Perché i divisori di potenza non possono essere utilizzati come combinatori ad alta potenza

I limiti dei divisori di potenza nelle applicazioni di combinazione ad alta potenza possono essere attribuiti ai seguenti fattori chiave:

‌1. Limitazioni di gestione della potenza del resistore di isolamento (R)‌

• ‌Modalità di ripartizione della potenza‌:
• Quando utilizzato come divisore di potenza, il segnale di ingresso a ‌IN‌ è diviso in due segnali co-frequenza e co-fase nei punti ‌AEB‌.
• Il resistore di isolamentoR‌ non subisce alcuna differenza di tensione, con conseguente flusso di corrente nullo e nessuna dissipazione di potenza. La capacità di potenza è determinata esclusivamente dalla capacità di gestione della potenza della linea microstrip.
• ‌Modalità combinata‌:
• Quando utilizzato come combinatore, due segnali indipendenti (da ‌USCITA 1EUSCITA 2‌) con frequenze o fasi diverse.
• Si crea una differenza di tensione tra ‌AEB‌, provocando il flusso di corrente attraverso ‌R‌. La potenza dissipata in ‌R‌ è uguale ‌½(OUT1 + OUT2)‌. Ad esempio, se ogni ingresso è 10 W, ‌Rdeve resistere a ≥10W.
• Tuttavia, il resistore di isolamento nei divisori di potenza standard è in genere un componente a bassa potenza con una dissipazione del calore inadeguata, il che lo rende soggetto a guasti termici in condizioni di alta potenza.

‌2. Vincoli di progettazione strutturale‌

• ‌Limitazioni della linea Microstrip‌:
• I divisori di potenza vengono spesso implementati utilizzando linee microstrip, che hanno una capacità di gestione della potenza limitata e una gestione termica insufficiente (ad esempio, dimensioni fisiche ridotte, bassa area di dissipazione del calore).
• Il resistoreR‌ non è progettato per un'elevata dissipazione di potenza, limitando ulteriormente l'affidabilità nelle applicazioni combinate.
• ‌Sensibilità di fase/frequenza‌:
• Qualsiasi discrepanza di fase o frequenza tra i due segnali di ingresso (comune negli scenari del mondo reale) aumenta la dissipazione di potenza inR‌, aggravando lo stress termico.

‌3. Limitazioni negli scenari ideali di co-frequenza/co-fase‌

• ‌Caso teorico‌:
• Se due ingressi sono perfettamente co-frequenza e co-fase (ad esempio, amplificatori sincronizzati pilotati dallo stesso segnale),R‌ non dissipa potenza e la potenza totale viene combinata a ‌IN‌.
• Ad esempio, due ingressi da 50 W potrebbero teoricamente combinarsi in 100 W a ‌INse le linee microstrip riescono a gestire la potenza totale.
• ‌Sfide pratiche‌:
• Nei sistemi reali è quasi impossibile mantenere un perfetto allineamento di fase.
• I divisori di potenza non sono robusti per la combinazione di alta potenza, poiché anche piccole discrepanze possono causareRper assorbire sovratensioni impreviste che potrebbero causare guasti.

‌4. Superiorità delle soluzioni alternative (ad esempio, accoppiatori ibridi da 3 dB)‌

• ‌Accoppiatori ibridi 3dB‌:
• Utilizzare strutture a cavità con terminazioni di carico esterne ad alta potenza, consentendo un'efficiente dissipazione del calore e un'elevata capacità di gestione della potenza (ad esempio, 100 W+).
• Garantiscono un isolamento intrinseco tra le porte e tollerano disallineamenti di fase/frequenza. L'alimentazione non corrispondente viene deviata in modo sicuro verso il carico esterno, evitando di danneggiare i componenti interni.
• ‌Flessibilità di progettazione‌:
• I design basati su cavità consentono una gestione termica scalabile e prestazioni robuste nelle applicazioni ad alta potenza, a differenza dei divisori di potenza basati su microstrip.

‌Conclusione‌

I divisori di potenza non sono adatti per la combinazione di segnali ad alta potenza a causa della limitata capacità di gestione della potenza del resistore di isolamento, dell'inadeguatezza del design termico e della sensibilità alle discrepanze fase/frequenza. Anche in scenari di cofase ideali, i vincoli strutturali e di affidabilità li rendono poco pratici. Per la combinazione di segnali ad alta potenza, dispositivi dedicati comeAccoppiatori ibridi 3dB‌ sono preferiti, offrendo prestazioni termiche superiori, tolleranza alle discrepanze e compatibilità con progetti ad alta potenza basati su cavità.

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