전력 (Power) 전달 조건

통신 시스템에서의 최적 전력 전송은 소스와 부하의 임피던스 일치가 필수적인 조건입니다. RL = RS의 원리는 고주파수 전송에서도 중요하며, 이는 전력의 효율과 신호의 무결성을 유지하는 데 결정적인 역할을 합니다. 완벽한 임피던스 매칭은 반사를 최소화하고 시스템 전체의 성능을 극대화합니다.

 

전력 전달 조건
소스 저항 SR와 부하 저항 R을 고려하여 부하로 최대 전력 전달을 위해서는 두 장치 사이의 연결에 완벽하게 일치하는 조건이 존재해야 합니다. 이 조건은 LR = SR일 때 발생하며 자극이 DC 전압 소스이든 RF 사인파 소스이든 상관없이 적용됩니다(그림 7).

소스 임피던스가 순전히 저항성이 아닌 경우 부하 임피던스가 소스 임피던스의 복소 공액과 같을 때 최대 전력 전달이 발생합니다. 이 조건은 임피던스의 허수부 부호를 반전시킴으로써 충족됩니다. 예를 들어, SR = 0.6 + j 0.3이면 켤레 복소수는 SR* = 0.6 – j 0.3입니다.
효율적인 전력 전송의 필요성은 더 높은 주파수에서 전송선을 사용하는 주요 이유 중 하나입니다. 매우 낮은 주파수(훨씬 더 큰 파장)에서는 간단한 와이어가 전력을 전도하는 데 적합합니다. 와이어의 저항은 상대적으로 낮으며 저주파 신호에 거의 영향을 미치지 않습니다. 전압과 전류는 와이어의 어느 위치에서 측정하더라도 동일합니다.
더 높은 주파수에서 파장은 고주파 회로의 도체 길이와 비슷하거나 더 작으며, 전력 전송은 진행파의 관점에서 생각할 수 있습니다. 전송선로가 특성 임피던스로 종단되면 최대 전력이 부하로 전달됩니다. 종단이 특성 임피던스와 같지 않으면 부하에 의해 흡수되지 않는 신호 부분이 소스로 다시 반사됩니다.
전송 선로가 특성 임피던스로 종단되면 전송된 전력이 모두 부하에 의해 흡수되므로 반사 신호가 발생하지 않습니다(그림 8). RF 신호의 엔벌로프 대 전송선을 따른 거리를 보면 정재파가 나타나지 않습니다. 반사 없이 에너지는 한 방향으로만 흐르기 때문입니다.

 

전송 선로가 단락(전압을 유지할 수 없으므로 전력 소모가 0)으로 종료되면 반사파가 선을 따라 소스를 향해 다시 발사됩니다(그림 9).
반사된 전압 파는 입사 전압 파와 크기가 동일해야 하며 부하 평면에서 위상이 180도 달라야 합니다. 반사파와 입사파는 크기가 동일하지만 반대 방향으로 진행됩니다.
전송선이 개방 회로 상태(전류를 유지할 수 없음)에서 종단되면 반사 전류 파동은 입사 전류 파동과 위상이 180도 다르지만 전압 파동은 입사 전압과 위상이 같습니다. 하중 면에서 파동. 이는 개방 시 전류가 0이 되도록 보장합니다. 반사된 전류파와 입사된 전류파의 크기는 동일하지만 반대 방향으로 이동합니다. 짧은 경우와 열린 경우 모두 정재파 패턴이 전송선에 설정됩니다. 전압 밸리는 0이 되고 전압 피크는 입사 전압 레벨의 두 배가 됩니다.

전송선이 25옴 저항으로 종단되어 완전 흡수와 완전 반사 사이의 상태가 되면 입사 전력의 일부는 흡수되고 일부는 반사됩니다. 반사된 전압 파의 진폭은 입사파의 1/3이고, 두 파동은 부하 평면에서 180도 위상차가 있습니다. 정상파 패턴의 밸리는 더 이상 0이 아니며 피크는 짧고 열린 경우의 피크보다 작습니다. 봉우리와 계곡의 비율은 2:1입니다.

 

RF 임피던스를 결정하는 전통적인 방법은 RF 프로브/검출기, 슬롯형 전송선 길이 및 VSWR 미터를 사용하여 VSWR을 측정하는 것이었습니다. 프로브가 전송선을 따라 이동함에 따라 최고점과 최저점의 상대 위치와 값이 미터에 기록되었습니다. 이러한 측정으로부터 임피던스를 도출할 수 있습니다. 절차는 다른 빈도로 반복되었습니다. 최신 벡터 네트워크 분석기는 주파수 싹쓸이 중에 입사파와 반사파를 직접 측정하며 임피던스 결과는 다양한 형식(VSWR 포함)으로 표시될 수 있습니다.

 

 

1. 최대 전력 전달의 조건: 소스 저항(RS)과 부하 저항(RL) 사이에서 최대 전력을 전달하기 위해 RL = RS일 때 완벽하게 일치해야 합니다. 이는 DC 전압 소스 또는 RF 사인파 소스에 관계없이 적용됩니다.
2. 임피던스 매칭의 복소수 공액: 소스 임피던스가 순수한 저항성이 아닌 경우, 최대 전력 전달은 부하 임피던스가 소스 임피던스의 복소수 공액일 때 발생합니다.
3. 고주파에서 전력 전송의 효율성: 높은 주파수에서 전력 전송은 전송선로의 특성 임피던스로 종단될 때 최적화됩니다. 특성 임피던스와 다른 종단은 반사를 유발하고, 이는 전력 손실과 신호 왜곡의 원인이 됩니다.