La corrispondenza dell'impedenza implica che qualsiasi trasmettitore RF pratico deve sprecare> = 50% di energia?

Secondo il teorema del trasferimento di potenza massimo, quando viene fornita un'impedenza di sorgente fissa, l'impedenza di carico deve essere scelta in modo che corrisponda all'impedenza di sorgente per ottenere il massimo trasferimento di potenza.

D'altra parte, se l'impedenza della sorgente non è fuori dalla portata dei progettisti, invece di abbinare il carico all'impedenza della sorgente, l'impedenza della sorgente può essere semplicemente ridotta al minimo per ottenere la massima efficienza e trasferimento di potenza, è una pratica comune negli alimentatori e amplificatori di frequenza audio.

Tuttavia, nei circuiti RF, per evitare problemi di integrità del segnale, perdita di riflessione e danni all'amplificatore RF ad alta potenza dovuti alla riflessione, è necessario utilizzare l'adattamento dell'impedenza per adattarsi a tutta l'impedenza della sorgente, l'impedenza di carico e anche l'impedenza caratteristica di la linea di trasmissione e infine l'antenna.

Se la mia comprensione è corretta, una sorgente e un carico abbinati (ad esempio un'uscita dell'amplificatore RF e un'antenna) formano un divisore di tensione, ciascuno riceve metà della tensione. Data un'impedenza totale fissa, significa che c'è sempre il 50% di energia sprecata nella combustione e nel riscaldamento del trasmettitore RF stesso.

Quindi, è corretto affermare che la corrispondenza dell'impedenza implica che l'efficienza di qualsiasi trasmettitore RF pratico non può essere maggiore del 50%? E qualsiasi pratico trasmettitore RF deve sprecare almeno il 50% di energia?

Se la tua fonte di alimentazione è una sorgente di tensione di uscita pari a zero ohm, seguita da una resistenza da 50 ohm, allora sì, cosa pensi sia corretto.

Tuttavia, i pratici amplificatori RF (almeno quelli progettati per essere efficienti) non vengono mai costruiti in questo modo. Tendono ad avere un emettitore o uno stadio sorgente comune a bassa impedenza seguito da una corrispondenza di impedenza reattiva, tutti progettati per funzionare a 50 ohm.

È interessante notare che, se si acquista un generatore di segnali per scopi generici, l'uscita viene solitamente costruita come una sorgente di tensione seguita da un resistore reale da 50 ohm, poiché l'efficienza non è un problema e avere un'impedenza di uscita accuratamente definita su un intervallo di frequenza molto ampio è il obiettivo principale del design.

Gli amplificatori RF NON hanno in genere un'impedenza di uscita in remoto vicina a 50R ..... Sono tuttavia progettati per pilotare un carico 50R!

Proprio come gli amplificatori audio, l'impedenza della sorgente è generalmente lontana dall'impedenza di carico del progetto, perché NON vuoi il massimo trasferimento di potenza, vuoi qualcosa di più vicino alla massima efficienza!

A seconda della topologia, le cose si avvicinano alle fonti di tensione (bassa impedenza di uscita) o alle fonti di corrente (alta impedenza di uscita).

Se si pensa ad esempio a uno stadio di uscita HF, Push pull, i dispositivi funzionano con una certa tensione e corrente progettate, quindi una certa "impedenza" (di solito piuttosto bassa), che viene poi trasformata in uno standard industriale 50R.

Questa impedenza è impostata dal progettista per provocare una certa tensione attraverso quel carico 50R che fornirà qualunque sia il livello di potenza progettato. Si noti che questi dispositivi di uscita potrebbero essere in classe C profonda o addirittura in classe F e funzionare essenzialmente come interruttori che dissipano vicino allo zero, ma io come progettista devo ancora decidere quale tensione e quale corrente scegliere come punto operativo e quindi quale trasformazione Devo raggiungere la potenza target in uscita.

