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Die grundsätzliche Funktion des Richtkopplers setze ich als bekannt voraus, sonst bitte im "Rothammel" bei "Reflektometer"nachlesen. Die Einsatzmöglichkeiten der Richtkoppler ( Bild ) sind vielfältig, bei mir nutze ich sie
nix Gerade der zweite Anwendungskomplex ist für jene Mehrheit der bastelnden Funkfreunde sehr interessant, die nicht über einen Networkanalyzer verfügen.
Verwendet wird eine Ausführung mit einer 50-Ω-microstrip und einem darüberliegenden Koppelleiter im Weißblechkasten mit BNC-Buchsen und umsteckbaren Abschlußwiderstand im Meßzweig und externen Pegelmesser mit AD8307. Die im Vorwärtszweig und im Rückwärtszweig ausgekoppelte Spannung nimmt mit steigender Frequenz zu. Bei der 10-fachen Frequenz beträgt sie das 10-fache (+20dB) und bei der 100-fachen Frequenz das 100-fache (+40dB). Die im Vorwärtszweig ausgekoppelte Spannung bei einer Frequenz mit der Wellenlänge Lambda wächst mit der Länge des Koppelleiters. Sie wächst aber auch, wenn dieser dichter an den Innenleiter geführt wird. Das Verhältnis zwischen Vorwärts- und Rückwärtsspannung bei durchgehender Anpassung hängt sehr vom Aufbau ab. Ein guter Kompromiß ist ein Abgleich durch geringfügige Veränderung des Abstandes zwischen Innenleiter und Koppelleiter mit Hilfe einer Justierschraube, womit Richtschärfen von über -40dB einstellbar sind.
Mein Richtkoppler hat folgende Werte:
Frequenz Koppelfaktor Richtfaktor
MHz Vorwärtsspannung/Spannung an angepaßter Last Rückwärtsspannund/Vorwärtsspannung
5 -45 dB -36 dB
10 -38 dB -39 dB
20 -32 dB -39 dB
50 -24 dB -43 dB
100 -19 dB -45 dB
150 -17 dB -35 dB
Mit dem riesigen Meßumfang des Pegelmesser mit AD8307 ist es möglich, in einem weiten Bereich zu messen. Aus der Koppeldämpfung und dem Richtfaktor lassen sich die maximale (damit die "Vorwärts"-Spannung nicht den oberen Anzeigebereich des AD8307 überschreitet) und minimale Leistung (damit die Rückwärts"-Spannung nicht den unteren Anzeigebereich des AD8307 unterschreitet) ermitteln, die zur Anzeige gelangen kann, wobei dann andere Grenzen zu beachten sind, z.B. Spannungen und Ströme, die den Richtkoppler "abrauchen" lassen.
Frequenz minimale Leistung maximale Leistung
5 17,4 mW 1445 W
10 1,6 mW 353 W
20 0,5 mW 88 W
50 0,2 mW 12 W
100 0,09 mW 4 W
150 0,004 mW 2 W
Beim Einsatz als Richtkoppler in der PA wird man bei höheren Frequenzen und Leistungen sowieso eine Diodengleichrichtung mit Zeigermeßinstrument nutzen.
Die Herstellung des Richtkopplers ist eine typische "Küchentischaufgabe" von knapp zwei Stunden Dauer. Da das Bohren von Weißblech zwar möglich, aber immer ein wenig umständlich ist und das Feilen von Aussparungen in die Leiterplatte ebenfalls zeitraubend ist, wird alles auf die Leiterplatte montiert und das Gehäuse bildet den mechanischen Schutz und die Abschirmung. Benötigt werden Vieles ist sicherlich schon vorhanden und der Erfindungsreichtum läßt auch andere Bauelemente zu. Die Leiterplatte wird auf 54,5 mm x 147 mm zugeschnitten und mit den Bohrungen versehen. Eine Seite bleibt vollständig als Massefläche erhalten. Die andere Seite wird bis auf die 135 mm x 2,8 mm microstrip weggeätzt. Alternativ kann auch einseitiges Leiterplattenmaterial verwendet werden und der microstrip mit der Schere von selbstklebender Kupferfolie (Bezug: Conrad Electronic) zugeschnitten und dann aufgeklebt werden. Nach Montage der BNC-Einbaubuchsen werden deren Innenleiter mit dem microstrip verlötet. Dann werden die Seitenwände des Gehäuses in einen Deckel gesteckt, miteinander verlötet (nicht mit dem Deckel!), die Leiterplatte ins Gehäuse gelötet und der Deckel wieder entfernt.
