Notizia

Aug 12, 2023

Effetto della perdita di disadattamento sulla misurazione della potenza RF e sul guadagno di amplificatori in cascata

Effective power transfer is a major concern in an RF design. Since impedance

Il trasferimento efficace della potenza è una delle principali preoccupazioni in un progetto RF. Poiché le discontinuità dell'impedenza possono riflettere le onde elettriche, possono causare una perdita di potenza, comunemente denominata perdita di disadattamento (ML), che si manifesta in varie applicazioni. Ad esempio, la potenza misurata da un sensore di potenza RF, così come il guadagno effettivo di una cascata di blocchi RF, sono influenzati dalle riflessioni delle onde. Per una cascata di blocchi RF, miriamo a ridurre al minimo la perdita di disadattamento in modo da poter trasferire quanta più potenza possibile. Inoltre, minimizzando la perdita di disadattamento e sviluppando modelli statistici appropriati per questo errore, possiamo stimare l’incertezza nei nostri sistemi.

In questo articolo esamineremo innanzitutto le equazioni delle perdite di disadattamento. Successivamente, discuteremo l'effetto di questo fenomeno sulla misurazione della potenza RF e sul guadagno effettivo degli amplificatori in cascata.

Considera il diagramma nella Figura 1 che mostra una linea di trasmissione collegata a impedenze non corrispondenti (Zs ≠ Z0 e ZL ≠ Z0) su entrambe le porte di ingresso e di uscita.

L'equazione 1 mostra un modo per definire la perdita di disadattamento per il circuito sopra:

\[ML = \frac{|1- \Gamma_1 \Gamma_2|^2}{\big ( 1-|\Gamma_1|^2 \big )\big ( 1-|\Gamma_2|^2 \big )}\]

Questa equazione, approfondita nel precedente articolo, dà la potenza dissipata rispetto alla potenza disponibile dalla sorgente. Ad esempio, se la potenza erogata dalla sorgente a un carico abbinato al coniugato è -30 dBW e la ML è 1 dB per il nostro carico effettivo, la potenza erogata al carico è -31 dBW.

Con la definizione di cui sopra, la potenza di riferimento è la potenza disponibile dalla sorgente. È comune definire la perdita di mismatch utilizzando un altro potere di riferimento (in realtà più utile); la potenza fornita dalla sorgente a una terminazione Z0 (dove Z0 è l'impedenza caratteristica della linea, dove 50 Ω è un valore standard).

Con questo in mente, potresti chiederti perché la potenza che può essere fornita a una terminazione Z0 ci interessa. Nei sistemi RF, la maggior parte dei circuiti sono progettati presupponendo che verranno utilizzati con un'impedenza caratteristica nota. In altre parole, durante il normale funzionamento, si presuppone che la maggior parte dei circuiti veda una resistenza di sorgente Z0 e una resistenza di carico Z0. Ecco perché i blocchi RF vengono solitamente caratterizzati in queste condizioni. Per comprendere meglio questa funzionalità, considerare la configurazione di test per misurare i parametri S di una rete a due porte (Figura 2).

Per le misurazioni dei parametri S, una porta è pilotata da una sorgente la cui resistenza in serie è Z0 e l'altra porta è terminata con un carico Z0. Utilizzando il diagramma sopra, possiamo misurare il coefficiente di riflessione in ingresso (S11) e il coefficiente di trasmissione dalla porta 1 alla porta 2 (S21).

Si noti che una terminazione Z0 sulla porta di uscita garantisce che nessuna energia si rifletta sul carico (a2 = 0) e, quindi, b1 e b2 vengono prodotti solo come risultato dell'onda viaggiante che incide sulla porta di ingresso (a1) . Vale anche la pena ricordare che l'impedenza di uscita della rete Zout non deve essere uguale a Z0. Infatti è raro che Zout = Z0. Dobbiamo solo avere ZL = Z0 per garantire che a2 = 0. Per definizione, i parametri S si basano su una configurazione di test che utilizza terminazioni corrispondenti. Ciò semplifica notevolmente la misurazione dei parametri S rispetto ad altri tipi di rappresentazioni di reti a due porte, come i parametri T.

Poiché la risposta dei blocchi RF è normalmente caratterizzata in un ambiente Z0 (ZS = ZL = Z0 con Z0 = 50 Ω come valore standard), si desidera trovare la perdita di disadattamento rispetto alla potenza che una sorgente fornisce a un ambiente Z0 terminazione.

Con il circuito in Figura 1, il termine generale "carico adattato" può riferirsi a due diverse condizioni: \(Z_L=Z_S^*\) e ZL = Z0. La prima condizione corrisponde al teorema del massimo trasferimento di potenza, mentre la seconda condizione fornisce un carico senza riflessione. L'uso del termine carico adattato può talvolta creare confusione. Per essere più chiari, possiamo usare il termine "corrispondenza coniugata" per riferirci a \(Z_L=Z_S^*\) e i termini "corrispondenza Z0" o "corrispondenza senza riflessione" per descrivere ZL = Z0.