Чи повинен імпеданс збігатися з будь-яким практичним радіочастотним передавачем> = 50% енергії?

16

Відповідно до теореми про максимальну передачу потужності, коли задається опір фіксованого джерела, імпеданс навантаження повинен бути обраний таким чином, щоб він відповідав опору джерела для досягнення максимальної передачі потужності.

З іншого боку, якщо імпеданс джерела не знаходиться в недоступному для проектувальників місці, замість відповідності навантаження до опорного джерела, імпеданс джерела може бути просто мінімізований для досягнення максимальної ефективності та передачі електроенергії, це звичайна практика в джерелах живлення та аудіочастотні підсилювачі.

Однак у радіочастотних схемах, щоб уникнути проблем цілісності сигналу, втрати відбиття та пошкоджень високочастотного РЧ-підсилювача через відображення, імпеданс повинен відповідати для відповідності всім опору джерела, імпедансу навантаження, а також характерному опору лінії електропередачі та нарешті антену.

Якщо я розумію правильно, відповідне джерело та навантаження (наприклад, вихід РЧ-підсилювача та антена) формує дільник напруги, кожен отримує половину напруги. Враховуючи фіксований загальний опір, це означає, що завжди 50% енергії витрачається на спалювання та нагрівання самого радіочастотного передавача.

Отже, чи правильно сказати відповідність імпедансу означає, що ефективність будь-якого практичного радіопередавача не може перевищувати 50%? І будь-який практичний радіопередавач повинен витрачати щонайменше 50% енергії?

amplifier rf impedance-matching

— 比尔盖子
джерело

cas.ee.ic.ac.uk/people/dario/files/E418/ch2.pdf

— Sorenp

1

короткий підсумок: хоча в середовищі 50 Ом не повинно бути опорів 50 Ом, щоб викликати втрати. (спасибі Енді за це)

— analogsystemsrf

1

Що стосується аудіопідсилювача, щоб виключити ускладнення, викликані РФ. Типовий підсилювач хорошої якості призначений для приводу гучномовців з 4 або 8 Ом імпедансом, але вихідний опір підсилювача становить приблизно 0,01 Ом. Майже вся вихідна потужність розсіюється в колонках, а не на вихідній стадії підсилювача. Вихідна потужність обмежена максимальним коливанням напруги на виході та зовнішнім опором навантаження, а не опором самої підсилювальної потужності.

— alephzero

19

Якщо джерелом живлення є джерело вихідної напруги нульового ома, а потім резистор 50 Ом, то так, ви вважаєте, що це правильно.

Однак практичні РЧ-підсилювачі (принаймні, розроблені для ефективності) ніколи не будуються так. Вони, як правило, мають загальний випромінювач або джерело джерела низького опору з подальшим узгодженням реактивного опору, всі вони призначені для роботи в 50 Ом.

Цікаво, що якщо ви купуєте генератор сигналів загального призначення, вихід, як правило, будується як джерело напруги з наступним реальним резистором 50 Ом, оскільки ефективність не викликає труднощів, а чітко визначений вихідний опір у дуже широкому діапазоні частот є основна мета дизайну.

— Neil_UK
джерело

2

То яка реальна ефективність, на практиці? (Ви вже мали на увазі, що вона перевищує 50 відсотків).

— Роберт Харві

3

@RobertHarvey Це все, що це є. Отримайте конкретну схему, модель або виміряйте її та дізнайтеся. Насправді, одному з генераторів сигналів, який ми виробляли, нам потрібна була більша ефективність, ніж дала б нам резистор 50 Ом (тепловіддача в невеликому просторі), тому за рахунок допуску виходу опору ми використовували резистор серії 22 Ом, і подається на вихідний підсилювач для синтезу на виході ефективних 50 Ом.

— Neil_UK

9

Радіочастотні підсилювачі НЕ загалом мають вихідний опір віддалено близький до 50R ..... Однак вони розроблені для приводу навантаження 50R!

Так само, як і аудіо підсилювачі, імпеданс джерела, як правило, далекий від проектного опору навантаження, тому що ви НЕ хочете максимальної передачі потужності, ви хочете щось ближче до максимальної ефективності!

Залежно від топології, речі наближаються до джерел напруги (низький вихідний опір) або джерел струму (високий вихідний опір).

Якщо ви думаєте, наприклад, про високий коефіцієнт випрямлення, PF, пристрій працює на деякій заданій напрузі та струмі, отже, деякий «опір» (як правило, досить низький), який потім перетворюється на галузевий стандарт 50R.

Цей імпеданс встановлений дизайнером, що призведе до деякої напруги через 50R навантаження, яка буде забезпечувати будь-який запланований рівень потужності. Зауважте, що ці вихідні пристрої можуть бути в глибинному класі C або навіть класі F і працювати по суті, як перемикачі, що розсіюються біля нульової потужності, але мені як дизайнеру все ж потрібно вирішити, яку напругу і який струм вибрати в якості робочої точки, а отже і яке перетворення Мені потрібно дістатись до цільової потужності на виході.

Тепер ясно, якщо ви спробуєте запустити такий підсилювач у навантаження, віддалене від 50R, то напруги та струми, які бачать силові пристрої, будуть іншими, ніж проектувальник, і якщо ви зайшли далеко, дим вийде.

Наступним ускладненням є вихідні фільтри та (при УВЧ та вище) можливість припиненого циркулятора на виході, що фактично робить річ схожою на 50R, озираючись на вхід.

