Circulatoren en isolatoren: kernapparaten in RF- en microgolfcircuits

In RF- en microgolfcircuits zijn circulatoren en isolatoren twee cruciale apparaten die veel worden gebruikt vanwege hun unieke functies en toepassingen. Inzicht in hun kenmerken, functies en toepassingsscenario's helpt ingenieurs bij het kiezen van geschikte oplossingen in concrete ontwerpen, waardoor de systeemprestaties en betrouwbaarheid worden verbeterd.

1. Circulator: Richtingbeheerder van signalen

1. Wat is een circulator?
Een circulator is een niet-reciproke component die meestal ferrietmaterialen en een extern magnetisch veld gebruikt om unidirectionele signaaloverdracht te bereiken. Hij heeft meestal drie poorten en signalen kunnen alleen in een vaste richting tussen poorten worden overgedragen. Bijvoorbeeld van poort 1 naar poort 2, van poort 2 naar poort 3 en van poort 3 terug naar poort 1.
2. De belangrijkste functies van de circulator
Signaaldistributie en -samenvoeging: verdeel ingangssignalen in een vaste richting naar verschillende uitgangspoorten, of voeg signalen van meerdere poorten samen tot één poort.
Isolatie van zend- en ontvangstsignalen: wordt gebruikt als duplexer om isolatie van zend- en ontvangstsignalen in één antenne te bereiken.
3. Kenmerken van circulatoren
Niet-wederkerigheid: signalen kunnen slechts in één richting worden verzonden, waardoor omgekeerde interferentie wordt vermeden.
Lage invoegingsdemping: laag vermogensverlies tijdens de signaaloverdracht, vooral geschikt voor hoogfrequente toepassingen.
Breedbandondersteuning: bestrijkt een breed frequentiebereik van MHz tot GHz.
4. Typische toepassingen van circulatoren
Radarsysteem: isoleert de zender van de ontvanger om te voorkomen dat krachtige transmissiesignalen het ontvangende apparaat beschadigen.
Communicatiesysteem: wordt gebruikt voor signaaldistributie en schakeling van meerdere antenne-arrays.
Antennesysteem: ondersteunt isolatie van verzonden en ontvangen signalen om de stabiliteit van het systeem te verbeteren.

II. Isolator: signaalbeschermingsbarrière

1. Wat is een isolator?
Isolatoren zijn een speciale vorm van circulatoren, meestal met slechts twee poorten. Hun belangrijkste functie is het onderdrukken van signaalreflectie en terugstroming, en het beschermen van gevoelige apparatuur tegen interferentie.
2. Belangrijkste functies van isolatoren
Signaalisolatie: voorkom dat gereflecteerde signalen terugstromen naar front-endapparaten (zoals zenders of eindversterkers), om oververhitting of prestatievermindering van de apparatuur te voorkomen.
Systeembeveiliging: in complexe circuits kunnen isolatoren wederzijdse interferentie tussen aangrenzende modules voorkomen en zo de betrouwbaarheid van het systeem verbeteren.
3. Kenmerken van isolatoren
Unidirectionele transmissie: het signaal kan alleen van de invoer- naar de uitvoerzijde worden verzonden, en het omgekeerde signaal wordt onderdrukt of geabsorbeerd.
Hoge isolatie: zorgt voor een extreem hoog onderdrukkingseffect op gereflecteerde signalen, doorgaans tot 20 dB of meer.
Lage invoegingsdemping: zorgt ervoor dat het vermogensverlies tijdens normale signaaloverdracht zo laag mogelijk is.
4. Typische toepassingen van isolatoren
Bescherming van RF-versterker: voorkom dat gereflecteerde signalen een onstabiele werking of zelfs schade aan de versterker veroorzaken.
Draadloos communicatiesysteem: isoleer de RF-module in het antennesysteem van het basisstation.
Testapparatuur: elimineer gereflecteerde signalen in het meetinstrument om de testnauwkeurigheid te verbeteren.

III. Hoe kies je het juiste apparaat?

Bij het ontwerpen van RF- of microgolfcircuits moet de keuze voor de circulator of isolator gebaseerd zijn op de specifieke toepassingsvereisten:
Als u signalen tussen meerdere poorten moet verdelen of samenvoegen, zijn circulatoren de beste keuze.
Als het hoofddoel is om het apparaat te beschermen of om de interferentie van gereflecteerde signalen te verminderen, zijn isolatoren een betere keuze.
Bovendien moeten de eisen aan het frequentiebereik, het invoegingsverlies, de isolatie en de afmetingen van het apparaat uitgebreid in overweging worden genomen om te garanderen dat aan de prestatie-indicatoren van het specifieke systeem wordt voldaan.

IV. Toekomstige ontwikkelingstrends

Met de ontwikkeling van draadloze communicatietechnologie blijft de vraag naar miniaturisatie en hoge prestaties van RF- en microgolfapparaten toenemen. Circulatoren en isolatoren ontwikkelen zich ook geleidelijk in de volgende richtingen:
Ondersteuning voor hogere frequenties: ondersteuning voor millimetergolfbanden (zoals 5G en millimetergolfradar).
Geïntegreerd ontwerp: geïntegreerd met andere RF-apparaten (zoals filters en vermogensverdelers) om de systeemprestaties te optimaliseren.
Lage kosten en miniaturisatie: gebruik nieuwe materialen en productieprocessen om de kosten te verlagen en aan te passen aan de eisen van eindapparatuur.