題:
是否有用於最大功率傳輸的最佳傳輸線長度?
Chu
2015-07-09 03:58:23 UTC
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考慮典型的信號源->傳輸線->負載(即TX->傳輸線->天線)佈置,並假定負載與傳輸線特性阻抗不匹配。

可以選擇一條傳輸線的長度,該長度將在源處將負載阻抗X + jY轉換為純電阻R + j0(其中R不等於傳輸線的特徵阻抗)。這可以通過在史密斯圓圖上的恆定VSWR圓周圍移動來說明-從任何隨機負載阻抗開始,您總是可以在線路的源端獲得純電阻

我的問題是:這樣做有什麼好處-即電源是否更願意看到不匹配的電阻負載,而不是看到帶有無功分量的不匹配負載?

作為一個具體示例,採用歸一化特性阻抗Zo = 1+ j0,具有相同的匹配輸出阻抗的源,並假定我們具有0.5 + j的不匹配負載阻抗。最初假定一條線的長度等於半波長的整數,以便光源看到0.5 + j。現在更改線的長度(即從0.5 + j開始圍繞恆定的VSWR圓移動),直到我們獲得約0.24 + j0的純電阻。輸出阻抗為1 + j0的源是否更願意看到0.24 + j0或0.5 + j(或者,也許沒有優先選擇)?

完成數學運算後,在給定的恆定VSWR圓上的任何點的功率傳輸都是相同的,但是,從實際的角度來看,功率放大器可能內置了保護功能,以防止過度的無功負載。
四 答案:
Phil Frost - W8II
2016-05-12 02:04:09 UTC
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理想情況下,您在恆定VSWR圓上的哪個位置都沒關係。發射器是理想的電壓源,阻抗為0Ω,本質上是短路的。無法將功率耦合到短路中,因此天線反射的任何功率在到達發射器時都會被反射回去,因此您只需擔心發射器上的阻抗以及對發射器的影響。電流。

但是變送器很少只是電壓源。通常,它們在輸出處具有濾波器,以消除放大器產生的諧波失真。即使是線性AB類放大器,也會產生少量諧波失真,足以需要一個濾波器來避免雜散發射。

假定濾波器的設計負載為50Ω。由於它們是無源濾波器,因此以不同的方式加載它們會改變頻率響應。

讓我們以HPSDR的Alex-TX板的原理圖為例。這是20 / 30m發射濾波器。 R1不是濾波器的一部分,但會在發射器看到的阻抗上有所變化。

schematic

模擬此電路 –使用 CircuitLab sup>

創建的原理圖這是R1中的功耗(即輻射的RF功率)隨頻率變化的函數。顯示的是在5、50和500歐姆下發生的情況,將其標準化為在50Ω負載下給定電壓下的預期功率:

enter image description here

橙色線是50Ω負載。您可以看到該濾波器是一個很好的低通濾波器,在20米頻段上有一個陡峭的截止點,有效地抑制了諧波失真。

但是,請看一下失配引起的峰谷。在5Ω情況下,這些峰值之一是在14 MHz處,因此在20米處,使用此特定的濾波器和負載,您似乎可以獲得額外的10dB發射功率。

這似乎是一件好事,但這種力量並非免費的:它來自您的發射器。這意味著變送器將被要求提供更多的電流,如果缺少適當的保護,則可能會過熱。不幸的是,CircuitLab沒有提供建模複雜阻抗的方法,但是除了峰和谷落在不同的位置外,它基本上是相同的。

還有另一個問題:由於濾波器是由諧振,無功元件,如果您開始乾擾負載阻抗,則可能會在其中產生很高的電流或電壓。因此,儘管在這10:1的條件下發射器和負載的功率與1:1的情況相同,但這並不意味著濾波器中的電流和電壓相同。高電流會導致電感過熱或飽和,並且高電壓會產生電弧。電源不過熱。但是實際上,我們不知道發送器設計的細節,因此實際上沒有辦法知道該長度是多少。

K4ERO
2017-10-06 22:07:41 UTC
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Google的“負載拉動”,您會發現,使用現實世界的固態放大器,對於設計人員來說,在放大器上嘗試許多不同的負載(通常在其輸出端)並查看實際和實際的組合是很有用的無功負載可產生功率,效率和失真的最佳組合。然後將設計單頻/單功率電平放大器的輸出網絡,以使最佳工作點與指定的設計負載(通常為50歐姆)相對應。儘管在遠離50歐姆的阻性負載時一個或多個參數可能會更好,但是這將違反設計人員對整體最佳操作的選擇。

如果必須使用一定長度的傳輸線作為匹配設備,則您將無法使用扁平線進行操作,損耗會增加。在大多數情況下,不推薦使用此技術。但是,您可以使用75歐姆的導線將50歐姆的發射器與50歐姆的天線連接起來,方法是將其切成半電波。這會導致發射機看到天線阻抗,因為近似值很高(忽略了損耗),線路上的阻抗每半波重複一次。以這種方式使用75歐姆的線路以1.5 SWR運行線路,但是在大多數情況下這並不是一個嚴重的問題。

但是,我認為您的問題是,在一般情況下,使用高SWR來具有特定的線長時是否有任何優勢,例如,純電阻而不是有功和無功混合電阻。儘管您將遠離設計負載進行操作,但它可能會提高效率,功耗或失真,但可能以其他兩個為代價。不推薦使用,但是在某些情況下,您可能會發現一根線長會燒毀放大器,而另一根線不會燒毀。在那種情況下,我認為沒有的那個會更好。當晶體管的實際負載大於正常負載時,它們的運行溫度可能會更低。由於輸出網絡的影響,這一點將很難找到。

Keith Martineau
2015-07-22 08:10:43 UTC
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除非負載和源與傳輸線匹配,否則由於一端或兩端的不匹配,總會有一些損耗。損失的數量可能會發生很大的變化,但是總會在某種程度上存在。因此,要獲得最大的功率傳輸,將線路與電源和負載配對!否則,請承擔任何損失。如果電源,線路和負載匹配,則線路長度僅是一個標準,因為隨著線路的增加,線路損耗(電阻)會增加。因此,完整的答案就是匹配所有組件,並使用最短的線路來實現最大的功率傳輸!

curtis
2015-07-16 02:22:50 UTC
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如果假設理想的50ohm電源並查看最大功率傳輸,則可能是正確的。

在現實世界中,事情並非那麼簡單。考慮這兩個點。

功率放大器或天線不能完美匹配50ohm,尤其是在頻率和諧波範圍內。

與增益和vswr輪廓不同,功率輪廓不是圓形。它們通常類似於貓眼的形狀。繞圈旅行不會使您保持恆定的力量輪廓。

假設源阻抗和線路阻抗匹配(即沒有反射從源頭回饋到線路),則恆定vswr圓上的所有阻抗將提供相同的功率傳輸。當然,我們必須了解現實世界的運行狀況以及它們如何影響史密斯圓圖的理想世界


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