— Ден Міллс
джерело

5

Отже, чи правильно сказати відповідність імпедансу означає, що ефективність будь-якого практичного радіопередавача не може перевищувати 50%? І будь-який практичний радіопередавач повинен витрачати щонайменше 50% енергії?

Ні, це неправильно. На схемі у вашому дописі відсутній важливий складовий елемент у цій дискусії: сам підсилювач.

Всі підсилювачі можуть бути описані відповідно до їх PAE (Ефективність доданої потужності).

П А Е = \frac{П_{о у т} - П_{i н}}{П_{с у p p л у}} = \frac{П_{о у т} - \frac{П_{о у т}}{Г}}{П_{с у p p л у}} = \frac{П_{о у т}}{П_{с у p p л у}} (1 - \frac{1}{Г}) = η (1 - \frac{1}{Г})

$PAE = \frac{P_{out}-P_{in}}{P_{supply}} = \frac{P_{out}-\frac{P_{out}}{G}}{P_{supply}} = \frac{P_{out}}{P_{supply}}\left({1-\frac{1}{G}}\right) = \eta\left({1-\frac{1}{G}}\right)$

PAE тут є ключовим параметром, оскільки коефіцієнт посилення підсилювача, ймовірно, буде дуже високим. Потужність, що передається генератору на підсилювач, коли імпеданси збігаються, дійсно становитиме лише 50% від максимальної потужності генератора. Але якщо коефіцієнт підсилення досить високий, витрачається потужність у внутрішньому опорі генератора буде дуже низькою порівняно з потужністю, яку подає підсилювач навантаження. Таким чином, вплив на загальну ефективність, ймовірно, буде низьким.

$\eta = P_{out}/P_{supply}$

— Енрік Бланко
джерело

4

Отже, чи правильно сказати відповідність імпедансу означає, що ефективність будь-якого практичного радіопередавача не може перевищувати 50%? І будь-який практичний радіопередавач повинен витрачати щонайменше 50% енергії?

Ні, це неправильно сказати.

Що ви повинні переконатися, підключаючи підсилювач до антени за допомогою кабелю (як правило, коаксіальний), це те, що від навантаження (антени) немає значних віддзеркалень потужності, які можуть пошкодити підсилювач або зробити його менш ефективним.

Якщо імпеданс антени відповідає характерному опору коаксіального механізму, тоді підсилювач може приводити в дію кінець коаксіатора, не вимагаючи жодного послідовного опору джерела. Імпеданс, помічений на веденому кінці, буде імпедансом антени, оскільки він відповідає характерному опору кабелю.

— Енді ака
джерело

Скажімо, у мене є радіочастотний підсилювач, всередині він має радіочастотний MOSFET з дуже низьким вихідним опором, а вихід підключений до коаксіального роз'єму 50 Ом, який потім підключається до коаксіального кабелю до антени. У цьому випадку ви маєте на увазі, що єдиний реальний опір серії між низькоопірним виходом MOSFET та коаксіальним роз'ємом є характерним імпедансом 50 Ом сліду на друкованій платі, RF-роз'єм і сам коаксіальний механізм, і фактично немає фактичного 50 Ом опір у передавачі все одно, внаслідок чого він лише розсіює мало енергії? Це правильне розуміння?

— 比尔盖子

1

@ 比尔盖子 Ось як я це бачив, але може бути певна причина мати серійний опір на виході підсилювача, але це не повинно бути для відповідності. Наприклад, серійний опір може бути використаний для запобігання занадто високому коефіцієнту Q у будь-яких фільтрах. Інші напрями використання є для струмових схем захисту.

— Енді ака

І ще один потік від фантома.

— Енді ака

2

Імпеданс складається як з реальної (резистивної), так і з уявної (реактивної) частини. Тільки реальна (резистивна) частина розсіює силу. Теоретично можна мати чисто реактивний опір величиною 50 Ом і не розсіювати в ньому жодної потужності.

Одиницями опору є вольт на ампер. Коли ми говоримо про імпеданс лінії електропередачі, ми фактично говоримо про те, скільки струму потрібно подавати в лінію, щоб викликати напругу певної величини для поширення по лінії. Значення співвідношення напруги і струму.

Наприклад, кабель CAT-5 має швидкість поширення близько 0,64 * C. Він також має ємність близько 15 пФ на фут (48 пФ на метр). Її опір визначається насамперед ємністю між крученими парами (звичайно, є невеликі індуктивні та резистивні компоненти).

Якщо ми покладемо сигнал 1В на один кінець лінії, сигнал пошириться зі швидкістю 192 000 000 м / с, на кожні 1 метр, який проходить сигнал, йому потрібно буде зарядити 48 пФ до 1 В (тобто 48 пк).

1В * 48пФ / м / (180М м / с) = 9,44мА.

1В / 9,44мА = 105,9 Ом (що дуже близько до номінального опору 100 Ом).

— user4574
джерело

-1

Це вірно. "Практичний" підсилювач повинен відповідати виходу, що складається з роз'ємів, кабелів, антени. Для можливої максимальної подачі енергії на антену> = 50% буде витрачено в іншому місці.

— Крипачаря
джерело

Так, для максимально можливої подачі потужності. Однак практичний радіочастотний передавач може бути розроблений не для того, щоб виробляти максимальну потужність, яку він, можливо, міг би.

— Брюс Абботт