Relación de onda estacionaria (ROE) y pérdida de retorno

Transferencia de potencia de RF y adaptación de impedancia

Para lograr la máxima transferencia de potencia de RF, la impedancia de la fuente y de la carga deben estar adaptadas. En la mayoría de los sistemas de RF, esta impedancia estándar es de 50 ohmios, aunque en aplicaciones como la televisión por cable también es común 75 ohmios. Cuando las impedancias están adaptadas, toda la potencia de RF se transfiere de la fuente a la carga con una reflexión mínima.

Sin embargo, en los dispositivos reales se introducen a menudo impedancias complejas con componentes resistivos (reales) y reactivos (imaginarios). Estos componentes pueden variar con la frecuencia, especialmente en dispositivos como antenas, donde la impedancia cambia notablemente según los rangos de operación.

Las desadaptaciones dan como resultado una potencia reflejada que retorna hacia la fuente. Esto reduce la eficiencia del sistema y puede provocar daños en componentes, como p. ej. los amplificadores. Las reflexiones también puede degradar la calidad de la señal, crear ondas estacionarias y generar calor, lo que acarrea problemas de rendimiento y acorta la vida útil de los componentes. En sistemas de alta frecuencia, las desadaptaciones pueden alterar de forma considerable el comportamiento del circuito y complicar las medidas.

Pérdida de retorno versus ROE

La potencia reflejada se cuantifica en relación a la potencia directa utilizando dos valores principales: la pérdida de retorno y la ROE.

• Pérdida de retorno: la pérdida de retorno mide la diferencia, en decibelios (dB), entre la potencia directa y reflejada. Unos valores elevados de pérdida de retorno indican niveles menores de reflexión, que es lo deseable para una transferencia de potencia eficiente. Por ejemplo, una potencia directa de 50 dBm y una potencia reflejada de 10 dBm dan como resultado una pérdida de retorno de 40 dB.

• ROE: la relación de onda estacionaria (ROE) representa la relación de la máxima a la mínima tensión en la onda estacionaria que forma la interferencia de ondas directas y reflejadas. Una adaptación perfecta sería una ROE de 1, lo que significaría que no hay potencia reflejada. Los valores de ROE más altos indican reflexiones mayores. Por ejemplo, una ROE de 1,5 refleja solo 4 % de la potencia directa, mientras que una ROE de 6 refleja el 50 %.

Soluciones para impedir una ROE alta

Una ROE alta puede provocar pérdidas de eficiencia y riesgos importantes:

• Pérdida de energía: las reflexiones elevadas reducen la potencia entregada a la carga.
• Daños del equipamiento: una potencia reflejada excesiva puede dañar componentes sensibles en la fuente de RF.

Para prevenir estos problemas se aplican dos enfoques generales:

Redes de adaptación de impedancia: estas redes ajustan la impedancia de carga utilizando elementos capacitivos e inductivos, y la transforman de forma que se ajuste a la impedancia de fuente. Este método es especialmente eficaz en aplicaciones con impedancias dependientes de la frecuencia, como p. ej. en antenas.

Protección «foldback»: mediante la reducción de la potencia directa ante condiciones de alta reflexión con mecanismos limitadores que protegen la fuente de RF de posibles daños. Esta solución es frecuente en sistemas de alta potencia, como p. ej. amplificadores de banda ancha.