VSWRが高いとRFアンプはどのように損傷しますか?


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VSWRが高いとRF電力増幅器の最終トランジスタが損傷する可能性があるのはどうしてですか?

伝送線路は、反対側の負荷のインピーダンスの変換に与える影響を超えて重要ですか?それとも、アンプの出力で直接等価の集中インピーダンスが同じように損傷しますか?

与えられたVSWRをもたらす可能性のあるすべてのインピーダンスのうち、それらはすべて等しく劣っていますか?

反射された電力は増幅器によって「吸収」されますか?たとえば、100Wの反射電力が得られる場合、それはアンプに100Wヒーターを置くこととほぼ同じですか?

また、過剰な電圧が損傷につながるメカニズムになる可能性があることも読みました。供給電圧よりも高い電圧が現れるのはどうしてですか?任意の不一致が存在する場合、この電圧がどれだけ高い可能性があるのか​​という制限はありますか?

回答:


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VSWRが高いとRF電力増幅器の最終トランジスタが損傷する可能性があるのはどうしてですか?それは単に端子に現れる間違ったインピーダンス(フィードラインによる変換後)ですか、それとも伝送ラインは特に重要ですか?

使用しているアンプの設計に依存します。

VSWR

VSWR

それは、トランジスタまたは他の何かに吸収されて消費される電力を反映していますか?

アンプの出力に出力インピーダンスの実部がある場合、それは反射波を吸収していることを意味します。

ただし、反射波は、増幅器が生成する発信波とコヒーレントである可能性があります。したがって、2つの波の間の干渉効果は、それらの間の位相関係に応じて、増幅器の損傷の可能性を高めるまたは減らす可能性があります。

長いラインを運転している場合、信号周波数のわずかな変化、またはラインの温度でさえ、反射波の位相を大幅に変更する可能性があるため、おそらく、反射の位相を制御できます。

短いラインを駆動する場合、ラインの長さを制御することで反射の位相を制御することは一般的な方法であり、たとえばマッチングフィルターとしてスタブまたはシャントを使用するたびに行われます。


出力電圧を増加させる方法について詳しく説明していただけますか?電源電圧をどのように超えることができるのか、頭を悩ませています。
フィルフロスト

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@フィル、抵抗の代わりにコレクタがプルアップするインダクタを想像してください。過去数日間で誰かがこれについて質問をしました。
光子

それはそれの完璧なセンス思考をそのようになり、感謝
フィル・フロスト

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これはリフレクションの問題です。特にアンテナが給電線と一致しない場合、電力は給電線に反射して戻ります。これにより、高電圧のノードの給電線に定在波が生じ、着信波が反射波を強化します。

VSWRメーターは、反射して戻ってくる送信波の割合を読み取り、問題の大きさを把握します。

VSWRが高くなると、高電圧ノードの電圧が高くなり、これがドライバーの電子回路に損傷を与えます。最近のほとんどの高出力無線はVSWRを検出し、シャットダウンするか、電力を減らして損傷を防ぎます。


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RFパワーデバイスを殺すのは、実際にはほんのいくつかのことです。

  • 過電流(ボンドワイヤを焼き切れます)
  • 過電圧(Vdsが瞬間的にも〜130Vを超えると、100V(〜50Vレール)で動作する典型的なデバイスは故障します)。
  • オーバードライブ(特にMOSFETおよびLDMOSスタイルの部品、さらには四極管)、ゲートパンク、または制御グリッドの過熱。
  • 過熱は明らかなはずですが、高出力デバイスは、多くの場合、フルパワーで数十度の故障内で接合部を実行します。

適切な符号を持つ反射によって電圧と電流を明確に増加させることができます。また、多くの電流が流れると同時に反射がデバイス全体に高電圧を生成する場合、電力(安全動作領域)を使用できます。

故障によりデバイスの安定性が損なわれた場合、オーバードライブは、逆伝達容量またはフィードバックネットワークを介してあなたを得ることができます。

ほとんどのRFアンプには、非常に反応性の高い負荷に対処するための余裕がありません。


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通常、高周波電力増幅器の後には、何らかの種類のインピーダンスマッチングネットワーク(インダクタやコンデンサを含む可能性があります)が続き、その電圧と電流の処理能力を考慮して、負荷抵抗をパワートランジスタが対応できるものに変換します。伝送ラインもこのネットワークに関連付けられている場合があります。しかし、結局のところ、動作周波数では、パワートランジスタには望ましい負荷抵抗があります。
また、アンプの設計者は、他のすべての周波数で、整合ネットワークがパワートランジスタにインピーダンスを与え、スプリアス発振を防止するようにします。例の7 MHzアンプ
3つの負荷(1、50、1000オームのパワーMOSfetアンプ 。MOSfetは、LとCのローパスフィルターで構成されるマッチングネットワークを介して50オームの負荷を駆動します。3 Aのピーク電流と90 Vのピーク電圧を処理できます。50オームの負荷(青)で、これらの制限内で動作します。ただし、1オームの負荷(緑)により、ピーク電流が過剰になり、ピーク電圧がMOSfetブレークダウンを超えます。この場合、1000オームの負荷(赤)が許容されます。

このSPICE実行は煙を発生させず、ドレイン電圧または電流が制限を超えたときに何が起こるかを示していないことに注意してください。ここには伝送ラインは含まれていません。異なるマッチングネットワーク、または長さが変化する可能性のある伝送ラインの場合、これらの結果は大幅に変化し、1000オームの負荷の制限を超える可能性があります。保守的な設計者は、より大きな制限を持つMOSfetを使用して、あらゆる負荷インピーダンスの制限内にとどまる安定したアンプを生成する場合があります。

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