Ciruladores de banda KAEnfrentan muchos desafíos en aplicaciones prácticas, principalmente incluyendo los siguientes aspectos:
1. Altos requisitos de campo magnético traídos por bandas de alta frecuencia
Ciruladores de banda KAPor lo general, requieren un campo magnético de sesgo constante externo alto para cumplir con las condiciones de trabajo. Por ejemplo, el campo magnético externo requerido en las estructuras tradicionales es tan alto como 360 ka\/M o más, lo que dificulta el diseño de circuitos magnéticos externos.
La solución adopta una estructura de entrega para reducir el campo magnético externo requerido al aumentar la altura de la unión central, simplificando así el diseño del circuito magnético.
2. Dificultades en el diseño de banda ancha
Los primeros circuladores de caída tenían una banda de frecuencia estrecha y un bajo aislamiento y casi no tenían valor práctico.
Se requiere una investigación teórica y experimental para optimizar la estructura y los materiales para lograr el rendimiento de la banda ancha.
La solución adopta la tecnología de la guía de onda integrada del sustrato (SIW) o el diseño de unión T para extender el ancho de banda de trabajo a 6 GHz mientras se mantiene una baja pérdida de inserción (<0.5 dB) by optimizing impedance matching (such as arc chamfering).
3. Desafíos de miniaturización e integración
El circulador de guía de onda tradicional es grande y no conduce a la integración del sistema, mientras que el anillo de línea de microstrip es de tamaño pequeño pero tiene una capacidad de potencia limitada.
Solución:
-Uning Ciruladores de auto-sesgo, no se requiere un campo magnético externo. Por ejemplo, el tamaño del circulador basado en la ferrita hexagonal de estroncio tiene solo 1,5 mm de diámetro, pero la pérdida de inserción (<0.5 dB) and isolation (>25 dB) son excelentes.
-Sejar las estructuras de películas delgadas de múltiples capas (como las películas delgadas de Ferrite Ba M) puede reducir la dificultad de recubrir y mejorar el rendimiento, pero el problema del complejo proceso de preparación debe resolverse.
4. Estabilidad de temperatura y adaptabilidad ambiental
ElCirculador de banda kaNecesita mantener un funcionamiento estable en un amplio rango de temperatura (-60 grado ~ 120 grados), pero las temperaturas altas o bajas pueden causar fluctuaciones de rendimiento.
Solución:
Mejore la estabilidad de la temperatura a través de la optimización de materiales (como la ferrita BA-SR dopada con LA) o mejore el proceso de recocido, pero el gran ancho de la línea de resonancia ferromagnética (400 ~ 500 OE) aún puede afectar la eficiencia.
5. Limitaciones de aplicaciones de alta potencia
-Los circuladores tradicionales son propensos a sobrecalentarse a alta potencia y carecen de medidas de enfriamiento efectivas. La potencia promedio generalmente se limita a decenas de vatios.
La solución utiliza la estructura SIW o la tecnología de integración GaN\/SIC. Por ejemplo, la capacidad de potencia promedio del circulador SIW de unión T puede alcanzar 37.66 W.
6. Problemas de calibración y señal en la ingeniería real
- En la comunicación del espacio profundo,Ciruladores de banda KAson susceptibles a los errores de apuntar a la antena y los efectos atmosféricos. Por ejemplo, los errores de calibración pueden causar una pérdida de señal de 5 dB.
La solución debe optimizar el proceso de calibración (como reducir el espacio entre los puntos de calibración) y adoptar un diseño anti-interferencia.
7. Limitaciones de materiales y procesos
-Los circuladores de alto rendimiento se basan en materiales de ferrita de alta calidad (como NZ50), pero el campo de anisotropía magnetocristalina y el ancho de línea de resonancia del material afectan directamente el rendimiento.
Desafíos:
El ancho de línea de resonancia de los materiales existentes es grande, y el proceso de preparación (como el moldeo de campo magnético húmedo) es altamente complejo.
Resumen
Los principales desafíos deCiruladores de banda KAse concentran en requisitos de campo magnético de alta frecuencia, miniaturización de banda ancha, estabilidad de temperatura y capacidades de manejo de alta potencia. Las direcciones de desarrollo futuras incluyen nuevos materiales de auto-sesgo (como la ferrita hexagonal de estroncio), las estructuras de películas delgadas multicapa y los diseños integrados (como la integración de Siwgan) para equilibrar el rendimiento y el volumen al tiempo que mejora la adaptabilidad ambiental y la capacidad de potencia.