Ein Hohlleiterkoppler überträgt Energie zwischen RF-Pfaden, um Signale abzutasten, zu verteilen oder unter definierten Bedingungen zu kombinieren. Nicht jeder Koppler ist ein T-Stück oder ein gleicher 3-dB-Teiler. Die Funktion ergibt sich aus Portschema, Amplitude und Phase.
Abgriff über Löcher oder Schlitze
Ein Richtkoppler kann benachbarte Hohlleiter durch Öffnungen in der Wand koppeln. Die Phasenbeziehungen der Beiträge ermöglichen eine unterschiedliche Antwort auf die beiden Ausbreitungsrichtungen.
Die Abstände beziehen sich auf die geeigneten Moden und Ausbreitungsbedingungen. Eine Viertelwellenlänge in einer bestimmten Zweilochkonstruktion ist keine universelle freie Wellenlänge für alle Koppler.
Ein passives Bauteil erzeugt keine Leistung. Eingangsenergie verteilt sich je nach Struktur und Abschlüssen auf Durchgang, gekoppelten Ausgang, Reflexion und Verluste.
Koppeldämpfung berechnen
Als positives Maß sei C = 10 log10(Pein/Pgekoppelt) definiert. 20 dB entsprechen ideal 1% am Abgriff: Bei 100 W sind das 1 W. 25 dB entsprechen etwa 0,316%, also etwa 0,316 W aus 100 W.
Sensor, Detektordiode und nachfolgende Dämpfung müssen diese Pegel und mögliche Spitzen vertragen. Der Koppler allein ist kein vollständiger kalibrierter Leistungsmesser.
Ein idealer gleicher Hybrid verteilt je die Hälfte, also etwa 3,01 dB Reduktion je Ausgang. Gleichzeitig weniger als 0,5 dB gesamte Pfaddämpfung zu jeder dieser beiden Ausgänge wäre damit nicht vereinbar. Zusatzverlust und Leistungsverteilung sind getrennte Größen.
Isolation und Richtschärfe
Für Eingang 1, Durchgang 2, gekoppelten Port 3 und isolierten Port 4 seien C = −20 log|S31| und I = −20 log|S41|. Dann gilt D = I−C. Bei 20 dB Kopplung und 50 dB Isolation sind das 30 dB Richtschärfe.
Andere Hersteller können die Ports anders nummerieren. Nutzen Sie deren Zuordnung und schließen Sie die nicht gemessenen Ports passend ab.
Endliche Richtschärfe begrenzt die Trennung der Wellen. Sie bedeutet nicht, dass die rücklaufende Hauptpfadleistung vollständig gesperrt wird; der reziproke Richtkoppler ist kein Isolator.
Bidirektionale Nutzung
Bei umgekehrter Anregung eines geeigneten Vierport-Richtkopplers wechseln die Rollen von gekoppeltem und isoliertem Port. Ein intern abgeschlossener Anschluss kann die zugänglichen Funktionen begrenzen.
Ein Doppelrichtkoppler verwendet typischerweise zwei entgegengesetzt orientierte Koppelstrukturen mit eigenen Abschlüssen. Für Vor- und Rücklaufmessung zählen die genaue Schaltung, die Kalibrierung und die Anpassung der Messzweige.
T-Verzweigung, Hybrid und Magic Tee
Diese Strukturen haben unterschiedliche Amplituden- und Phasenbeziehungen. Ein 90°-Hybrid ist nicht gleich einem Magic Tee mit Summen- und Differenzport.
Ein beliebiges passives reziprokes Dreitor kann nicht gleichzeitig verlustlos sein, alle Ports anpassen und seine Ausgänge isolieren. Prüfen Sie Topologie und interne Abschlüsse statt nur die Anzahl sichtbarer Anschlüsse.
Signale kombinieren
Bei geeigneter rückwärtiger Verwendung hängt die Ausgangsverteilung von Frequenz, Phase und Amplitude der Eingänge ab. Ein Teil kann in der Last des isolierten Ports enden.
Die Leistungsspezifikation im Teilbetrieb gilt nicht automatisch für jede Kombination zweier Sender. Prüfen Sie die Belastung jedes Ports, der Abschlüsse und des Hauptpfads.
Was ein Koppler nicht ersetzt
Ein Mischer erzeugt durch Nichtlinearität Frequenzkomponenten aus RF und LO. Ein passiver linearer Hohlleiterkoppler allein ist daher kein vollständiger 10-GHz-Mischer. Er kann Signale für eine Mischerschaltung bereitstellen.
Auch induktive Niederfrequenzkopplung und ein Hohlleiter-Lochkoppler sind nicht identische Konstruktionen. Es gibt keinen gemeinsamen Betriebsbereich von 18 bis 220 GHz für alle Koppler.
Auswahl und Prüfung
Benötigt werden Band, Moden, Koppeldämpfung, Frequenzgang, Durchgangsverlust, Isolation und Richtschärfe. Bei Hybriden kommen Phasen- und Amplitudenbalance hinzu.
Definieren Sie mittlere und Spitzenleistung, Flansche und Umgebung. Niedrigpegel-VNA-Messungen benötigen passende Referenzebenen und Abschlüsse und bestätigen nicht alle thermischen Grenzen.
Grundlagen: Richtkoppler und Magic Tee. Der Messabgriff in der Antennenzuleitung ist eine konkrete Anwendung; prüfen Sie die Komponentenfunktion zuerst im vollständigen Portschema.
