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

Nos circuítos de RF e microondas, os circuladores e illantes son dous dispositivos cruciais que se usan amplamente debido ás súas funcións e aplicacións únicas. A comprensión das súas características, funcións e escenarios de aplicación axudará aos enxeñeiros a escoller solucións axeitadas nos 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 utiliza materiais de ferrita e un campo magnético externo para conseguir a transmisión unidireccional de sinais. Normalmente ten tres portos, e os sinais só se poden transmitir entre 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: distribúe os sinais de entrada a diferentes portos de saída nunha dirección fixa ou fusiona os sinais de varios portos nun porto.
Illamento de transmisión e recepción: úsase como dúplex para conseguir 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 interferencias inversas.
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: usado para a distribución de sinal e a conmutación de matrices de antenas múltiples.
Sistema de antena: admite o illamento dos sinais transmitidos e recibidos para mellorar a estabilidade do sistema.

II. Illador: barreira de protección de sinal

1. Que é un illante?
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. Principais funcións dos illantes
Illamento do sinal: evita que os sinais reflectidos volvan aos dispositivos front-end (como transmisores ou amplificadores de potencia) para evitar o sobrequecemento ou a degradación do rendemento do equipo.
Protección do sistema: en circuítos complexos, os illantes poden evitar interferencias mutuas 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 suprime ou absorbe.
Alto illamento: proporciona un efecto de supresión extremadamente alto nos sinais reflectidos, normalmente ata 20 dB ou máis.
Baixa perda de inserción: garante que a perda de enerxía 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 mesmo danos ao amplificador.
Sistema de comunicación sen fíos: illa o módulo de RF no sistema de antena da estación base.
Equipo de proba: elimina os sinais reflectidos no instrumento de medida para mellorar a precisión da proba.

III. Como elixir o dispositivo axeitado?

Ao deseñar circuítos de RF ou de microondas, a elección do circulador ou illante debe basearse en requisitos específicos de aplicación:
Se precisa distribuír ou combinar sinais entre varios portos, prefiren os circuladores.
Se o obxectivo 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 de forma exhaustiva 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 de dispositivos de RF e microondas segue aumentando. Os circuladores e illantes tamén se están desenvolvendo gradualmente nas seguintes direccións:
Soporte de frecuencia máis alta: 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: utilizar novos materiais e procesos de fabricación para reducir custos e adaptarse ás esixencias dos equipos terminais.