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TECHNISCHES GEBIET
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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein Phasenschieber und, genauer
gesagt, kompakte Phasenschieber für 180° Grad.
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HINTERGRUND
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Wie
in der Technik bekannt ist haben Phasenschieber einen weiten Bereich
von Anwendungen. Beispielsweise ist eine solche Anwendung bei Hochfrequenzsignalen,
bei welchen der Phasenschieber eine selektive Phasenverschiebung
einem durchlaufenden Signal erteilt. Im einzelnen werden, wie in
der Technik bekannt ist, Phasenschieber in vielerlei Hochfrequenzanwendungen
verwendet, beispielsweise phasengesteuerte Gruppenantennensysteme.
Eine Art von Phasenschieber, nämlich
ein passiver Phasenschieber 10, ist in 1 dargestellt und
enthält
passive Elemente, welche ein Phasenverzögerungsnetzwerk und ein Phasenvorverschiebungsnetzwerk
verwirklichen und der Phasenschieber enthält ein Paar von Signalwegen,
welche zwischen einem Eingangsanschluss HF FING. und einem Ausgangsanschluss
HF AUSG. vorgesehen sind, wobei der obere der Signalwege durch ein Hochpassfilter 14 zur
Erzeugung einer Phasenvoreilung oder einer positiven Phasenverschiebung
an einem Signal und der untere der Signalwege durch ein Tiefpassfilter 18 verläuft, um
eine Phasenverzögerung
oder eine negative Phasenverschiebung an dem Signal zu bewirken.
Typischerweise wird ein Paar von Schaltern 12, 16 verwendet,
um ein Signal zwischen den Eingangs- und Ausgangsanschlüssen über ein
ausgewähltes
der Filternetzwerke zu leiten. Oft ist ein Paar von Feldeffekttransistoren
vorgesehen, um die aktiven Schaltelemente für jeden der genannten Schalter
zu bilden. Feldeffekttransistoren werden in diesen Anwendungsfällen eingesetzt,
da sie sich leicht als Teil von monolithischen integrierten Schaltungen
fertigen lassen, im Unterschied zu anderen Arten von aktiven Schaltgeräten, beispielsweise
Pindioden. Weiter werden bei dieser Lösung Impedanzanpassungsnetzwerke
(nicht dargestellt) im allgemeinen an dem Eingang und dem Ausgang
jedes Feldeffekttransistors benötigt.
Dies resultiert in einem Bandbreiteverlust, erhöhten Einfügungsverlusten und einer erhöhten Kompliziertheit
und Größe der Phasenschieberschaltung.
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Andere
Arten von Phasenschiebern sind in
US-Patent
5,148,062 , Erfinder Marc E. Goldfarb, erteilt 15. September
1992 und dem
US-Patent 4,733,203 ,
Erfinder Yalcin Ayasil, erteilt am 22. März 1988, beschrieben, wobei
beide Patente auf denselben Zessionar wie die vorliegende Erfindung übertragen
sind. Während
solche Phasenschieber zufriedenstellend bei vielen Anwendungen arbeiten,
ist es erwünscht,
dass die Größe solcher
Phasenschieber minimiert wird.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird ein Phasenschieber geschaffen, um die Phase eines
ihm zugeführten
Signales zu ändern.
