Durchgangs Messkoppler 1,5 KW

Von / / Amateurfunk

Definierter Koppelfaktor von -50 dB bis ca. 100MHz

Für Messungen an Sendern mit höherer Ausgangsleistung benötigt man einen Koppler, der einen kleinen Teil des Sendesignals abgreift und auf einem Pegel zur Verfügung stellt, welcher z.B. für einen Spektrumanalysator geeignet ist.

Ein Durchgangs-Messkoppler mit einem definierten Koppelfaktor von -50 dB bis 100 MHz ist ein unverzichtbares Werkzeug für die Signalanalyse an Hochleistungssendern. Die Kombination aus hoher Leistungsfähigkeit, glattem Frequenzgang und einfacher Handhabung macht ihn ideal für Anwendungen in der Kurzwellenmesstechnik. Eine präzise Konstruktion stellt sicher, dass der Koppler rückwirkungsfrei arbeitet und zuverlässige Messdaten liefert.

Ein solcher Koppler muss nicht nur den Anforderungen der Leistungsfähigkeit entsprechen, sondern auch einen definierten und stabilen Koppelfaktor über einen breiten Frequenzbereich bieten. Für Sender im Kurzwellenbereich (<30 MHz) ist ein glatter Frequenzgang bis mindestens 100 MHz erforderlich, um neben dem Grundsignal auch die zweiten und dritten Harmonischen des Sendesignals korrekt analysieren zu können.

Designvorgaben für den Messkoppler

  1. Hohe Belastbarkeit:
    • Der Koppler muss in der Lage sein, Sendeleistungen von bis zu 2 kW ohne Beeinträchtigung der Signalqualität oder Beschädigung zu handhaben.
  2. Definierter Koppelfaktor:
    • Der Koppelfaktor sollte präzise bei -50 dB liegen, um das abgegriffene Signal auf einen Pegel zu reduzieren, der für Messgeräte geeignet ist.
  3. Breiter Frequenzbereich:
    • Der Frequenzbereich des Kopplers sollte sich von 1 MHz bis mindestens 100 MHz erstrecken. Dies stellt sicher, dass auch Harmonische des Grundsignals erfasst werden können.
  4. Glatte Frequenzgangcharakteristik:
    • Ein gleichmäßiger Frequenzgang ist entscheidend, um Verzerrungen bei der Signalanalyse zu vermeiden.
  5. Rückwirkungsfreie Signalabgriff:
    • Der Koppler muss sicherstellen, dass die Abgriffseinheit die Hauptsignalleitung nicht beeinflusst.

Funktionsweise eines Durchgangs-Messkopplers

Ein Durchgangs-Messkoppler arbeitet als passive Baugruppe und besteht in der Regel aus einer Kombination von Richtkopplern, Transformatoren und Abschwächern. Der grundlegende Aufbau umfasst:

  1. Primärleitung:
    • Diese ist für die volle Hochfrequenzleistung des Senders ausgelegt und weist geringe Einfügeverluste auf.
  2. Sekundärabgriff:
    • Hier wird ein Teil der Energie über eine kapazitive oder induktive Kopplung ausgekoppelt.
  3. Dämpfungsglied:
    • Dieses reduziert das ausgekoppelte Signal weiter, um den Zielkoppelfaktor (-50 dB) zu erreichen.
  4. Abschluss und Anpassung:
    • Die Abgriffleitung ist mit einer definierten Last (50 Ohm) abgeschlossen, um Reflexionen und Signalverzerrungen zu vermeiden.

Aufbau

Der Aufbau eines 1,5 KW-Messkopplers erfordert sorgfältige Auswahl von Materialien und Komponenten:

  • Hochleistungstaugliche Primärleitung:
    • Die Leitung muss sowohl thermisch als auch elektrisch stabil sein. Verbinder vom Typ „N“ sind denen vom Typ „PL“ vorzuziehen. Die Leitung vom Ein- zum Ausgang soll möglichst kurz sein.
  • Kapazitive/Induktive Kopplung:
    • Für eine gleichmäßige Energieauskopplung über einen breiten Frequenzbereich eignen sich induktive Koppler (z. B. Eisenpulver- oder Ferritkern-Transformatoren).
  • Dämpfungsglieder:
    • Diese sollten eine hohe Linearität und geringe Frequenzabhängigkeit aufweisen.
  • Gehäuse und Abschirmung:
    • Eine solide metallische Abschirmung minimiert Störeinflüsse von außen und verhindert das Austreten von Signalen.

Messbeispiele

Ein typischer Einsatzbereich für einen solchen Messkoppler liegt in der Überprüfung der Sendeleistung und der Signalreinheit von Kurzwellen-Sendern. Idealerweise an einer definierten Last wie zum Beispiel dieser Dummy-Load.

  1. Analyse der Grundwelle:
    • Messung von Pegel und Frequenz des Hauptsignals
    • Messung von Signalverzerrungen
    • Messung von Modulationseigenschaften
  2. Bewertung der Harmonischen:
    • Identifikation und Messung der Harmonischen zur Einhaltung regulatorischer Vorgaben.
  3. Leistungsverteilung:
    • Überprüfung der Leistungsabgabe im Frequenzspektrum

Realisierung

Ausgehend von einem Entwurf von Don Jackson, W5QN und einem Artikel von Andreas Lindenau, DL2JAL im „Funkamateur“ wurde folgende Schaltung gewählt.

Übertrager
Ringkern T44-2
1 Windung primär (Koaxleitung einseitig an Masse)
N = (Rt/100)*SQRT(Po/Ps) = 10 /100 * SQRT(0,00001) = 31,62 Windungen sekundär

Teiler von der Sekundärwindung zum Ausgang
Rt = 10 Ω ½ W nach GND
Rs = 40 Ω zum Ausgang (47 Ω und 270 Ω parallel) von der Windung zum Ausgang
Die Widerstände müssen quer zur Durchgangsleitung sein, sonst gibt es eine deutliche Kopplung

Praxistipps
  • Die berechnete Windungszahl passt nicht ganz zur gemessenen Dämpfung. Offensichtlich gibt es eine Kopplung außerhalb des Übertragers.
  • Bei einer versuchsweisen Änderung der Windungszahl um 3 Windungen änderte sich der Koppelfaktor weniger als zu erwarten wäre.
  • Es wurde daraufhin experimentell eine Windungszahl von N = 29 festgelegt.

Messung der Koppler-Eigenschaften

Bis über 100 MHz ist die Rückflussdämpfung S11 besser als -25 dB.

Im wichtigen Bereich bis 30 MHz liegt der Wert unter -37 dB.

Über 120 MHz macht sich eine Resonanz bemerkbar.
Der Koppler ist dennoch bis ca. 150MHz brauchbar.
Im gesamten Bereich ist die Auskopplung bei 50 dB +/- 0,5 dB

Anwendung

Der Koppler kann zum Beispiel direkt an einen Hochlast-Abschlusswiderstand angeschlossen werden. Damit können dann Messungen der Signalqualität von Transceivern und Endstufen bei voller Leistung durchgeführt werden.

Durch die sehr geringen Verluste und die hohe Belastbarkeit kann der Koppler dauerhaft im Sendepfad verbleiben und ermöglicht so auch Leistungsmessungen unter realen Betriebsbedingungen zum Beispiel an einer Antenne.

Nach oben scrollen