VSWR dhe efektet e tij në amplifikatorët e energjisë

VSWR - Raporti i Valës së Qëndrueshme të Tensionit është një rezultat që ndodh nga pasja e një mospërputhje të rezistencës midis një burimi (një amplifikatori) dhe një ngarkese (aplikimi i provës). Kjo mospërputhje mund të ndikojë në performancën e burimit. VSWR nuk është një koncept i vështirë për tu kuptuar, por efektet e tij në instrumente mund të jenë më të vështira për t'u realizuar. Në këtë artikull, Exodus Advanced Communications është përqendruar në amplifikatorët me fuqi të lartë RF / Mikrovalë dhe si reagojnë ata ndaj këtij problemi të zakonshëm fizik. Përforcuesit nganjëherë duhet të krijojnë mbrojtje për të mbrojtur veten nga dëmtimi. Së pari, le të kuptojmë VSWR.

Shumica e sistemeve RF & Mikrovalë bazohen në rezistencën e specifikuar e cila zakonisht është 50 Ω. Instrumentet dhe përbërësit në një sistem testimi RF do të projektohen për të ruajtur këtë rezistencë në masën e mundshme. Kjo lejon një transferim të njohur të parashikueshëm të pushtetit. Idealisht, gjithçka do të ishte saktësisht 50 Ω, por siç e dimë të gjithë, duke jetuar në botën reale ka variacione. Nëse instrumentimi përfshin një gamë të gjerë frekuencash për shumë dekada, bëhet shumë më sfiduese mbajtja e rezistencës ideale 50 Ω. Disa nivele të VSWR janë të pashmangshme.

VSWR llogaritet nga sa vijon: 

Shtë një raport i thjeshtë i ndryshimeve në rezistencë e plotë. Impedanca më e madhe (ZL) e mbaruar, Impedanca më e vogël (ZO). 50 Ω / 50 Ω = 1 është rezultati ideal. Mund të shkruhet vetë dhe është pa njësi, ose në disa raste si raport, për shembull; 2: 1, 4: 1 ose 10: 1. Sa më i madh të jetë mospërputhja e rezistencës së plotë, aq më i madh është VSWR. Cili është rezultati i një VSWR-je të madhe apo një VSWR-je të vogël? Ekuacioni i mëposhtëm tregon një mënyrë tjetër për të gjetur VSWR duke ditur fuqinë përpara dhe të kundërt (ose të pasqyruar):

Ky ekuacion paraqet fuqinë e cila na lejon të kuptojmë pak më shumë se mospërputhja po bën që fuqia të reflektojë përsëri në amplifikator. Fuqia e pasqyruar është fuqia e humbur që nuk transmetohet ose merret nga ngarkesa. Pasja e një mospërputhje zvogëlon fuqinë e dhënë dhe efikasitetin e sistemit. Duhet të përpiqemi të minimizojmë fuqinë e humbur.

Fuqia e humbur e cila pasqyrohet ku shkon? Ne e dimë nga Ligji i Newtons për ruajtjen e energjisë që duhet të shkojë diku. Përfundon përsëri në amplifikator. Prandaj, përforcuesi duhet të trajtojë këtë fuqi të reflektuar që kthehet përsëri në të. Kjo energji e reflektuar krijon një valë në këmbë me prodhimin + reflektuar. Duke parë rastin më të keq të VSWR të pafund, kjo ndodh me një dalje ose ngarkesë të amplifikatorit të hapur ose të shkurtër. VSWR i pafund shkakton një reflektim 100%, i cili mund të dyfishojë tensionin duke vendosur kështu stres në të gjithë përbërësit e brendshëm. Stresi mund të shfaqet si shpërndarje e nxehtësisë ose tensione më të larta, ky tension i lartë shtyn kufijtë e prishjes së tensionit.

Sa fuqi të reflektuar duhet të jetë në gjendje të trajtojë amplifikatori? Varet nga madhësia e mospërputhjes. Për këtë, ne duhet të kuptojmë se çfarë është tipike në shumicën e aplikacioneve të provave. Në shumicën e aplikacioneve, përforcuesi, ngarkesa dhe konfigurimi janë të qëndrueshëm dhe të dizajnuar me VSWR më të ulët, zakonisht mbahen nën 2: 1. Aty ku mund të pasqyrohet 10% e energjisë. 10% + 100% e fuqisë së synuar = 110% e energjisë totale që mund të duhet të shpërndahet.

