¿Cómo daña VSWR a los amplificadores de RF?

¿Cómo es que un VSWR alto puede dañar los transistores finales en un amplificador de potencia de RF?

¿Es la línea de transmisión significativa más allá del efecto que tiene sobre la transformación de la impedancia de la carga en el otro extremo? ¿O una impedancia agrupada equivalente directamente en la salida del amplificador sería igual de perjudicial?

De todas las posibles impedancias que resultan en un VSWR dado, ¿son todas igualmente malas?

¿La potencia reflejada es "absorbida" por el amplificador? Por ejemplo, si obtengo una potencia reflejada de 100 W, ¿es más o menos lo mismo que poner un calentador de 100 W en el amplificador?

También he leído que el voltaje excesivo puede ser el mecanismo que provoca daños. ¿Cómo es que puede aparecer un voltaje más alto que el voltaje de suministro? ¿Existe un límite de cuán alto puede ser este voltaje en presencia de un desajuste arbitrario?

¿Cómo es que un VSWR alto puede 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 esté utilizando.

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

Si el coeficiente de reflexión es +1 (nuevamente ), eso es equivalente a conducir un circuito abierto. Si la etapa de salida de su amplificador se parece a un amplificador emisor común con pull-up resistivo (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.$\rm{VSWR}\approx\infty$

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

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

Sin embargo, la onda reflejada probablemente será coherente con la onda saliente que produce el amplificador. Por lo tanto, es posible que los efectos de interferencia entre las dos ondas mejoren o reduzcan la posibilidad de daño al amplificador, dependiendo de la relación de fase entre ellas.

Si conduce una línea larga, entonces pequeños cambios en la frecuencia de la señal, o incluso en la temperatura de la línea, podrían cambiar la fase de onda reflejada significativamente, por lo que probablemente no sería una buena idea tratar de diseñar suponiendo que Puedes controlar la fase de la reflexión.

Si está conduciendo 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 trozo o una derivación como filtro de coincidencia, por ejemplo.

Es un problema de reflexión. Si la antena, en particular, no coincide con la línea de alimentación, la energía se refleja 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 le da una idea del tamaño del problema.

Cuanto mayor sea el VSWR, mayor será el voltaje en los nodos de alto voltaje y esto es lo que hace 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 los dispositivos de alimentación de RF:

• Sobrecorriente (puede quemar los cables de enlace)
• Sobrevoltaje (Un dispositivo típico que funciona a 100V (~ 50V rail) fallará si Vds excede ~ 130V incluso momentáneamente).
• Over Drive (especialmente piezas de estilo MOSFET y LDMOS, pero también tetrodes), pinchazos de puerta o sobrecalentamiento de la cuadrícula de control.
• El sobrecalentamiento debería 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 las corrientes se pueden aumentar claramente mediante una reflexión que tenga el signo apropiado, al igual que la energía (área de operación segura) si la reflexión produce un alto voltaje a través del dispositivo al mismo tiempo que fluye mucha corriente.

Over drive puede tenerlo a través de la capacidad de transferencia inversa o la red de retroalimentación si la falla del dispositivo compromete la estabilidad del dispositivo.

La mayoría de los amplificadores rf carecen del margen 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 coincidencia de impedancia (que probablemente incluye inductores y condensadores) para transformar la resistencia de carga en algo que el transistor de potencia puede hacer frente, teniendo en cuenta sus capacidades de manejo de voltaje y corriente. Una línea de transmisión también puede estar asociada con esta red. Pero después de todo, a la frecuencia de funcionamiento, el transistor de potencia ve una resistencia de carga deseable.
Un diseñador de amplificadores también se asegura de que en todas las demás frecuencias la red de adaptación presente una impedancia al transistor de potencia que garantice que no haya oscilaciones espurias. 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 y C. Puede manejar una corriente máxima de 3 A y una tensión máxima de 90 V. Con una carga de 50 ohmios (azul), funciona dentro de estos límites. Pero una carga de 1 ohmio (verde) hace que la corriente máxima sea excesiva y el voltaje máximo exceda la ruptura de MOSfet. Una carga de 1000 ohmios (rojo) es aceptable en este caso.

Tenga en cuenta que esta ejecución de SPICE no genera humo ni muestra lo que sucede cuando el voltaje o la corriente de drenaje exceden los límites. No se incluye línea de transmisión aquí. 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.