Gute Isolation bei richtkopplern

[Gordon P. (Gast)]

Kann mir jemand sagen was übliche Werte für die isolation von Port 1 zu 
Port 4 ist? Die soll ja möglichst klein sein.

[Simulant (Gast)]

Hängt von der geforderten Bandbreite ab.

Für deine Anwendung der Reflektionsmessung gibt es hier eine Appnote, 
die beim Verständnis der Zusammenhänge hilft. Also wieviel Direktivität 
gefordert ist um eine bestimmte Genauigkeit zu erreichen (rein per 
Hardware, ohne Berücksichtigung einer Fehlerkorrektor/Kalibrierung)

https://www.markimicrowave.com/assets/appnotes/directivity_and_vswr_measurements.pdf

[Simulant (Gast)]

Und noch eine Appnote zum gleichen Thema von Anritsu:
https://www.anritsu.com/en-us/test-measurement/solutions/en-us/understanding-directivity

[Gordon P. (Gast)]

Gordon P. schrieb:
> Kann mir jemand sagen was übliche Werte für die isolation von Port
> 1 zu
> Port 4 ist? Die soll ja möglichst klein sein.

Ich habe einen Kuppler, der gibt mir ca. -20dB auf dem reflektierten 
Port von der eingangsleistung. Die Frage ist, ob das schon zu viel ist 
für vernünftige reflektionsmessung.

[Simulant (Gast)]

Gordon P. schrieb:
> Die Frage ist, ob das schon zu viel ist
> für vernünftige reflektionsmessung.

Das steht in den obigen Dokumenten. Es hängt davon ab, welche 
Genauigkeit du bei welchem Reflektionsfaktor in Hardware erreichen 
möchtest/musst.

ABER: Bei einem VNA kannst du viel nachträglich über die 
Systemfehlerkorrektur aka Kalibrierung retten. Da muss die 
Hardware-Direktivität nicht extrem sein!

Mit den 20dB Isolation bist du im Bereich dieser Lowcost-VSWR-Brücke:
https://siglentna.com/wp-content/uploads/2020/01/Siglent-RBSSA3X25-Reflection-Bridge-Manual.pdf

Bei R&S-Hameg gibt's im Einsteigersegment bessere Isolation von 28dB:
https://scdn.rohde-schwarz.com/ur/pws/dl_downloads/dl_common_library/dl_manuals/gb_1/h/hz647/HZ647_VSWR_Measuring_Bridge_UserManual_de_en_02.pdf

[Mario H. (rf-messkopf)]

Gordon P. schrieb:
> Kann mir jemand sagen was übliche Werte für die isolation von Port 1 zu
> Port 4 ist? Die soll ja möglichst klein sein.

Gordon P. schrieb:
> Ich habe einen Kuppler, der gibt mir ca. -20dB auf dem reflektierten
> Port von der eingangsleistung. Die Frage ist, ob das schon zu viel ist
> für vernünftige reflektionsmessung.

D.h. die -20 dB beziehen sich auf den gekoppelten Port, sind also der 
Koppelfaktor? Was Dich in erster Linie interessiert, um die Fehler bei 
der Reflexionsfaktormessung zu beurteilen, ist die Richtschärfe 
(Directivity) des Kopplers.

Bezogen auf das angehängte Bild: Der Koppelfaktor ist

$$C_{31}=10\cdot\log\Bigl(\frac{P_3}{P_1}\Bigr)$$

und die Isolation

$$I_{41}=-10\cdot\log\Bigl(\frac{P_4}{P_1}\Bigr).$$

Die P_i sind die Leistungen am jeweiligen Port. Mit dieser 
Vorzeichenkonvention (C_31 negativ auf der dB-Skala und I_41 positiv, 
entsprechend dem Wortsinn "Isolation") ist die Richtschärfe dann

$$D_{34}=I_{41}+C_{31}.$$

Normalerweise findet man in Datenblättern den Koppelfaktor und die 
Richtschärfe. Die Isolation kann man dann ausrechnen. Die soll übrigens 
möglichst groß sein, um eine hohe Richtschärfe zu erhalten.

