Taxa de onda estacionária de tensão (VSWR) e perda de retorno

Transferência de potência de RF e adaptação de impedâncias

Para obter a máxima transferência de potência de RF, a impedância da fonte e da carga deve estar adaptadas. Na maioria dos sistemas de RF, essa impedância padrão é de 50 ohms, embora 75 ohms também seja comum em aplicações como televisão a cabo. Quando as impedâncias estão adaptadas, toda a potência de RF é transferida da fonte para a carga com o mínimo de reflexão.

No entanto, os dispositivos no mundo real geralmente apresentam impedâncias complexas, que incluem componentes resistivos (reais) e reativos (imaginários). Esses componentes podem variar de acordo com a frequência, especialmente em dispositivos como antenas, em que a impedância muda significativamente ao longo da sua faixa de operação.

O descasamento de impedâncias resulta na potência refletida que volta para a fonte. Isso reduz a eficiência do sistema e pode danificar componentes como os amplificadores. As reflexões também podem degradar a qualidade do sinal, criar ondas estacionárias e gerar calor, o que leva a problemas de desempenho e à redução da vida útil dos componentes. Em sistemas de alta frequência, o descasamento pode alterar significativamente o comportamento do circuito e dificultar as medições.

Perda de retorno vs. VSWR

A potência refletida é quantificada em relação à potência transmitida usando duas métricas principais: perda de retorno e VSWR.

• Perda de retorno: a perda de retorno mede a diferença — em decibéis (dB) — entre a potência transmitida e a refletida. Valores maiores de perda de retorno indicam níveis mais baixos de reflexão, o que é desejável para uma transferência de potência eficiente. Por exemplo, uma potência transmitida de 50 dBm e uma potência refletida de 10 dBm resultam em uma perda de retorno de 40 dB.

• VSWR: o VSWR representa a relação entre a tensão máxima e a mínima na onda estacionária formada pela interferência das ondas incidentes e refletidas. Uma adaptação perfeita produz um VSWR de 1, indicando que não há potência refletida. Valores mais altos de VSWR correspondem a maiores reflexões. Por exemplo, um VSWR de 1,5 reflete apenas 4% da potência incidente, enquanto um VSWR de 6 reflete 50%.

Soluções para uma VSWR alta

A VSWR alta pode levar a riscos e ineficiências significativas:

• Perda de potência: o aumento das reflexões reduz a potência fornecida à carga.
• Danos ao equipamento: o excesso de energia refletida pode danificar componentes sensíveis na fonte de RF.

Para atenuar esses problemas, duas abordagens comuns são empregadas:

Redes de adaptação: essas redes ajustam a impedância da carga usando elementos capacitivos e indutivos, transformando-a para adaptar a impedância da fonte. Essa técnica é particularmente eficaz em aplicações com impedâncias dependentes da frequência, como em antenas.

Proteção foldback: ao reduzir a potência transmitida durante condições de alta reflexão, os mecanismos de foldback protegem a fonte de RF contra danos. Isso geralmente é implementado em sistemas de alta potência, como amplificadores de banda larga.