transistor-Transistor-Logik (TTL)-Eingänge gesteuert, wobei die Schrittgrößen typischerweise 1, 2, 4, 8, 16 und 32 betragen. Die TTL-gesteuerten Dämpfungsglieder weisen einen Logikpegel von „0“ auf, wenn die an einem bestimmten Dämpfungsglied angelegte Spannung unter 1 V liegt, und einen Logikpegel von „1“, wenn die angelegte Spannung typischerweise 3 V oder höher ist. Diese Logikpegel steuern Einzelweg-Umschalter (SPDT), die die verschiedenen Dämpfungsglieder in einem Signalpfad zuschalten, der eine gewünschte Dämpfung ergibt. Im Bereich der programmierbaren Dämpfungsglieder gibt es ebenfalls Designs mit USB-Steuerung, um die Verbindung zwischen Dämpfungsglied und Computer zu vereinfachen. Oft werden sie zusammen mit etablierter Software angeboten, um eine sofort einsatzfähige Gerätesteuerung zu ermöglichen.

Gleichstromdurchlass-Dämpfungsglied

Gleichstrom-Vorbelastungsdämpfungsglieder, auch als Gleichstrom-Vorbelastung übertragende Dämpfungsglieder bekannt, leiten Gleichstrom, während sie gleichzeitig das HF-Signal dämpfen. Sie besitzen in der Regel eine Kapazität am Eingang und Ausgang des Dämpfungsglieds, die den Gleichstrom am Durchgang hindert, aber das HF-Signal passieren lässt – das Gleichstromsignal umgeht das Dämpfungsglied über einen anderen Pfad zum Ausgang.

Gleichstrom-Sperrdämpfungsglieder

Gleichstrom-Sperrdämpfungsglieder ähneln in ihrem Aufbau den Gleichstrom-Vorbelastungskonstruktionen, da sie das Gleichstromsignal sperren; der Unterschied besteht jedoch darin, dass der Gleichstrom vollständig blockiert wird, ohne dass eine Verbindung zum Ausgang der Komponente besteht. Der Gleichstromsperrblock kann in Reihe mit dem Innenleiter geschaltet werden, auch bekannt als „innerer Gleichstromsperrblock“ – er kann ebenfalls in Reihe mit dem Außenleiter geschaltet werden, was als „äußerer Gleichstromsperrblock“ bezeichnet wird. Es gibt auch Gleichstrom-Sperrdämpfungsglieder mit sowohl innerem als auch äußerem Gleichstromsperrblock.

Wellenleiter-Dämpfungsglieder

Wellenleiter-Dämpfungsglieder dämpfen ein HF-Signal in einem Wellenleitersystem; dies wird üblicherweise erreicht, indem ein Widerstandsfilm in der Mitte des Wellenleiters befestigt wird. Ein kontinuierlich variabler Wellenleiter-Dämpfungssteller verwendet typischerweise eine Schraube, um dieses Widerstandsmaterial von einer Seite der Wellenleiterwand zur Mitte zu justieren; in diesem Fall ist das Widerstandsmaterial so geformt, dass eine lineare Variation der Dämpfung erzielt wird. Einige Wellenleiterkonstruktionen ermöglichen es dem Benutzer, einen Wert manuell über ein Drehfeld einzugeben, um eine bestimmte Dämpfung zu erhalten. Dies vereinfacht den Prozess, da das Justieren der Schraube bei einem kontinuierlich variablen Wellenleiter-Dämpfungsglied sowie das Messen der Dämpfung bis zum Erreichen des gewünschten Werts entfallen.

Optische Dämpfungsglieder

Optische Dämpfungsglieder dämpfen Lichtwellen anstelle von Elektronenwellen, daher fungieren diese Dämpfungsglieder typischerweise als Komponenten, die Licht absorbieren oder streuen. Ähnlich wie bei RF-Designs gibt es verschiedene Arten von optischen Designs, die speziell für eine Anwendung konzipiert sind. Fest eingestellte optische Dämpfungsglieder nutzen typischerweise dotierte Fasern oder versetzte Spleiße, um das Licht zu streuen. Variable optische Dämpfungsglieder ähneln variablen RF-Dämpfungsgliedern und programmierbaren Stufendämpfungsgliedern, da sie manuell oder elektronisch gesteuert werden können, um eine bestimmte Dämpfung zu erzielen.