Die Direktivität oder Richtschärfe eines Richtkopplers beschreibt, wie gut er die beiden Ausbreitungsrichtungen unterscheidet. Sie wird in dB angegeben und ist besonders wichtig, wenn eine kleine Reflexion neben einer starken hinlaufenden Welle gemessen wird. Hohe Direktivität allein garantiert keine feste Messgenauigkeit.
Zuerst die Portkonvention festlegen
Hier ist Port 1 der Eingang der Hauptleitung, Port 2 der Durchgang, Port 3 der gewünschte Koppelausgang und Port 4 der für diese Anregung isolierte Ausgang.
Hersteller können anders nummerieren. Prüfen Sie das Schaltbild und schließen Sie unbenutzte Ports wie spezifiziert ab. Ein offener Anschluss stellt nicht die üblichen Datenblattbedingungen her.
Kopplung, Isolation und Direktivität
Für gleiche reelle Bezugsimpedanzen und passende Abschlüsse definieren wir die positiven Größen C = −20 log10|S31| und I = −20 log10|S41|. Dann gilt für diese Konvention D = I − C.
Bei 20 dB Kopplung und 50 dB Isolation ergibt sich 30 dB Direktivität. Isolation und Direktivität sind also nicht austauschbar.
Andere Definitionen können eine umgekehrte Anregung oder andere Bezugsebenen verwenden und Durchgangsverluste anders berücksichtigen. Für eine Reflexionsmessung ist die effektive Direktivität mit den tatsächlich angeschlossenen Lasten und Adaptern entscheidend.
Warum die Phase des Lecksignals zählt
Gesuchtes Signal und unerwünschte Kopplung addieren sich als komplexe Amplituden. Je nach Phase wird der Messwert größer oder kleiner. Einfach eine Leckleistung abzuziehen beseitigt diesen Fehler nicht allgemein.
Die auf die Kopplung bezogene Störamplitude liegt im vereinfachten Modell bei 10−D/20. Für 30 dB sind das etwa 0,0316, für 40 dB etwa 0,01.
Eine Direktivität von 40 dB bedeutet deshalb nicht universell ±0,5% Genauigkeit. Die Bedeutung hängt vom Reflexionsbetrag, den übrigen Fehlern und der Kalibrierung ab.
Rechenbeispiel für Rückflussdämpfung
Eine Last mit tatsächlicher Rückflussdämpfung 20 dB hat |Γ| = 0,1. Bei einer äquivalenten Leckamplitude von 0,0316 liefern vereinfachte gleich- und gegenphasige Fälle einen gemessenen Betrag zwischen 0,0684 und 0,1316.
Das entspricht einer angezeigten Rückflussdämpfung zwischen ungefähr 23,3 und 17,6 dB. Das Beispiel berücksichtigt noch nicht alle Quellen-, Detektor- und Kalibrierfehler.
Eine sehr gute Last nahe der Direktivitätsgrenze kann daher nicht zuverlässig allein durch einen besonders kleinen angezeigten Reflexionswert beurteilt werden. Eine teilweise Auslöschung ist keine Verbesserung der Last.
Bezug zu VSWR und Leistung
RL = −20 log10|Γ| und VSWR = (1+|Γ|)/(1−|Γ|). Bei RL = 20 dB ergibt sich VSWR ≈ 1,22 und ein reflektierter Leistungsanteil von 1%.
Das Leistungsverhältnis ist unter den passenden Bedingungen |Γ|², nicht |Γ|. Die Kopplerdirektivität in dB ist außerdem etwas anderes als die räumliche Antennendirektivität relativ zum isotropen Strahler.
Doppelrichtkoppler richtig lesen
Ein Doppelrichtkoppler stellt typischerweise getrennte Abgriffe für hin- und rücklaufende Wellen bereit. Das genaue innere Netzwerk und die Terminierungen entnehmen Sie der Zeichnung.
Prüfen Sie Kopplung und Direktivität für beide Messrichtungen. Zwei Messausgänge machen die Ergebnisse nicht automatisch fehlerfrei; Kabel, Lasten, Sensorbereiche und Frequenzgang bleiben relevant.
Auswahl und Messung
| Merkmal | Benötigte Angabe |
|---|---|
| Direktivität | Mindestwert über das Arbeitsband. |
| Kopplung | Pegel und Frequenzabhängigkeit. |
| Anpassung | Ports, Abschlüsse und Bezugsebenen. |
| Leistung | Hauptleitung und Koppelausgänge. |
| Messung | Dynamik, Wiederholbarkeit und Unsicherheit. |
Eine Isolation am Rauschboden kennzeichnet eine Messgrenze, keine unendliche Direktivität. Dokumentieren Sie die Bedingungen. Grundlagen liefern Microwaves101 zu Richtkopplern und die VSWR-Definition.
