Kurzantwort zur Auswahl
Die Auswahl beginnt mit der Signalaufgabe: Ein Leistungsteiler erzeugt mehrere definierte Ausgangspfade, ein Kombinierer führt phasen- und amplitudenkompatible Quellen zusammen, und ein Richtkoppler entnimmt einen festgelegten Anteil der vor- oder rücklaufenden Welle, ohne den Hauptpfad wesentlich zu belasten. Erst danach werden über das gesamte Band Gesamt- und Zusatzverlust, Amplituden- und Phasenbalance, Isolation beziehungsweise Richtschärfe, Anpassung, mittlere und Spitzenleistung sowie Fehlanpassung verglichen. Bezugsflächen, Portbelegung, Abschluss der unbenutzten Ports und Messbedingungen müssen bei allen Kandidaten identisch und eindeutig dokumentiert sein.
Welches Bauteil löst die eigentliche Signalaufgabe?
Vor jeder Datenblattbewertung muss feststehen, ob Energie gleichmäßig verteilt, kohärent kombiniert, richtungsselektiv abgetastet oder mit einer definierten Phasenlage ausgegeben werden soll.
| Systemaufgabe | Geeigneter Ausgangspunkt | Erforderlicher Nachweis | Ausschlusskriterium |
|---|---|---|---|
| Ein Eingang, gleichwertige Ausgänge | 0-Grad- oder Wilkinson-Leistungsteiler | Portzahl, ideale Teilung, Zusatzverlust, Amplituden-/Phasenbalance, Ausgangsisolation | Balance und Isolation fehlen für Bandgrenzen oder Temperaturbereich |
| Kohärente Quellen zusammenführen | Reziproker Teiler/Kombinierer, Hybrid oder abgestimmtes Kombinationsnetzwerk | Zulässige Eingangsfehler, Isolation, Lastverhalten, Leistung je Eingang und am Summenport | Eine Quelle kann durch Rückleistung einer anderen Quelle gefährdet werden |
| Vor- oder Rücklaufleistung messen | Richt- oder Zweirichtungskoppler | Koppelfaktor, Koppelflachheit, Richtschärfe, Hauptleitungsverlust, Orientierung | Leckanteil am gekoppelten Port ist für die geforderte Messgenauigkeit zu groß |
| Quadratur- oder Differenzpfade | 90-Grad- oder 180-Grad-Hybrid | Amplituden-/Phasenbalance, Isolation, Bandbreite und Abschlussbedingungen | Restfehler überschreiten die Kalibrierreserve des Systems |
| Extrem breitbandig bis nahe DC | Resistiver Teiler, sofern Verlust und Isolation zulässig sind | Gesamtverlust, Isolation, Verlustleistung und Auswirkung auf das Rauschbudget | Zusatzverlust oder Portkopplung verletzt die Signalkettenreserve |
Portzustände und Bezugsflächen gehören in jede Spezifikation
Eine Verlust-, Anpassungs- oder Isolationsangabe ist nur vollständig, wenn angeregter Port, Messport und Abschlusszustand aller übrigen Ports genannt sind. Ein offener oder ungeeignet abgeschlossener Port verändert das Verhalten eines Drei- oder Viertornetzwerks. Deshalb müssen Systemimpedanz, Stecker-Bezugsflächen, einbezogene Adapter und Kabel, erwartete Quell- und Lastfehlanpassung sowie eine eventuelle De-Embedding-Grenze dokumentiert werden.
Beim Teilen sind gemeinsamer Eingang und alle Ausgänge zu kennzeichnen. Beim Kombinieren darf die Richtung erst umgekehrt werden, wenn Reziprozität und zulässige Kopplung zwischen den Quellen bestätigt sind. Beim Richtkoppler müssen Durchgangs-, Koppel- und Isolationsport sowie die Orientierung für Vor- und Rücklaufmessung eindeutig sein.
Idealer Teilungsverlust und realer Zusatzverlust
Bei einem idealen gleichmäßigen N-Wege-Teiler sinkt die Leistung je Ausgang unvermeidbar um 10 log10(N) dB. Leitungs-, Dielektrik-, Transformator- und Fehlanpassungsverluste kommen hinzu. Manche Datenblätter nennen den gesamten Pfadverlust, andere nur den Verlust oberhalb der idealen Teilung. Ohne diese Definition ist ein Vergleich unzulässig.
| Ausgänge | Idealer Leistungsanteil | Idealer Teilungsverlust |
|---|---|---|
| 2 | 50 % | 3,01 dB |
| 3 | 33,3 % | 4,77 dB |
| 4 | 25 % | 6,02 dB |
| 8 | 12,5 % | 9,03 dB |
Rechenbeispiel für einen 2-Wege-Teiler
Gemessen werden 3,45 dB vom gemeinsamen Eingang zu Ausgang 1 und 3,62 dB zu Ausgang 2. Nach Abzug der idealen 3,01 dB ergeben sich Zusatzverluste von 0,44 dB und 0,61 dB; die Amplitudenabweichung beträgt 0,17 dB. Bei +30 dBm am Eingang liegen ohne Fehlanpassungskorrektur ungefähr +26,55 dBm und +26,38 dBm an. Phase, Isolation, Rückflussdämpfung und Leistungsfestigkeit sind damit noch nicht nachgewiesen.
