Fundamentos Radar

Circuladores de ferrita

Un circulador de ferrita es un dispositivo pasivo, no recíproco, de tres terminales que utiliza materiales de ferrita magnetizados para que una señal de alta frecuencia sólo pueda salir por el terminal que sigue directamente a la entrada.

Se utiliza un imán permanente para crear una polarización magnética estática en el material de ferrita. Esto confiere a la señal eléctrica una velocidad de propagación diferente en función de la dirección de propagación. Si se introduce una señal de alta frecuencia en la puerto 1, su energía se divide inicialmente en dos partes iguales que se propagan en direcciones opuestas. Debido a la diferente velocidad de propagación, ambas mitades de la señal están en oposición de fase en la puerto 3, es decir, se anulan mutuamente. En la puerto 2, ambas mitades de la señal están en fase, por lo que vuelven a sumar la señal completa.

Un circulador de ferrita ideal y sin pérdidas tiene la matriz de parámetros-S:

(1)

Debido al diseño simétrico del circulador de ferrita, siempre es posible determinar una dirección de trayectoria definida seleccionando la puerto. Si hay una antena en una puerto, la energía transmitida siempre se dirige a la antena, mientras que las señales de eco siempre toman el camino hacia el receptor.

Figura 2: Parámetros S en un circulador de ferrita de tres puertos

Figura 2: Parámetros S en un circulador de ferrita de tres puertos

El aislamiento de un circulador es la pérdida de inserción de lo que es el puerto de salida al puerto de entrada, es decir, en la dirección inversa. Haciendo referencia al circulador en la Figura 1, si puerto 1 es el puerto de entrada hay dos puertos de salida y así hay dos aislamientos iguales a la pérdida de retorno de puerto 3 a puerto 2, y de puerto 2 a puerto 1. El menor de estos es el aislamiento citado si solo se da un valor. Si este fuera un circulador ideal y el puerto 2 está perfectamente emparejado, entonces el aislamiento sería infinito. Si 2 el puerto no coincide perfectamente, entonces habrá un aislamiento finito de puerto 3 a puerto 1. Sin embargo, la fuente más común de aislamiento limitado es cuando el circulador no está perfectamente emparejado. En la práctica, se alcanzan valores de aislamiento de entre -20 y -30 dB. Los circuladores de ferrita se utilizan a menudo como duplexores en equipos de radar.

Los circuladores de ferrita también pueden utilizarse como protección contra las reflexiones y entonces se denominan aisladores. En este caso, se coloca una resistencia de terminación suficientemente dimensionada en el puerto 3, que convierte la energía reflejada del puerto 2 en calor, mientras que la dirección de flujo de la señal deseada del puerto 1 al puerto 2 se deja pasar sin obstáculos.

La figura 3 muestra un circulador ferrítico desmontado para pequeñas potencias. La mayor parte del volumen total la ocupan dos bloques metálicos macizos, que sólo tienen una función de soporte de carga. La pista conductora del centro es de cobre. Las dimensiones se eligen de forma que, junto con la superficie de los bloques metálicos, formen una impedancia de 50 Ω. Las dos placas de ferrita tienen la forma de una pequeña pastilla y están encerradas en un disco cerámico. Mecánicamente, toda la construcción sólo se sujeta mediante las tomas HF (aquí en norma N). Además, todo está pegado para que las posibles vibraciones mecánicas no afecten al funcionamiento.

La imagen 4 muestra un radiocirculador del radioaltímetro PRV-13 . El campo magnético permanente es generado por un electroimán.