Ora chiaramente se provi a far funzionare un simile amplificatore in un carico lontano dalla 50R, le tensioni e le correnti viste dai dispositivi di potenza saranno diverse da quelle previste dal progettista e se vai lontano il fumo fuoriesce.

Un'ulteriore complicazione sono i filtri di uscita e (su UHF e superiori) la possibilità di un circolatore terminato sull'uscita che in realtà fa sembrare la cosa come 50R guardando indietro nell'ingresso.

Quindi, è corretto affermare che la corrispondenza dell'impedenza implica che l'efficienza di qualsiasi trasmettitore RF pratico non può essere superiore al 50%? E qualsiasi pratico trasmettitore RF deve sprecare almeno il 50% di energia?

No questo è sbagliato. Il diagramma nel tuo post manca dell'elemento essenziale in questa discussione: l'amplificatore stesso.

Tutti gli amplificatori possono essere descritti in base al loro PAE (Power Added Efficiency).

PAE è il parametro chiave qui, perché è probabile che il guadagno dell'amplificatore sia molto alto. La potenza trasferita ALL'AMPLIFICATORE dal generatore, quando le impedenze sono abbinate, sarà effettivamente solo il 50% della potenza massima del generatore. Ma se il guadagno è abbastanza alto, la potenza sprecata nell'impedenza interna del generatore sarà molto bassa rispetto alla potenza fornita dall'AMPLIFICATORE al carico. Pertanto, è probabile che l'impatto sull'efficienza totale sia basso.

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

Quindi, è corretto affermare che la corrispondenza dell'impedenza implica che l'efficienza di qualsiasi trasmettitore RF pratico non può essere superiore al 50%? E qualsiasi pratico trasmettitore RF deve sprecare almeno il 50% di energia?

No, non è corretto dirlo.

Ciò che è necessario garantire quando si collega l'amplificatore all'antenna tramite un cavo (normalmente coassiale) è che non vi sono riflessi significativi di potenza dal carico (antenna) che possono danneggiare l'amplificatore o renderlo meno efficace.

Se l'impedenza dell'antenna corrisponde all'impedenza caratteristica del coassiale, l'amplificatore può pilotare l'estremità di alimentazione del coassiale senza richiedere alcuna resistenza della sorgente in serie. L'impedenza vista all'estremità pilotata sarà l'impedenza dell'antenna perché corrisponde all'impedenza caratteristica del cavo.

L'impedenza è composta da parti reali (resistive) e immaginarie (reattive). Solo la parte reale (resistiva) dissipa potenza. Teoricamente si potrebbe avere un'impedenza puramente reattiva con una grandezza di 50 ohm e non dissipare alcuna potenza in essa.

Le unità di impedenza sono Volt per Amp. Quando parliamo dell'impedenza di una linea di trasmissione, stiamo effettivamente parlando di quanta corrente dovrebbe essere immessa nella linea per far propagare una tensione di una certa magnitudine lungo la linea. Significa il rapporto tra tensione e corrente.

Ad esempio, il cavo CAT-5 ha una velocità di propagazione di circa 0,64 * C. Ha anche una capacità di circa 15 pF per piede (48 pF per metro). La sua impedenza è determinata principalmente dalla capacità tra le coppie intrecciate (ci sono ovviamente alcuni piccoli componenti induttivi e resistivi).

Se mettiamo un segnale 1V su un'estremità della linea, il segnale si propaga a 192.000.000 m / s, per ogni 1 metro che il segnale percorre dovrà caricare da 48pF a 1V (quindi 48pC).

1 V * 48 pF / m / (180 M m / s) = 9,44 mA.

1 V / 9,44 mA = 105,9 ohm (che è molto vicino all'impedenza nominale di 100 ohm).

Questo è corretto. Un amplificatore "pratico" dovrà abbinare l'uscita composta da connettori, cavi, antenna. Per l'eventuale massima potenza erogata all'antenna,> = 50% andrà sprecato altrove.