임피던스 매칭은 실제 RF 송신기가 에너지의 50 % 이상을 낭비해야 함을 의미합니까?

최대 전력 전송 이론에 따르면, 고정 소스 임피던스가 제공 될 때, 최대 전력 전송을 달성하기 위해 소스 임피던스와 일치하도록로드 임피던스가 선택되어야한다.

다른 한편으로, 소스 임피던스가 설계자들로부터 도달 할 수없는 경우, 부하를 소스 임피던스와 일치시키는 대신, 소스 임피던스를 최소화하여 최대 효율과 전력 전달을 달성 할 수 있으며, 이는 전원 공급 장치의 일반적인 관행입니다. 및 오디오 주파수 증폭기.

그러나 RF 회로에서 신호 무결성 문제, 반사 손실 및 반사로 인한 고전력 RF 증폭기의 손상을 피하려면 임피던스 매칭을 사용하여 모든 소스 임피던스, 부하 임피던스 및 특성 임피던스를 일치시켜야합니다. 전송 라인과 마지막으로 안테나.

내 이해가 정확하면 일치하는 소스 및 부하 (예 : RF 증폭기 출력 및 안테나)가 전압 분배기를 형성하며 각각 전압의 절반을받습니다. 총 임피던스가 고정되어 있으면 RF 송신기 자체를 태우고 가열하는 데 항상 50 %의 전력이 낭비된다는 의미입니다.

그렇다면 임피던스 매칭이 실제 RF 송신기의 효율이 50 %를 초과 할 수 없다는 것을 의미하는 것이 맞습니까? 실용적인 RF 송신기는 최소한 50 %의 에너지를 낭비해야합니까?

전원이 제로 옴 출력 전압 소스이고 그 뒤에 50 옴 저항이 있다면, 그렇습니다.

그러나 실제 RF 증폭기 (적어도 효율적으로 설계된 것)는 결코 그렇게 만들어지지 않습니다. 그것들은 임피던스가 낮은 공통 이미 터 또는 소스 스테이지에 이어 반응성 임피던스 정합이 이루어지며, 모두 50 옴으로 작동하도록 설계되었습니다.

흥미롭게도 범용 신호 발생기를 구입하면 효율은 문제가되지 않으므로 매우 넓은 주파수 범위에 걸쳐 정확하게 정의 된 출력 임피던스를 갖는 것은 출력 이 일반적으로 전압 소스로 구축 된 후 실제 50ohm 저항으로 구성됩니다. 주요 디자인 목표.

RF 증폭기는 일반적으로 원격에서 50R에 가까운 출력 임피던스를 갖지 않습니다. 그러나 ... 50R 부하를 구동하도록 설계되었습니다!

오디오 앰프와 마찬가지로 소스 임피던스는 일반적으로 설계 부하 임피던스와는 거리가 멀다. 최대 전력 전송을 원치 않기 때문에 최대 효율에 가까운 것을 원한다!

토폴로지에 따라 전압 소스 (낮은 출력 임피던스) 또는 전류 소스 (높은 출력 임피던스)와 비슷합니다.

예를 들어, HF, 푸시 풀 출력 단계에 대해 생각하면 장치는 설계된 전압 및 전류에서 작동하므로 '임피던스'(보통 상당히 낮음)가 산업 표준 50R로 변환됩니다.

이 임피던스는 설계자에 의해 50R 부하에 걸쳐 전압이 발생하여 설계된 전력 레벨이 무엇이든 전달할 수 있도록 설정됩니다. 이러한 출력 장치는 깊은 클래스 C 또는 클래스 F에있을 수 있으며 기본적으로 제로 전력 근처에서 소산되는 스위치로 작동 할 수 있지만 디자이너로서 여전히 작동 전압으로 어떤 전압과 전류를 선택해야하는지, 따라서 어떤 변환이 필요한지 결정해야합니다. 출력에서 목표 전력에 도달해야합니다.