Die Koppelleitung besteht aus einem Stück einseitig beschichteten Leiterplattenmaterial, mit einer microstrip versehen und mit der Laubsäge in die gezeigte Form gebracht, verlötet mit dem Draht, der an die Buchsen "Vorwärts" und "Rückwärts" führt. Zwei Schrauben drücken die Koppelleitung mit ihrem federnden Leiterplattenmaterial an die microstrip. Durch die Justierschraube kann der Abstand der Koppelleitung feinfühlig verändert werden (Bild 2). Zur Herstellung dienen die Schablonen (Bild 3a und 3b).
Der Abgleich ist einfach. Der Meßsender wird auf 50 MHz gestellt und mit dem "Eingang" des Richtkopplers verbunden, ein Abschlußwiderstand kommt an den "Ausgang" des Richtkopplers, der andere an die Buchse "Vorwärts". Als Abschlußwiderstände sollen gute 50 Ohm Ausführungen zum Einsatz kommen.
An die Buchse "Rückwärts" kommt der Pegelmesser mit AD8307. Beim Durchdrehen der Justierschraube ist ein Pegelminimum zu suchen. Wenn das funktioniert, kann der Deckel aufgesetzt werden, verlöten ist nicht unbedingt erforderlich. Der zweite Deckel wird nicht benötigt. Noch einmal wird das Minimum gesucht. Dieser Wert wird notiert und die Anschlüsse (entweder Eingang mit Ausgang oder "Vorwärts" und "Rückwärts") werden vertauscht. Jetzt sollte sich ein Pegel zeigen, der mindestens 30 dB höher liegt. Mit dem Meßsender können dann die frequenzabhängigen Koppelfaktoren und Richtfaktoren tabellarisch erfaßt werden. Bei 1,8 MHz muß die eingespeiste Leistung mindestens 150 mW sein, bei 3,6 MHz noch 60 mW, damit der AD8307 korrekt die Rückdämpfung anzeigen kann. Bei 150 MHz sind nur noch etwa 5 µW erforderlich, der Meßsender erhält ein Dämpfungsglied (natürlich auch selbst gebaut) von -30 dB vorgeschaltet und wird auf 0,5 mW eingestellt. Damit lassen sich dann auch Eingänge von 2m-Verstärkern prüfen, denn bei 0,5 µW liegen an 50 Ohm nur 5 mV an.
Messungen an Eingängen erfolgen dann durch Abprüfen der Rückwärtsdämpfung. Abschlußwiderstand am Ausgang der Filter usw. nicht vergessen! Es wird angezeigt, um wie viel der Eingangswiderstand von 50 Ω (in dB) abweicht.
Dazu eine kleine Tabelle, die die "dB" durchsichtiger machen sollen:
Re (Ohm) 150 100 75 68 59 56 52 50
Re (Ohm) 17 25 33 37 42 45 48 50
s11 (dB) 6 9,5 14 16,5 21,2 25,6 33,8 unendl.
Im Abgleich wird immer versucht, das Minimum der "Rückwärts"-Spannung einzustellen. Die abwechselnde Kontrolle der "Vorwärts"-Spannung, sie muß auf Maximum gebracht werden, ist anzuraten. Es ist sicher auch eine konstruktive Lösung denkbar, die per Koaxialschalter "Vorwärts" und "Rückwärts" austauscht. Jedoch muß der Koaxialschalter eine hohe Übersprechdämpfung haben, wie z.B. handelsübliche Koax-Relais. Bei deren Preisen kommt dann wohl eher der Bau oder Kauf eines zweiten Pegelmessers in Frage. Die Werte können dann gleichzeitig abgelesen werden.