Подразумевает ли согласование импеданса какой-либо практический РЧ передатчик, который должен тратить> = 50% энергии?

В соответствии с теоремой о максимальной передаче мощности, когда задан фиксированный импеданс источника, импеданс нагрузки должен быть выбран в соответствии с импедансом источника для достижения максимальной передачи мощности.

С другой стороны, если полное сопротивление источника не является недосягаемым для разработчиков, вместо согласования нагрузки с полным сопротивлением источника полное сопротивление источника может быть просто минимизировано для достижения максимальной эффективности и передачи мощности, это обычная практика в источниках питания и усилители звуковой частоты.

Однако в радиочастотных цепях, чтобы избежать проблем с целостностью сигнала, потерь на отражение и повреждений мощного РЧ-усилителя из-за отражения, необходимо использовать согласование импедансов для согласования всего сопротивления источника, сопротивления нагрузки, а также характеристического сопротивления линия передачи и, наконец, антенна.

Если мое понимание верно, согласованный источник и нагрузка (например, выход РЧ-усилителя и антенна) образуют делитель напряжения, каждый получает половину напряжения. При фиксированном общем импедансе это означает, что при сжигании и нагреве самого радиопередатчика всегда расходуется 50% энергии.

Итак, правильно ли говорить, что согласование импедансов подразумевает, что эффективность любого практического радиочастотного передатчика не может превышать 50%? А какой практичный радиочастотный передатчик должен тратить минимум 50% энергии?

Если ваш источник питания является источником выходного напряжения с нулевым сопротивлением, за которым следует резистор 50 Ом, то да, то, что вы считаете правильным.

Тем не менее, практичные РЧ-усилители (по крайней мере, разработанные таким образом, чтобы быть эффективными) никогда не создаются таким образом. Как правило, они имеют низкоимпедансный общий эмиттер или каскад источника, за которым следует согласование реактивного импеданса, и все они рассчитаны на работу в 50 Ом.

Интересно, что если купить общий генератор сигнала назначения, выход будет обычно строится как следует источник напряжения с реальным 50 Ом, так как эффективность не является проблемой, и имеющий четко определенный выходной импеданс в очень широком диапазоне частот является Основная цель дизайна.

ВЧ усилители, как правило, НЕ имеют выходного сопротивления, удаленно близкого к 50R ..... Однако они рассчитаны на нагрузку 50R!

Как и аудиоусилители, полное сопротивление источника, как правило, далеко от проектного сопротивления нагрузки, потому что вы НЕ хотите максимальной передачи мощности, вам нужно что-то ближе к максимальной эффективности!

В зависимости от топологии, вещи приближаются либо к источникам напряжения (низкий выходной импеданс), либо к источникам тока (высокий выходной импеданс).

Если вы подумаете, например, о ВЧ, двухтактном выходном каскаде, устройства работают при некотором проектном напряжении и токе, следовательно, с некоторым «импедансом» (обычно довольно низким), который затем преобразуется в промышленный стандарт 50R.

Этот импеданс устанавливается конструктором так, чтобы он приводил к некоторому напряжению на нагрузке 50R, которое будет обеспечивать любой проектный уровень мощности. Обратите внимание, что эти выходные устройства могут относиться к глубокому классу C или даже классу F и работать по существу как переключатели, рассеивающие энергию, близкую к нулю, но мне, как разработчику, все еще нужно решить, какое напряжение и какой ток выбрать в качестве рабочей точки и, следовательно, какое преобразование Мне нужно добраться до целевой мощности на выходе.

Теперь ясно, что если вы попытаетесь запустить такой усилитель в нагрузку, далеко отстоящую от 50R, то напряжения и токи, видимые силовыми устройствами, будут отличаться от запланированных, и если вы зайдете далеко, дым выйдет.

Еще одним осложнением являются выходные фильтры и (при УВЧ и выше) возможность использования концевого циркулятора на выходе, что фактически заставляет вещь выглядеть как 50R, оглядываясь назад на вход.

Итак, правильно ли говорить, что согласование импедансов подразумевает, что эффективность любого практического радиочастотного передатчика не может превышать 50%? А какой практичный радиочастотный передатчик должен тратить минимум 50% энергии?

Нет, это не правильно. На диаграмме в вашем посте отсутствует основной строительный блок в этом обсуждении: сам усилитель.

Все усилители могут быть описаны в соответствии с их PAE (Power Added Efficiency).

PAE является ключевым параметром здесь, потому что усиление усилителя, вероятно, будет очень высоким. Мощность, передаваемая на усилитель генератором, когда согласованы импедансы, будет действительно только 50% максимальной мощности генератора. Но если коэффициент усиления достаточно высок, то мощность, потраченная на внутренний импеданс генератора, будет очень низкой по сравнению с мощностью, передаваемой усилителем на нагрузку. Таким образом, влияние на общую эффективность, вероятно, будет низким.

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

Итак, правильно ли говорить, что согласование импедансов подразумевает, что эффективность любого практического радиочастотного передатчика не может превышать 50%? А какой практичный радиочастотный передатчик должен тратить минимум 50% энергии?

Нет, это неправильно говорить.

При подключении усилителя к антенне через кабель (обычно коаксиальный) вы должны убедиться в том, что нет существенных отражений мощности от нагрузки (антенны), которые могут повредить усилитель или сделать его менее эффективным.

Если импеданс антенны совпадает с характеристическим импедансом коаксиального кабеля, тогда усилитель может управлять входным концом коаксиального кабеля, не требуя никакого последовательного сопротивления источника. Сопротивление, видимое на ведомом конце, будет сопротивлением антенны, поскольку оно соответствует характеристическому сопротивлению кабеля.

Импеданс состоит из реальной (резистивной) и мнимой (реактивной) частей. Только действительная (резистивная) часть рассеивает силу. Теоретически можно иметь чисто реактивный импеданс величиной 50 Ом и не рассеивать в нем какую-либо мощность.

Единицами полного сопротивления являются вольт на ампер. Говоря об импедансе линии передачи, мы на самом деле говорим о том, сколько тока необходимо подать в линию, чтобы вызвать распространение напряжения определенной величины вдоль линии. Имеется в виду соотношение напряжения и тока.

Например, кабель CAT-5 имеет скорость распространения около 0,64 * C. Он также имеет емкость около 15 пФ на фут (48 пФ на метр). Его полное сопротивление в основном определяется емкостью между витыми парами (конечно, есть небольшие индуктивные и резистивные компоненты).

Если мы поместим сигнал 1 В на один конец линии, сигнал будет распространяться со скоростью 192 000 000 м / с. На каждый 1 метр, который проходит сигнал, потребуется зарядка от 48 пФ до 1 В (то есть 48 пС).

1 В * 48 пФ / м / (180 м м / с) = 9,44 мА.

1 В / 9,44 мА = 105,9 Ом (что очень близко к номинальному сопротивлению 100 Ом).

Это верно. «Практичный» усилитель должен соответствовать выходу, состоящему из разъемов, кабелей, антенны. При возможной максимальной подаче мощности на антенну> = 50% будет потрачено впустую в другом месте.