Shembuj të këtyre sistemeve janë përgjithësisht transmetues të brezit të ngushtë ku dizajnimi i antenave ose linjave të transmetimit është pak më i lehtë krahasuar me aplikimet me bandë të gjerë. Sidoqoftë, ka aplikacione ku mund të shihen më shumë se 2: 1. VSWR e lartë shpesh është për shkak të testimit me ngarkesa shumë të gjera, me fuqi të lartë dhe të përputhura dobët. Bestshtë më mirë të shmangni këtë situatë sa më shumë që të jetë e mundur, megjithatë, nganjëherë kjo gjendje është e pashmangshme pasi testimi ende duhet të bëhet. Më poshtë është një tabelë që tregon VSWR vs fuqinë e reflektuar.

Grafiku i mësipërm tregon se ndërsa rritet VSWR rritet edhe sasia e energjisë së humbur. Në një VSWR 6: 1, 50% e energjisë tuaj humbet si energji e harxhuar dhe mund të kërkojë një amplifikator më të madh për të kompensuar më shumë duke rritur koston e aplikimit tuaj të provës.

Shembuj të aplikacioneve ku ngarkesat mund të kenë VSWR të lartë: frekuencë e ulët (<100MHz) brez i gjerë, testimi EMC për imunitet të rrezatuar dhe imunitet i kryer, eksperimente ku ngarkesa nuk mund të dihet, ose raste kur ngarkesa ka dështuar ose dëmtuar. Duhet pasur kujdes që të përputhen më mirë impedancat, dhe të gjitha instrumentet mund të trajtojnë VSWR. Mbani në mend VSWR është i ndryshëm në intervalin e frekuencës. Nivelet më të larta të VSWR janë një shenjë e një konfigurimi të dobët. Duhet të ndërmerren hapa për të përmirësuar përputhjen e rezistencës së rezistencës.

Përmirësimi i VSWR

Goodshtë mirë të fillosh me komponentë me cilësi të mirë, ndërlidhje, kabllo të njëtrajtshme dhe ngarkesa / bartës që kanë vlerësime të ulëta VSWR. Nëse duhet të përdorni një ngarkesë / dhënës me VSWR të lartë dhe duhet të përmirësoni VSWR të parë nga amplifikatori, çfarë mund të bëni? Mënyra më e zakonshme për të përmirësuar VSWR është përdorimi i një zbutësi, ndonjëherë i referuar si PAD. Një 3dB PAD i shtuar në hyrjen e ngarkesës / dhënësit përmirëson përputhjen. Kjo metodë përdoret shumë herë kur testohet me sonda (BCI) Bulk Current Injection dhe (Bi-Con) antena bikonike.

Aspekti negativ i kësaj është që 3dB ose ½ energjia të jepet; 500 vat tani bëhen 250 vat. Një alternativë është të kesh një rrjet përputhës i cili transformon ndryshimin në omplex në dizajn, ato përputhen vetëm me ngarkesën për të cilën është projektuar dhe mund të jenë me rezistencë të kufizuar të rezistencës. Kështu që humbet më pak energji sesa do një zbutës. Rrjetet e përputhjes janë më shumë c në intervalin e frekuencës. Për këtë arsye, rrjetet që përputhen nuk janë në dispozicion.


Si e trajtojnë amplifikatorët VSWR?

Disa teknika mund të zbatohen në hartimin e amplifikatorëve për të trajtuar nivele më të larta të VSWR. Shumica e ampeve mund të trajtojnë një VSWR 2: 1 pasi kjo është një mospërputhje shumë e zakonshme. Shumë specifikime të amplifikatorit kanë një vlerësim të prodhimit në rastin më të keq: 2: 1, kështu që duhet të jetë në gjendje të mbrojë veten nga lidhja me një ngarkesë 50Ω. Përforcuesit në gjendje të ngurtë zakonisht kanë një qëndrueshmëri shumë më të mirë sesa kjo, ndoshta duke punuar pa dëmtuar pantallona të shkurtra dhe hapen duke ruajtur fuqinë e plotë përpara.

