Потери мощности в усилителях при высоком КСВ

[UR5FFR]

Я думаю многие читающие сайт Гончаренко DL2KQ знакомы с его статьей Потери в рассогласованной линии. Там он анализирует потери в фидере и недополученную мощность от источника сигнала из-за рассогласования, т.е. при КСВ > 1.
Приводится следующая формула

dl2kq_power_loss_1.png (14.05 KiB) Viewed 1053 times

И результат ее применения для некоторых значений КСВ

dl2kq_power_loss_2.png (31.16 KiB) Viewed 1053 times

Эта формула действительно правильная и легко выводится. Тут есть один нюанс - она справедлива для источника сигнала, который имеет выходное сопротивление равное волновому сопротивлению фидера. Но в случае усилителя мощности это не так - его выходное сопротивление не равно 50ти ом! Как же так? Да вот так - усилитель просто расчитан выдавать на заданной нагрузке требуемую мощность. Если нагрузка будет другая, то и выходная мощность изменится.

Возьмем результаты расчета для двухтактного усилителя мощности работающего в классе B на паре RD16 при напряжении питания 14,7в

Теперь будем изменять сопротивление нагрузки

pa_75_100_150.png (22.64 KiB) Viewed 1053 times

Видно, что выходная мощность падает гораздо быстрее чем прогнозирует формула для источника с выходным сопротивлением 50ом.

Важно понимать что формулы расчитывают максимальную мощность которую может выдать усилитель на заданную нагрузку. Если мы попытаемся увеличить мощность увеличивая уровень возбуждения то мы получим ограничение сигнала на выходе.

Примерно мощность в нагрузке можно рассчитать по следующей формуле

Рвых = Рном/КСВ

Здесь Рном - максимальная выходная мощность усилителя при работе на номинальную расчетную нагрузку.
При этом потери мощности составят

Ploss = Рном - Рвых = Рном - Рном/КСВ = Рном*(КСВ-1)/КСВ.

Вот сравнительная табличка потерь мощности рассчитанной по формуле DL2KQ и потерь при работе реального усилителя мощности

power_loss.png (5.69 KiB) Viewed 1053 times

Замечу, что потери в фидере из-за высокого КСВ мы не рассматриваем. Это только потери, точнее недополученная мощность от усилителя в случае когда он работает на нештатную нагрузку с КСВ отличным от 1. Фидер даст дополнительные потери, которые зависят от его длины, погонного затухания и КСВ в нем.

Возвращаясь к формуле Гончаренко - неужели она совсем неприменима при анализе антенно-фидерного тракта? Нет! Очень даже применима, но для приемных устройств. Именно в этом случае нагрузка имеет постоянный импеданс равный волновому сопротивлению фидера и потери рассчитываются согласно формуле, приведенной DL2KQ

[Travel1988]

Если формула применима к приемному тракту, то как измерить КСВ на входе приемника (генератор и КСВ метр?, а при приеме эфира по S-метру ? ).
Насколько я понимаю уменьшить его можно преселектором, но как определить настройку КСВ ->1 ?

[UR5FFR]

Если формула применима к приемному тракту, то как измерить КСВ на входе приемника (генератор и КСВ метр?, а при приеме эфира по S-метру ? ). Насколько я понимаю уменьшить его можно преселектором, но как определить настройку КСВ ->1 ?

Измерить можно только подключив вместо приемника векторный анализатор. Например NanoVNA или аналогичный.
На самом деле для приемника высокий КСВ влияет на потерю мощности гораздо меньше так как вход приемника имеет обычно постоянное входное сопротивление. На КВ потери начинают быть ощутимы когда прием ведется на полностью сурогатную антенну с КСВ > 5. На УКВ вы почуствуете ухудшение раньше так как рассогласование эквивалентно повышению Кш