Wie schädigt ein hohes VSWR HF-Verstärker?

Wie kommt es, dass ein hohes VSWR die endgültigen Transistoren eines HF-Leistungsverstärkers beschädigen kann?

Ist die Übertragungsleitung über den Effekt hinaus, den sie auf die Umwandlung der Impedanz der Last am anderen Ende hat, signifikant? Oder wäre eine äquivalente konzentrierte Impedanz direkt am Ausgang des Verstärkers genauso schädlich?

Sind alle möglichen Impedanzen, die zu einem bestimmten VSWR führen, alle gleich schlecht?

Wird die reflektierte Leistung vom Verstärker "absorbiert"? Wenn ich zum Beispiel eine reflektierte Leistung von 100 W erhalte, ist das mehr oder weniger dasselbe wie das Anbringen einer 100-W-Heizung am Verstärker?

Ich habe auch gelesen, dass übermäßige Spannung der Mechanismus sein kann, der zu Schäden führt. Wie kommt es, dass eine höhere Spannung als die Versorgungsspannung auftreten kann? Gibt es eine Grenze dafür, wie hoch diese Spannung bei einer beliebigen Fehlanpassung sein kann?

Wie kommt es, dass ein hohes VSWR die endgültigen Transistoren eines HF-Leistungsverstärkers beschädigen kann? Erscheint einfach die falsche Impedanz (nach der Transformation durch die Zuleitung) an den Klemmen oder ist die Übertragungsleitung besonders wichtig?

Dies hängt vom Design des verwendeten Verstärkers ab.

$\rm{VSWR}\approx\infty$

$\rm{VSWR}\approx\infty$

Wird die reflektierte Leistung in den Transistoren absorbiert und abgeführt oder etwas anderes?

Wenn der Ausgang Ihres Verstärkers einen Realteil zu seiner Ausgangsimpedanz hat, würde dies bedeuten, dass er die reflektierte Welle absorbiert.

Die reflektierte Welle ist jedoch wahrscheinlich kohärent mit der vom Verstärker erzeugten ausgehenden Welle. Somit ist es möglich, dass Interferenzeffekte zwischen den beiden Wellen die Möglichkeit einer Beschädigung des Verstärkers in Abhängigkeit von der Phasenbeziehung zwischen ihnen erhöhen oder verringern.

Wenn Sie eine lange Leitung fahren, können kleine Änderungen der Signalfrequenz oder sogar der Temperatur der Leitung die reflektierte Wellenphase erheblich verändern. Daher ist es wahrscheinlich keine gute Idee, unter der Annahme zu entwerfen, dass dies der Fall ist Sie können die Phase der Reflexion steuern.

Wenn Sie eine kurze Linie fahren, ist es üblich, die Phase einer Reflexion durch Steuern der Linienlänge zu steuern. Dies geschieht jedes Mal, wenn wir beispielsweise einen Stub oder Shunt als passenden Filter verwenden.

Es ist ein Reflexionsproblem. Wenn insbesondere die Antenne nicht mit der Zuleitung übereinstimmt, wird die Leistung wieder in die Zuleitung reflektiert. Dies führt zu einer stehenden Welle auf der Zuleitung von Hochspannungsknoten, wo die ankommende Welle die reflektierte Welle verstärkt.

Ein VSWR-Messgerät liest den Anteil der übertragenen Welle, der zurückreflektiert wird, und gibt Ihnen eine Vorstellung von der Größe des Problems.

Je höher das VSWR ist, desto höher ist die Spannung an den Hochspannungsknoten, und dies führt zu einer Beschädigung der Treiberelektronik. Die meisten Funkgeräte mit höherer Leistung erkennen heutzutage das VSWR und schalten die Stromversorgung aus oder reduzieren sie, um Schäden zu vermeiden.

Es gibt wirklich nur wenige Dinge, die HF-Stromversorgungsgeräte töten:

• Überstrom (Sie können die Bonddrähte durchbrennen)
• Überspannung (Ein typisches Gerät mit 100 V (~ 50 V Schiene) fällt aus, wenn Vds auch nur kurzzeitig ~ 130 V überschreitet).
• Übersteuerung (insbesondere Teile im MOSFET- und LDMOS-Stil, aber auch Tetroden), Gate-Panne oder Überhitzung des Steuergitters.
• Überhitzung sollte offensichtlich sein, aber Hochleistungsgeräte betreiben die Verbindungsstelle häufig innerhalb weniger zehn Grad Ausfall bei voller Leistung.

Spannungen und Ströme können durch eine Reflexion mit dem entsprechenden Vorzeichen deutlich erhöht werden, ebenso wie die Leistung (sicherer Betriebsbereich), wenn die Reflexion eine hohe Spannung über dem Gerät erzeugt und gleichzeitig viel Strom fließt.

Über den Antrieb können Sie über die Rückübertragungskapazität oder das Rückkopplungsnetzwerk verfügen, wenn die Gerätestabilität durch den Fehler beeinträchtigt wird.

Den meisten HF-Verstärkern fehlt die Kopffreiheit, um mit einer hochreaktiven Last fertig zu werden, da dies Geld kostet.

Normalerweise folgt auf einen Hochfrequenz-Leistungsverstärker eine Art Impedanzanpassungsnetzwerk (wahrscheinlich einschließlich Induktivitäten und Kondensatoren), um den Lastwiderstand in etwas umzuwandeln, das der Leistungstransistor unter Berücksichtigung seiner Spannungs- und Stromhandhabungsfähigkeiten bewältigen kann. Diesem Netzwerk kann auch eine Übertragungsleitung zugeordnet sein. Schließlich sieht der Leistungstransistor bei der Betriebsfrequenz einen wünschenswerten Lastwiderstand.
Ein Verstärkerentwickler stellt außerdem sicher, dass das Anpassungsnetzwerk bei allen anderen Frequenzen eine Impedanz für den Leistungstransistor aufweist, die keine Störschwingungen gewährleistet. Ein Beispiel für einen 7-MHz-Verstärker
. Ein MOSfet steuert eine 50-Ohm-Last durch ein passendes Netzwerk, das aus einem Tiefpassfilter von Ls und Cs besteht. Es kann mit einem Spitzenstrom von 3 A und einer Spitzenspannung von 90 V umgehen. Bei einer Last von 50 Ohm (blau) arbeitet es innerhalb dieser Grenzen. Eine Last von 1 Ohm (grün) führt jedoch dazu, dass der Spitzenstrom zu hoch ist und die Spitzenspannung den MOSfet-Durchschlag überschreitet. Eine Last von 1000 Ohm (rot) ist in diesem Fall akzeptabel.

Beachten Sie, dass dieser SPICE-Lauf weder Rauch erzeugt noch zeigt, was passiert, wenn die Drain-Spannung oder der Drain-Strom die Grenzwerte überschreitet. Hier ist keine Übertragungsleitung enthalten. Bei einem anderen Anpassungsnetzwerk oder einer Übertragungsleitung, deren Länge variieren kann, können sich diese Ergebnisse drastisch ändern und möglicherweise die Grenzwerte für die 1000-Ohm-Last überschreiten. Ein konservativer Konstrukteur könnte einen MOSfet mit größeren Grenzen verwenden, was einen stabilen Verstärker ergibt, der für jede Lastimpedanz innerhalb der Grenzen bleibt.