circulador

Un circulador es un componente pasivo de microondas con tres o cuatro puertos dispuestos de tal manera que una señal que entra por un puerto sale solo por el siguiente puerto en secuencia, nunca hacia atrás. Si el puerto 1 alimenta el puerto 2, entonces el puerto 2 alimenta el puerto 3, y el puerto 3 alimenta el puerto 1, completando el círculo. Esto rompe la regla normal de los componentes pasivos: en un circulador, la trayectoria de A a B no es la misma que la trayectoria de B a A. La estructura interna típicamente utiliza material de ferrita magnetizado para crear este comportamiento direccional, aunque algunos diseños se basan en diferentes retardos de fase a través de líneas de transmisión acopladas.

Los circuladores de tres puertos dominan el trabajo práctico. Un puerto se conecta a un transmisor, otro a una antena y el tercero a un receptor o carga. La potencia transmitida fluye hacia la antena; la potencia reflejada o las señales recibidas viajan al puerto del receptor sin acoplarse de nuevo al transmisor. Existen diseños de cuatro puertos, pero son menos comunes en el uso de campo. El aislamiento entre puertos suele ser de 20 a 30 decibelios; la pérdida de inserción a través de la trayectoria principal suele ser de 0.5 a 1.5 decibelios. El rango de frecuencia de operación va desde microondas bajas (aproximadamente 1 gigahercio) hasta bandas de ondas milimétricas (por encima de 30 gigahercios), con cada unidad sintonizada a una banda estrecha.

Dónde se encuentran los circuladores en el sistema

Los circuladores aparecen en sistemas de radar, enlaces ascendentes de satélites, estaciones base celulares y bancos de pruebas donde la transmisión y la recepción deben compartir una antena o guía de ondas sin que una ahogue a la otra. Protegen las entradas sensibles del receptor de las fugas del transmisor. En circuitos prácticos, el puerto aislado a menudo se termina con una carga adaptada para absorber la energía reflejada limpiamente. Los circuladores de ferrita requieren un imán permanente, lo que añade peso y costo; también funcionan mal fuera de su banda de diseño. Los circuladores planares que utilizan líneas de transmisión impresas evitan el imán, pero exigen un diseño cuidadoso y tolerancias más estrictas.

Los modos de falla se centran en el desajuste de puertos, la deriva de temperatura y la degradación del imán. Una carga que no coincide con la impedancia característica crea reflexiones que se acoplan a puertos incorrectos, anulando el aislamiento. Las oscilaciones de temperatura cambian tanto la permeabilidad magnética como los retardos de fase, estrechando el ancho de banda y aumentando la pérdida. Con los años, los imanes permanentes se debilitan, reduciendo las cifras de aislamiento. Los materiales de ferrita también pueden agrietarse bajo choque mecánico o ciclos térmicos.

El nombre captura el comportamiento esencial: las señales circulan en una sola dirección, como el tráfico en un circuito de sentido único. Los primeros diseños se llamaron 'aisladores' cuando solo tenían una trayectoria principal de interés; 'circulador' es el término general para el ancestro de tres puertos de esos dispositivos. El trabajo militar y aeroespacial sigue siendo el mayor usuario, pero las comunicaciones inalámbricas comerciales y los equipos de prueba consumen la mayoría de las nuevas unidades vendidas hoy en día.