Futja e fuqisë së plotë në ngarkesë mund të propozojë një konfigurim të pasigurt të provës pasi zakonisht një VSWR i lartë është një shenjë e dëmtimit ose një gabim në konfigurimin e provës. Ndërsa nivelet e fuqisë rriten mbi 100 watts në 1kW dhe më tej është gjithnjë e më e vështirë të ndërtohet një amplifikator për të trajtuar VSWR pafund ose 100% të pasqyruar të energjisë. Ndonjëherë mendohet se një përforcues i Klasës A mund të trajtojë në mënyrë të natyrshme VSWR më mirë sesa një amplifikator i Klasës AB. Kjo nuk është domosdoshmërisht rasti. Fuqia shkon përtej asaj që klasa janë të njëanshme për përforcuesit dhe ka të bëjë më shumë me projektin e qarkut. Por nëse dizajni nuk mund të trajtojë VSWR-në e lartë, mund të zbatohen mbrojtje të tjera.

Mbrojtja e amplifikatorit

Mbrojtja aktive - vjen në forma të ndryshme. Shumë amplifikatorë do të kenë mbrojtje themelore të qarqeve si temperatura e tepërt dhe rryma. Këto ndihma në mbrojtjen e amplifikatorit nga VSWR të lartë por nuk janë arsyeja kryesore për përdorimin e tyre. Për të mbrojtur nga VSWR, fuqia e daljes dhe fuqia e pasqyruar zakonisht monitorohen dhe lidhet një lak mbrojtjeje. Krijohen dy metoda të ndryshme:

Mbyllja - nëse matet një fuqi e lartë e kundërt (ose VSWR), amplifikatori do të mbyllet me një gabim që tregon Fajin. Prodhuesi e vendos këtë në atë që është një nivel i sigurt i energjisë i pasqyruar për amp. Pasi të pastrohet gjendja e defektit, amp mund të përdoret përsëri.
Foldback - nëse monitorohet fuqia e lartë e kundërt, amplifikatori zvogëlon fitimin e tij të brendshëm, duke ulur kështu prodhimin. Kjo kufizon fuqinë e kundërt nga tejkalimi i një pragu duke e mbajtur amp aktiv, por të mbrojtur nga dështimi.
Mbrojtja jo aktive - mund të zbatohet për të ulur koston e amplifikatorit pasi që konfigurimi ka pak ose aspak shanse për VSWR të lartë. Ose në rastet kur amplifikatori është mjaft i fortë për të trajtuar VSWR të lartë dhe për këtë arsye nuk ka nevojë për mbrojtje aktive. Një shembull i kësaj do të ishte mbrojtja e qarkulluesit. Qarkulluesit nuk lejojnë që energjia e reflektuar të kthehet në burim dhe janë të disponueshme për disa interval frekuencash dhe nivele të energjisë. Këto nuk janë zakonisht të disponueshme për aplikacione me brez të gjerë <100MHz.

Përfundim

Njohja e niveleve të VSWR në konfigurimin RF është thelbësore për të njohur dhe kuptuar për të parashikuar performancën. High VSWR është një term relativ në varësi të aplikacionit. Në një shumicë dërrmuese të zbatimeve të amplifikatorit, një 2: 1 është normal. Më e madhe se 6: 1 ose edhe më lart 4: 1 duhet të konsiderohet e lartë. VSWR i lartë është stresi në të gjithë amplifikatorët që bëhen shumë shqetësues ndërsa fuqitë rriten në 500+ vat. Megjithëse specifikimet e një amplifikatori mund të shprehen; "Mund t'i rezistojë të gjitha niveleve të VSWR pa dëmtime" nuk do të thotë se nuk është stresuese në instrument. Ekspozimi i zgjatur në këtë gjendje të lartë VSWR mund të ketë efekte të dëmshme. Duhet pasur kujdes për të përdorur amplifikatorin në mënyrë korrekte dhe për të mbajtur një konfigurim të provës të përputhur mirë. Kjo do të zgjasë jetën e instrumentit dhe investimin e pajisjeve.

Lini një mesazh 

Lista mesazh