Der Phasenschieber enthält
ein erstes induktives Reaktanzelement und ein erstes kapazitives
Reaktanzelement, wobei eine Elektrode entweder mit dem Eingangsanschluss oder
dem Ausgangsanschluss verbunden ist. Der Phasenschieber enthält ein erstes
Paar von Schaltelementen. Ein erstes Schaltelement davon schaltet zwischen
einem leitfähigen
Zustand und einem nicht-leitfähigen
Zustand, wenn sich das Steuersignal von einem ersten logischen Zustand
in einen zweiten logischen Zustand ändert, während ein zweites Schaltelement
davon zwischen einem nicht-leitfähigen
Zustand und einem leitfähigen
Zustand schaltet, wenn sich das Steuersignal von dem ersten logischen
Zustand in den zweiten logischen Zustand ändert. Weiterhin ist ein zweites
Paar von Schaltelementen vorgesehen. Ein erstes Schaltelement davon schaltet
zwischen einem leitfähigen
Zustand und einem nicht-leitfähigen
Zustand, wenn sich das Steuersignal von einem ersten logischen Zustand
in einen zweiten logischen Zustand ändert, während ein zweites Schaltelement
von diesem Paar zwischen einem nicht-leitfähigen Zustand und einem leitfähigen Zustand
umschaltet, wenn sich das Steuersignal von dem ersten logischen
Zustand zu dem zweiten logischen Zustand ändert. Der Phasenschieber enthält ein zweites
kapazitives Reaktanzelement, das parallel zu dem ersten Schaltelement
des ersten Paares von Schaltelementen gelegt ist sowie ein zweites
induktives Reaktanzelement, welches parallel zu dem zweiten Schaltelement
des zweiten Paares von Schaltelementen gelegt ist. Das erste induktive
und das erste kapazitive Reaktanzelement haben jeweils mit einem
ersten Anschluss Verbindung zu dem Eingangsanschluss oder dem Ausgangsanschluss
der Schaltung. Das erste induktive Reaktanzelement ist mit einem
zweiten Anschluss davon mit einem ersten Schaltungsknotenpunkt verbunden
und das erste kapazitive Reaktanzelement ist mit einem zweiten Anschluss
davon an einem zweiten Schaltungspunkt davon angeschlossen. Das
erste Schaltelement des ersten Paares von Schaltelementen ist zwischen
den ersten Schaltungsknotenpunkt und ein Bezugspotential geschaltet
und das zweite Schaltelement des zweiten Paares von Schaltelementen
ist zwischen den zweiten Schaltungsknotenpunkt und das Bezugspotential
geschaltet. Das zweite Schaltungselement des ersten Paares von Schaltungselementen ist
zwischen den ersten Schaltungsknotenpunkt und den jeweils anderen
der Eingangs- und Ausgangsanschlüsse
gelegt. Das erste Schaltelement des zweiten Paares von Schaltelementen
ist zwischen den zweiten Schaltungsknotenpunkt und den jeweils anderen
der Eingangs- und Ausgangsanschlüsse
geschaltet.
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Gemäß der Erfindung
wird ein konfigurierbarer Filter geschaffen. Der Filter ermöglicht eine
Hochpassfilterung zwischen einem Eingangsanschluss und einem Ausgangsanschluss
während
eines ersten logischen Zustandes eines Steuersignals und eine Tiefpassfilterung
zwischen dem Eingangsanschluss und dem Ausgangsanschluss während des zweiten
logischen Zustandes des Steuersignals. Der Filter enthält erste
induktive und erste kapazitive Reaktanzelemente zusammen mit zweiten
induktiven und zweiten kapazitiven Reaktanzelementen. Das erste
induktive Reaktanzelement und das zweite kapazitive Reaktanzelement
sind mit einem ersten Schaltungsknotenpunkt verbunden und das erste
kapazitive Reaktanzelement und das zweite induktive Reaktanzelement
sind mit einem zweiten Schaltungsknotenpunkt verbunden. Es wird
ein Schaltnetzwerk vorgesehen. Das Schaltnetzwerk enthält ein erstes
Schaltelement zur Kopplung des ersten induktiven Reaktanzelementes
zwischen dem Eingangsanschluss und dem Ausgangsanschluss in Abhängigkeit
von dem ersten logischen Zustand des Steuersignales und zur Entkopplung
des ersten induktiven Reaktanzelementes von der Verbindung zwischen
dem Eingangsanschluss und dem Ausgangsanschluss in Abhängigkeit
von dem zweiten logischen Zustand des Steuersignales; ferner ein
zweites Schaltelement zur Kopplung des ersten kapazitiven Reaktanzelementes
zwischen dem Eingangsanschluss und dem Ausgangsanschluss in Abhängigkeit
von dem zweiten logischen Zustand des Steuersignales und zur Entkopplung
des ersten kapazitiven Reaktanzelementes aus der Verbindung zwischen dem
Eingangsanschluss und dem Ausgangsanschluss in Abhänigkeit
von dem ersten logischen Zustand des Steuersignales; weiterhin ein
drittes Schaltelement zur Kopplung des zweiten kapazitiven Reaktanzelementes
zwischen dem ersten Schaltungsknotenpunkt und einem Referenzpotential
während des
ersten logischen Zustands des Steuersignales und zur Nebenschlussbildung
für das
zweite kapazitive Reaktanzelement zur Kopplung des ersten Schaltungsknotenpunktes
mit dem Bezugspotential während
des zweiten logischen Zustandes des Steuersignales und schließlich ein
viertes Schaltelement zur Kopplung des zweiten induktiven Reaktanzelements
zwischen dem zweiten Schaltungsknotenpunkt und das Bezugspotential
während
des zweiten logischen Zustandes des Steuersignals und zur Nebenschlussbildung
für das
zweite induktive Reaktanzelement zur Kopplung des zweiten Schaltungsknotenpunktes
mit dem Bezugspotential während
des ersten logischen Zustands des Steuersignals.
