Warum Leistungsteiler nicht als Hochleistungskombinierer verwendet werden können

Die Einschränkungen von Leistungsteilern in Hochleistungskombinationsanwendungen können auf die folgenden Hauptfaktoren zurückgeführt werden:

‌1. Leistungsbelastbarkeitsbeschränkungen des Isolationswiderstands (R)‌

• ‌Leistungsteilermodus‌:
• Bei Verwendung als Leistungsteiler wird das Eingangssignal bei ‌IN‌ wird an den Punkten ‌ in zwei gleichfrequente und gleichphasige Signale aufgeteiltAUndB‌.
• Der Isolationswiderstand ‌R‌ erfährt keinen Spannungsunterschied, was zu einem Nullstromfluss und keiner Verlustleistung führt. Die Leistungskapazität wird ausschließlich durch die Belastbarkeit der Mikrostreifenleitung bestimmt.
• ‌Combiner-Modus‌:
• Bei Verwendung als Combiner werden zwei unabhängige Signale (von ‌OUT1UndOUT2‌) mit unterschiedlichen Frequenzen bzw. Phasen angewendet werden.
• Es entsteht eine Spannungsdifferenz zwischen ‌AUndB‌, wodurch Strom durch ‌ fließtR‌. Die Leistung, die in ‌R‌ ist gleich ‌½(OUT1 + OUT2)‌. Wenn beispielsweise jeder Eingang 10W beträgt, ‌R‌ muss ≥10 W aushalten.
• Allerdings handelt es sich bei dem Isolationswiderstand in Standard-Leistungsteilern typischerweise um eine Komponente mit geringer Leistung und unzureichender Wärmeableitung, wodurch er unter Hochleistungsbedingungen anfällig für thermische Ausfälle ist.

‌2. Strukturelle Designbeschränkungen‌

• ‌Einschränkungen bei Mikrostreifenleitungen‌:
• Leistungsteiler werden häufig mithilfe von Mikrostreifenleitungen implementiert, die eine begrenzte Leistungskapazität und ein unzureichendes Wärmemanagement aufweisen (z. B. geringe physische Größe, geringe Wärmeableitungsfläche).
• Der WiderstandR‌ ist nicht für eine hohe Verlustleistung ausgelegt, was die Zuverlässigkeit bei Combiner-Anwendungen weiter einschränkt.
• ‌Phasen-/Frequenzempfindlichkeit‌:
• Jede Phasen- oder Frequenzfehlanpassung zwischen den beiden Eingangssignalen (in der Praxis häufig) erhöht die Verlustleistung in ‌R‌, was den thermischen Stress verstärkt.

‌3. Einschränkungen in idealen Co-Frequenz/Co-Phase-Szenarien‌

• ‌Theoretischer Fall‌:
• Wenn zwei Eingänge perfekt gleichfrequent und gleichphasig sind (z. B. synchronisierte Verstärker, die vom gleichen Signal angesteuert werden), ‌R‌ verbraucht keine Leistung, und die Gesamtleistung beträgt ‌IN‌.
• Beispielsweise könnten zwei 50W-Eingänge theoretisch zu 100W kombiniert werden bei ‌IN‌ ob die Mikrostreifenleitungen die Gesamtleistung bewältigen können.
• ‌Praktische Herausforderungen‌:
• Eine perfekte Phasenausrichtung ist in realen Systemen nahezu unmöglich aufrechtzuerhalten.
• Leistungsteiler sind nicht robust genug für die Kombination hoher Leistungen, da selbst geringfügige Fehlanpassungen zu ‌R‌ um unerwartete Spannungsspitzen zu absorbieren, die zu Ausfällen führen.

‌4. Überlegenheit alternativer Lösungen (z. B. 3dB-Hybridkoppler)‌

• ‌3dB-Hybridkoppler‌:
• Nutzen Sie Hohlraumstrukturen mit externen Hochleistungs-Lastanschlüssen, um eine effiziente Wärmeableitung und eine hohe Belastbarkeit (z. B. 100 W+) zu ermöglichen.
• Bietet inhärente Isolierung zwischen den Ports und toleriert Phasen-/Frequenzfehlanpassungen. Fehlangepasste Leistung wird sicher zur externen Last umgeleitet, ohne interne Komponenten zu beschädigen.
• ‌Designflexibilität‌:
• Im Gegensatz zu mikrostreifenbasierten Leistungsteilern ermöglichen hohlraumbasierte Designs ein skalierbares Wärmemanagement und eine robuste Leistung in Hochleistungsanwendungen.

‌Abschluss‌

Leistungsteiler sind für die Kombination von Hochleistungssignalen ungeeignet, da der Isolationswiderstand nur eine begrenzte Belastbarkeit aufweist, das thermische Design unzureichend ist und die Empfindlichkeit gegenüber Phasen-/Frequenzfehlanpassungen gering ist. Selbst in idealen Co-Phase-Szenarien sind sie aufgrund struktureller Einschränkungen und Zuverlässigkeitsbeschränkungen unpraktisch. Für die Kombination von Hochleistungssignalen eignen sich spezielle Geräte wie ‌3dB-Hybridkoppler‌ werden bevorzugt, da sie eine bessere thermische Leistung, Toleranz gegenüber Fehlanpassungen und Kompatibilität mit hohlraumbasierten Hochleistungsdesigns bieten.

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