Circuladors i aïllants: dispositius bàsics en circuits de radiofreqüència i microones

En els circuits de radiofreqüència i microones, els circuladors i els aïllants són dos dispositius crucials que s'utilitzen àmpliament a causa de les seves funcions i aplicacions úniques. Comprendre les seves característiques, funcions i escenaris d'aplicació ajudarà els enginyers a triar les solucions adequades en dissenys reals, millorant així el rendiment i la fiabilitat del sistema.

1. Circulador: Gestor de direcció dels senyals

1. Què és un circulador?
Un circulador és un dispositiu no recíproc que normalment utilitza materials de ferrita i un camp magnètic extern per aconseguir una transmissió unidireccional de senyals. Normalment té tres ports, i els senyals només es poden transmetre entre ports en una direcció fixa. Per exemple, del port 1 al port 2, del port 2 al port 3 i del port 3 de tornada al port 1.
2. Les funcions principals del circulador
Distribució i fusió de senyals: distribuir senyals d'entrada a diferents ports de sortida en una direcció fixa o fusionar senyals de diversos ports en un sol port.
Aïllament de transmissió i recepció: s'utilitza com a dúplex per aconseguir l'aïllament dels senyals de transmissió i recepció en una sola antena.
3. Característiques dels circuladors
No reciprocitat: els senyals només es poden transmetre en una direcció, evitant interferències inverses.
Baixa pèrdua d'inserció: baixa pèrdua de potència durant la transmissió del senyal, especialment adequada per a aplicacions d'alta freqüència.
Suport de banda ampla: pot cobrir un ampli rang de freqüències de MHz a GHz.
4. Aplicacions típiques dels circuladors
Sistema de radar: aïlla l'emissor del receptor per evitar que els senyals de transmissió d'alta potència danyin el dispositiu receptor.
Sistema de comunicació: utilitzat per a la distribució de senyals i la commutació de matrius multiantena.
Sistema d'antenes: permet l'aïllament dels senyals transmesos i rebuts per millorar l'estabilitat del sistema.

II. Aïllant: barrera de protecció de senyal

1. Què és un aïllant?
Els aïllants són una forma especial de circuladors, normalment amb només dos ports. La seva funció principal és suprimir la reflexió i el reflux del senyal, protegint els equips sensibles de les interferències.
2. Funcions principals dels aïllants
Aïllament del senyal: evitar que els senyals reflectits tornin als dispositius frontals (com ara transmissors o amplificadors de potència) per evitar el sobreescalfament o la degradació del rendiment de l'equip.
Protecció del sistema: en circuits complexos, els aïllants poden evitar la interferència mútua entre mòduls adjacents i millorar la fiabilitat del sistema.
3. Característiques dels aïllants
Transmissió unidireccional: el senyal només es pot transmetre des de l'extrem d'entrada fins a l'extrem de sortida, i el senyal invers es suprimeix o s'absorbeix.
Alt aïllament: proporciona un efecte de supressió extremadament alt sobre els senyals reflectits, normalment de fins a 20 dB o més.
Baixa pèrdua d'inserció: garanteix que la pèrdua de potència durant la transmissió normal del senyal sigui la més baixa possible.
4. Aplicacions típiques dels aïllants
Protecció de l'amplificador de RF: evita que els senyals reflectits causin un funcionament inestable o fins i tot danys a l'amplificador.
Sistema de comunicació sense fil: aïllar el mòdul RF del sistema d'antena de l'estació base.
Equip de prova: eliminar els senyals reflectits a l'instrument de mesura per millorar la precisió de la prova.

III. Com triar el dispositiu adequat?

Quan es dissenyen circuits de radiofreqüència o microones, l'elecció del circulador o aïllant s'ha de basar en els requisits específics de l'aplicació:
Si necessiteu distribuir o fusionar senyals entre diversos ports, es prefereixen els circuladors.
Si l'objectiu principal és protegir el dispositiu o reduir la interferència dels senyals reflectits, els aïllants són una millor opció.
A més, cal tenir en compte exhaustivament el rang de freqüència, la pèrdua d'inserció, l'aïllament i els requisits de mida del dispositiu per garantir que es compleixin els indicadors de rendiment del sistema específic.

IV. Tendències de desenvolupament futur

Amb el desenvolupament de la tecnologia de comunicació sense fil, la demanda de miniaturització i alt rendiment dels dispositius de radiofreqüència i microones continua augmentant. Els circuladors i aïllants també s'estan desenvolupant gradualment en les direccions següents:
Suport de freqüència més alta: suporta bandes d'ones mil·limètriques (com ara 5G i radar d'ones mil·limètriques).
Disseny integrat: integrat amb altres dispositius de radiofreqüència (com ara filtres i divisors de potència) per optimitzar el rendiment del sistema.
Baix cost i miniaturització: utilitzar nous materials i processos de fabricació per reduir costos i adaptar-se als requisits dels equips terminals.