Como o VSWR alto danifica os amplificadores de RF?

Como é que um VSWR alto pode danificar os transistores finais em um amplificador de potência de RF?

A linha de transmissão é significativa além do efeito que ela tem na transformação da impedância da carga na outra extremidade? Ou uma impedância agregada equivalente diretamente na saída do amplificador seria igualmente prejudicial?

De todas as impedâncias possíveis que resultam em um determinado VSWR, todas são igualmente ruins?

A potência refletida é "absorvida" pelo amplificador? Por exemplo, se estou recebendo potência refletida de 100W, isso é mais ou menos o mesmo que colocar um aquecedor de 100W no amplificador?

Também li que tensão excessiva pode ser o mecanismo que leva a danos. Como é que uma tensão maior que a tensão de alimentação pode aparecer? Existe um limite de quão alta essa tensão pode estar na presença de uma incompatibilidade arbitrária?

Como é que um VSWR alto pode danificar os transistores finais em um amplificador de potência de RF? É simplesmente a impedância errada (após a transformação pela linha de alimentação) que aparece nos terminais ou a linha de transmissão é particularmente importante?

Depende do design do amplificador que você está usando.

$\rm{VSWR}\approx\infty$

$\rm{VSWR}\approx\infty$

O poder refletido está sendo absorvido e dissipado nos transistores ou algo mais?

Se a saída do seu amplificador tiver uma parte real de sua impedância de saída, isso implicaria que ele está absorvendo a onda refletida.

No entanto, a onda refletida provavelmente será coerente com a onda de saída que o amplificador está produzindo. Assim, é possível que os efeitos de interferência entre as duas ondas aumentem ou reduzam a possibilidade de danos ao amplificador, dependendo da relação de fase entre elas.

Se você estiver dirigindo uma longa fila, pequenas alterações na frequência do sinal, ou mesmo na temperatura da linha, poderão alterar significativamente a fase da onda refletida; portanto, provavelmente não seria uma boa ideia tentar projetar na suposição de que você pode controlar a fase da reflexão.

Se você estiver dirigindo uma linha curta, controlar a fase de uma reflexão controlando o comprimento da linha é uma prática comum, sempre que usamos um esboço ou desvio como um filtro correspondente, por exemplo.

É um problema de reflexão. Se a antena em particular não corresponder à energia da linha de alimentação, ela será refletida de volta na linha de alimentação. Isso leva a uma onda parada na linha de alimentação de nós de alta tensão, onde a onda de entrada reforça a onda refletida.

Um medidor VSWR lê a proporção da onda transmitida que é refletida de volta, dando uma idéia do tamanho do problema.

Quanto maior o VSWR, maior a tensão nos nós de alta tensão e é isso que causa danos aos componentes eletrônicos do driver. Atualmente, a maioria dos rádios de alta potência detectam o VSWR e desligam ou reduzem a energia para evitar danos.

Na verdade, existem apenas algumas coisas que matam os dispositivos de energia de RF:

• Sobrecorrente (você pode queimar os fios bond)
• Sobretensão (Um dispositivo típico funcionando a 100V (~ 50V trilho) falhará se o Vds exceder ~ 130V mesmo que momentaneamente).
• Over Drive (especialmente peças do estilo MOSFET e LDMOS, mas também tetrodes), perfura o portão ou superaquece a grade de controle.
• O superaquecimento deve ser óbvio, mas os dispositivos de alta potência geralmente executam a junção em algumas dezenas de graus de falha na potência máxima.

As tensões e correntes podem ser claramente aumentadas por uma reflexão com o sinal apropriado, assim como a energia (área operacional segura) se a reflexão produzir alta tensão no dispositivo ao mesmo tempo em que houver muita corrente fluindo.

O over drive pode levá-lo através da capacitância de transferência reversa ou da rede de feedback, se a estabilidade do dispositivo for comprometida pela falha.

A maioria dos amplificadores de RF não tem espaço para lidar com uma carga altamente reativa, porque isso custa dinheiro.

Normalmente, um amplificador de potência de radiofrequência é seguido por algum tipo de rede de correspondência de impedâncias (provavelmente incluindo indutores e capacitores) para transformar a resistência da carga em algo que o transistor de potência possa suportar, considerando suas habilidades de manipulação de tensão e corrente. Uma linha de transmissão também pode estar associada a esta rede. Afinal, na freqüência de operação, o transistor de potência vê uma resistência de carga desejável.
Um projetista de amplificador também garante que, em todas as outras frequências, a rede correspondente apresente uma impedância ao transistor de potência que não garante oscilações espúrias. Um exemplo de amplificador de 7 MHz
. Um MOSfet conduz uma carga de 50 ohm através de uma rede correspondente que consiste em um filtro passa-baixo de L e C. Ele pode lidar com corrente de pico de 3 A e tensão de pico de 90 V. Com uma carga de 50 ohm (azul), opera dentro desses limites. Mas uma carga de 1 ohm (verde) faz com que a corrente de pico seja excessiva e a tensão de pico exceda a quebra do MOSfet. Uma carga de 1000 ohm (vermelha) é aceitável neste caso.

Observe que esta execução SPICE não gera fumaça nem mostra o que acontece quando a tensão ou corrente de dreno excede os limites. Nenhuma linha de transmissão está incluída aqui. Para uma rede correspondente diferente ou uma linha de transmissão cujo comprimento pode variar, esses resultados podem mudar drasticamente, possivelmente excedendo os limites para a carga de 1000 ohm. Um projetista conservador pode empregar um MOSfet com limites maiores, produzindo um amplificador estável que permanece dentro dos limites de qualquer impedância de carga.