Всем привет!
Насколько знаю, самым распространным решением у многих производителей является 2-хнаправленный ответвитель на выходе усилителя мощности(на ВЧ-полевиках). ВЧ-сигналы падающей и отраженной волны детектируются, суммируются и суммарное напряжение Us на инверсный вход операционика. На неинверсный вход операционика подается постоянное управляющее напряжение, а выход операционика управляет смещением на затворах ВЧ-полевиков.

Принцип работы схемы поясняют так:
Если рассогласование на выходе растет (КСВН выше) => растет напряжение с детектора отраженной волны => растет суммарное напряжение Us на инверсном входе операционика => падает выходное напряжение операционика => падает выходная мощность. И наоборот.

Что смущает в таком решении:
1. При рассогласовании может оказаться так, что падающая волна станет меньше, отраженная - больше, а суммарное напряжение на инверсном входе операционика - такое же. Схема продолжит поддерживать такую же мощность, а должна снижать.
2. При рассогласовании проявится частотная зависимость Us от распределения амплитуды напряжения вдоль линии (направленного ответвителя) - появятся пучности и узлы. Т.е при КСВ нагрузки, равном скажем 10 во всей полосе, схема на одних частотах будет задирать смещение полевиков до максимума, на других частотах - снижать до нуля.
В радиостанциях ICOM и KENWOOD и др. именно такие схемы и ведут они себя вышеописанным образом.
Так как же сделать корректно работающую схему защиты? Или я что-то недопонял в данной схеме?

Нужно не суммировать продетектированные напряжения, а определять их отношение. Так можно приблизительно определить коэффициент отражения. Если коэффициент отражения станет больше критического усилитель надо отключить или уменьшить входную мощность.

2 duden

Но ведь зависимость детектированных напряжений от амплитуды ВЧ-сигналов нелинейная. Следовательно, определяемое отношение не есть коэффициент отражения.

Не поленился, взял радиостанцию и провел измерения обоих продетектированных напряжений Uпад и Uотр, вычисляя при этом их отношение на разных частотах. Автоматику отключил, на усилитель подавалось постоянное смещение. Замеры проводил при разных нагрузках: 50 Ом, кабели разной длины (0.5, 1.5, 5.5 и 11м) с КЗ и ХХ на концах. КСВ данных нагрузок в полосе частот менялся слабо.

И вот что получилось - cм. картинку. По вертикальной оси - отношение продетектированных напряжений Uпад / Uотр, по горизонтальной - частота в МГц. Четко видны максимумы и минимумы.
Так как же определять критический коэффициент отражения, коли он так сильно меняется от частоты?

Может вам стоит попробовать уменьшать мощность используя регулируемый усилитель (VGA) или аттенюатор перед УМ, а сигнал управления получать с двух логарифмических усилителей. У AD есть даже специализированная микросхема по этому поводу ADL5519.

Для защиты оконечных каскадов, есть классичекое решение циркулятор или вентиль. Правда КСВ великоват, зато позволяет усилителю работать без внешней нагрузки какоето время.

Вентиль имеет три недостатка:
1. Цена
2. Габариты.
3. Потери мощности 0.3 ... 0.6 дБ

Хотелось бы обойтись схемотехническим решением.

2 YuriyMatveev

Спасибо за статью, прямо в точку! Пока читаю...

В общем-то чудесно получилось. На длинных кабелях перепад КСВ при хх или кз так и должен меняться. Это есть согласование включением отрезка определенной длинны между источником и нагрузкой. Определитесь, какое КСВ есть критическим для Вас. Например 3. Возьмите нагрузку с КСВ=3 и посмотрите как при работе на нее меняется измеряемое соотношение напряжений. Исходя из этого и определяйтесь.

Вообще-то, во многих передатчиках поступают проще. Если у вас есть некая номинальная мощность, то при ней калибруют уровень отраженной волны для некоего критического значения КСВ. Соответственно уровень сраатывания защиты или некий исполнительный механизм для уменьшения мощности привязывается к этому значению сигнала канала отраженной волны. Этот метод, конечно, корректен, если генератор имеет запас по мощности и не сильно расстраивается при рассогласовании.