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Mit
derartigen Anordnungen wird ein kompakter Phasenschieber geschaffen,
welcher dazu ausgebildet ist, die Phase eines dem Eingangsanschluss
zugeführten
Signals eines solchen Phasenschiebers um 180° Grad zu ändern, wenn dieses Signal durch
den Phasenschieber läuft,
was in Abhängigkeit
von der Änderung
eines logischen Zustands eines binären Steuersignals erfolgt,
welches der Schaltung zugeführt
wird.
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Die
Einzelheiten einer oder mehrerer Ausführungsformen der Erfindung
werden in den begleitenden Zeichnungen und in der nachfolgenden
Beschreibung dargelegt. Weitere Merkmale, Ziele und Vorteile der
Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den Zeichnungen
und aus den Ansprüchen.
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BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine schematische Darstellung des konfigurierbaren Filters gemäß dem Stande
der Technik;
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2 ist
ein schematisches Schaltbild eines rekonfigurierbaren Filters gemäß der vorliegenden Erfindung;
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3 ist
eine Darstellung einer zu dem Filter nach 2 äquivalenten
Schaltung;
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4A ist
ein schematisches Schaltbild des Filters nach 2,
wenn dieser Filter als Hochpassfilter konfiguriert wird;
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4B ist
ein schematisches Schaltbild des Filters nach 2,
wenn dieser Filter als Tiefpassfilter konfiguriert ist;
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5 ist
ein schematisches Schaltbild eines rekonfigurierbaren Filters gemäß einer
anderen Ausführungsform
der Erfindung;
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6 ist
ein schematisches Schaltbild eines rekonfigurierbaren Filters gemäß wiederrum
einer anderen Ausführungsform
der Erfindung; und
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7 ist
ein schematisches Schaltbild eines rekonfigurierbaren Filters gemäß abermals
einer anderen Ausführungsform
der Erfindung.
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Gleiche
Bezugszahlen in den verschiedenen Zeichnungen bezeichnen gleiche
Elemente.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Es
sei nun auf 2 Bezug genommen. Hier ist ein
Phasenschieber 20 zur Änderung
der Phase eines Signals gezeigt, welche um 180° Grad geändert wird, wenn dieses Signal
durch die Schaltung 20 von dem Eingangsanschluss zu dem
Ausgangsanschluss 24 läuft,
was in Abhängigkeit
von der Änderung
eines logischen Zustandes eines binären Steuersignals geschieht,
das der Schaltung auf der Leitung 26 zugeführt wird
und in seinem logischen Zustand umschaltet. Der Phasenschieber 20 enthält ein erstes
induktives Reaktanzelement L1, hier beispielsweise eine Induktivität oder eine
bestimmte Länge
einer Übertragungsleitung,
sowie ein erstes kapazitives Reaktanzelement C1. Das erste induktive
Reaktanzelement L1 und das erste kapazitive Reaktanzelement C1 sind
mit einer ersten Elektrode an den Eingangsanschluss 22 der
Schaltung 20 gelegt. In der Schaltung 20', welche in 5 gezeigt
ist, sind das induktive Reaktanzelement L1 und das kapazitive Reaktanzelement
C1 mit einer Elektrode an den Ausgangsanschluss 24 der
Schaltung 20 gelegt.
