Por que os divisores de potência não podem ser usados ​​como combinadores de alta potência

As limitações dos divisores de potência em aplicações de combinação de alta potência podem ser atribuídas aos seguintes fatores principais:

‌1. Limitações de capacidade de potência do resistor de isolamento (R)‌

• ‌Modo divisor de potência‌:
• Quando usado como divisor de potência, o sinal de entrada emINé dividido em dois sinais de mesma frequência e fase nos pontosAeB‌.
• O resistor de isolamentoRNão há diferença de tensão, resultando em fluxo de corrente zero e nenhuma dissipação de energia. A capacidade de potência é determinada exclusivamente pela capacidade de gerenciamento de energia da linha microstrip.
• ‌Modo Combinador‌:
• Quando usado como um combinador, dois sinais independentes (de ‌OUT1eOUT2‌) com diferentes frequências ou fases são aplicadas.
• Surge uma diferença de potencial entreAeB‌, causando fluxo de corrente através de ‌RA potência dissipada emR‌ igual a ‌½(SAÍDA1 + SAÍDA2)Por exemplo, se cada entrada for de 10 W,RDeve suportar ≥10W.
• No entanto, o resistor de isolamento em divisores de potência padrão é normalmente um componente de baixa potência com dissipação de calor inadequada, tornando-o propenso a falhas térmicas em condições de alta potência.

‌2. Restrições de projeto estrutural‌

• ‌Limitações da linha microstrip‌:
• Os divisores de potência são frequentemente implementados usando linhas microstrip, que têm capacidade limitada de gerenciamento de energia e gerenciamento térmico insuficiente (por exemplo, tamanho físico pequeno, área de dissipação de calor reduzida).
• O resistorRNão foi projetado para dissipação de alta potência, o que limita ainda mais a confiabilidade em aplicações de combinação.
• ‌Sensibilidade de fase/frequência‌:
• Qualquer desajuste de fase ou frequência entre os dois sinais de entrada (comum em cenários reais) aumenta a dissipação de potência emR‌, exacerbando o estresse térmico.

‌3. Limitações em cenários ideais de co-frequência/co-fase‌

• ‌Caso teórico‌:
• Se duas entradas estiverem perfeitamente na mesma frequência e fase (por exemplo, amplificadores sincronizados acionados pelo mesmo sinal),Rnão dissipa energia, e a potência total é combinada emIN‌.
• Por exemplo, duas entradas de 50 W poderiam teoricamente combinar-se para gerar 100 W.INse as linhas de microfita suportarem a potência total.
• ‌Desafios Práticos‌:
• O alinhamento de fase perfeito é praticamente impossível de manter em sistemas reais.
• Os divisores de potência não são robustos o suficiente para a combinação de alta potência, pois mesmo pequenas discrepâncias podem causar problemas.RPara absorver picos de energia inesperados, evitando falhas.

‌4. Superioridade de soluções alternativas (ex.: acopladores híbridos de 3dB)‌

• ‌Acopladores híbridos de 3dB‌:
• Utilize estruturas de cavidade com terminações externas de carga de alta potência, permitindo dissipação de calor eficiente e alta capacidade de gerenciamento de potência (por exemplo, 100W+).
• Proporciona isolamento inerente entre as portas e tolera desajustes de fase/frequência. A energia desajustada é desviada com segurança para a carga externa, em vez de danificar os componentes internos.
• ‌Flexibilidade de design‌:
• Os projetos baseados em cavidades permitem um gerenciamento térmico escalável e um desempenho robusto em aplicações de alta potência, ao contrário dos divisores de potência baseados em microfita.

‌Conclusão‌

Divisores de potência não são adequados para combinação de alta potência devido à capacidade limitada de gerenciamento de potência do resistor de isolamento, ao projeto térmico inadequado e à sensibilidade a desajustes de fase/frequência. Mesmo em cenários ideais de co-fase, as restrições estruturais e de confiabilidade os tornam impraticáveis. Para combinação de sinais de alta potência, dispositivos dedicados como...Acopladores híbridos de 3dBSão preferíveis, oferecendo desempenho térmico superior, tolerância a incompatibilidades e compatibilidade com projetos de alta potência baseados em cavidades.

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