2 felix2

А вот здесь не совсем понятно. Предположим, что нагрузку оторвали от выхода усилителя. Защита сработала, схема управления понизила мощность. При пониженной мощности отраженная волна может иметь уровень ниже критического. Поэтому схема снова переведет усилитель в номинальный режим. Получается, мощность будет все время скакать от номинальной до пониженной с частотой, определяемой временем срабатывания схемы защиты.
Может, данные схемы имеют эффект гистерезиса - при появлении критического КСВ срабатывает защита, которая отключается лишь после восстановления нормальной нагрузки и снятия-подачи питания?

2 duden

Нашел еще ньюанс. В начальный момент включения усилителя Uпад и Uотр равны нулю. Схема защиты не "поймет", что делать в данном случае. Придется задавать минимальный порог напряжения падающей волны, выше которого схема защиты будет включена.

Вы понимаете, дело в том что услитель выгорает не от того, что нагружен на нагрузку с высоким уровнем КСВН , а потому что на его выход от нагрузки отражается значительная мощность. Если скажем у Вас 10-ватный усилитель, то вряд-ли он сгорит при выходной мощности 1 Вт работая на любую нагрузку. Кстати, на некоторые усилители мощнсти даже дается входная мощность при которой он не сгорит работая на нагрузку с высоким КСВ (например 10) но это редко.
Вы можете сделать следующее:
1. Сделайте так, чтобы входная мощность УМ нарастала плавно - чтобы защита успевала сработать еще на низких уровнях выходной мощности.
2. При срабатывании защиты есть два варианта:
а) выключаем подачу сигнала на УМ - при этом обслуживающий персонал должен выключить изделие, устранить неисправность и снова включить;
б) уменьшаем входную мощность УМ допустим на 10-15 дБ (чтобы УМ не выгорал и схема определяющая коэф. отражения при этом еще работала) и восстанавливаем ее при уменьшении коэф. отражения ниже порогового значения.

Думаю, схема защиты должна управлять именно смещением усилителя, а не его раскачкой. Так проще.
Почти во всех радиостанциях оконечный каскад так управляется.

Вариант а) подходит, только здесь мы должны уменьшить смещение, а не отключить раскачку.
Т.е. в схеме должен быть аналоговый компаратор с "памятью" превышения КСВ (операционик с положительной обратной связью, например).

А может вообще завести оба продетектированных напряжения на встроенный АЦП процессора? И зашить в проц таблицу, что делать схеме управления при различных КСВН.

"схема защиты должна управлять именно смещением усилителя, а не его раскачкой"
"должны уменьшить смещение, а не отключить раскачку" - Я просто выключал в таком случае питание выходного каскада.

"может вообще завести оба продетектированных напряжения на встроенный АЦП процессора? И зашить в проц таблицу, что делать схеме управления при различных КСВН." - Может. Но смысл? ОУ, я думаю, будет достаточно.

Ответвитель, 2 направленный, компратор,(можно еще операционник), тригеры шмидта.
Геометрию ответвителя выбрать так, чтобы работать на левом подъеме его характеристики, делал такой девайс в раене 100-420МГц. Почти все что выше сказано на практике проходил :-). Схема так и работает, называется кажется релаксационной, у нее даже есть преимущества те она постоянно убирает смещение и включает его, туда сюда, убрал кз, или хх, тут же восстанавливается работа. Те мощность отраженная от несогласованной нагрузки никогда не превышает время, которое необходимо чтобы выходной каскад сжечь. Те графики что вы сняли как раз и показывают ее работу, те при подключении в определенных условиях определенной длинны кабеля, усилитель вдует в этот кабель всю мощность, те она не отразится, каскад цел, все щасливы.
Единственный момент, я бы не советовал заводить, на цап, итд. слишком медленно. Обычно выгорают за Мк секунды, скорее всего цифровые решения не успеют отработать, ну или гемора будет больше, чем с простейшими аналоговыми решениями.