Schaltung eines 3dB-Summierers

Ich schiebe das mal ins HF-Forum, denn das dürfte der typische 
Anwendungs- und Dimensionierungsfall eines solchen Teils sein.

1.) Es ist in dieser Umgebung typisch, asymmetrische Signale gegen eine 
gemeinsame Masse zu haben.  Elektrisch notwendig ist die galvanische 
Verbindung beider Seiten jedoch nicht.

2.) Hab's nicht nachgerechnet, aber der wird das System bei 50 Ω halten, 
wenn auf der linken Seite nicht mehr alles symmetrisch ist. Solange du 
links symmetrische Lasten hast, fließt durch diesen Widerstand kein 
Strom.

3.) 3 dB -> Halbierung oder Verdoppelung der Leistung.  Du teilst also 
die Eingangsleistung von rechts auf zwei gleiche Teile links auf, oder 
summierst sie umgekehrt. Die 3 dB sind dabei nur der theoretische Wert, 
praktisch hast du logischerweise noch reale Verluste (die 3 dB sind ja 
kein Verlust oder Gewinn als solches).

Jörg W. schrieb:
> 1.) Es ist in dieser Umgebung typisch, asymmetrische Signale gegen eine
> gemeinsame Masse zu haben.  Elektrisch notwendig ist die galvanische
> Verbindung beider Seiten jedoch nicht.
Genau das habe ich mich beim Autor nämlich gefragt: Warum verbindet er 
Primär- und Sekundärseite galvanisch? Es handelt sich um einen Dr.-Ing. 
aus Funkamateur und bei einem Mann seiner Kapazität wird er sich doch 
irgendetwas dabei gedacht haben?

> 2.) Hab's nicht nachgerechnet, aber der wird das System bei 50 Ω halten,
> wenn auf der linken Seite nicht mehr alles symmetrisch ist. Solange du
> links symmetrische Lasten hast, fließt durch diesen Widerstand kein
> Strom.
Verstehe ich richtig, dass der Autor davon ausgeht, dass an Eingang 1 
und 2 jeweils 50 Ohm in Parallelschaltung 25 Ohm ergeben und er deswegen 
mit 25 Ohm abschließt?

> 3.) 3 dB -> Halbierung oder Verdoppelung der Leistung.  Du teilst also
> die Eingangsleistung von rechts auf zwei gleiche Teile links auf, oder
> summierst sie umgekehrt. Die 3 dB sind dabei nur der theoretische Wert,
> praktisch hast du logischerweise noch reale Verluste (die 3 dB sind ja
> kein Verlust oder Gewinn als solches).
Wobei die Leistung jeweils von Eingang 1 als auch Eingang 2 verdoppelt 
wird?

Tobias B. schrieb:
> Wobei die Leistung jeweils von Eingang 1 als auch Eingang 2 verdoppelt
> wird?

Nein, die Leistung von Eingang 1 und die von Eingang 2 (die in der 
dargestellten Version 180° phasenversetzt sein müssen) werden addiert; 
danach ist es folglich die doppelte Leistung, oder eben 3 dB mehr.

Das ist die Verwendung als Combiner. Man kann das Teil auch genau 
anders herum verwenden, auf der rechten Seite die Leistung einspeisen, 
dann wird sie gleichmäßig aufgeteilt, das Gerät arbeitet als Splitter.

> Verstehe ich richtig, dass der Autor davon ausgeht, dass an Eingang 1
> und 2 jeweils 50 Ohm in Parallelschaltung 25 Ohm ergeben und er deswegen
> mit 25 Ohm abschließt?

Das wäre gewissermaßen die gleichspannungsmäßige Betrachtung davon.

Allerdings sind sie 50 Ω natürlich die effektiven Widerstände beim 
jeweiligen Betrieb mit der Betriebsfrequenz, aber das Grundprinzip 
bleibt.

In der HF-Technik ist es üblich, dass alle Anschlüsse auf eine gleiche, 
genormte Impedanz ausgelegt werden, 50 Ω in der Funksendetechnik, 75 Ω 
bei reinen Empfangsanlagen. Du hast dann folglich zwei Signalquellen mit 
je 50 Ω Nennimpedanz, der Splitter führt diese beide zusammen, am 
Ausgang kommt die doppelte (also aus beiden Quellen vereinigte) Leistung 
heraus, ebenfalls wieder an 50 Ω gemessen.

