Circuladores y aisladores: dispositivos centrales en circuitos de RF y microondas

En circuitos de RF y microondas, los circuladores y aisladores son dos dispositivos cruciales ampliamente utilizados debido a sus funciones y aplicaciones únicas. Comprender sus características, funciones y escenarios de aplicación ayudará a los ingenieros a elegir las soluciones adecuadas para diseños reales, mejorando así el rendimiento y la fiabilidad del sistema.

1. Circulador: Gestor de dirección de señales

1. ¿Qué es un circulador?
Un circulador es un dispositivo no recíproco que suele utilizar materiales de ferrita y un campo magnético externo para lograr la transmisión unidireccional de señales. Generalmente tiene tres puertos, y las señales solo pueden transmitirse entre ellos en una dirección fija. Por ejemplo, del puerto 1 al puerto 2, del puerto 2 al puerto 3 y del puerto 3 al puerto 1.
2. Las principales funciones del circulador
Distribución y fusión de señales: distribuye señales de entrada a diferentes puertos de salida en una dirección fija o fusiona señales de múltiples puertos en un solo puerto.
Aislamiento de transmisión y recepción: se utiliza como duplexor para lograr el aislamiento de las señales de transmisión y recepción en una sola antena.
3. Características de los circuladores
No reciprocidad: las señales sólo pueden transmitirse en una dirección, evitando interferencias inversas.
Baja pérdida de inserción: baja pérdida de potencia durante la transmisión de señal, especialmente adecuado para aplicaciones de alta frecuencia.
Soporte de banda ancha: puede cubrir un amplio rango de frecuencia de MHz a GHz.
4. Aplicaciones típicas de los circuladores
Sistema de radar: aísla el transmisor del receptor para evitar que las señales de transmisión de alta potencia dañen el dispositivo receptor.
Sistema de comunicación: se utiliza para la distribución de señales y la conmutación de conjuntos de múltiples antenas.
Sistema de antena: admite el aislamiento de las señales transmitidas y recibidas para mejorar la estabilidad del sistema.

II. Aislador: barrera de protección de la señal

1. ¿Qué es un aislador?
Los aisladores son un tipo especial de circuladores, generalmente con solo dos puertos. Su función principal es suprimir la reflexión y el reflujo de la señal, protegiendo así los equipos sensibles de interferencias.
2. Funciones principales de los aisladores
Aislamiento de señal: evita que las señales reflejadas fluyan de regreso a los dispositivos frontales (como transmisores o amplificadores de potencia) para evitar el sobrecalentamiento o la degradación del rendimiento del equipo.
Protección del sistema: en circuitos complejos, los aisladores pueden evitar interferencias mutuas entre módulos adyacentes y mejorar la confiabilidad del sistema.
3. Características de los aisladores
Transmisión unidireccional: la señal solo se puede transmitir desde el extremo de entrada al extremo de salida y la señal inversa se suprime o absorbe.
Alto aislamiento: proporciona un efecto de supresión extremadamente alto en las señales reflejadas, generalmente hasta 20 dB o más.
Baja pérdida de inserción: garantiza que la pérdida de potencia durante la transmisión de señal normal sea lo más baja posible.
4. Aplicaciones típicas de los aisladores
Protección del amplificador de RF: evita que las señales reflejadas provoquen un funcionamiento inestable o incluso daños al amplificador.
Sistema de comunicación inalámbrica: aislar el módulo RF en el sistema de antena de la estación base.
Equipo de prueba: eliminar las señales reflejadas en el instrumento de medición para mejorar la precisión de la prueba.

III. ¿Cómo elegir el dispositivo adecuado?

Al diseñar circuitos de RF o microondas, la elección del circulador o aislador debe basarse en los requisitos específicos de la aplicación:
Si necesita distribuir o fusionar señales entre varios puertos, se prefieren los circuladores.
Si el objetivo principal es proteger el dispositivo o reducir la interferencia de las señales reflejadas, los aisladores son una mejor opción.
Además, se deben considerar exhaustivamente el rango de frecuencia, la pérdida de inserción, el aislamiento y los requisitos de tamaño del dispositivo para garantizar que se cumplan los indicadores de rendimiento del sistema específico.

IV. Tendencias futuras del desarrollo

Con el desarrollo de la tecnología de comunicación inalámbrica, la demanda de miniaturización y alto rendimiento de los dispositivos de RF y microondas continúa aumentando. Los circuladores y aisladores también se están desarrollando gradualmente en las siguientes direcciones:
Compatibilidad con frecuencias más altas: admite bandas de ondas milimétricas (como 5G y radar de ondas milimétricas).
Diseño integrado: integrado con otros dispositivos de RF (como filtros y divisores de potencia) para optimizar el rendimiento del sistema.
Bajo coste y miniaturización: utilizar nuevos materiales y procesos de fabricación para reducir costes y adaptarse a los requisitos de los equipos terminales.