Apakah Pencocokan Impedansi Menyiratkan Pemancar RF Praktis Yang Harus Dibuang> = 50% dari Energi?

Menurut teorema transfer daya maksimum, ketika impedansi sumber tetap diberikan, impedansi beban harus dipilih agar sesuai dengan impedansi sumber untuk mencapai transfer daya maksimum.

Di sisi lain, jika impedansi sumber tidak di luar jangkauan dari perancang, alih-alih mencocokkan beban dengan impedansi sumber, impedansi sumber hanya dapat diminimalkan untuk mencapai efisiensi maksimum dan transfer daya, itu adalah praktik umum dalam pasokan listrik dan penguat frekuensi audio.

Namun, dalam sirkuit RF, untuk menghindari masalah integritas sinyal, kehilangan refleksi, dan kerusakan pada penguat RF daya tinggi karena refleksi, pencocokan impedansi harus digunakan untuk mencocokkan semua impedansi sumber, impedansi beban, dan juga impedansi karakteristik dari saluran transmisi, dan akhirnya antena.

Jika pemahaman saya benar, sumber dan beban yang cocok (misalnya, output penguat RF dan antena), membentuk pembagi tegangan, masing-masing menerima setengah dari tegangan. Mengingat impedansi total tetap, itu berarti selalu ada 50% daya yang terbuang untuk membakar dan memanaskan pemancar RF itu sendiri.

Jadi, apakah benar untuk mengatakan pencocokan impedansi menyiratkan efisiensi pemancar RF praktis tidak boleh lebih besar dari 50%? Dan setiap pemancar RF praktis harus membuang setidaknya 50% energi?

Jika sumber listrik Anda adalah sumber tegangan output nol ohm, diikuti oleh resistor 50 ohm, maka ya, apa yang Anda anggap benar.

Namun, penguat RF praktis (setidaknya yang dirancang untuk menjadi efisien) tidak pernah dibangun seperti itu. Mereka cenderung memiliki emitor umum impedansi rendah atau tahap sumber diikuti oleh pencocokan impedansi reaktif, semua dirancang untuk beroperasi menjadi 50 ohm.

Menariknya, jika Anda membeli tujuan generator sinyal umum, output yang biasanya dibangun sebagai sumber tegangan diikuti dengan nyata 50 ohm resistor, efisiensi tidak menjadi masalah, dan memiliki output impedansi didefinisikan secara akurat selama rentang frekuensi yang sangat luas adalah tujuan desain utama.

Penguat RF TIDAK secara umum memiliki impedansi keluaran yang hampir mendekati 50R ..... Mereka dirancang untuk menggerakkan beban 50R!

Sama seperti amplifier audio impedansi sumber umumnya jauh dari impedansi beban desain, karena Anda TIDAK ingin transfer daya maksimum, Anda ingin sesuatu yang lebih dekat dengan efisiensi maksimum!

Tergantung pada topologi, hal-hal mendekati sumber tegangan (Impedansi output rendah) atau sumber arus (Impedansi output tinggi).

Jika Anda berpikir tentang misalnya, HF, tahap output tarik Dorong, perangkat beroperasi pada beberapa tegangan dan arus yang dirancang, maka beberapa 'impedansi' (Biasanya cukup rendah), yang kemudian ditransformasikan ke standar industri 50R.

Impedansi ini disetel oleh perancang untuk menghasilkan tegangan pada beban 50R yang akan menghasilkan tingkat daya apa pun yang dirancang. Perhatikan bahwa perangkat output tersebut mungkin berada di kelas C yang dalam atau bahkan kelas F dan beroperasi pada dasarnya sebagai sakelar yang mendekati daya nol, tetapi saya sebagai perancang masih perlu memutuskan tegangan dan arus apa yang dipilih sebagai titik operasi dan karenanya transformasi apa Saya perlu mendapatkan kekuatan target pada output.

