Hybridkoppler

Hybridkoppler sind einfache elektronische Schaltungen, die in der Hochfrequenz- (HF-) und Mikrowellentechnik als wesentliche Schaltungskomponenten verwendet werden. Dabei handelt es sich um Viertore, genauer um Richtkoppler, bei denen die Leistung eines Eingangssignals gleichmäßig auf zwei Ausgänge (Tore, Vorlage:EnS) aufgeteilt wird. Im Gegensatz zu resistiven Kopplern, wie beispielsweise einem Signalteiler oder Leistungsteiler, sind Hybridkoppler näherungsweise verlustfrei. Die Dämpfung vom Eingangstor zu jedem der beiden Ausgangstore beträgt somit jeweils etwa 3 dB.

Je nach Phasenverschiebung der beiden Ausgangssignale unterscheidet man dabei zwei Arten von Hybridkopplern, nämlich 90‑Grad-Koppler (90°) und 180‑Grad-Koppler (180°).

Darüber hinaus gibt es auch Null‑Grad-Koppler (0°), beispielsweise den Wilkinson-Teiler, den Signalteiler und den Leistungsteiler. Diese werden jedoch im Allgemeinen nicht zu den Hybridkopplern gezählt. Wie alle Koppler, die auf Lambda-Viertel-Leitungstransformationen beruhen, und somit nicht „rein resistiv“ arbeiten, weisen auch Hybridkoppler eine nur schmale nutzbare Bandbreite (weniger als eine Oktave) auf.

90°-Koppler

Ein 90°-Hybrid

Die Streumatrix (S‑Matrix) eines 90°‑Kopplers beschreibt mithilfe der insgesamt 4 × 4 S‑Parameter dessen Eigenschaften vollständig:

$S=\frac{\mathrm{-}\mathrm{j}}{\sqrt{2}}\left(\begin{array}{cccc}0& \mathrm{j}& 1& 0\\ \mathrm{j}& 0& 0& 1\\ 1& 0& 0& \mathrm{j}\\ 0& 1& \mathrm{j}& 0\end{array}\right)$

Wie man sieht, ist der Koppler allseitig angepasst (S₁₁ = S₂₂ = S₃₃ = S₄₄ = 0). Die Kopplung von einem beliebigen Tor zu jeweils einem zweiten Tor unterscheidet sich von der zu einem dritten Tor stets um 90°, während das jeweils vierte Tor entkoppelt ist. Aufgrund der Phasenverschiebung von 90° wird dieser Koppler auch als Quadraturkoppler bezeichnet.

180°-Koppler

Der 180°-Koppler ergibt Summen- (Σ) und Differenzsignale (Δ).

Auch ein 180°‑Koppler wird durch dessen S‑Matrix vollständig beschrieben:

$S=\frac{\mathrm{-}\mathrm{j}}{\sqrt{2}}\left(\begin{array}{cccc}0& 1& 1& 0\\ 1& 0& 0& -1\\ 1& 0& 0& 1\\ 0& -1& 1& 0\end{array}\right)$

Auch dieser Koppler ist allseitig angepasst (S₁₁ = S₂₂ = S₃₃ = S₄₄ = 0). Die Kopplung von einem beliebigen Tor zu jeweils einem zweiten Tor unterscheidet sich von der zu einem dritten Tor dagegen um 0° oder um 180°. Mit anderen Worten, man erhält hier Summen- (Σ) und Differenzsignale (Δ). Das jeweils vierte Tor ist hier, wie auch beim 90°‑Koppler entkoppelt.

Eine bekannte Realisierungsform ist der Ringkoppler (Vorlage:EnS) (Bild).

Literatur

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Weblinks

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