Circuladores e illadores: dispositivos básicos en circuítos de RF e microondas

Nos circuítos de radiofrecuencia e microondas, os circuladores e os illadores son dous dispositivos cruciais que se empregan amplamente debido ás súas funcións e aplicacións únicas. Comprender as súas características, funcións e escenarios de aplicación axudará aos enxeñeiros a escoller as solucións axeitadas en deseños reais, mellorando así o rendemento e a fiabilidade do sistema.

1. Circulador: Xestor de dirección de sinais

1. Que é un circulador?
Un circulador é un dispositivo non recíproco que normalmente usa materiais de ferrita e un campo magnético externo para lograr unha transmisión unidireccional de sinais. Normalmente ten tres portos e os sinais só se poden transmitir entre os portos nunha dirección fixa. Por exemplo, do porto 1 ao porto 2, do porto 2 ao porto 3 e do porto 3 de volta ao porto 1.
2. As principais funcións do circulador
Distribución e fusión de sinais: distribuír sinais de entrada a diferentes portos de saída nunha dirección fixa ou fusionar sinais de varios portos nun só porto.
Illamento de transmisión e recepción: úsase como duplexor para lograr o illamento dos sinais de transmisión e recepción nunha única antena.
3. Características dos circuladores
Non reciprocidade: os sinais só se poden transmitir nunha dirección, evitando a interferencia inversa.
Baixa perda de inserción: baixa perda de potencia durante a transmisión do sinal, especialmente axeitado para aplicacións de alta frecuencia.
Soporte de banda ancha: pode cubrir un amplo rango de frecuencias de MHz a GHz.
4. Aplicacións típicas dos circuladores
Sistema de radar: illa o transmisor do receptor para evitar que os sinais de transmisión de alta potencia danen o dispositivo receptor.
Sistema de comunicación: utilízase para a distribución de sinais e a conmutación de matrices de múltiples antenas.
Sistema de antenas: permite o illamento dos sinais transmitidos e recibidos para mellorar a estabilidade do sistema.

II. Illador: barreira de protección de sinal

1. Que é un illador?
Os illantes son unha forma especial de circuladores, normalmente con só dous portos. A súa función principal é suprimir a reflexión e o refluxo do sinal, protexendo os equipos sensibles das interferencias.
2. Funcións principais dos illantes
Illamento de sinal: evitar que os sinais reflectidos volvan aos dispositivos frontais (como transmisores ou amplificadores de potencia) para evitar o sobrequecemento ou a degradación do rendemento do equipo.
Protección do sistema: en circuítos complexos, os illadores poden evitar a interferencia mutua entre módulos adxacentes e mellorar a fiabilidade do sistema.
3. Características dos illantes
Transmisión unidireccional: o sinal só se pode transmitir desde o extremo de entrada ao extremo de saída e o sinal inverso é suprimido ou absorbido.
Alto illamento: proporciona un efecto de supresión extremadamente alto nos sinais reflectidos, normalmente de ata 20 dB ou máis.
Baixa perda de inserción: garante que a perda de potencia durante a transmisión normal do sinal sexa o máis baixa posible.
4. Aplicacións típicas dos illantes
Protección do amplificador de RF: evita que os sinais reflectidos causen un funcionamento inestable ou incluso danos ao amplificador.
Sistema de comunicación sen fíos: illar o módulo RF no sistema de antena da estación base.
Equipamento de proba: elimina os sinais reflectidos no instrumento de medición para mellorar a precisión da proba.

III. Como elixir o dispositivo axeitado?

Ao deseñar circuítos de RF ou microondas, a escolla do circulador ou illador debe basearse nos requisitos específicos da aplicación:
Se precisa distribuír ou fusionar sinais entre varios portos, prefírense os circuladores.
Se o propósito principal é protexer o dispositivo ou reducir a interferencia dos sinais reflectidos, os illantes son unha mellor opción.
Ademais, o rango de frecuencia, a perda de inserción, o illamento e os requisitos de tamaño do dispositivo deben considerarse exhaustivamente para garantir que se cumpran os indicadores de rendemento do sistema específico.

IV. Tendencias de desenvolvemento futuro

Co desenvolvemento da tecnoloxía de comunicación sen fíos, a demanda de miniaturización e alto rendemento dos dispositivos de radiofrecuencia e microondas segue a aumentar. Os circuladores e illantes tamén se están a desenvolver gradualmente nas seguintes direccións:
Soporte de maior frecuencia: admite bandas de ondas milimétricas (como 5G e radar de ondas milimétricas).
Deseño integrado: integrado con outros dispositivos de RF (como filtros e divisores de potencia) para optimizar o rendemento do sistema.
Baixo custo e miniaturización: empregar novos materiais e procesos de fabricación para reducir custos e adaptarse aos requisitos dos equipos terminais.