Balance, Isolation und Richtschärfe sind unterschiedliche Größen
Amplituden- und Phasenbalance bestimmen, wie gleichmäßig parallele Pfade angesteuert werden und wie effizient kohärente Signale am gewünschten Port addiert werden. In Antennenarrays, balancierten Stufen und kalibrierten Messpfaden führen kleine Abweichungen zu Strahlformungsfehlern, unvollständiger Auslöschung oder ungleicher Leistungsverteilung. Maßgeblich ist der schlechteste Wert über Frequenz und Temperatur.
Die Isolation eines Teilers beschreibt die unerwünschte Kopplung zwischen seinen Ausgangszweigen. Bei geringer Isolation kann die Reflexion eines Zweigs den anderen Zweig modulieren. Im Kombinierbetrieb kann eine Quelle Leistung einer zweiten Quelle sehen; Phasen- oder Amplitudenfehler werden dann teilweise in einem Isolationswiderstand oder Abschluss in Wärme umgesetzt.
Die Richtschärfe eines Kopplers zeigt, wie gut der gekoppelte Port die gewünschte Laufrichtung von der entgegengesetzten Leckkomponente trennt. Bei positiven dB-Beträgen wird häufig Richtschärfe = Isolation - Kopplung - Hauptleitungsverlust verwendet. Vor der Rechnung sind Portdefinition und Vorzeichenkonvention des Herstellers zu prüfen.
Leistungsfestigkeit muss als Mehrtorzustand bewertet werden
Die Summenleistung am Ausgang reicht als Kombinierer-Spezifikation nicht aus. Benötigt werden mittlere und Spitzenleistung jedes Eingangs, zulässiger Amplituden- und Phasenfehler, Puls- oder Modulationsdaten, Temperatur, Last-VSWR und Fehlerfälle. Driften zwei gleich große Quellen aus der Sollphase, sinkt die Nutzleistung und ein Teil kann im Isolationspfad oder Abschluss dissipiert werden. Eine Nennleistung an angepasster Last deckt diesen Zustand nicht automatisch ab.
Bei Kopplern sind Hauptleitungsleistung, Leistung am Koppelport und Belastbarkeit des Isolationsabschlusses getrennt zu betrachten. Pulsbetrieb erfordert Pulsbreite, Wiederholrate und Spitzenhüllkurvenleistung; modulierte Signale erfordern mittlere Leistung und Crest-Faktor.
Prüfplan für passive Mehrtorbauteile
- Kalibrierung bis zu den vereinbarten Bezugsflächen. Adapter, Kabel und De-Embedding dokumentieren.
- Alle unbenutzten Ports korrekt terminieren. Abschlüsse müssen Band und Leistung abdecken.
- Relevante S-Parameter vollständig messen. Rückflussdämpfung, Übertragung und Isolation in den geforderten Richtungen erfassen.
- Amplituden- und Phasenbalance aus demselben Sweep bestimmen. Schlechteste Werte über Frequenz und Temperatur sichern.
- Beim Koppler Koppelflachheit und Richtschärfe prüfen. Portorientierung im Bericht erhalten.
- Bei repräsentativer Leistung wiederholen. Drift, Erwärmung, Steckertemperatur und Abschlussbelastung beobachten.
- Fehlanpassungs- und Fehlerfälle abdecken. VSWR, Phase, Dauer und zulässiges Verhalten festlegen.
- Qualifikation und Serienabnahme trennen. Für einen reduzierten Produktionstest ist eine dokumentierte Korrelation nötig.
Typische Fehlentscheidungen
- Gesamtverlust eines Produkts mit Zusatzverlust eines anderen vergleichen.
- Einen Richtkoppler einsetzen, obwohl gleichwertige, verlustarme Ausgänge benötigt werden.
- Quellen kombinieren, ohne Phasen-, Amplituden- und Ausfallzustände zu definieren.
- Unbenutzte Ports während Messung oder Betrieb offen lassen.
- Isolation fordern, aber Portanpassung und Abschlussqualität nicht festlegen.
- Bei Breitbandbetrieb Balance nur in der Bandmitte prüfen.
- CW-Nennleistung auf Puls-, Crest-Faktor- oder Fehlanpassungsbetrieb übertragen.
- Verlustleistung im Isolationswiderstand bei unausgeglichenen Eingängen ignorieren.
Angaben für Anfrage und Abnahme
- Funktion: Teilen, Kombinieren, Abtasten, Quadratur, Differenz oder mehrstufige Verteilung
- Arbeitsband, Schutzband und Temperaturbereich
- Systemimpedanz, Portzahl, Steckervariante und Bezugsflächen
- Teilungs- oder Koppelfaktor einschließlich Flachheit
- Gesamtpfadverlust und gesonderter Zusatzverlust
- Amplituden- und Phasenbalance über Frequenz und Temperatur
- Portisolation, Richtschärfe und Rückflussdämpfung
- Mittlere, Spitzen- und Pulsleistung an jedem Port
- Last-VSWR, Phasenabdeckung, Fehlerdauer und Überlebenskriterium
- Bauform, Montage, Kühlung, Masse und Umgebungsgrenzen
- Qualifikationsmessungen, Seriengrenzen und gewünschtes Datenformat