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In
den beiden Schaltungen 20 und 20' enthält der Phasenschieber ein erstes
Paar von Schaltelementen F1, F3, vorliegend Feldeffekttransistoren. Das
dem Phasenschieber 20 zugeführte Signal ist ein Hochfrequenzsignal.
Die in 2 gezeigte Schaltung ist eine a-c-äquivalente
Schaltung, wobei es sich versteht, dass eine richtige d-c-Vorspannungsschaltung,
welche nicht gezeigt ist, für
die Feldeffekttransistoren vorgesehen ist, welche in der Schaltung 20 bzw. 20' verwendet werden.
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Ein
erstes Schaltelement des Paares von Schaltelementen, hier beispielsweise
ein Feldeffekttransistorschalter F3, schaltet zwischen einem leitfähigen Zustand
und einem nicht-leitfähigen
Zustand, wenn sich das Steuersignal von einem ersten logischen Zustand,
vorliegend einer logischen 1 in einen zweiten logischen Zustand,
vorliegend eine logische 0, ändert,
während
aufgrund des Inverters 27 ein zweites Schaltelement des
ersten Paares von Schaltelementen, hier ein Feldeffekttransistor
F1, zwischen einem nicht-leitfähigen
Zustand und einem leitfähigen
Zustand umschaltet, wenn das Steuersignal sich von dem ersten logischen
Zustand in den zweiten logischen Zustand ändert.
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Es
ist weiter ein zweites Paar von Schaltelementen F2, F4 vorgesehen.
Ein erstes Schaltelement davon, vorliegend ein Feldtransistorschalter
F2, schaltet zwischen einem leitfähigen Zustand und einem nicht-leitfähigen Zustand
um, wenn sich das Steuersignal von dem ersten logischen Zustand
in den zweiten logischen Zustand ändert, während aufgrund des Vorhandenseins
des Inverters 27 ein zweites Schaltelement des Paares,
hier ein Feldeffekttransistorschalter F4 zwischen einem nicht-leitfähigen Zustand
und einem leitfähigen
Zustand umschaltet, wenn sich das Steuersignal von dem ersten logischen
Zustand in den zweiten logischen Zustand ändert.
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Somit
sind während
des ersten logischen Zustandes des Steuersignales auf der Leitung 26 die Schalter
F1 und F4 offen oder im nicht-leitfähigen Zustand, während die
Schalter F2 und F3 geschlossen sind oder sich im leitfähigen Zustand
befinden. Während
des zweiten logischen Zustandes des Steuersignales auf der Leitung 26 sind
die Schalter F2 und F3 offen oder im nicht-leitfähigen Zustand, während die Schalter
F1 und F4 geschlossen sind oder sich im leitfähigen Zustand befinden.
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Der
Phasenschieber enthält
ein zweites induktives Reaktanzelement L2, vorliegend beispielsweise
eine Induktivität
oder eine Länge
einer Übertragungsleitung,
welche parallel zu dem zweiten Schaltelement F4 des zweiten Paares
von Schaltelementen geschaltet ist, sowie eine zweite kapazitive
Recktanz C2, welche parallel zu dem ersten Schaltelement F3 des
ersten Paares von Schaltelementen geschaltet ist. Die erste Induktivität L1 und
das erste kapazitive Reaktanzelement C1 haben jeweils mit einem
ersten Anschluss davon Verbindung zu dem Eingangsanschluss 22 in
der Schaltung 20 (2) und dem
Ausgangsanschluss 24 in der Schaltung 20' (5).
