VSWR dan Pengaruhnya pada Power Amplifier

VSWR - Rasio Gelombang Berdiri Tegangan adalah hasil yang terjadi karena ketidaksesuaian impedansi antara sumber (penguat) dan beban (aplikasi uji). Ketidakcocokan ini dapat memengaruhi kinerja sumber. VSWR bukanlah konsep yang sulit untuk dipahami, tetapi efeknya pada instrumentasi bisa lebih sulit untuk direalisasikan. Dalam artikel ini, Exodus Advanced Communications telah berfokus pada penguat daya tinggi RF / Microwave dan bagaimana mereka bereaksi terhadap masalah fisik umum ini. Amplifier terkadang perlu melembagakan perlindungan untuk melindungi dirinya dari kerusakan. Pertama, mari kita pahami VSWR.

Kebanyakan sistem RF & Microwave didasarkan pada impedansi tertentu yang biasanya 50 Ω. Instrumentasi dan komponen dalam sistem uji RF akan dirancang untuk menjaga impedansi ini sejauh mungkin. Hal ini memungkinkan transfer daya yang diketahui dapat diprediksi. Idealnya, semuanya tepat 50 Ω, tetapi seperti yang kita semua tahu, hidup di dunia nyata ada variasi. Jika instrumentasi mencakup rentang frekuensi yang luas selama beberapa dekade, akan jauh lebih sulit untuk mempertahankan impedansi 50 Ω yang ideal. Beberapa level VSWR tidak dapat dihindari.

VSWR dihitung sebagai berikut: 

Ini adalah rasio sederhana dari perbedaan impedansi. Semakin Besar Impedansi (ZL), semakin kecil Impedansi (ZO). 50 Ω / 50 Ω = 1 adalah hasil yang ideal. Ini dapat ditulis sendiri dan tidak memiliki unit, atau dalam beberapa kasus sebagai rasio, misalnya; 2: 1, 4: 1, atau 10: 1. Semakin besar ketidaksesuaian impedansi, semakin besar VSWR. Apa hasil dari VSWR besar atau VSWR kecil? Persamaan berikut menunjukkan cara berbeda untuk menemukan VSWR mengetahui kekuatan maju dan mundur (atau dipantulkan):

Persamaan ini memperkenalkan daya yang memungkinkan kita sekarang memahami sedikit lebih banyak bahwa ketidakcocokan menyebabkan daya untuk dipantulkan kembali ke penguat. Daya yang dipantulkan adalah daya hilang yang tidak ditransmisikan atau diterima oleh beban. Memiliki ketidakcocokan mengurangi daya yang dikirimkan dan efisiensi sistem. Seseorang harus mencoba meminimalkan daya yang hilang.

Kekuatan yang hilang tercermin kemana perginya? Kita tahu dari Hukum Newton tentang kekekalan energi itu harus pergi ke suatu tempat. Itu berakhir kembali di amplifier. Oleh karena itu, penguat harus menangani daya yang dipantulkan ini kembali ke dalamnya. Energi yang dipantulkan ini menciptakan gelombang berdiri dengan keluaran + yang dipantulkan. Melihat kasus terburuk dari VSWR tak terbatas, ini terjadi dengan terbuka atau pendek pada keluaran atau beban penguat. VSWR tak terbatas menyebabkan refleksi 100%, yang dapat menggandakan tegangan sehingga memberi tekanan pada semua komponen internal. Tegangan dapat bermanifestasi sebagai pembuangan panas atau tegangan yang lebih tinggi, tegangan yang lebih tinggi ini mendorong batas kerusakan tegangan.

Berapa banyak daya pantulan yang harus dapat ditangani oleh amplifier? Itu tergantung pada ukuran ketidakcocokan. Untuk ini, kita perlu memahami apa yang khas di sebagian besar aplikasi pengujian. Di sebagian besar aplikasi, amplifier, beban, dan pengaturannya stabil & dirancang dengan VSWR terendah, biasanya disimpan di bawah 2: 1. Dimana 10% kekuatan bisa dipantulkan. 10% + 100% daya yang diinginkan = 110% daya total yang mungkin perlu dihilangkan.

Contoh dari sistem ini umumnya adalah pemancar jalur sempit di mana merancang antena atau jalur transmisi sedikit lebih mudah dibandingkan dengan aplikasi broadband. Namun, ada aplikasi di mana lebih dari 2: 1 dapat dilihat. VSWR tinggi sering kali disebabkan oleh pengujian dengan beban yang sangat broadband, berdaya tinggi, dan tidak cocok. Sebaiknya hindari situasi ini sebisa mungkin, namun terkadang kondisi ini tidak dapat dihindari karena pengujian tetap harus dilakukan. Di bawah ini adalah bagan yang menunjukkan VSWR vs. daya pantulan.

Grafik di atas menunjukkan bahwa VSWR meningkat begitu juga dengan jumlah daya yang hilang. Pada VSWR 6: 1, 50% daya Anda hilang sebagai energi yang terbuang dan mungkin memerlukan amplifier yang lebih besar untuk memberikan kompensasi berlebih yang meningkatkan biaya aplikasi pengujian Anda.

Contoh aplikasi di mana beban dapat memiliki VSWR tinggi: broadband frekuensi rendah (<100MHz), pengujian EMC untuk kekebalan terpancar dan kekebalan yang dilakukan, eksperimen di mana beban mungkin tidak diketahui, atau contoh di mana beban gagal atau rusak. Perhatian harus diberikan untuk mencocokkan impedansi dengan lebih baik, dan semua instrumentasi dapat menangani VSWR. Ingatlah bahwa VSWR berbeda di seluruh rentang frekuensi. Level VSWR yang lebih tinggi adalah tanda dari pengaturan yang buruk. Langkah-langkah harus diambil untuk meningkatkan pencocokan impedansi.

