W jaki sposób wysokie VSWR uszkadza wzmacniacze RF?

Jak to możliwe, że wysoka VSWR może uszkodzić końcowe tranzystory we wzmacniaczu mocy RF?

Czy linia transmisyjna jest znacząca ponad wpływ, jaki wywiera na transformację impedancji obciążenia na drugim końcu? A może równoważna impedancja skupiona bezpośrednio na wyjściu wzmacniacza byłaby równie szkodliwa?

Czy ze wszystkich możliwych impedancji, które powodują dany VSWR, wszystkie są równie złe?

Czy moc odbita jest „absorbowana” przez wzmacniacz? Na przykład, jeśli otrzymuję moc odbijającą 100 W, czy to mniej więcej to samo, co umieszczenie wzmacniacza o mocy 100 W?

Przeczytałem również, że nadmierne napięcie może być mechanizmem prowadzącym do uszkodzenia. Jak to możliwe, że może pojawić się napięcie wyższe niż napięcie zasilania? Czy istnieje ograniczenie wysokości tego napięcia w przypadku arbitralnego niedopasowania?

Jak to możliwe, że wysoka VSWR może uszkodzić końcowe tranzystory we wzmacniaczu mocy RF? Czy jest to po prostu niewłaściwa impedancja (po transformacji przez linię zasilającą) pojawiająca się na zaciskach, czy też linia przesyłowa jest szczególnie ważna?

To zależy od konstrukcji wzmacniacza, którego używasz.

$\rm{VSWR}\approx\infty$

$\rm{VSWR}\approx\infty$

Czy energia odbita jest absorbowana i rozpraszana w tranzystorach lub w czymś innym?

Jeśli moc wyjściowa wzmacniacza ma realny wpływ na impedancję wyjściową, oznacza to, że absorbuje on falę odbitą.

Jednak fala odbita będzie prawdopodobnie spójna z falą wychodzącą wytwarzaną przez wzmacniacz. Dlatego możliwe jest, że efekty interferencji między dwiema falami zwiększają lub zmniejszają możliwość uszkodzenia wzmacniacza, w zależności od zależności fazowej między nimi.

Jeśli prowadzisz długą linię, wówczas niewielkie zmiany częstotliwości sygnału, a nawet temperatury linii, mogą znacząco zmienić fazę fali odbitej, więc prawdopodobnie nie byłoby dobrym pomysłem, aby zaprojektować przy założeniu, że możesz kontrolować fazę odbicia.

Jeśli prowadzisz krótką linię, kontrolowanie fazy odbicia poprzez kontrolowanie długości linii jest powszechną praktyką, wykonywaną za każdym razem, gdy na przykład używamy odgałęzienia lub bocznika jako pasującego filtra.

To problem z odbiciem. Jeśli antena w szczególności nie jest dopasowana do linii zasilającej, moc odbija się z powrotem w dół linii zasilającej. Prowadzi to do fali stojącej na linii zasilającej węzłów wysokiego napięcia, gdzie fala przychodząca wzmacnia falę odbitą.

Miernik VSWR odczytuje część transmitowanej fali, która jest odbijana z powrotem, dając pewne wyobrażenie o wielkości problemu.

Im wyższy VSWR, tym wyższe napięcie w węzłach wysokiego napięcia i to właśnie powoduje uszkodzenie elektroniki sterownika. Obecnie większość radiostacji o wyższej mocy wykrywa VSWR i wyłącza lub zmniejsza moc, aby uniknąć uszkodzeń.

Naprawdę tylko kilka rzeczy zabija urządzenia mocy RF:

• Over Current (Możesz wypalić druty łączące)
• Over Voltage (Typowe urządzenie działające przy 100 V (szyna ~ 50 V) zawiedzie, jeśli Vds nawet chwilowo przekroczy ~ 130 V).
• Over Drive (szczególnie części w stylu MOSFET i LDMOS, ale także tetrody), przebicie bramy lub przegrzanie siatki kontrolnej.
• Przegrzanie powinno być oczywiste, ale urządzenia dużej mocy często przecinają złącze w ciągu kilkudziesięciu stopni awarii przy pełnej mocy.

Napięcia i prądy można wyraźnie zwiększyć przez odbicie posiadające odpowiedni znak, podobnie jak moc (Bezpieczny obszar roboczy), jeśli odbicie wytwarza wysokie napięcie na urządzeniu w tym samym czasie, gdy płynie dużo prądu.

Over drive może Cię poprowadzić przez pojemność odwrotnego transferu lub sieć sprzężenia zwrotnego, jeśli usterka zakłóca stabilność urządzenia.

Większość wzmacniaczy RF nie ma wystarczającej przestrzeni, aby poradzić sobie z bardzo reaktywnym obciążeniem, ponieważ to kosztuje.

Zwykle po wzmacniaczu częstotliwości radiowej następuje sieć dopasowująca impedancję (prawdopodobnie zawierająca cewki indukcyjne i kondensatory) w celu przekształcenia rezystancji obciążenia na coś, z czym tranzystor mocy może sobie poradzić, biorąc pod uwagę jego możliwości przenoszenia napięcia i prądu. Linia transmisyjna może być również powiązana z tą siecią. Ale przecież przy częstotliwości roboczej tranzystor mocy widzi pożądaną oporność obciążenia.
Projektant wzmacniacza zapewnia również, że przy wszystkich innych częstotliwościach dopasowana sieć przedstawia impedancję tranzystora mocy, która nie zapewnia żadnych fałszywych oscylacji. Przykładowy wzmacniacz 7 MHz
. MOSfet napędza obciążenie 50 omów przez pasującą sieć składającą się z filtra dolnoprzepustowego L i C. Może poradzić sobie z prądem szczytowym 3 A i napięciem szczytowym 90 V. Przy obciążeniu 50 omów (niebieski) działa w tych granicach. Ale obciążenie 1 omem (kolor zielony) powoduje, że prąd szczytowy jest nadmierny, a napięcie szczytowe przekracza rozkład MOSfet. W tym przypadku dopuszczalne jest obciążenie 1000 omów (czerwone).

Zauważ, że ten przebieg SPICE nie wytwarza dymu ani nie pokazuje, co się stanie, gdy napięcie lub prąd drenażu przekroczy limity. Brak linii przesyłowej tutaj. W przypadku innej pasującej sieci lub linii transmisyjnej, której długość może się zmieniać, wyniki te mogą się drastycznie zmienić, prawdopodobnie przekraczając granice obciążenia 1000 omów. Konserwatywny projektant może zastosować MOSfet o większych limitach, uzyskując stabilny wzmacniacz, który pozostaje w granicach dla dowolnej impedancji obciążenia.