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大家好

我是隔离器

英文名字是isolator

通常的模样是这样子的

我很乖巧吧！

等我外面穿上衣帽之后

是这个样纸的！

我有点方了！

我还有个兄弟是环形器

它的英文名字是circulator

其实它就是比我少了个

50欧姆的负载电阻。

给我的兄弟穿上外衣

也是方的！

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我能为大家做什么呢？

先看看我的本事吧！

如下图1所示，从端子①进入的高频信号以低损耗传输至端子②

但从端子②进入的高频信号会被与端子③连接的终端电阻吸收，因此几乎没有功率传输至端子①中。

理想状态为终端电阻反射为“0”。

如图1所示，被终端电阻吸收的功率会转换为热量，并最终散发至外部(空气中)。

因此从外侧看来，进入端子②的功率会被隔离器消耗，理想情况下为全部被终端电阻消耗，而在实际场景下只有极少部分功率传输至端子①中。

以XX（TDK 公司CU1L2581AT-1960-00）实际产品为例

我的性能参数如下：

中心频率

1960MHz

开始/停止频率

1930～1990MHz

带宽

60MHz

隔离度 [Min.]

25dB

插入损耗 [Max.]

0.25dB

VSWR

1.15

输入功率

150W

反向功率

70W

隔离度 [Min.]

25dB

隔离度 [Min.]

25dB

大家注意到了没，我的驻波VSWR 只有1.15，转换成回波损耗就是-23dB，就是0.005，插损接近0dB，反向隔离25dB，就是0.003。

所以，在理想情况下

我有个很特别的

S参数矩阵

我兄弟环形器的

S参数矩阵为

看到这，大家对我的能力有了解吗？

3

作为射频工作者，放大器是我们常常使用的器件， 那在发大器的设计和调试过程中，最怕什么呢？

不怕它放大器增益不够，不怕它放大器增益不平坦，最怕它自激了，自激，自激！

如图所示：

看着那几根不请自来的频谱，是不是让人很上火？

没有办法，工程猿们只能再翻开课本，重新学习下放大器的稳定性分析，再进一次学堂，挖地三尺，找原因！

4

为何会出现这些自激信号了？

从放大器的标准架构图如下所示：

将放大器视为一个两端口网络，该网络由S参量及外部终端条件 ΓL（负载反射）和 ΓS（源端反射）确定。

稳定性意味着反射系数的模小于1。即：

其中：

看着这些公式，实在让人昏昏欲睡了……

特别是大功率信号场景下，器件的性能参数随温度而变化，就是不稳当，这如何能确保功放稳定工作呀？

别急，这时隔离器就可以跳出来大显身手了！

把隔离器接到放大器的前后两端时，如图：

考虑到输入输出的驻波极小，反射系数接近为“0”，按照S参数矩阵级联的方法来计算就是：

嘻嘻， 就是这么简单！

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这！就！是！我！的！作！用！

★ 我能去除电路中各级反射波造成的不良影响，例如整理放大器阻抗。

在射频电路中，功放后端通常有多种应用场景和各种异常状态。

如下场景：

看到这密密麻麻的天线了吗？每根天线每时每刻都在工作中，以保障大家的无线通话正常。

这些天线在对外发射信号的同时，还受到周边天线发出信号的干扰。所以在基站认证测试中，有一个测试项目叫“发射机互调杂散 Tansmitter intermodulation” 测试。

这时，隔离器的反向隔离性能就起了很大的作用。

隔离器减轻、降低了外部干扰信号，这样在功放内部产生的交调信号强度就会变小。

这样就能通过“发射机互调杂散”认证测试了。

★ 降低同频段的外部干扰信号能量，保证系统的“发射机互调杂散”性能通过认证。

比如下面这个场景：

PA后面接的是天馈/双工器/还是另外的管子,都很难说。这些器件的驻波是否很好呢?

万一发生脱落的场景，所有的信号功率都反射回功放，因热量累计，最终造成功放的损坏。

此时如果在PA后端加入隔离器就可以吸收反射回来的信号能，转换成热量，散发到空气中，避免信号能量累加到功放上。

◆ 隔离器的作用就好比蒸汽锅炉的排气孔。如果蒸汽通道被堵塞住的话，锅炉里的蒸汽无法排出，锅炉会有爆炸的危险。排气口可以让暴躁的蒸汽能量顺利排出。受到反射能量影响的功放就好像通道被堵塞的锅炉，而隔离器就好像排气孔一样消耗掉了多余的能量。

★ 消耗输出端因异常而导致的反射信号，确保功放的安全。

我还能利用我的隔离性能提高功率合路系统的隔离度。

电路图如下：

同样的原理，我兄弟环形器也有一些有趣的应用：

天线共用器，特别是同频率，同时工作，我兄弟环形器起了很独特的作用。

很新奇的应用吧！

很奇特的本领吧！

哪儿能用？

我也不知道……

只希望能对你灵光一闪起作用

7

说了这么多好处，有些朋友可能大呼：喔，这么好用，那我在电路中要多多使用了！

可惜，好处虽多，可我也是有一些缺点：

★ 尺寸大

★ 频段窄

★ 价格高

所以，在现在的终端产品中，都很少见到我的身影。

有人要问了：终端中有功放，功放后面的电路有开路的潜在隐患，射频电路开路，信号全反射，那如何确保我功放不被烧毁，能全身而退了？

其实，在终端的功放厂家资料中，除了定义了正常工作场景下的电性能，同时也给出了器件在异常场景下的器件损伤的边界条件。

另注意：厂家在大批量实验、验证的基础上给出的结果，大概率下是能覆盖我们在实验里做的超级破坏实验， 但意外是随时可能发生的。

以下是从一颗射频PA的规格书中节选，规格书中给出了器件可以正常工作的各种外部必要条件。

通过这个信息，我们可以看出，功放器件不损坏的必要条件是：输出端口的 VSWR < 7：1

看到这里，估计有人要问：当功放输出的功率全部全反射时，功放会被烧坏吗？

这个问题很实际，如果真要是这种情况，那功放肯定会损坏。

但是这种情景在实际工作中很难遇到，除非整个单板中，只有功放的输出管脚虚焊，才会造成输出功率的全反射，而终端产品的电路和器件都焊接在一块单板上，所以不考虑这种场景。

那我们需要要考虑什么场景了？

从功放要求来看，输出端口的 vswr 必须小于7：1，通过简单的计算，回波损耗是2.5dB。一分为二，就是1.25dB。

所以我们的电路设计能保证功放距离全反射点的插损有1.25dB以上，就可以保证，功放不会被损毁，这在系统设计中是很容易达到的。

所以现在，在终端产品中很少见到我们的身影了。

作为一个“孤独的王者”，我们隔离器的一生注定是不平凡的！物尽其用，是我交给这个世界的答卷。

所以，你现在知道怎么用我了么？

出品丨EDA365

原创作者丨汪洋大海

排版编辑丨阿迟

插画绘制丨弯弯

文章为公众号EDA365（ID：eda365wx）原创文章，如需转载，请标明出处！

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