Integrierte bidirektionale Messbrücke HF-Leistung und Rückflussdämpfung bestimmen!

Eine Störstelle wird über ihr Antwortverhalten mit richtungsabhängigen Informationen charakterisiert. Integrierte Schaltungstechnik misst dazu unter kompaktem Formfaktor breitbandig auf der Leitung.

Richtkoppler finden in einer Vielzahl von Applikationen zur Messung einer HF-Leistung Verwendung. Dabei nehmen sie unterschiedliche Plätze in der Signalkette ein. Der neue Baustein ADL5920 vereint einen breitbandigen brückenbasierten Richtkoppler mit zwei Effektivwertdetektoren, in einem 5 mm x 5 mm großen oberflächenmontierbaren Gehäuse. Das bringt signifikante Vorteile gegenüber konventionellen diskreten Richtkopplern, bei denen die simultane Optimierung von Größe und Bandbreite unterhalb von 1 GHz problematisch ist.

In-Line-Messungen von HF-Leistung und Rückflussdämpfung setzen üblicherweise auf Richtkoppler und HF-Leistungsdetektoren. In Bild 1 überwacht ein bidirektionaler Koppler die übertragene und reflektierte HF-Leistung in einer Funk- oder Messtechnikanwendung.

Manchmal wird eine eingebettete HF-Leistungsüberwachung angestrebt, z.B. beim Einkoppeln zweier oder mehrerer Signalquellen in den Übertragungspfad. (entweder mit einem HF-Schalter oder über externe Kabel)

Richtkoppler besitzen die wertvolle Eigenschaft der Richtcharakteristik – sie können zwischen anliegender und reflektierter HF-Leistung unterscheiden. Passiert ein HF-Signal auf seinem Weg zur Last den Vorwärtspfad eines Kopplers (Bild 2), so wird ein geringer Teil der HF-Leistung ausgekoppelt und treibt einen HF-Detektor, typischerweise mit einer 10 dB bis 20 dB geringeren Amplitude. Zur Messung der reflektierten Leistung kann ein zweiter Koppler, mit umgekehrter Orientierung zum Koppler im Vorwärtspfad, eingesetzt werden. Die Ausgangsspannungen der Detektoren sind dann proportional zu den HF-Leistungspegeln im Vorwärts- und Rückwärtspfad.

Oberflächenmontierbare Richtkoppler fordern einen grundlegenden Kompromiss zwischen Bandbreite und Größe: ein Richtkoppler mit mehreren Oktaven ist deutlich größer als die handelsübliche ein-oktavige (d.h. fmax = 2 fmin) Variante mit 6 mm² Fläche (Bild 3). Auch externe Richtkopplermodule fallen deutlich größer als oberflächenmontierbare Bauteile aus.

Bild 3 zeigt ebenfalls das Evaluations-Board für den ADL5920,
sein Blockdiagramm zeigt Bild 4. Anstatt die übertragenen und reflektierten Signale über Richtkoppler zu erfassen, nutzt der ADL5920 eine patentierte gerichtete Brückentechnik, für eine breitbandige und kompakte Kopplung auf dem Chip. Ihre Funktionsweise wird mit Start an der Standard Wheatstone-Brücke betrachtet.