インピーダンス整合は、実用的なRF送信機がエネルギーの50％以上を無駄にしなければならないことを意味しますか？

最大電力伝送の定理によれば、固定ソースインピーダンスが与えられた場合、負荷インピーダンスは、最大電力伝送を達成するためにソースインピーダンスに一致するように選択する必要があります。

一方、電源インピーダンスが設計者の手の届かないところにない場合、負荷を電源インピーダンスに一致させる代わりに、電源インピーダンスを単純に最小化して最大の効率と電力伝達を達成することができます。これは電源の一般的な方法です。およびオーディオ周波数増幅器。

ただし、RF回路では、信号の整合性の問題、反射損失、および反射による高出力RFアンプの損傷を避けるために、インピーダンスマッチングを使用して、すべてのソースインピーダンス、負荷インピーダンス、および伝送ライン、そして最後にアンテナ。

私の理解が正しければ、一致したソースと負荷（たとえば、RFアンプ出力とアンテナ）が分圧器を形成し、それぞれが半分の電圧を受け取ります。固定の合計インピーダンスを考えると、RFトランスミッター自体の燃焼と加熱に無駄な電力が常に50％あることを意味します。

だから、インピーダンスマッチングは、実用的なRFトランスミッタの効率が50％を超えることはできないことを意味すると言うのは正しいですか？そして、実用的なRF送信機は、少なくとも50％のエネルギーを無駄にしなければなりませんか？

電源がゼロオームの出力電圧源であり、その後に50オームの抵抗が続く場合、正しいと思われるものです。

ただし、実用的なRFアンプ（少なくとも効率的に設計されたもの）は、そのように構築されることはありません。これらは、低インピーダンスの共通エミッタまたはソースステージを持ち、その後にリアクタンスインピーダンスマッチングがあり、すべて50オームで動作するように設計されています。

興味深いことに、汎用信号発生器を購入する場合、出力は通常、効率が問題にならず、非常に広い周波数範囲で正確に定義された出力インピーダンスを持つため、実際の50オームの抵抗が続く電圧源として構築されます主な設計目標。

RFアンプは一般に50Rに近い出力インピーダンスを持ちません。....しかし、それらは50R負荷を駆動するように設計されています。

オーディオアンプと同じように、ソースインピーダンスは一般に設計負荷インピーダンスから遠く離れています。最大の電力伝送が必要なため、最大効率に近いものが必要です。

トポロジーに応じて、物事は電圧源（低出力インピーダンス）または電流源（高出力インピーダンス）のいずれかに近似します。

たとえば、HF、プッシュプル出力段について考えると、デバイスは設計された電圧と電流で動作しているため、「インピーダンス」（通常はかなり低い）で動作し、業界標準の50Rに変換されます。

このインピーダンスは、設計者によって設定され、その50R負荷にかかる電圧が設計された電力レベルに関係なく供給されるようにします。これらの出力デバイスは、深いクラスCまたはクラスFであり、ほぼゼロの電力を放散するスイッチとして動作する可能性がありますが、設計者としては、動作点として選択する電圧と電流を決定する必要があります。出力で目標電力に到達する必要があります。

このようなアンプを50Rから遠く離れた負荷にかけようとすると、パワーデバイスから見た電圧と電流は設計者が意図したものとは異なり、遠くに行くと煙が出ます。

さらに複雑なのは、出力フィルターと（UHF以上で）出力で終端されたサーキュレーターの可能性であり、実際には入力を振り返って50Rのように見えます。

だから、インピーダンスマッチングは、実用的なRFトランスミッタの効率が50％を超えることはできないことを意味すると言うのは正しいですか？そして、実用的なRF送信機は、少なくとも50％のエネルギーを無駄にしなければなりませんか？

いいえ、それは間違っています。投稿の図には、この議論の重要な構成要素であるアンプ自体がありません。

すべてのアンプは、PAE（電力付加効率）に従って説明できます。

アンプのゲインは非常に高い可能性が高いため、ここではPAEが重要なパラメーターです。インピーダンスが一致した場合、発電機によってアンプに転送される電力は、実際には最大発電機電力の50％にすぎません。ただし、ゲインが十分に高い場合、発電機の内部インピーダンスで浪費される電力は、アンプによって負荷に供給される電力と比較して非常に低くなります。したがって、全体の効率への影響は小さいと思われます。

ここで重要なのは、（主に）高い生効率を持つアンプの出力段です $\eta = P_{out}/P_{supply}$、増幅クラス（A、B、AB、C、D、Fなど）とアンプの動作点に依存します。

だから、インピーダンスマッチングは、実用的なRFトランスミッタの効率が50％を超えることはできないことを意味すると言うのは正しいですか？そして、実用的なRF送信機は、少なくとも50％のエネルギーを無駄にしなければなりませんか？

いいえ、それは言うのは正しくありません。

ケーブル（通常は同軸）を介してアンプにアンテナを接続する際に確認する必要があるのは、アンプ（アンプ）を損傷したり、効果を低下させる可能性のある負荷（アンテナ）からの電力の大きな反射がないことです。

アンテナのインピーダンスが同軸の特性インピーダンスと一致する場合、増幅器は直列ソース抵抗を必要とせずに同軸の給電端を駆動できます。駆動端で見られるインピーダンスは、ケーブルの特性インピーダンスと一致するため、アンテナインピーダンスになります。

インピーダンスは、実部（抵抗性）と虚部（反応性）の両方で構成されています。実際の（抵抗性の）部分のみが電力を消費します。理論的には、50オームの大きさの純粋なリアクタンスインピーダンスを持ち、電力を消費しない可能性があります。

インピーダンスの単位は、ボルト/アンペアです。伝送ラインのインピーダンスについて話すとき、実際には、特定の大きさの電圧をラインに沿って伝播させるために、どのくらいの電流をラインに供給する必要があるかについて話します。電圧と電流の比率を意味します。

たとえば、CAT-5ケーブルの伝搬速度は約0.64 * Cです。また、1フィートあたり約15pF（1メートルあたり48pF）の静電容量もあります。そのインピーダンスは、主にツイストペア間の静電容量によって決まります（もちろん、いくつかの小さな誘導性および抵抗性コンポーネントがあります）。

ラインの一端に1Vの信号を入力すると、信号は192,000,000 m / sで伝搬します。信号が1メートル進むごとに48pFを1Vに充電する必要があります（したがって48pC）。

1V * 48pF / m /（180M m / s）= 9.44mA

1V / 9.44mA = 105.9オーム（公称100オームインピーダンスに非常に近い）。

正解です。「実用的な」アンプは、コネクタ、ケーブル、アンテナで構成される出力と一致する必要があります。アンテナへの最終的な最大電力供給では、50％以上が他の場所で無駄になります。