Relación de ondas estacionarias (ROE) y pérdida de retorno

Transferencia de potencia de RF y adaptación de impedancias

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

Sin embargo, los dispositivos reales, a menudo suelen introducir impedancias complejas, que se componen de componentes resistivos (reales) y reactivos (imaginarios). Estos componentes pueden variar con la frecuencia, especialmente en dispositivos como las antenas, donde la impedancia cambia de manera significativa a lo largo de todo su rango de operación.

Las desadaptaciones de impedancias hacen que la potencia reflejada regrese a la fuente. Esto reduce la eficiencia del sistema y puede dañar componentes como amplificadores. Las reflexiones pueden incluso degradar la calidad de la señal, crear ondas estacionarias y generar calor, lo que ocasiona problemas de rendimiento y reduce la vida útil de los componentes. En sistemas de alta frecuencia, las desadaptaciones pueden alterar significativamente el comportamiento del circuito además de complicar las mediciones.

Pérdida de retorno vs ROE

La potencia reflejada se cuantifica en relación a la potencia incidente con dos métricas principales: pérdida de retorno y ROE.

• Pérdida de retorno: la pérdida de retorno mide la diferencia, en decibelios (dB), entre la potencia incidente y la reflejada. Los valores más altos de pérdida de retorno indican valores bajos de reflexión,el cual es deseable para una eficiente transferencia de potencia. Por ejemplo, una potencia incidente de 50 dBm y una potencia reflejada de 10 dBm dan como resultado una pérdida de retorno de 40 dB.

• ROE: la ROE representa la relación entre el voltaje máximo y mínimo en la onda estacionaria que se forma a causa de la interferencia de las ondas directas y las ondas reflejadas. Una adaptación perfecta produce una ROE de 1, lo que indica que no hay potencia reflejada. Valores más altos de ROE corresponden a reflexiones mayores. Por ejemplo, una ROE de 1.5 refleja solo el 4% de la potencia incidente, mientras que una ROE de 6 refleja el 50%.

Soluciones para una ROE alta

Una ROE alta puede ocasionar ineficiencias y riesgos significativos:

• Pérdida de energía: el incremento de reflexiones reduce la potencia que se entrega a la carga.
• Daños al equipamiento: una excesiva potencia reflejada puede dañar componentes sensitivos en la fuente de RF.

Con el propósito de mitigar estos problemas, se emplean enfoques comunes:

Redes de adaptación: estas redes ajustan la impedancia de carga por medio de elementos capacitivos e inductivos a fin de transformarla para que se adapte a la impedancia de la fuente. Esta técnica es muy efectiva en aplicaciones con impedancias que dependen de la frecuencia como las antenas.

Protección contra sobrecargas (foldback): al reducir la potencia incidente durante condiciones de alta reflexión, los mecanismos de protección contra sobrecargas protegen la fuente de RF de daños. Esta protección suele implementarse en sistemas de alta potencia, como amplificadores de banda ancha.