Der 25-Ω-Widerstand hat überhaupt nur irgendeinen Effekt, wenn all diese 
Grundvoraussetzungen (je 50 Ω, gleiche Leistung auf beiden Seiten, 
passende Phasenlage) nicht mehr gegeben sind.

https://en.wikipedia.org/wiki/Power_dividers_and_directional_couplers#Hybrid_transformer
in Figure 16 ist die obige Schaltung auch gezeigt, hier als 
"Hybrid-Transformer" bezeichnet. Die Schaltung sei auch in 
Telefonapparaten zur Entkopplung von Mikrofon und Hörer so aufgebaut, 
also in Niederfrequenztechnik.
Ein "Power divider kann auch umgekehrt als Power-Summierer verwendet 
werden. Die 3dB Verlust sind unvermeidbar, um die beiden Ports 
voneinander zu entkoppeln.

Ja klar, die zweite Hälfte wird aber verbraten, sind also quasi 
verloren, wenn man den Beitrag zur Raumheizung nicht rechnet.
Es gibt eine Möglichkeit, wenn man einen Sender auf zwei Antennen in 
unterschiedliche Richtungen verteilen will, geht das mit 
Viertor-Dividern fast verlustlos.
Auch in parallelgeschalteten HF-Transistorstufen kann man durch die 
Phasenverhältnisse den Verlust vermeiden.

Christoph db1uq K. schrieb:
> Ja klar, die zweite Hälfte wird aber verbraten

Beim gezeigten Splitter/Combiner nicht, sie wird halt aufgeteilt.

Beim rein resistiven Splitter/Combiner hast du tatsächlich zusätzlich 
verbratene Leistung:

1

                 +-------+

2

   o------*------|       |-------*------o

3

          |      +-------+       |

4

          |                      |

5

        +---+                  +---+

6

        |   |                  |   |

7

        |   |                  |   |

8

        |   |                  |   |

9

        +---+                  +---+

10

          |                      |

11

          \----------*-----------/

12

                     |

13

                     |

14

                     o

(Masse mal nicht mitgezeichnet.)

Dieser Splitter/Combiner ist völlig symmetrisch und frequenzunabhängig, 
dafür hat er 6 dB Einfügedämpfung: 3 dB durch die Leistungsteilung, 
weitere 3 dB in den Widerständen.  (Als Combiner hat er damit keinen 
wirklichen Sinn, denn es kommt am Ausgang gerade mal so viel raus, wie 
an jedem seiner Eingänge schon vorhanden war.)

Wir reden von einem Summierer, aber dasselbe passiert im Divider. Der 25 
Ohm Widerstand schluckt die Hälfte der eingespeisten Leistung. Ein 
Dreitor kann nicht verlustlos sein.
Wenn ich eine Frequenz auf zwei Ausgänge aufteile, geht das verlustlos, 
aber zwei Signale unterschiedlicher Frequenz kann ich mit einem Dreitor 
nicht verlustlos zusammenschalten. Mit einem Viertor, Magic-Tee oder 
ähnliches, verteilen sich die beiden eingespeisten Signale gleichmäßig 
auf beide Ausgänge.

Christoph db1uq K. schrieb:
> Der 25 Ohm Widerstand schluckt die Hälfte der eingespeisten Leistung.

Im Idealfall liegt an ihm keine Spannung an, folglich hat er keine 
Verluste.

> Ein Dreitor kann nicht verlustlos sein.

Doch, kann es. Der Ausgangstrafo einer Gegentaktendstufe wäre ein 
typisches Beispiel.

> Wenn ich eine Frequenz auf zwei
> Ausgänge aufteile, geht das verlustlos, aber zwei Signale
> unterschiedlicher Frequenz kann ich mit einem Dreitor nicht verlustlos
> zusammenschalten.

Da gebe ich dir völlig Recht – von Signalen unterschiedlicher Frequenz 
war erstmal jedoch nicht die Rede. Der oben betrachtete Idealfall, in 
dem das Teil verlustlos arbeitet, setzt natürlich zwei phasenstarre (und 
folglich frequenzgleiche) Signale voraus, deren Amplituden gleich sind 
und die den passenden Phasenwinkel (hier 180°) zueinander haben. Nur in 
diesem Falle liegt am 25-Ω-Widerstand keine Spannung an, und die 
komplette summierte Leistung beider Eingänge kann zum Ausgang 
transformiert werden.

Genau, Frequenzweichen hatte ich noch vergessen, damit geht es je nach 
Frequenzabstand fast verlustfrei. Nur wenn beide zu dicht nebeneinander 
liegen wird die Durchgangsdämpfung höher als 3dB, dann kann man gleich 
den 3dB-Koppler nehmen.

Man sollte den Koppler als Viertor zeichnen, mit dem Widerstand am 
vierten Tor angeschlossen, dann wird es klarer. Der eigentliche 
Richtkoppler ist dann verlustfrei.

Das ist noch Elektronik zum Anfassen. :-)