Die erste induktive Recktanz L1 ist mit einem zweiten Anschluss
an einen ersten Schaltungsknotenpunkt N1 gelegt und das erste kapazitive
Reaktanzelement C1 ist mit seinem zweiten Anschluss an einen zweiten
Schaltungsknotenpunkt N2 gelegt. Das erste Schaltelement F3 des
ersten Paares von Schaltelementen ist zwischen den ersten Schaltungsknotenpunkt
N1 und ein Bezugspotential, vorliegend eine ac-Erdung gelegt und
das zweite Schaltelement F4 des zweiten Paares von Schaltelementen
ist zwischen den zweiten Schaltungsknotenpunkt N2 und das Bezugspotential,
hier eine ac-Erdung
gelegt, wie dies in der Zeichnung gezeigt ist.
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Das
zweite Schaltelement F1 des ersten Paares von Schaltelementen ist
zwischen den ersten Schaltungsknotenpunkt N1 und den Ausgangsanschluss 24 der
Schaltung 20 (2) und den Eingangsanschluss 22 für die Schaltung 20' (5)
geschaltet. Das erste Schaltungselement F2 des zweiten Paares von
Schaltelementen ist zwischen den zweiten Schaltungsknotenpunkt N2
und den Ausgangsanschluss 24 für die Schaltung 20 (2)
bzw. den Eingangsanschluss 22 für die Schaltung 20' (5)
geschaltet. Wie oben angemerkt, sind für den ersten logischen Zustand
des Steuersignals auf der Leitung 26 die Schalter F1 und
F4 offen oder im nicht-leitenden Zustand, während die Schalter F2 und F3
geschlossen sind oder sich im Leitungszustand befindet. Während des
zweiten logischen Zustandes des Steuersignales auf der Leitung 24 sind die
Schalter F2 und F3 offen oder im nicht-leitenden Zustand, während sich
die Schalter F1 und F4 im geschlossenen Zustand oder im Leitungszustand
befinden. Somit bilden während
des ersten logischen Zustandes des Steuersignales die Schaltungen 20 und 20' eine Hochpassfilterstruktur,
welche in 4A gezeigt ist, wohingegen sie
während
des zweiten logischen Zustandes des Steuersignales die Tiefpassfilterstruktur
bieten, welche in 4B gezeigt ist. Weiter ändert sich
die Phasenverschiebung des Hochfrequenzsignales, das dem Eingangsanschluss 22 zugeführt wird,
um 180°,
wenn das Steuersignal auf der Leitung 26 zwischen seinen
logischen Zuständen umschaltet.
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Somit
ergibt sich aus Obigem, und hier sei auf 3 Bezug
genommen, eine rekonfigurierbare Schaltung 20 bzw. 20'. Die Schaltung 20 bzw. 20' bietet eine
Hochpassfilterung zwischen dem Eingangsanschluss 22 und
dem Ausgangsanschluss 24 während eines ersten logischen
Zustandes des Steuersignales auf der Leitung 26, und eine
Tiefpassfilterung zwischen dem Eingangsanschluss 22 und
dem Ausgangsanschluss 24 während des zweiten logischen Zustandes
des Steuersignales auf der Leitung 26. Die Schaltung 20 bzw. 20' enthält ein erstes
induktives und ein erstes kapazitives Reaktanzelement L1 bzw. C1
zusammen mit zweiten induktiven und zweiten kapazitiven Reaktanzelementen
L2 bzw. C2. Das erste induktive Reaktanzelement L1 und das zweite kapazitive
Reaktanzelement C2 sind mit dem ersten Schaltungsknotenpunkt N1
verbunden und das erste kapazitive Reaktanzelement C1 und das zweite
induktive Reaktanzelement L2 sind mit dem zweiten Schaltungsknotenpunkt
N2 verbunden. Ein Schaltnetzwerk enthält ein erstes Schaltelement
F1 zur Kopplung des ersten induktiven Reaktanzelementes L1 in die
Verbindung zwischen dem Eingangsanschluss 22 und dem Augangsanschluss 24 in
Abhängigkeit
von dem ersten logischen Zustand des Steuersignals auf der Leitung 26 und
zur Entkopplung des ersten induktiven Reaktanzelementes L1 aus der Verbindung
zwischen dem Eingangsanschluss 22 und dem Augangsanschluss 24 in
Abhängigkeit
von dem zweiten logischen Zustand des Steuersignals auf der Leitung 26.
