A correspondência de impedância implica que qualquer transmissor de RF prático deva desperdiçar> = 50% de energia?

De acordo com o teorema da transferência de potência máxima, quando uma impedância de fonte fixa é fornecida, a impedância de carga deve ser escolhida para corresponder à impedância da fonte para alcançar a transferência de potência máxima.

Por outro lado, se a impedância da fonte não estiver fora do alcance dos projetistas, em vez de corresponder a carga à impedância da fonte, a impedância da fonte pode simplesmente ser minimizada para obter a máxima eficiência e transferência de energia, é uma prática comum em fontes de alimentação e amplificadores de frequência de áudio.

Entretanto, em circuitos de RF, para evitar problemas de integridade do sinal, perda de reflexão e danos ao amplificador de RF de alta potência devido à reflexão, a correspondência de impedâncias deve ser usada para corresponder a toda a impedância da fonte, impedância de carga e também a impedância característica de a linha de transmissão e, finalmente, a antena.

Se meu entendimento estiver correto, uma fonte e uma carga correspondentes (por exemplo, uma saída de amplificador de RF e uma antena) formam um divisor de tensão, cada um recebe metade da tensão. Dada uma impedância total fixa, significa que sempre há 50% de energia desperdiçada na queima e no aquecimento do próprio transmissor de RF.

Então, é correto dizer que a correspondência de impedância implica que a eficiência de qualquer transmissor de RF prático não possa ser superior a 50%? E qualquer transmissor de RF prático deve desperdiçar pelo menos 50% de energia?

Se a sua fonte de alimentação for uma fonte de tensão de saída de zero ohm, seguida por um resistor de 50 ohm, sim, o que você acha correto.

No entanto, amplificadores de RF práticos (pelo menos aqueles projetados para serem eficientes) nunca são construídos assim. Eles tendem a ter um emissor comum de baixa impedância ou estágio de fonte seguido de correspondência de impedância reativa, todos projetados para operar em 50 ohms.

Curiosamente, se você compra um gerador de sinal de uso geral, a saída geralmente é construída como uma fonte de tensão seguida de um resistor real de 50 ohm, pois a eficiência não é um problema, e ter uma impedância de saída definida com precisão em uma faixa de freqüência muito ampla é o objetivo principal do projeto.

Os amplificadores de RF NÃO têm, em geral, uma impedância de saída remotamente próxima a 50R ..... Eles são projetados para conduzir uma carga de 50R!

Assim como os amplificadores de áudio, a impedância da fonte geralmente está longe da impedância de carga do projeto, porque você NÃO deseja a máxima transferência de energia, deseja algo mais próximo da máxima eficiência!

Dependendo da topologia, as coisas se aproximam das fontes de tensão (baixa impedância de saída) ou fontes de corrente (alta impedância de saída).

Se você pensar em, por exemplo, um estágio de saída HF, Push pull, os dispositivos estão operando com alguma tensão e corrente projetadas, portanto, com alguma 'impedância' (geralmente bastante baixa), que é então transformada em um padrão da indústria 50R.

Essa impedância é definida pelo projetista para resultar em alguma tensão nessa carga de 50R que fornecerá qualquer que seja o nível de potência projetado. Observe que esses dispositivos de saída podem estar na classe C profunda ou mesmo na classe F e estar operando essencialmente como interruptores que dissipam potência quase zero, mas eu, como projetista, ainda preciso decidir qual voltagem e qual corrente escolher como ponto operacional e, portanto, qual transformação Eu preciso chegar ao poder alvo na saída.

Agora, claramente, se você tentar colocar esse amplificador em uma carga distante do 50R, as tensões e correntes vistas pelos dispositivos de energia serão outras que o projetista pretendia, e se você for longe, a fumaça sairá.

Uma complicação adicional são os filtros de saída e (na UHF e acima) a possibilidade de um circulador terminado na saída que realmente faz a coisa parecer 50R olhando de volta para a entrada.

Então, é correto dizer que a correspondência de impedância implica que a eficiência de qualquer transmissor de RF prático não possa ser superior a 50%? E qualquer transmissor de RF prático deve desperdiçar pelo menos 50% de energia?

Não, isto está errado. O diagrama do seu post não possui o componente essencial nesta discussão: o próprio amplificador.

Todos os amplificadores podem ser descritos de acordo com seu PAE (Power Added Efficiency).

PAE é o parâmetro chave aqui, porque o ganho do amplificador provavelmente será muito alto. A energia transferida para o AMPLIFICADOR pelo gerador, quando as impedâncias forem correspondidas, será de fato apenas 50% da potência máxima do gerador. Mas se o ganho for alto o suficiente, a energia desperdiçada na impedância interna do gerador será muito baixa em comparação com a energia fornecida pelo amplificador à carga. Assim, é provável que o impacto na eficiência total seja baixo.

O que importa aqui é (principalmente) o estágio de saída do amplificador com uma alta eficiência bruta $\eta = P_{out}/P_{supply}$, que depende da classe de amplificação (A, B, AB, C, D, F, etc.) e do ponto de operação do amplificador.

Então, é correto dizer que a correspondência de impedância implica que a eficiência de qualquer transmissor de RF prático não possa ser superior a 50%? E qualquer transmissor de RF prático deve desperdiçar pelo menos 50% de energia?

Não, não é correto dizer isso.

O que você deve garantir ao conectar o amplificador à antena por meio de um cabo (normalmente coaxial) é que não haja reflexos significativos de energia da carga (antena) que possam danificar o amplificador ou torná-lo menos eficaz.

Se a impedância da antena corresponder à impedância característica do cabo coaxial, o amplificador poderá acionar a extremidade de alimentação do cabo coaxial sem exigir nenhuma resistência de fonte em série. A impedância vista na extremidade acionada será a impedância da antena porque corresponde à impedância característica do cabo.

A impedância consiste em partes reais (resistivas) e imaginárias (reativas). Somente a parte real (resistiva) dissipa a energia. Teoricamente, poderia-se ter uma impedância puramente reativa com magnitude de 50 ohms e não dissipar nenhuma potência nela.

As unidades de impedância são Volts por Amp. Ao falar sobre a impedância de uma linha de transmissão, estamos falando sobre quanta corrente precisaria ser alimentada na linha para fazer com que uma tensão de certa magnitude se propague ao longo da linha. Significando a proporção da tensão e corrente.

Por exemplo, o cabo CAT-5 tem uma velocidade de propagação de cerca de 0,64 * C. Também possui uma capacitância de cerca de 15pF por pé (48pF por metro). Sua impedância é determinada principalmente pela capacitância entre os pares trançados (existem alguns componentes indutivos e resistivos pequenos).

Se colocarmos um sinal de 1V em uma extremidade da linha, o sinal se propagará a 192.000.000 m / s, para cada 1 metro que o sinal viaja, será necessário cobrar 48pF a 1V (ou seja, 48pC).

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

1V / 9,44mA = 105,9 ohms (que é muito próximo da impedância nominal de 100 ohms).

Isto está certo. Um amplificador "prático" terá que corresponder à saída que consiste em conectores, cabos, antena. Para eventual entrega máxima de energia à antena,> = 50% será desperdiçado em outro lugar.