Meningkatkan VSWR

Sebaiknya mulai dengan komponen berkualitas baik, interkoneksi, kabel coax, dan beban / transduser yang memiliki peringkat VSWR rendah. Jika Anda harus menggunakan beban / transduser dengan VSWR tinggi dan perlu meningkatkan VSWR dilihat oleh amplifier, apa yang dapat Anda lakukan? Cara paling umum untuk meningkatkan VSWR adalah dengan menggunakan attenuator, terkadang disebut sebagai PAD. PAD 3dB yang ditambahkan ke input beban / transduser meningkatkan kecocokan. Metode ini digunakan berkali-kali saat menguji dengan probe (BCI) Injeksi Arus Massal dan antena (Bi-Con) Biconical.

Aspek negatif dari ini adalah bahwa 3dB atau ½ daya diberikan; 500 watt sekarang menjadi 250 watt. Alternatifnya adalah memiliki jaringan yang cocok yang mengubah perubahan kompleks dalam desain, mereka hanya cocok dengan beban yang dirancang dan mungkin impedansinya terbatas. Dengan demikian kehilangan daya lebih sedikit daripada yang akan dilakukan oleh attenuator. Jaringan yang cocok lebih c dalam rentang frekuensi. Karena alasan ini, jaringan yang cocok tidak tersedia.


Bagaimana amplifier menangani VSWR?

Beberapa teknik dapat diterapkan dalam desain amplifier untuk menangani tingkat VSWR yang lebih tinggi. Kebanyakan amp dapat menangani VSWR 2: 1 karena ini adalah ketidakcocokan yang sangat umum. Banyak spesifikasi penguat memiliki nilai keluaran kasus terburuk 2: 1, sehingga harus dapat melindungi dirinya sendiri agar tidak terhubung ke beban 50Ω. Amplifier Solid-State biasanya memiliki ketahanan yang jauh lebih baik daripada ini, mungkin bekerja tanpa kerusakan menjadi short dan terbuka sambil mempertahankan kekuatan maju penuh.

Mendorong tenaga penuh ke dalam beban dapat mengusulkan pengaturan pengujian yang tidak aman karena biasanya VSWR yang tinggi merupakan tanda kerusakan atau kesalahan dalam pengaturan pengujian. Ketika level daya meningkat di atas 100 watt hingga 1kW dan selanjutnya, semakin sulit untuk membangun amplifier untuk menangani VSWR tak terbatas atau daya pantulan 100%. Kadang-kadang dianggap bahwa penguat Kelas A secara inheren dapat menangani VSWR lebih baik daripada penguat Kelas AB. Ini belum tentu demikian. Kekokohan melampaui Kelas apa yang bias pada amplifier dan lebih berkaitan dengan desain sirkuit. Tetapi jika desain tidak dapat menangani VSWR yang tinggi, perlindungan lain dapat diterapkan.

Perlindungan Amplifier

Perlindungan aktif - tersedia dalam berbagai bentuk. Banyak amplifier memiliki perlindungan sirkuit dasar seperti suhu berlebih dan arus. Bantuan ini dalam melindungi penguat dari VSWR tinggi tetapi bukan alasan utama penggunaannya. Untuk melindungi dari VSWR, daya keluaran dan daya pantulan biasanya dipantau, dan loop perlindungan diikat. Dua metode berbeda diterapkan:

Shutdown - jika daya balik yang tinggi (atau VSWR) diukur, amplifier akan mati dengan kesalahan yang menunjukkan Kesalahan. Pabrikan menetapkan ini ke tingkat daya pantulan yang aman untuk amp. Setelah kondisi gangguan teratasi, amp kemudian dapat digunakan kembali.
Lipat - jika daya mundur tinggi dipantau, amplifier mengurangi penguatan internalnya, sehingga menurunkan output. Ini membatasi daya mundur agar tidak melebihi ambang yang menjaga amp tetap aktif tetapi terlindung dari kegagalan.
Perlindungan non-aktif - dapat diterapkan untuk menurunkan biaya amplifier karena pengaturan memiliki sedikit atau tidak ada kemungkinan VSWR tinggi. Atau dalam kasus di mana amplifier cukup kuat untuk menangani VSWR tinggi dan oleh karena itu tidak memerlukan perlindungan aktif. Contohnya adalah perlindungan Circulator. Sirkulator mencegah daya yang dipantulkan kembali ke sumber dan tersedia untuk beberapa rentang frekuensi dan tingkat daya. Ini biasanya tidak tersedia untuk aplikasi broadband <100MHz.

Kesimpulan

Pengetahuan tentang level VSWR dalam pengaturan RF sangat penting untuk diketahui dan dipahami untuk memprediksi kinerja. VSWR tinggi adalah istilah relatif tergantung pada aplikasinya. Dalam sebagian besar aplikasi amplifier, 2: 1 adalah normal. Lebih dari 6: 1 atau bahkan di atas 4: 1 harus dianggap tinggi. VSWR tinggi memberi tekanan pada semua amplifier menjadi sangat memprihatinkan karena daya meningkat hingga 500+ watt. Meskipun spesifikasi penguat dapat menyatakan; “Dapat menahan semua level VSWR tanpa kerusakan” tidak berarti tidak membebani instrumen. Paparan yang lama dalam kondisi VSWR tinggi ini dapat memiliki efek merusak. Perhatian harus diberikan untuk menggunakan amplifier dengan benar dan memelihara pengaturan pengujian yang cocok. Ini akan memperpanjang umur instrumen dan investasi peralatan.

Tinggalkan pesan 

Daftar pesan