不需要知道未来的水晶球无线正。无穷无尽的需求由5 g, 6 g,根据视频、自动汽车,安全应用,物联网,天空的极限利用更高的电磁(EM)的两端。
满足这个需求需要产品能够利用毫米波(毫米波)乐队目前覆盖30兆赫到500兆赫之间的频率。然而,这些高频率出现,设计工程师必须解决的一个重要问题:驻波。没有控制,这些多余的电波可以减弱输出功率,扭曲的数字信息载体,在极端的情况下,损坏内部部件。
来抵消较低的微波驻波频率的问题,工程师依靠法拉第旋转器,通常称为光电隔离器。在他们基本的层面上,一个隔离器是一个两口,输入和输出组件,允许一个方向的电磁信号通过但吸收他们在相反的方向。然而,传统的光电隔离器在下一代无线应用程序所需的更高频率。
很大一部分问题是,第一光电隔离器设计半个多世纪前,用很少的修改从最初的概念。最近的进步,然而,企业在毫米波技术的前沿的能力越来越强推出产品,操作优化在极高的频率。
“波导的新系列光电隔离器VDI的关键使能技术,和一个大从以前,”Jeffrey Hesler说博士,首席技术官弗吉尼亚二极管,Inc . VDI是一家位于弗吉尼亚州的生产测试和测量设备,如矢量网络分析仪、频谱分析仪、信号发生器扩展模块,对毫米波太赫兹应用程序。
“紧凑的大小、极低的插入损耗和宽的带宽允许我们使用光电隔离器在一个广泛的我们的系统比以前可能,并导致关键系统性能指标显著改善源功率和灵敏度等“Hesler说。
通过理解这些进步在每一个隔离器五个属性的功能,设计师可以更好地利用光电隔离器来提高毫米波产品。
1。高的隔离
隔离的多少是衡量信号在相反方向通过旅行通过隔离器。因为光电隔离器是旨在防止或减少这种情况的发生,隔离,越高越好。
毫米波系统设计师所面临的问题是组件之间的阻抗不匹配和由此产生的反射。
在毫米波系统中,组件之间的距离通常是一个多波长,反射信号的相位。不同相的反映信号可以扰乱上游组件的操作点。当你扫描频率,相位变化和零位,下降,然而,和降解性能之间插入一个隔离器组件时,反射信号被吸收,问题消失。
尽可能高的隔离发生在相反的波是旋转45度的平面隔离器的电阻层。隔离可以降低多达10 dB信号旋转时只有1度。
确认这样精密的唯一方法就是充分描述每个隔离器矢量网络分析仪。这个验证总合规,而不仅仅是随机抽查的频率带。
2。低插入损耗
虽然隔离这些组件的同名,扭转波的抑制不能来的衰减,输入信号。插入损耗是衡量多少损失产生的信号,因为它通过隔离器的前进方向。
光电隔离器对传统风格,在微波波段插入损耗低,但在毫米波频率损失越来越成问题。例如,在WR-10乐队(75 - 110 GHz)插入损耗可以超过3 dB,意味着信号的功率损失的一半。wr - 5.1乐队(140 -220 GHz)损失爬超过5分贝。因为高损失,传统的光电隔离器往往使用于毫米波系统。
一个设计师的主要担忧是,隔离器将大大降低最终输出的强度。它可以令人沮丧的工程师尝试和优化每个系统的驻波,通常与有限的成功。许多替代方法在本质上是窄带的,这样的解决方案可能只工作在一个不够窄频带的频率。
法拉第旋转器操作通过使用铁氧体圆盘旋转信号。然而,制造商的传统方法是使用铁氧体大大超过所需的最小长度,然后调整偏置磁场达到最优性能。这提供了很好的隔离,但更高的插入损耗。
然而,有一个双重的问题解决方案。首先,更多的是有损的铁氧体在信号路径,第二,铁氧体损失参数增加磁化水平较低。
将损失降至最低,至关重要的是,铁素体长度尽可能的减少。设计为NASA研发浸透铁氧体与一个强大的偏置磁场,它允许对铁氧体的最短长度达到理想的旋转45度。这降低了插入损耗小于1分贝75 - 110 GHz,只有2 dB 220 - 330 GHz。
“隔离器技术的扩展220 GHz以上是一个令人印象深刻的技术壮举,和一个关键的技术,使我们能够提供准确的测量灵敏度高于我们以前能够实现,“VDI的Hesler指出。
3所示。低端口反射
一个好的隔离器必须端口反射也低。电压驻波比(电压驻波比)是一种测量反射的输入和输出端口。一个好的在毫米波频率范围是1.5:1或更少;1:1等于没有反射。
低端口反射的重要性经常被忽视。一个高的隔离器端口反射创建一套备用的驻波。相邻组件仍由不同相的不利影响信号反射回港口。高隔离和低插入损耗价值不大,如果端口反射。
4所示。高额定功率
在反向旅游信号隔离器,吸收导致热量。它可以处理更多的热量,额定功率越高。从历史上看,高温并不是一个问题很少有权力可以在毫米波频率。然而,随着更高的电源可用,评级增加力量的重要性。
处理高温负荷的问题,一些新光电隔离器已经将钻石散热器融入自己的设计中。钻石是最终的热导体,接近2200 W / m•K,铜的5倍以上。钻石有效通道电阻层的热量隔离器的金属波导块,从而降低操作温度提高可靠性。
5。占用空间小
最小化毫米波组件的尺寸和重量在今天的无线应用程序尤为重要。
一个标准的传统风格WR10乐队大约在隔离器。长,圆柱段中心大约1.3。直径。但是最新的设计形状是矩形的,可以小至0.75英寸。每一边,0.45。厚。
同样的技术用于减少插入loss-utilizing ferrite-also的最短长度减少部分占的内存占用。
除了五个关键特征,其他属性的现代光电隔离器改善他们的效用在毫米波频率;例如,宽的带宽。标准波导乐队通常扩展到40%两侧的中心频率。新的、高性能的光电隔离器操作从中心频率扩展带宽超过了50%,让设计师更大的自由进入他们的系统建造更多的带宽。
额外的进步包括光电隔离器,在低温条件下运行,这是至关重要的,因为传统的隔离器为室温操作将冷却时表现不佳。