¿Cómo afecta el alto VSWR a los amplificadores de RF?

  

¿Cómo es posible que un VSWR alto pueda dañar los transistores finales en un amplificador de potencia de RF? ¿Es simplemente la impedancia incorrecta (después de la transformación por la línea de alimentación) que aparece en los terminales o es la línea de transmisión en particular importante?

Depende del diseño del amplificador que estés usando.

Si el coeficiente de reflexión visto por el amplificador es -1 (por lo tanto, \ $ \ rm {VSWR} \ approx \ infty \ $), eso equivale a conducir un cortocircuito, y puede ver por qué sería una condición de sobrecarga para casi cualquier tipo de amplificador.

Si el coeficiente de reflexión es +1 (nuevamente \ $ \ rm {VSWR} \ approx \ infty \ $), eso es equivalente a conducir un circuito abierto. Si la etapa de salida de su amplificador se parece a un amplificador de emisor común con recuperación reactiva (por ejemplo, un búfer CML), eso no será un problema en absoluto. En alguna otra configuración de amplificador con elementos reactivos, el aumento del voltaje de salida podría causar la ruptura de los dispositivos de salida, por ejemplo.

  

¿Se refleja el poder que se absorbe y disipa en los transistores o algo más?

Si la salida de su amplificador tiene una parte real en su impedancia de salida, eso implicaría que está absorbiendo la onda reflejada.

Sin embargo, la onda reflejada probablemente será coherente con la onda de salida que está produciendo el amplificador. Por lo tanto, es posible que los efectos de interferencia entre las dos ondas aumenten o reduzcan la posibilidad de dañar el amplificador, dependiendo de la relación de fase entre ellas.

Si está manejando una línea larga, entonces pequeños cambios en la frecuencia de la señal, o incluso la temperatura de la línea, podrían cambiar significativamente la fase de la onda reflejada, por lo que probablemente no sería una buena idea tratar de diseñar en El supuesto de que se puede controlar la fase de la reflexión.

Si está manejando una línea corta, entonces controlar la fase de una reflexión controlando la longitud de la línea es una práctica común, que se realiza cada vez que usamos un stub o shunt como un filtro coincidente, por ejemplo.

Es un problema de reflexión. Si la antena en particular no coincide con la línea de alimentación, la energía se refleja de nuevo en la línea de alimentación. Esto conduce a una onda estacionaria en la línea de alimentación de nodos de alto voltaje donde la onda entrante refuerza la onda reflejada.

Un medidor VSWR lee la proporción de la onda transmitida que se refleja y te da una idea del tamaño del problema.

Cuanto más alto es el VSWR, más alto es el voltaje en los nodos de alto voltaje y esto es lo que hace el daño a la electrónica del controlador. La mayoría de las radios de mayor potencia en estos días detectan el VSWR y apagan o reducen la potencia para evitar daños.

En realidad, solo hay algunas cosas que matan a los dispositivos de potencia de RF:

• Sobre corriente (puede quemar los cables de conexión)
• Sobretensión (un dispositivo típico que funciona a 100 V (~ 50V riel) fallará si Vds supera ~ 130 V incluso momentáneamente).
• Over Drive (especialmente las piezas de estilo MOSFET y LDMOS, pero también los tetrodos), pinchando o sobrecalentando la rejilla de control.
• El sobrecalentamiento debe ser obvio, pero los dispositivos de alta potencia a menudo ejecutan la unión dentro de unas pocas decenas de grados de falla a plena potencia.

Los voltajes y corrientes se pueden aumentar claramente mediante una reflexión que tenga el signo adecuado, al igual que la potencia (área de operación segura) si la reflexión produce un alto voltaje en el dispositivo al mismo tiempo que fluye mucha corriente.

Sobre la unidad puede tenerlo a través de la capacidad de transferencia inversa o la red de retroalimentación si la estabilidad del dispositivo se ve comprometida por la falla.

La mayoría de los amplificadores de rf carecen de espacio para hacer frente a una carga altamente reactiva, porque eso cuesta dinero.

Por lo general, un amplificador de potencia de radiofrecuencia es seguido por algún tipo de red de adaptación de impedancia (que probablemente incluye inductores y capacitores) para transformar la resistencia de carga en algo que el transistor de potencia pueda manejar, considerando su voltaje y sus capacidades de manejo de corriente. . Una línea de transmisión también puede estar asociada con esta red. Pero después de todo, a la frecuencia de operación, el transistor de potencia ve una resistencia de carga deseable.
Un diseñador de amplificadores también garantiza que en todas las demás frecuencias la red correspondiente presente una impedancia al transistor de potencia que garantiza que no haya oscilaciones espúreas.
Un ejemplo de amplificador de 7 MHz . Un MOSfet impulsa una carga de 50 ohmios a través de una red coincidente que consiste en un filtro de paso bajo de L's y C's. Puede lidiar con la corriente de pico de 3 A y la tensión de pico de 90 V. Con una carga de 50 ohmios (azul), opera dentro de estos límites. Pero una carga de 1 ohm (verde) hace que la corriente pico sea excesiva y que la tensión pico supere la ruptura de MOSfet. Una carga de 1000 ohmios (rojo) es aceptable en este caso.

Tenga en cuenta que esta ejecución SPICE no crea humo, ni muestra lo que sucede cuando el voltaje de drenaje o la corriente excede los límites. Aquí no se incluye ninguna línea de transmisión. Para una red coincidente diferente, o una línea de transmisión cuya longitud podría variar, estos resultados podrían cambiar drásticamente, posiblemente excediendo los límites para la carga de 1000 ohmios. Un diseñador conservador podría emplear un MOSfet que tenga límites más grandes, produciendo un amplificador estable que permanezca dentro de los límites para cualquier impedancia de carga.