Sirkulator dan isolator: perangkat inti dalam sirkuit RF dan gelombang mikro

Dalam rangkaian RF dan gelombang mikro, sirkulator dan isolator merupakan dua perangkat penting yang banyak digunakan karena fungsi dan aplikasinya yang unik. Memahami karakteristik, fungsi, dan skenario aplikasinya akan membantu para insinyur memilih solusi yang tepat dalam desain aktual, sehingga meningkatkan kinerja dan keandalan sistem.

1. Circulator: Manajer arah sinyal

1. Apa itu sirkulator?
Sirkulator adalah perangkat non-resiprokal yang biasanya menggunakan bahan ferit dan medan magnet eksternal untuk mencapai transmisi sinyal searah. Sirkulator biasanya memiliki tiga port, dan sinyal hanya dapat ditransmisikan antar-port dalam arah yang tetap. Misalnya, dari port 1 ke port 2, dari port 2 ke port 3, dan dari port 3 kembali ke port 1.
2. Fungsi utama sirkulator
Distribusi dan penggabungan sinyal: mendistribusikan sinyal input ke berbagai port output dalam arah tetap, atau menggabungkan sinyal dari beberapa port menjadi satu port.
Isolasi transmisi dan penerimaan: digunakan sebagai duplekser untuk mencapai isolasi sinyal transmisi dan penerimaan dalam satu antena.
3. Karakteristik Sirkulator
Non-resiprositas: sinyal hanya dapat ditransmisikan dalam satu arah, menghindari interferensi terbalik.
Kehilangan penyisipan rendah: kehilangan daya rendah selama transmisi sinyal, terutama cocok untuk aplikasi frekuensi tinggi.
Dukungan pita lebar: dapat mencakup rentang frekuensi yang luas dari MHz hingga GHz.
4. Aplikasi umum sirkulator
Sistem radar: mengisolasi pemancar dari penerima untuk mencegah sinyal transmisi berdaya tinggi merusak perangkat penerima.
Sistem komunikasi: digunakan untuk distribusi sinyal dan peralihan susunan multi-antena.
Sistem antena: mendukung isolasi sinyal yang dikirim dan diterima untuk meningkatkan stabilitas sistem.

II. Isolator: penghalang proteksi sinyal

1. Apa itu isolator?
Isolator adalah bentuk khusus dari sirkulator, biasanya hanya memiliki dua port. Fungsi utamanya adalah untuk menekan pantulan dan aliran balik sinyal, melindungi peralatan sensitif dari gangguan.
2. Fungsi utama isolator
Isolasi sinyal: mencegah sinyal yang dipantulkan mengalir kembali ke perangkat front-end (seperti pemancar atau penguat daya) untuk menghindari panas berlebih atau penurunan kinerja peralatan.
Perlindungan sistem: dalam sirkuit yang kompleks, isolator dapat mencegah interferensi timbal balik antara modul yang berdekatan dan meningkatkan keandalan sistem.
3. Karakteristik isolator
Transmisi searah: sinyal hanya dapat ditransmisikan dari ujung masukan ke ujung keluaran, dan sinyal sebaliknya ditekan atau diserap.
Isolasi tinggi: memberikan efek penekanan yang sangat tinggi pada sinyal yang dipantulkan, biasanya hingga 20dB atau lebih.
Kehilangan penyisipan rendah: memastikan bahwa kehilangan daya selama transmisi sinyal normal serendah mungkin.
4. Aplikasi khas isolator
Perlindungan penguat RF: mencegah sinyal pantulan menyebabkan operasi tidak stabil atau bahkan kerusakan pada penguat.
Sistem komunikasi nirkabel: mengisolasi modul RF dalam sistem antena stasiun pangkalan.
Peralatan uji: menghilangkan sinyal yang dipantulkan dalam alat ukur untuk meningkatkan akurasi pengujian.

III. Bagaimana memilih perangkat yang tepat?

Saat merancang sirkuit RF atau gelombang mikro, pilihan sirkulator atau isolator harus didasarkan pada persyaratan aplikasi spesifik:
Jika Anda perlu mendistribusikan atau menggabungkan sinyal antara beberapa port, sirkulator lebih disukai.
Jika tujuan utamanya adalah untuk melindungi perangkat atau mengurangi gangguan dari sinyal yang dipantulkan, isolator adalah pilihan yang lebih baik.
Selain itu, rentang frekuensi, kehilangan penyisipan, isolasi dan persyaratan ukuran perangkat harus dipertimbangkan secara komprehensif untuk memastikan bahwa indikator kinerja sistem tertentu terpenuhi.

IV. Tren Pengembangan Masa Depan

Dengan berkembangnya teknologi komunikasi nirkabel, permintaan akan miniaturisasi dan kinerja tinggi perangkat RF dan gelombang mikro terus meningkat. Sirkulator dan isolator juga secara bertahap berkembang ke arah berikut:
Dukungan frekuensi yang lebih tinggi: mendukung pita gelombang milimeter (seperti 5G dan radar gelombang milimeter).
Desain terintegrasi: terintegrasi dengan perangkat RF lainnya (seperti filter dan pembagi daya) untuk mengoptimalkan kinerja sistem.
Biaya rendah dan miniaturisasi: menggunakan material dan proses manufaktur baru untuk mengurangi biaya dan beradaptasi dengan persyaratan peralatan terminal.