Как сильно VSWR повреждает радиочастотные усилители?

Как получается, что высокий VSWR может повредить конечные транзисторы в усилителе мощности RF?

Является ли линия электропередачи значимой за пределами влияния, которое она оказывает на преобразование полного сопротивления нагрузки на другом конце? Или эквивалентное сосредоточенное полное сопротивление непосредственно на выходе усилителя будет столь же разрушительным?

Из всех возможных сопротивлений, которые приводят к данному VSWR, все они одинаково плохи?

Отражается ли отраженная мощность от усилителя? Например, если я получаю отраженную мощность 100 Вт, это примерно так же, как нагреватель мощностью 100 Вт на усилителе?

Я также читал, что чрезмерное напряжение может быть механизмом, приводящим к повреждению. Как может появиться напряжение, превышающее напряжение питания? Есть ли предел того, насколько высоким может быть это напряжение при наличии произвольного несоответствия?

Как получается, что высокий VSWR может повредить конечные транзисторы в усилителе мощности RF? Это просто неправильный импеданс (после преобразования с помощью линии питания), появляющийся на клеммах, или линия передачи особенно важна?

Это зависит от конструкции используемого вами усилителя.

Если коэффициент отражения, видимый усилителем, равен -1 (таким образом, ), это эквивалентно возникновению короткого замыкания, и вы можете понять, почему это было бы условием перегрузки практически для любого типа усилителя ,$\rm{VSWR}\approx\infty$

Если коэффициент отражения равен +1 (снова ), это эквивалентно возбуждению разомкнутой цепи. Если выходной каскад вашего усилителя выглядит как обычный эмиттерный усилитель с резистивным подтягиванием (например, буфер CML), это вообще не будет проблемой. В некоторых других конфигурациях усилителя с реактивными элементами повышенное выходное напряжение может вызвать, например, выход из строя выходных устройств.$\rm{VSWR}\approx\infty$

Это отраженная мощность, поглощаемая и рассеиваемая в транзисторах или что-то еще?

Если выходной сигнал вашего усилителя имеет действительное значение для его выходного сопротивления, то это будет означать, что он поглощает отраженную волну.

Однако отраженная волна, вероятно, будет когерентной с исходящей волной, создаваемой усилителем. Таким образом, возможно, что интерференционные эффекты между двумя волнами увеличивают или уменьшают вероятность повреждения усилителя в зависимости от фазового соотношения между ними.

Если вы едете по длинной линии, то небольшие изменения частоты сигнала или даже температуры линии могут значительно изменить фазу отраженной волны, поэтому, вероятно, было бы не очень хорошей идеей пытаться спроектировать в предположении, что Вы можете контролировать фазу отражения.

Если вы ведете короткую линию, то управление фазой отражения путем управления длиной линии является обычной практикой, которая выполняется каждый раз, когда мы, например, используем заглушку или шунт в качестве согласующего фильтра.

Это проблема отражения. Если антенна, в частности, не согласована с линией питания, мощность отражается вниз по линии питания. Это приводит к стоячей волне на линии подачи узлов высокого напряжения, где входящая волна усиливает отраженную волну.

Измеритель VSWR считывает долю прошедшей волны, которая отражается обратно, давая вам представление о масштабе проблемы.

Чем выше КСВН, тем выше напряжение на высоковольтных узлах, и именно это наносит ущерб электронике драйвера. В наши дни большинство радиостанций с более высокой мощностью обнаруживают VSWR и отключают или уменьшают мощность, чтобы избежать повреждения.

На самом деле есть только несколько вещей, которые убивают РЧ устройства:

• Перегрузка по току (Вы можете сжечь провода)
• Перенапряжение (типичное устройство, работающее при напряжении 100 В (шина ~ 50 В), выйдет из строя, если Vds даже кратковременно превысит ~ 130 В).
• Over Drive (особенно детали в стиле MOSFET и LDMOS, а также тетроды), прокол ворот или перегрев контрольной решетки.
• Перегрев должен быть очевиден, но устройства большой мощности часто работают на стыке в пределах нескольких десятков градусов отказа при полной мощности.

Напряжения и токи могут быть явно увеличены отражением, имеющим соответствующий знак, как и мощность (безопасная рабочая зона), если отражение создает высокое напряжение на устройстве в то же время, когда протекает много тока.

Перегрузка может иметь вас через емкость обратной передачи или сеть обратной связи, если неисправность нарушает стабильность устройства.

Большинству ВЧ-усилителей не хватает запаса, чтобы справиться с высокой реактивной нагрузкой, потому что это стоит денег.

Обычно за радиочастотным усилителем мощности следует какая-то согласованная по сопротивлению сеть (вероятно, включающая в себя катушки индуктивности и конденсаторы), чтобы преобразовать сопротивление нагрузки во что-то, с чем может справиться силовой транзистор, учитывая его способность обрабатывать напряжение и ток. Линия передачи также может быть связана с этой сетью. Но ведь на рабочей частоте силовой транзистор видит желаемое сопротивление нагрузки.
Разработчик усилителя также гарантирует, что на всех других частотах согласующая сеть представляет импеданс для силового транзистора, который не обеспечивает паразитных колебаний. Пример 7 МГц усилителя
, MOSfet управляет нагрузкой 50 Ом через соответствующую сеть, состоящую из фильтра нижних частот L и C. Он может работать с пиковым током 3 А и пиковым напряжением 90 В. При нагрузке 50 Ом (синего цвета) он работает в этих пределах. Но нагрузка 1 Ом (зеленая) приводит к тому, что пиковый ток оказывается чрезмерным, а пиковое напряжение превышает пробой MOSfet. В этом случае допустима нагрузка 1000 Ом (красная).

Обратите внимание, что этот запуск SPICE не создает дыма и не показывает, что происходит, когда напряжение или ток стока превышают пределы. Линия электропередачи здесь не включена. Для другой подходящей сети или линии передачи, длина которой может варьироваться, эти результаты могут резко измениться, возможно, превысив пределы для нагрузки 1000 Ом. Консервативный разработчик может использовать MOSfet с более высокими пределами, что дает стабильный усилитель, который остается в пределах, ограничивающих любое сопротивление нагрузки.