RF およびマイクロ波回路では、サーキュレータとアイソレータは、その独自の機能と用途により広く使用されている 2 つの重要なデバイスです。それらの特性、機能、アプリケーションシナリオを理解することは、エンジニアが実際の設計で適切なソリューションを選択するのに役立ち、それによってシステムのパフォーマンスと信頼性が向上します。
1. サーキュレータ: 信号の方向管理
1.サーキュレーターとは何ですか?
サーキュレータは、通常、フェライト材料と外部磁界を使用して信号の一方向伝送を実現する非可逆デバイスです。通常は 3 つのポートがあり、ポート間で信号は固定方向にのみ送信できます。たとえば、ポート 1 からポート 2、ポート 2 からポート 3、そしてポート 3 からポート 1 に戻ります。
2. サーキュレーターの主な機能
信号の分配と結合: 入力信号を異なる出力ポートに固定方向に分配したり、複数のポートからの信号を 1 つのポートに結合したりできます。
送信および受信の絶縁: 単一のアンテナで送信信号と受信信号の絶縁を実現するデュプレクサとして使用されます。
3. サーキュレータの特徴
非相反性: 信号は一方向にのみ送信され、逆方向の干渉を回避します。
低挿入損失: 信号伝送中の電力損失が低く、特に高周波アプリケーションに適しています。
広帯域サポート: MHz から GHz までの広い周波数範囲をカバーできます。
4. サーキュレータの代表的な用途
レーダー システム: 送信機を受信機から分離し、高出力の送信信号が受信デバイスに損傷を与えるのを防ぎます。
通信システム: マルチアンテナアレイの信号配信とスイッチングに使用されます。
アンテナ システム: 送信信号と受信信号の分離をサポートし、システムの安定性を向上させます。
II.アイソレータ: 信号保護バリア
1. アイソレータとは何ですか?
アイソレータはサーキュレータの特殊な形式で、通常はポートが 2 つだけあります。その主な機能は、信号の反射と逆流を抑制し、敏感な機器を干渉から保護することです。
2. アイソレータの主な機能
信号分離: 反射信号がフロントエンドデバイス (送信機やパワーアンプなど) に逆流するのを防ぎ、機器の過熱や性能低下を防ぎます。
システム保護: 複雑な回路では、アイソレータは隣接するモジュール間の相互干渉を防ぎ、システムの信頼性を向上させます。
3. アイソレータの特性
単方向伝送: 信号は入力端から出力端にのみ伝送され、逆方向の信号は抑制または吸収されます。
高い分離性: 反射信号に対して非常に高い抑制効果をもたらします (通常は最大 20dB 以上)。
低挿入損失: 通常の信号伝送時の電力損失を可能な限り低く抑えます。
4. アイソレータの代表的な用途
RF アンプ保護: 反射信号が不安定な動作を引き起こしたり、アンプに損傷を与えたりするのを防ぎます。
無線通信システム: 基地局アンテナ システム内の RF モジュールを分離します。
テスト装置: 測定器内の反射信号を除去し、テストの精度を向上させます。
Ⅲ．適切なデバイスを選択するにはどうすればよいですか?
RF またはマイクロ波回路を設計する場合、サーキュレータまたはアイソレータの選択は、特定のアプリケーション要件に基づいて行う必要があります。
複数のポート間で信号を分配または結合する必要がある場合は、サーキュレータが推奨されます。
主な目的がデバイスを保護すること、または反射信号による干渉を軽減することである場合は、アイソレータの方が良い選択肢です。
さらに、特定のシステムの性能指標が確実に満たされるように、デバイスの周波数範囲、挿入損失、絶縁、およびサイズの要件を包括的に考慮する必要があります。
IV.今後の開発動向
無線通信技術の発展に伴い、RF・マイクロ波機器の小型化・高性能化への要求は高まり続けています。サーキュレータやアイソレータなどは、以下のような方向から発展してきました。
より高い周波数のサポート: ミリ波帯 (5G やミリ波レーダーなど) をサポートします。
統合設計: 他の RF デバイス (フィルターや電力分配器など) と統合され、システム パフォーマンスを最適化します。
低コストと小型化: 新しい材料と製造プロセスを使用してコストを削減し、端末機器の要件に適応します。
投稿日時: 2024 年 11 月 20 日
