Rapport d'onde stationnaire en tension (VSWR) et pertes retour

Transfert de puissance RF et adaptation d'impédance

Pour un transfert de puissance RF maximal, l'impédance de la source et de la charge doivent être adaptées. Dans la plupart des systèmes RF, cette impédance étalon est de 50 ohms, cependant 75 ohms est également classique dans des applications comme un câble télévision. Lorsque les impédances sont adaptées, toute la puissance RF est transférée de la source vers la charge avec une réflexion minimale.

Cependant, les dispositifs du monde réel introduisent souvent des impédances complexes, intégrant des composantes résistive (réelle) et réactive (imaginaire). Ces composantes peuvent varier avec la fréquence, en particulier dans des dispositifs comme des antennes, où l’impédance change significativement en fonction de leur gamme de fonctionnement.

Les désadaptations d'impédance engendrent un retour de la puissance réfléchie vers la source. Cela réduit l'efficacité du système et potentiellement des dommages sur des composants tels que des amplificateurs. Des réflexions peuvent également dégrader la qualité du signal, créer des ondes stationnaires et générer de la chaleur, engendrant des problèmes de performance et des durées de vie de composant plus courtes. Au sein de systèmes haute fréquence, des désadaptations peuvent significativement altérer me comportement du circuit et compliquer les mesures.

Pertes retour vs. VSWR

La puissance réfléchie est quantifiée par rapport à la puissance émise en utilisant deux mesures primaires : les pertes retour et le VSWR.

• Perte retour : La perte retour quantifient la quantité de puissance réfléchie vers la source du fait des désadaptations d'impédance dans la ligne de transmission. Elle mesure le rapport de la puissance incidente avec la puissance réfléchie, exprimée en décibels (dB). Si la puissance incidente et la puissance réfléchie sont exprimées dans des unités de décibels 'absolues', (par exemple, dBm), alors la perte retour en dB peut être calculée comme étant la différence entre la puissance incidente (en unités dBm absolues) et la puissance réfléchie (également en unités dBm absolues).
  Des valeurs de pertes retour plus élevées indiquent des niveaux plus faibles de réflexion, ce qui est souhaitable pour un transfert de puissance efficace. Des valeurs de pertes retour plus élevées indiquent des niveaux plus faibles de réflexion, ce qui est souhaitable pour un transfert de puissance efficace. Par exemple, une puissance émise de 50 dBm et une puissance réfléchie de 10 dBm engendrent une perte retour de 40 dB.

• VSWR : le VSWR représente le rapport des tensions maximale et minimale dans l'onde stationnaire formée par l'interférence des ondes émise et réfléchie. Une adaptation parfaite dispose d'un VSWR de 1, indiquant aucune puissance réfléchie. Des valeurs de VSWR plus élevées correspondent à des réflexions plus importantes. Par exemple, un VSWR de 1,5 réfléchi seulement 4% de la puissance émise, tandis qu'un VSWR de 6 réfléchi 50%.

Solutions pour un VSWR élevé et des pertes retour faibles

Un VSWR élevé peut engendrer des inefficacités et des risques importants :

• Perte d'énergie : Les réflexions accrues réduisent la puissance délivrée à la charge.
• Endommagement d'équipement :Une puissance réfléchie excessive peut faire chauffer des composants sensibles dans la source RF.

Afin de réduire ces problèmes, deux approches classiques sont employées :

Réseaux d'adaptation : Ces réseaux ajustent l'impédance de charge en utilisant des éléments capacitifs et inductifs, la transformant pour l'adapter à l'impédance de la source. Cette technique est particulièrement efficace dans les applications avec des impédances dépendantes de la fréquence, comme les antennes.

Protection de repliement : En réduisant la puissance émise au cours de conditions de réflexion élevée, des mécanismes de repliement protègent la source RF de tout endommagement. Cela est souvent mis en œuvre dans des systèmes à puissance élevée, tels que des amplificateurs large bande.