Sekarang jelas jika Anda mencoba untuk menjalankan penguat seperti itu ke dalam beban yang jauh dihapus dari 50R maka tegangan dan arus yang terlihat oleh perangkat daya akan menjadi yang lain maka perancang dimaksudkan, dan jika Anda pergi jauh asap keluar.

Komplikasi lebih lanjut adalah filter keluaran dan (pada UHF dan lebih tinggi) kemungkinan penghentian sirkulator pada keluaran yang sebenarnya membuat benda itu terlihat seperti 50R melihat kembali ke input.

Jadi, apakah benar untuk mengatakan pencocokan impedansi menyiratkan efisiensi pemancar RF praktis tidak boleh lebih besar dari 50%? Dan setiap pemancar RF praktis harus membuang setidaknya 50% energi?

Tidak itu salah. Diagram di posting Anda tidak memiliki blok bangunan penting dalam diskusi ini: penguat itu sendiri.

Semua amplifier dapat dijelaskan sesuai dengan PAE mereka (Power Added Efficiency).

PAE adalah parameter kunci di sini, karena penguatan amplifier kemungkinan akan sangat tinggi. Daya yang ditransfer KE AMPLIFIER oleh generator, ketika impedansi dicocokkan, akan hanya 50% dari daya generator maksimum memang. Tetapi jika gain cukup tinggi maka daya yang terbuang dalam impedansi internal generator akan sangat rendah dibandingkan dengan daya yang dikirim OLEH AMPLIFIER ke beban. Dengan demikian, dampak dalam efisiensi total cenderung rendah.

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

Jadi, apakah benar untuk mengatakan pencocokan impedansi menyiratkan efisiensi pemancar RF praktis tidak boleh lebih besar dari 50%? Dan setiap pemancar RF praktis harus membuang setidaknya 50% energi?

Tidak, tidak benar mengatakan itu.

Apa yang harus Anda pastikan ketika menghubungkan amplifier ke antena melalui kabel (biasanya membujuk) adalah bahwa tidak ada pantulan daya yang signifikan dari beban (antena) yang dapat merusak amplifier atau membuatnya kurang efektif.

Jika impedansi antena cocok dengan impedansi karakteristik coax maka amplifier dapat menggerakkan ujung feed coax tanpa memerlukan resistansi sumber seri. Impedansi yang terlihat pada ujung yang digerakkan akan menjadi impedansi antena karena cocok dengan impedansi karakteristik kabel.

Impedansi terdiri dari bagian nyata (resistif) dan imajiner (reaktif). Hanya bagian nyata (resistif) yang menghilangkan kekuatan. Secara teoritis seseorang dapat memiliki impedansi reaktif murni dengan besarnya 50 ohm dan tidak menghilangkan daya apa pun di dalamnya.

Unit-unit impedansi adalah Volts per Amp. Ketika berbicara tentang impedansi saluran transmisi, kita sebenarnya berbicara tentang berapa banyak arus yang perlu dimasukkan ke dalam saluran untuk menyebabkan tegangan sebesar tertentu untuk merambat di sepanjang saluran. Berarti rasio tegangan dan arus.

Misalnya kabel CAT-5 memiliki kecepatan rambat sekitar 0,64 * C. Kabel ini juga memiliki kapasitansi sekitar 15pF per kaki (48pF per meter). Impedansinya terutama ditentukan oleh kapasitansi antara pasangan bengkok (tentu saja ada beberapa komponen induktif dan resistif kecil).

Jika kita menempatkan sinyal 1V ke salah satu ujung garis, sinyal akan merambat pada 192.000.000 m / s, untuk setiap 1 meter yang dilalui sinyal itu perlu mengisi 48pF ke 1V (jadi 48pC).

1V * 48pF / m / (180M m / s) = 9,44 mA.

1V / 9.44mA = 105.9 ohm (yang sangat dekat dengan impedansi 100 ohm nominal).

Ini benar. Amplifier "praktis" harus cocok dengan output yang terdiri dari konektor, kabel, antena. Untuk pengiriman daya maksimum akhirnya ke antena,> = 50% akan terbuang sia-sia di tempat lain.