Zirkulatoren und Isolatoren: Kernbausteine ​​in HF- und Mikrowellenschaltungen

In HF- und Mikrowellenschaltungen sind Zirkulatoren und Isolatoren zwei wichtige Bauelemente, die aufgrund ihrer einzigartigen Funktionen und Anwendungen weit verbreitet sind. Das Verständnis ihrer Eigenschaften, Funktionen und Anwendungsszenarien hilft Ingenieuren, geeignete Lösungen für konkrete Designs zu wählen und so die Systemleistung und -zuverlässigkeit zu verbessern.

1. Zirkulator: Richtungsmanager der Signale

1. Was ist ein Zirkulator?
Ein Zirkulator ist ein nichtreziprokes Gerät, das üblicherweise Ferritmaterialien und ein externes Magnetfeld verwendet, um eine unidirektionale Signalübertragung zu ermöglichen. Er verfügt üblicherweise über drei Ports, und Signale können nur in einer festen Richtung zwischen den Ports übertragen werden. Beispielsweise von Port 1 zu Port 2, von Port 2 zu Port 3 und von Port 3 zurück zu Port 1.
2. Die Hauptfunktionen des Zirkulators
Signalverteilung und -zusammenführung: Verteilen Sie Eingangssignale in einer festen Richtung auf verschiedene Ausgangsports oder führen Sie Signale von mehreren Ports zu einem Port zusammen.
Sende- und Empfangsisolierung: Wird als Duplexer verwendet, um eine Isolierung von Sende- und Empfangssignalen in einer einzigen Antenne zu erreichen.
3. Eigenschaften von Zirkulatoren
Nicht-Reziprozität: Signale können nur in eine Richtung übertragen werden, wodurch Rückwärtsinterferenzen vermieden werden.
Geringe Einfügungsdämpfung: geringer Leistungsverlust bei der Signalübertragung, besonders geeignet für Hochfrequenzanwendungen.
Breitbandunterstützung: kann einen breiten Frequenzbereich von MHz bis GHz abdecken.
4. Typische Anwendungen von Umwälzpumpen
Radarsystem: isoliert den Sender vom Empfänger, um zu verhindern, dass Sendesignale mit hoher Leistung das Empfangsgerät beschädigen.
Kommunikationssystem: Wird zur Signalverteilung und zum Umschalten von Mehrantennen-Arrays verwendet.
Antennensystem: unterstützt die Isolierung von gesendeten und empfangenen Signalen, um die Systemstabilität zu verbessern.

II. Isolator: Signalschutzbarriere

1. Was ist ein Isolator?
Isolatoren sind eine spezielle Form von Zirkulatoren, meist mit nur zwei Anschlüssen. Ihre Hauptfunktion besteht darin, Signalreflexionen und Rückflüsse zu unterdrücken und so empfindliche Geräte vor Störungen zu schützen.
2. Hauptfunktionen von Isolatoren
Signalisolierung: Verhindern Sie, dass reflektierte Signale zu Front-End-Geräten (wie Sendern oder Leistungsverstärkern) zurückfließen, um eine Überhitzung oder Leistungsverschlechterung der Geräte zu vermeiden.
Systemschutz: In komplexen Schaltkreisen können Isolatoren gegenseitige Störungen zwischen benachbarten Modulen verhindern und die Systemzuverlässigkeit verbessern.
3. Eigenschaften von Isolatoren
Unidirektionale Übertragung: Das Signal kann nur vom Eingangsende zum Ausgangsende übertragen werden, das umgekehrte Signal wird unterdrückt oder absorbiert.
Hohe Isolierung: bietet eine extrem hohe Unterdrückungswirkung auf reflektierte Signale, normalerweise bis zu 20 dB oder mehr.
Geringe Einfügungsdämpfung: Stellt sicher, dass der Leistungsverlust bei der normalen Signalübertragung so gering wie möglich ist.
4. Typische Anwendungen von Isolatoren
HF-Verstärkerschutz: Verhindern Sie, dass reflektierte Signale zu einem instabilen Betrieb oder sogar zu einer Beschädigung des Verstärkers führen.
Drahtloses Kommunikationssystem: Isolieren Sie das HF-Modul im Antennensystem der Basisstation.
Testgerät: Eliminieren Sie reflektierte Signale im Messgerät, um die Testgenauigkeit zu verbessern.

III. Wie wählt man das richtige Gerät aus?

Beim Entwurf von HF- oder Mikrowellenschaltungen sollte die Wahl des Zirkulators oder Isolators auf den spezifischen Anwendungsanforderungen basieren:
Wenn Sie Signale zwischen mehreren Ports verteilen oder zusammenführen müssen, sind Zirkulatoren vorzuziehen.
Wenn der Hauptzweck darin besteht, das Gerät zu schützen oder Störungen durch reflektierte Signale zu reduzieren, sind Isolatoren die bessere Wahl.
Darüber hinaus müssen Frequenzbereich, Einfügungsdämpfung, Isolierung und Größenanforderungen des Geräts umfassend berücksichtigt werden, um sicherzustellen, dass die Leistungsindikatoren des jeweiligen Systems erfüllt werden.

IV. Zukünftige Entwicklungstrends

Mit der Entwicklung der drahtlosen Kommunikationstechnologie steigt die Nachfrage nach Miniaturisierung und hoher Leistung von HF- und Mikrowellengeräten weiter an. Auch Zirkulatoren und Isolatoren entwickeln sich schrittweise in folgende Richtungen:
Unterstützung höherer Frequenzen: Unterstützung von Millimeterwellenbändern (wie 5G und Millimeterwellenradar).
Integriertes Design: Integriert mit anderen HF-Geräten (wie Filtern und Leistungsteilern), um die Systemleistung zu optimieren.
Niedrige Kosten und Miniaturisierung: Verwenden Sie neue Materialien und Herstellungsverfahren, um die Kosten zu senken und sich an die Anforderungen der Endgeräte anzupassen.