高 VSWR 是如何损坏射频功率放大器中的最终晶体管的呢?
传输线对转换另一端负载阻抗的影响是否显着?或者直接在放大器输出端的等效集总阻抗是否同样具有破坏性?
在导致给定 VSWR 的所有可能阻抗中,它们是否都同样糟糕?
反射功率是否被放大器“吸收”?例如,如果我得到 100W 的反射功率,这与在放大器上放置 100W 加热器差不多吗?
我还读到过电压可能是导致损坏的机制。为什么会出现高于电源电压的电压?在存在任意不匹配的情况下,该电压可以达到多高是否有限制?
高 VSWR 是如何损坏射频功率放大器中的最终晶体管的呢?
传输线对转换另一端负载阻抗的影响是否显着?或者直接在放大器输出端的等效集总阻抗是否同样具有破坏性?
在导致给定 VSWR 的所有可能阻抗中,它们是否都同样糟糕?
反射功率是否被放大器“吸收”?例如,如果我得到 100W 的反射功率,这与在放大器上放置 100W 加热器差不多吗?
我还读到过电压可能是导致损坏的机制。为什么会出现高于电源电压的电压?在存在任意不匹配的情况下,该电压可以达到多高是否有限制?
高 VSWR 是如何损坏射频功率放大器中的最终晶体管的呢?仅仅是终端出现错误的阻抗(通过馈线转换后)还是传输线特别重要?
这取决于您使用的放大器的设计。
如果放大器看到的反射系数为 -1(因此 \$\rm{VSWR}\approx\infty\$),这相当于驱动短路,您可以理解为什么这将是一个过载情况任何类型的放大器。
如果反射系数为 +1(又是 \$\rm{VSWR}\approx\infty\$),则相当于开路。如果您的放大器的输出级看起来像一个带有电阻上拉的共射极放大器(例如 CML 缓冲器),那根本不是问题。例如,在具有电抗元件的一些其他放大器配置中,增加的输出电压可能导致输出设备的击穿。
是反射功率在晶体管中被吸收和耗散还是其他什么?
如果您的放大器的输出与其输出阻抗有一个实部,那么这意味着它正在吸收反射波。
然而,反射波很可能与放大器产生的出射波相干。因此,两个波之间的干扰效应可能会增强或降低放大器损坏的可能性,具体取决于它们之间的相位关系。
如果您驾驶的是一条长线路,那么信号频率的微小变化,甚至线路的温度,都可能显着改变反射波的相位,因此尝试在以下假设上进行设计可能不是一个好主意您可以控制反射的相位。
如果您正在驱动一条短线路,那么通过控制线路长度来控制反射相位是一种常见做法,例如,每次我们使用短截线或分流器作为匹配滤波器时都会这样做。
这是一个反射问题。如果天线与馈线不匹配,则功率会反射回馈线。这导致高压节点馈线上的驻波,其中入射波增强了反射波。
VSWR 仪表读取反射回来的发射波的比例,让您了解问题的大小。
VSWR 越高,高压节点的电压就越高,这会对驱动器电子设备造成损害。如今,大多数高功率无线电都检测到 VSWR 并关闭或降低功率以避免损坏。
实际上只有几件事会杀死射频功率设备:
具有适当符号的反射可以清楚地增加电压和电流,如果反射在设备上产生高电压同时有大量电流流动,则电源(安全工作区)也可以增加。
如果设备稳定性因故障而受到影响,过载可以通过反向传输电容或反馈网络来实现。
大多数射频放大器缺乏处理高反应负载的余量,因为这需要花钱。
通常,射频功率放大器后接某种阻抗匹配网络(可能包括电感器和电容器),考虑到其电压和电流处理能力,将负载电阻转换为功率晶体管可以处理的东西。传输线也可以与该网络相关联。但毕竟,在工作频率下,功率晶体管会看到理想的负载电阻。
放大器设计人员还确保在所有其他频率下,匹配网络为功率晶体管提供阻抗,以确保没有杂散振荡。7 MHz 放大器示例
. MOSFET 通过由 L 和 C 的低通滤波器组成的匹配网络驱动 50 Ω 负载。它可以处理 3 A 的峰值电流和 90 V 的峰值电压。对于 50 ohm 负载(蓝色),它可以在这些限制内运行。但是 1 ohm 负载(绿色)会导致峰值电流过大,峰值电压超过 MOSfet 击穿。在这种情况下,1000 欧姆负载(红色)是可以接受的。
请注意,此 SPICE 运行既不会产生烟雾,也不会显示当漏极电压或电流超过限制时会发生什么。这里不包括传输线。对于不同的匹配网络或长度可能不同的传输线,这些结果可能会发生巨大变化,可能超过 1000 欧姆负载的限制。保守的设计者可能会采用具有更大限制的 MOSfet,从而产生一个稳定的放大器,在任何负载阻抗的限制范围内。