Wie sich die Richtschärfe auf die Fehlergrenzen bei einer 
Reflexionsfaktormessung auswirkt, wurde ja schon sehr zutreffend in 
Beitrag "Re: Gute Isolation bei richtkopplern" beschrieben.

Ich hatte so ein Nomogramm auch irgendwann mal für eigene Zwecke 
gepinselt:
https://www.mariohellmich.de/lostfound/files/nomogram_adapterr.pdf.

[Gordon P. (Gast)]

Mario H. schrieb:
> D.h. die -20 dB beziehen sich auf den gekoppelten Port, sind also der
> Koppelfaktor?

Die -20dB beziehen sich auf 2 nach 4 wenn ich 2 mit einen Match 
abschließe und da eigentlich keine Reflektion kommen sollte. Dann würde 
ich ja erwarten, dass 3 mit meine Koppelung gibt wenn ich anrege und 4 
möglichst klein ist. Jetzt kann natürlich der Match nicht optimal sein. 
Ich habe mir dazu ein recht gutes Kalibrierkit von R&S geliehen und das 
als Match benutzt. Ich weiß also nicht wirklich, ob die -20dB, die ich 
da messe wirklich Reflektion sind oder mein Anregungssignal, das 
einkoppelt weil die Isolation schlecht ist.

Ist die Directivity nicht S34? Das hatte ich nämlich mal gemessen und 
kam so auch 35dB.

[Mario H. (rf-messkopf)]

Gordon P. schrieb:
> Die -20dB beziehen sich auf 2 nach 4 wenn ich 2 mit einen Match
> abschließe und da eigentlich keine Reflektion kommen sollte.

Wenn der Koppler reziprok ist, dann sollte das S_42 ("von 2 nach 4") 
gleich dem S_31 ("von 1 nach 3") sein, und das nennt man, wie oben 
geschrieben, den Koppelfaktor C_31.

> Ist die Directivity nicht S34? Das hatte ich nämlich mal gemessen und
> kam so auch 35dB.

Ja, bis auf das Vorzeichen, wenn man die Konvention in meinem Post oben 
zugrunde legt.

Wenn der Koppler keinen festen Abschluss an Tor 4 hat, kann man die 
Richtschärfe direkt messen. Das Glück hat man aber nicht immer. Dann 
muss man C_31 und I_41 messen und annehmen, dass der Koppler reziprok 
ist.

[Mario H. (rf-messkopf)]

Mario H. schrieb:
> Wenn der Koppler reziprok ist

Mir fällt gerade auf, dass das nicht Reziprozität ist, sondern 
Spiegelsymmetrie des Kopplers um die senkrechte Achse (bezogen auf das 
Bild oben).

[Gordon P. (Gast)]

Scheinbar ist die isolation noch nicht gut genug. Für meinen 
Frequenzbereich 50Mhz bis 2Ghz brauche ich schon 30dB isolation. Kennt 
jemand solche messbrücken?

[Gerhard H. (ghf)]

Ich habe mir jetzt nicht den ganzen thread angetan, aber

< 
https://scdn.rohde-schwarz.com/ur/pws/dl_downloads/dl_common_library/dl_brochures_and_datasheets/pdf_1/ZRB2_13_web.pdf 
>

hilft möglicherweise. Ich glaube, ich habe das Innenleben hier schon
gezeigt.

Gerhard

[Gordon P. (Gast)]

Gerhard H. schrieb:
> hilft möglicherweise. Ich glaube, ich habe das Innenleben hier schon
> gezeigt.

Das Datenblatt ist etwas verwirrend. Wo sehe ich da die Isolation, die 
erreicht werden kann. Könntest du das Innenleben noch einmal zeigen. Ich 
finde es nicht.

[Mario H. (rf-messkopf)]

Gordon P. schrieb:
> Das Datenblatt ist etwas verwirrend. Wo sehe ich da die Isolation, die
> erreicht werden kann. Könntest du das Innenleben noch einmal zeigen. Ich
> finde es nicht.