Ein zweites Schaltelement F2 ist zur Verbindung des ersten kapazitiven
Reaktanzelementes C1 zwischen dem Eingangsanschluss 22 und
dem Augangsanschluss 24 in Abhängigkeit von dem zweiten logischen
Zustand des Steuersignals auf der Leitung 26 und zur Entkopplung
des ersten kapazitiven Reaktanzelementes C1 aus der Verbindung zwischen
dem Eingangsanschluss 22 und dem Ausgangsanschluss 24 in
Abhängigkeit
von dem ersten logischen Zustand des Steuersignals auf der Leitung 26 vorgesehen.
Ein drittes Schaltelement F3 ist zur Kopplung des zweiten kapazitiven
Reaktanzelementes C2 in die Verbindung zwischen dem ersten Schaltungsknotenpunkt
N1 und einem Bezugspotential, hier einer a-c-Erdung vorgesehen, was während des
zweiten logischen Zustandes des Steuersignals auf der Leitung 26 geschieht,
und dient zur Parallelschaltung, d. h. zum Kurzschliessen des zweiten
kapazitiven Reaktanzelementes C2 zur Kopplung des ersten Schaltungsknotenpunktes
N1 mit dem Bezugspontential während
des ersten logischen Zustandes des Steuersignals auf der Leitung 26.
Ein viertes Schaltelement F4 ist für die Kopplung des zweiten
induktiven Reaktanzelementes L2 zwischen den zweiten Schaltungsknotenpunkt
N2 und dem Bezugspotential während
des ersten logischen Zustandes des Steuersignals auf der Leitung 26 und
zur Parallelschaltung (zum Kurzschliessen) des zweiten induktiven
Reaktanzelements L2 zur Kopplung des zweiten Schaltungsknotenpunktes
N2 mit dem Bezugspotential während
des zweiten logischen Zustandes des Steuersignals auf der Leitung 26 vorgesehen.
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Es
sei nun auf 6 Bezug genommen. Hier ist ein
rekonfiguierbarer Phasenschieber 20'' gemäß der Erfindung
gezeigt. Hier wird, anstatt einen gesonderten Kondensator als zweites
kapazitives Reaktanzelement C2 vorzusehen, dieses zweite Reaktanzelement
C2 (in gestrichelten Linien angedeutet) durch die inhärente Kapazität zwischen
der Source-Elektrode und der Drain-Elektrode des Feldeffekttransistors dargestellt,
welcher das dritte Schaltelement F3 bildet. Hier ist die Umgebung
des Transistors so gewählt,
dass sich im nicht leitenden Zustand dieselbe Kapazität ergibt,
wie sie der Kondensator C2 hat.
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Nunmehr
sei auf 7 Bezug genommen, in welcher
ein rekonfigurierbarer Phasenschieber 20''' gemäß der vorliegenden
Erfindung gezeigt ist. Hier sind in der dargestellten Weise die
Kondensatoren C3, C4 und C5 vorgesehen, wobei eine zusätzliche Abstimmmöglichkeit
und/oder ein schwimmender Betrieb der Source-Elektroden und Drain-Elektroden der
Feldeffekttransistoren bei Spannungen erwünscht ist, welche von der Erdungsspannung
verschieden sind, wodurch eine größere Wahlfreiheit der Gate-Steuerspannungen
der Feldeffekttransistoren ermöglicht
wird.
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Es
wurde eine Anzahl von Ausführungsformen
der Erfindung hier beschrieben. Gleichwohl versteht es sich, dass
vielerlei Modifikationen vorgenommen werden können, ohne dass von dem Grundgedanken
der Erfindung abgewichen wird. Beispielsweise können andere Schaltelemente
als die Feldeffekttransistoren eingesetzt werden, beispielsweise PHEMT-Geräte. Demgemäß liegen
auch andere Ausführungen
innerhalb des Grundgedankens der anliegenden Ansprüche.