Ein Richtkoppler in einer Antennenzuleitung entnimmt eine definierte Probe einer laufenden Welle. Er dient vor allem der Leistungsüberwachung, Reflexionsmessung und Rückführung an Mess- oder Regelkreise. „Kopplerantenne“ ist dafür keine eindeutige Bauartbezeichnung: Koppler, Antennentuner und drahtlose Koppelantenne haben unterschiedliche Aufgaben.
Welche Funktion ist gemeint
Ein Richtkoppler sitzt als RF-Netzwerk im Signalweg und besitzt einen Hauptpfad sowie Messports. Ein Antennentuner transformiert dagegen Impedanzen. Eine Nahfeld-Koppelantenne kann Energie ohne direkten galvanischen Anschluss an ein anderes Gerät übertragen.
Die Aussagen hier betreffen den Richtkoppler. Ein Koppler in einer Brandmeldeanlage ist nicht automatisch ein gleichartiges RF-Bauteil. Ebenso entsteht durch einen Messabgriff keine zusätzliche vollständige Funkverbindung.
Hauptpfad und Messprobe
Für ein Beispiel seien Port 1 Eingang, Port 2 Durchgang, Port 3 gekoppelter und Port 4 isolierter Port bei Anregung an 1. Diese Nummerierung ist nicht für alle Hersteller verbindlich.
Die positive Koppeldämpfung C = 10 log10(P1/P3) gibt das Leistungsverhältnis bei passenden Abschlussbedingungen an. 20 dB entsprechen 1% der Eingangsleistung am Messport, also hundertfach kleinerer Leistung, nicht zehnfach kleinerer.
Bei 100 W und 30 dB Kopplung beträgt die ideale Probe 0,10 W, entsprechend +20 dBm. Der Eingang eines Messgeräts muss diesen Pegel einschließlich möglicher Spitzen vertragen; gegebenenfalls ist weitere Dämpfung nötig.
Einfügedämpfung und Energieaufteilung
Die Durchgangsdämpfung IL = 10 log10(P1/P2) umfasst die Verringerung im Hauptpfad. Bei 0,5 dB bleiben etwa 89,1%, nicht 98,9%. Bei 0,2 dB sind es etwa 95,5%.
Ein idealer verlustloser 20-dB-Koppler verteilt bei passenden Abschlüssen 1% zur Probe und 99% zum Durchgang. Schon diese Aufteilung entspricht rund 0,0436 dB Durchgangsdämpfung, bevor zusätzliche Verluste berücksichtigt werden.
Ein idealer gleicher Zweifachteiler gibt jedem Ausgang die Hälfte der Leistung, also −3,01 dB. Diese Aufteilung ist nicht gleichbedeutend mit 50% Wärmedissipation. Ob Teiler oder Koppler passt, hängt vom benötigten Verteilungsverhältnis und der Richtungsinformation ab.
Bidirektionaler und Doppelrichtkoppler
Bei umgekehrter Anregung eines geeigneten Vierport-Richtkopplers tauschen gekoppelte und isolierte Ports ihre Rollen. Ein intern abgeschlossener Port kann diese Nutzung nach außen begrenzen.
Ein Doppelrichtkoppler enthält typischerweise zwei entgegengesetzt ausgerichtete Koppler mit eigenen Abschlüssen. Vorlauf und Rücklauf können getrennt erfasst werden. Anschlussplan, Kalibrierung und Abschlussqualität bestimmen die nutzbare Messung.
Zwei zugängliche Messports ersetzen keine Prüfung der Pegel und Richtungen. Schlechte Anpassung an einem Abgriff kann das Ergebnis beeinflussen.
Richtschärfe und Reflexionsmessung
In der definierten Portkonvention ist Isolation I = 10 log10(P1/P4) und Richtschärfe D = I−C. Bei C = 20 dB und I = 50 dB beträgt D = 30 dB. Richtschärfe ist nicht dasselbe wie Koppeldämpfung oder Durchgangsverlust.
Endliche Richtschärfe lässt einen unerwünschten Wellenanteil in die Probe gelangen. Dieser addiert sich mit einer Phase zum gesuchten Anteil. Daher gewährleistet D = 20 dB nicht allgemein eine Messgenauigkeit von ±0,5 dB.
Nach geeigneter Kalibrierung gilt für das Verhältnis reflektierter zu vorlaufender Leistung am selben Bezugspunkt |Γ| = √(Pref/Pvor) und VSWR = (1+|Γ|)/(1−|Γ|). VSWR 1,5 entspricht 4% reflektierter Leistung; VSWR 1,25 entspricht etwa 1,23%.
Detektordiode und Regelkreis
Eine Detektordiode kann eine RF-Probe in eine auswertbare Spannung umsetzen. Kennlinie, Frequenz, Temperatur und Dynamikbereich müssen kalibriert werden. Der Richtkoppler allein ist weder ein vollständiger Leistungsmesser noch eine automatische Verstärkungsregelung.
Ein Regler kann anhand der Messung Leistung verändern oder eine Störung melden. Eine feste Verbesserung der Fehlerrate oder Lebensdauer folgt daraus nicht. Ein passiver reziproker Richtkoppler ist auch kein Isolator, der alle rücklaufenden Signale im Hauptpfad sperrt.
Auswahl für die Antennenzuleitung
- Frequenzbereich, Referenzimpedanz und Schnittstellen.
- Koppeldämpfung und Frequenzgang der Probe.
- Richtschärfe, Anpassung und Durchgangsdämpfung.
- Mittlere und Spitzenleistung sowie Abschlussbelastung.
- Detektorbereich und Kalibrierung der gesamten Messkette.
Die Richtkoppler-Grundlagen erläutern Ports und Kennzahlen. Für eine Anlage zählen garantierte Daten des Modells und Messbedingungen, nicht pauschale Werte für alle Koppler zwischen 2 und 18 GHz.