Wenn ich das Datenblatt richtig interpretiere, dann ist die 
Einfügedämpfung (Eingang-Messtor, also S_12 bezogen auf das obige Bild) 
gleich -7 dB, und der Koppelfaktor (Messtor-Ausgang) gleich -6 dB. Die 
Isolation wäre dann mit einer Richtschärfe von 40 dB gleich 46 dB.

[Gordon P. (Gast)]

Also sehe ich das richtig umso weniger koppelfaktor desto besser die 
isolation?

[Simulant (Gast)]

Ich befürchte es geht die Bedeutung von Isolation und Richtschärfe 
durcheinander, wozu ich leider auch selbst beigetragen hatte mit 
ungenauer Formulierung.

Mario hatte es hier auf den Punkt gebracht:

Mario H. schrieb:
> Was Dich in erster Linie interessiert, um die Fehler bei
> der Reflexionsfaktormessung zu beurteilen, ist die Richtschärfe
> (Directivity) des Kopplers.

[Gerhard H. (ghf)]

Gordon P. schrieb:
> Gerhard H. schrieb:
>> hilft möglicherweise. Ich glaube, ich habe das Innenleben hier schon
>> gezeigt.
>
> Das Datenblatt ist etwas verwirrend. Wo sehe ich da die Isolation, die
> erreicht werden kann. Könntest du das Innenleben noch einmal zeigen. Ich
> finde es nicht.

Die Konfusion geht eigentlich schon bei der ursprünglichen
Frage los. Wer oder was ist Port 4?
Bekommt man den außen überhaupt zu sehen?

Das ist übrigens eine richtige Brückenschaltung. Die Signalauskopplung
ist symmetrisch von den beiden Knoten auf halber höhe der Wheatstone-
Schaltung. Der Balun ist recht aufwendig. Die kupferfarbenen Spulen
sind aus Semi-Rigid-Koax-Kabel, ein knapper mm Aussendurchmesser.

Trotz des Ferritkerns strahlt der Aussenleiter des Koax mehr als der
Innenleiter. Deshalb wird der Innenleiter des Coaxkabels auf der
Brückenseite mit dem Silberdraht verbunden mit identischer Wicklung
auf Ferrit. Das andere Ende geht an GND, möglicherweise über 50R.
Der Silberdraht strahlt dann genauso wie der Mantel des Coax, nur
180° anders.

Gruß, Gerhard

[Gordon P. (Gast)]

Danke fürs hochladen. Die sieht ja abenteuerlich aus. Bei meinem Koppler 
habe ich tatsächlich 4 Anschlüsse herausgeführt. Allerdings verstehe ich 
immer noch nicht so ganz wie die Isolation nun mit dem Koppelfaktor 
zusammenhängt. Heißt das also ich kann bei gleich bleibender 
Direktivität nur durch höheren Koppelfaktor eine gute Isolation 
erreichen?

[Robert M. (r0bm)]

Gordon P. schrieb:
> Allerdings verstehe ich
> immer noch nicht so ganz wie die Isolation nun mit dem Koppelfaktor
> zusammenhängt. Heißt das also ich kann bei gleich bleibender
> Direktivität nur durch höheren Koppelfaktor eine gute Isolation
> erreichen?

Der Koppelfaktor ist gleichbleibend/(vor)gegeben. Bei der weiter oben 
als Bsp. gezeigten R&S-Brücke, bestimmt das Verhältnis der 
Brückenwiderstände zueinander diesen Faktor. Die Isolation hängt davon 
ab wie viel Sorgfalt man bei der Symmetrierung der Brücke walten lässt. 
D.h. wie genau die verwendeten Widerstände/Abschlüsse sind, wie 
breitbandig/symmetrisch der Balun ausfällt (s. zusätzliche linke 
Hilfswicklung), wie gut der DUT- bzw. REF-Port kompensiert (s. 
Madenschrauben) ist. Die Direktivität ergibt sich dann aus der erzielten 
Isolation und dem (vor)gegebenen Koppelfaktor.