Comment un VSWR élevé endommage-t-il les amplificateurs RF?

Comment se fait-il qu'un VSWR élevé puisse endommager les transistors finaux d'un amplificateur de puissance RF?

La ligne de transmission est-elle significative au-delà de l'effet qu'elle a sur la transformation de l'impédance de la charge à l'autre extrémité? Ou une impédance localisée équivalente directement à la sortie de l'amplificateur serait-elle tout aussi dommageable?

De toutes les impédances possibles qui aboutissent à un VSWR donné, sont-elles toutes également mauvaises?

La puissance réfléchie est-elle "absorbée" par l'amplificateur? Par exemple, si j'obtiens une puissance réfléchie de 100W, est-ce plus ou moins la même chose que de mettre un radiateur de 100W sur l'amplificateur?

J'ai également lu qu'une tension excessive peut être le mécanisme conduisant à des dommages. Comment se fait-il qu'une tension supérieure à la tension d'alimentation puisse apparaître? Y a-t-il une limite à la hauteur de cette tension en présence d'un décalage arbitraire?

Comment se fait-il qu'un VSWR élevé puisse endommager les transistors finaux d'un amplificateur de puissance RF? Est-ce simplement la mauvaise impédance (après transformation par la ligne d'alimentation) apparaissant aux bornes ou la ligne de transmission est-elle particulièrement importante?

Cela dépend de la conception de l'amplificateur que vous utilisez.

Si le coefficient de réflexion vu par l'amplificateur est -1 (donc ), cela équivaut à conduire un court-circuit, et vous pouvez voir pourquoi ce serait une condition de surcharge pour à peu près n'importe quel type d'amplificateur .$\rm{VSWR}\approx\infty$

Si le coefficient de réflexion est +1 (à nouveau ), cela équivaut à piloter un circuit ouvert. Si l'étage de sortie de votre amplificateur ressemble à un amplificateur à émetteur commun avec pull-up résistif (par exemple un tampon CML), cela ne va pas du tout être un problème. Dans certaines autres configurations d'amplificateurs avec des éléments réactifs, l'augmentation de la tension de sortie pourrait provoquer une panne des dispositifs de sortie, par exemple.$\rm{VSWR}\approx\infty$

S'agit-il d'une puissance réfléchie absorbée et dissipée dans les transistors ou autre chose?

Si la sortie de votre amplificateur a une part réelle à son impédance de sortie, cela impliquerait qu'il absorbe l'onde réfléchie.

Cependant, l'onde réfléchie sera probablement cohérente avec l'onde sortante que l'amplificateur produit. Ainsi, il est possible que les effets d'interférence entre les deux ondes améliorent ou réduisent la possibilité de dommages à l'amplificateur, selon la relation de phase entre eux.

Si vous conduisez une longue ligne, alors de petits changements dans la fréquence du signal, ou même la température de la ligne, pourraient changer la phase des ondes réfléchies de manière significative, donc ce ne serait probablement pas une bonne idée d'essayer de concevoir en supposant que vous pouvez contrôler la phase de la réflexion.

Si vous conduisez une ligne courte, contrôler la phase d'une réflexion en contrôlant la longueur de la ligne est une pratique courante, effectuée chaque fois que nous utilisons un stub ou un shunt comme filtre correspondant, par exemple.

C'est un problème de réflexion. Si l'antenne en particulier n'est pas adaptée à la ligne d'alimentation, la puissance est réfléchie vers le bas de la ligne d'alimentation. Cela conduit à une onde stationnaire sur la ligne d'alimentation des nœuds de haute tension où l'onde entrante renforce l'onde réfléchie.

Un compteur VSWR lit la proportion de l'onde transmise qui est réfléchie, ce qui vous donne une idée de la taille du problème.

Plus le VSWR est élevé, plus la tension aux nœuds haute tension est élevée et c'est ce qui endommage l'électronique du pilote. La plupart des radios de puissance supérieure de nos jours détectent le VSWR et arrêtent ou réduisent la puissance pour éviter les dommages.

Il n'y a vraiment que peu de choses qui tuent les appareils d'alimentation RF:

• Surintensité (vous pouvez brûler les fils de liaison)
• Surtension (Un appareil typique fonctionnant à 100 V (rail ~ 50 V) échouera si Vds dépasse ~ 130 V, même momentanément).
• Over Drive (en particulier les pièces de style MOSFET et LDMOS, mais aussi les tétrodes), perforation de grille ou surchauffe de la grille de contrôle.
• La surchauffe devrait être évidente, mais les appareils à haute puissance exécutent souvent la jonction en quelques dizaines de degrés de défaillance à pleine puissance.

Les tensions et les courants peuvent clairement être augmentés par une réflexion ayant le signe approprié, tout comme l'alimentation (zone de fonctionnement sûre) si la réflexion produit une tension élevée à travers l'appareil en même temps qu'un courant important circule.

Over drive peut vous avoir via la capacité de transfert inverse ou le réseau de rétroaction si la stabilité de l'appareil est compromise par le défaut.

La plupart des amplis RF manquent de marge pour faire face à une charge hautement réactive, car cela coûte de l'argent.

Habituellement, un amplificateur de puissance radiofréquence est suivi d'une sorte de réseau d'adaptation d'impédance (comprenant probablement des inductances et des condensateurs) pour transformer la résistance de charge en quelque chose que le transistor de puissance peut gérer, compte tenu de ses capacités de gestion de la tension et du courant. Une ligne de transmission peut également être associée à ce réseau. Mais après tout, à la fréquence de fonctionnement, le transistor de puissance voit une résistance de charge souhaitable.
Un concepteur d'amplificateur garantit également qu'à toutes les autres fréquences, le réseau d'adaptation présente une impédance au transistor de puissance qui n'assure aucune oscillation parasite. Un exemple d'amplificateur 7 MHz
. Un MOSfet entraîne une charge de 50 ohms à travers un réseau correspondant composé d'un filtre passe-bas de L et C. Il peut gérer un courant de crête de 3 A et une tension de crête de 90 V. Avec une charge de 50 ohms (bleu), il fonctionne dans ces limites. Mais une charge de 1 ohm (verte) fait que le courant de crête est excessif et que la tension de crête dépasse la panne du MOSfet. Une charge de 1000 ohms (rouge) est acceptable dans ce cas.

Notez que cette analyse SPICE ne crée pas de fumée et ne montre pas ce qui se passe lorsque la tension ou le courant de drain dépasse les limites. Aucune ligne de transmission n'est incluse ici. Pour un réseau d'adaptation différent ou une ligne de transmission dont la longueur pourrait varier, ces résultats pourraient changer radicalement, dépassant peut-être les limites de la charge de 1000 ohms. Un concepteur prudent pourrait utiliser un MOSfet ayant des limites plus grandes, produisant un amplificateur stable qui reste dans les limites de toute impédance de charge.