Koppelfaktor

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Der Koppelfaktor β gibt an, welcher Anteil der in einem Resonanzkreis (hier Cavity) gespeicherten Energie in der äußeren Last verbraucht wird. Die äußere Last ist im Normalfall der Innenwiderstand RG des anregenden Generators.

Beispiel eines induktiv angekoppelten Resonanzkreises. Die äußere Last RG wird über einen koaxialen Koppler induktiv, d.h. über das Magnetfeld, an das Cavity angekoppelt


Koppelfaktor.bmp


Ersatzschaltbild zum obigen Beispiel


Koppelfaktor 1.bmp


β = RS/RG * LKplr/L

Die induktive Kopplung wirkt wie ein Transformator. Ein Transformator überträgt elektrische Leistung (nahezu) verlustlos. D.h. das Produkt aus Spannung und Strom ist primär- und sekundärseitig identisch. Das Verhältnis (die Impedanz) ist jedoch primär- und sekundärseitig verschieden. Durch geeignete Einstellung der Induktivität LKplr kann man die Shunt-Impedanz des Cavitys, die gewöhnlich mehrere MΩ beträgt, auf den Wert der Leistungsquelle transformieren. Bei einer koaxialen Einkopplung beträgt die Impedanz gewöhnlich 50Ω.

In der Praxis ist der Koppelfaktor von Cavity-Einkopplungen durch das Drehen der Koppelschleife einstellbar. Dreht man die Koppelschleife so, dass der Vektor der Schleifenfläche Ā parallel zur Cavity-Achse liegt, dann ist die Kopplung minimal (theoretisch = 0), da die Magnetfelder von Koppelschleife und Cavity senkrecht zueinander stehen. Dreht man die Koppelschleife dagegen so, dass der Vektor der Schleifenfläche Ā senkrecht zur Cavity-Achse liegt, dann ist die Kopplung maximal (Praxiswerte β = 2...3 ), da die Magnetfelder von Koppelschleife und Cavity parallel zueinander stehen und sich durchdringen.


Koppelfaktor-Werte

β < 1 unterkritische (lose) Kopplung

  • aus Cavity-Sicht: Verlustleistung an äußerer Last < Wandverluste
  • aus Generator-Sicht: Lastwiderstand > Generatorinnenwiderstand. Dadurch wird die einfallende Welle zum Teil am Cavity reflektiert. Der Reflexionsphasenwinkel beträgt 0°.


β = 1 kritische Kopplung

  • aus Cavity-Sicht: Verlustleistung an äußerer Last = Wandverluste
  • aus Generator-Sicht: Lastwiderstand = Generatorinnenwiderstand. Dadurch läuft die einfallende Welle reflexionsfrei ins Cavity.


β > 1 überkritische (feste) Kopplung


  • aus Cavity-Sicht: Verlustleistung an äußerer Last > Wandverluste
  • aus Generator-Sicht: Lastwiderstand < Generatorinnenwiderstand. Dadurch wird die einfallende Welle zum Teil am Cavity reflektiert. Der Reflexionsphasenwinkel beträgt 180°.