Por que 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 manuseio de energia do resistor de isolamento (R)‌

• ‌Modo Divisor de Potência‌:
• Quando usado como um divisor de potência, o sinal de entrada em ‌IN‌ é dividido em dois sinais de co-frequência e co-fase em pontos ‌AeB‌.
• O resistor de isolamentoRNão apresenta diferença de tensão, resultando em fluxo de corrente zero e nenhuma dissipação de potência. A capacidade de potência é determinada exclusivamente pela capacidade de processamento de potência da linha microstrip.
• ‌Modo Combinador‌:
• Quando usado como um combinador, dois sinais independentes (de ‌OUT1eOUT2‌) com diferentes frequências ou fases são aplicadas.
• Uma diferença de voltagem surge entre ‌AeB‌, causando fluxo de corrente através de ‌R‌. A potência dissipada em ‌R‌ é igual a ‌½(SAÍDA1 + SAÍDA2)‌. Por exemplo, se cada entrada for de 10 W, ‌R‌ deve suportar ≥10W.
• Entretanto, o resistor de isolamento em divisores de potência padrão é normalmente um componente de baixa potência com dissipação de calor inadequada, o que o torna 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 manuseio de potência e gerenciamento térmico insuficiente (por exemplo, tamanho físico pequeno, baixa área de dissipação de calor).
• O resistorR‌ não foi projetado para dissipação de alta potência, restringindo ainda mais a confiabilidade em aplicações de combinadores.
• ‌Sensibilidade de fase/frequência‌:
• Qualquer incompatibilidade de fase ou frequência entre os dois sinais de entrada (comum em cenários do mundo real) aumenta a dissipação de energia em ‌R‌, agravando o estresse térmico.

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

• ‌Caso Teórico‌:
• Se duas entradas forem perfeitamente co-frequenciais e co-fases (por exemplo, amplificadores sincronizados acionados pelo mesmo sinal), ‌R‌ não dissipa energia e a potência total é combinada em ‌IN‌.
• Por exemplo, duas entradas de 50 W poderiam teoricamente combinar-se em 100 W a ‌INse as linhas microstrip puderem suportar a potência total.
• ‌Desafios Práticos‌:
• O alinhamento de fase perfeito é quase impossível de manter em sistemas reais.
• Os divisores de potência não são robustos para combinações de alta potência, pois mesmo pequenas incompatibilidades podem causar ‌Rpara absorver picos de energia inesperados, levando à falha.

‌4. Superioridade de soluções alternativas (por exemplo, acopladores híbridos de 3 dB)‌

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

‌Conclusão‌

Divisores de potência são inadequados para combinações de alta potência devido à capacidade limitada de processamento de potência do resistor de isolamento, ao projeto térmico inadequado e à sensibilidade a incompatibilidades de fase/frequência. Mesmo em cenários ideais de cofase, restrições estruturais e de confiabilidade os tornam impraticáveis. Para combinações de sinais de alta potência, dispositivos dedicados como ‌Acopladores híbridos de 3dB‌ são preferidos, oferecendo desempenho térmico superior, tolerância a incompatibilidades e compatibilidade com projetos de alta potência baseados em cavidades.

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