环形器和隔离器

作者: Digi-Key 工程师 Erik Brateng

环形器

环形器有助于引导微波或射频信号在RF系统中的传输。通常3或4端口器件会将输入信号从1端口传输到下一个端口,图1显示的是正常的环形器符号。这些端口可以是输入信号、输出信号或终端,并且通常具有50Ω的线路阻抗。常见的连接器为SMA或N型同轴连接器。信号会从端口1传输到端口2,从端口2到端口3,再从端口3到端口1。端口连接到对称的Y结,该Y结与磁偏铁氧体材料相耦合。铁氧体与磁铁产生的高频波场有助于将信号推入我们所看到的圆形路径中,并确保遵循端口到端口的设置。环形器的设计使其在将输入信号从一个端口传输到另一个端口的过程中保持最低损耗。

01_01 图1.

环形器的常见应用是替代双工器,从而支持在单个路径上进行双向通信。例如,雷达和无线电通信系统中的接收器和发射器是相互隔离的,但它们可以共享一个共用天线。这些系统可以基于频率、极化或时序。环形器和双工器之间的区别在于,环形器通常较为便宜。图2显示的是此类应用。

02_01 图2.

隔离器

隔离器是一种环形器,但只有两个用于传输信号的端口,第三个端口具备一个接地的终端电阻。可以将其视为干扰信号的垃圾箱。它可以防止RF元件受到过多信号反射的影响。图3显示的是一般的隔离器符号。如果来自端口A的信号与端口B匹配良好,则信号将以最低损耗进入端口B。如果不匹配,则信号将传递到端口C,并转化为热量进行耗散。由于端口A为输入端而端口B为输出端,因此不能有任何信号从端口B弹回到端口A中,因为这会使信号失真或损坏端口。

isolator 图3.

隔离器的常见应用是放置在信号源和被测器件之间。这样可以防止被测器件的反射回到信号源。在此情况下,你必须确保终端端口能够处理所有的源信号,以防被测器件断开连接。如果无法处理所有的输入信号,则可能会损坏终端,从而使循环流传回到输入信号中。图4显示的是此类应用。

04_01 图4.

选择 RF 环形器和隔离器

选择环形器或隔离器时需考虑以下参数:

频率 ——器件可以工作并以最小损耗保持隔离的范围。
插入损耗 ——从一个端口到下一个端口的信号损耗。主端口的入射功率与下一个端口的接收功率之差。
功率 ——器件在维持其电气特性的同时可以处理的功率。
封装类型 ——各种外形因数:直插式、表面贴装、模块等。

环形器和隔离器是控制RF电路中信号的低成本解决方案。它们有助于确保端口之间保持最低损耗,并在保护自身的同时防止损坏所连接的应用。

英文原文链接:Circulators and Isolators