이제 이러한 증폭기를 50R에서 멀리 떨어진 부하로 실행하려고하면 전원 장치에서 볼 수있는 전압과 전류가 설계자가 의도 한 것과 다를 수 있으며 멀리 갈 경우 연기가 나옵니다.

더 복잡한 문제는 출력 필터와 (UHF 이상에서) 출력에서 ​​종단 순환기가 실제로 입력을 다시 50R처럼 보이게 만드는 가능성입니다.

그렇다면 임피던스 매칭이 실제 RF 송신기의 효율이 50 %를 초과 할 수 없다는 것을 의미하는 것이 맞습니까? 실용적인 RF 송신기는 최소한 50 %의 에너지를 낭비해야합니까?

아니, 그건 잘못이야 게시물의 다이어그램에는이 토론의 필수 구성 요소 인 증폭기 자체가 없습니다.

모든 증폭기는 PAE (Power Added Efficiency)에 따라 설명 할 수 있습니다.

PAE는 증폭기 게인이 매우 높을 수 있기 때문에 여기서 중요한 매개 변수입니다. 임피던스가 일치 할 때 발생기에 의해 증폭기로 전송 된 전력은 실제로 최대 발생기 전력의 50 %에 불과합니다. 그러나 이득이 충분히 높으면 발전기의 내부 임피던스에 낭비되는 전력은 증폭기가 부하에 전달하는 전력에 비해 매우 낮을 것이다. 따라서 총 효율에 미치는 영향은 적을 것입니다.

$\eta = P_{out}/P_{supply}$

그렇다면 임피던스 매칭이 실제 RF 송신기의 효율이 50 %를 초과 할 수 없다는 것을 의미하는 것이 맞습니까? 실용적인 RF 송신기는 최소한 50 %의 에너지를 낭비해야합니까?

아니요, 그렇게 말하는 것이 맞지 않습니다.

케이블 (일반적으로 동축 케이블)을 통해 앰프를 안테나에 연결할 때 반드시 확인해야하는 것은 앰프에 손상을 주거나 효율을 떨어 뜨릴 수있는 부하 (안테나)의 전력 반사가 크지 않다는 것입니다.

안테나 임피던스가 동축의 특성 임피던스와 일치하면 증폭기는 직렬 소스 저항없이 동축의 피드 엔드를 구동 할 수 있습니다. 피동 단에서 보이는 임피던스는 케이블의 특성 임피던스와 일치하기 때문에 안테나 임피던스가됩니다.

임피던스는 실수 (저항) 및 허수 (반응)로 구성됩니다. 실제 (저항성) 부분 만 전력을 소비합니다. 이론적으로는 50ohm 크기의 순전히 반응성 임피던스를 가질 수 있으며 그 안에 어떤 전력도 소비하지 않습니다.

임피던스의 단위는 앰프 당 전압입니다. 전송 라인의 임피던스에 대해 이야기 할 때 실제로 어느 정도의 전압이 라인을 따라 전파되도록하기 위해 라인에 얼마나 많은 전류가 공급되어야하는지에 대해 이야기하고 있습니다. 전압과 전류의 비율을 의미합니다.

예를 들어 CAT-5 케이블의 전파 속도는 약 0.64 * C입니다. 또한 캐패시턴스는 1 피트 당 약 15pF (미터당 48pF)입니다. 그 임피던스는 주로 꼬인 쌍 사이의 커패시턴스에 의해 결정됩니다 (물론 작은 유도 및 저항 성분이 있습니다).

1V 신호를 라인의 한쪽 끝에 넣으면 신호가 이동하는 1m마다 12,000m / s로 192,000,000m / s로 전파되며 48pF에서 1V (48pC)를 충전해야합니다.

1V * 48pF / m / (180M m / s) = 9.44mA.

1V / 9.44mA = 105.9 옴 (공칭 100 옴 임피던스에 매우 근접 함).

맞습니다. "실제"증폭기는 커넥터, 케이블, 안테나로 구성된 출력과 일치해야합니다. 결국 안테나에 최대 전력을 공급하기 위해서는> = 50 %가 다른 곳에서 낭비됩니다.