miniatura|Aïllant d'absorció de ressonància que consisteix en una guia d'ones WG16 que conté dues tires de ferrita (rectangle negre prop de la vora dreta de cada paret ampla), que estan polaritzades per un imant permanent en forma de ferradura extern a la guia. La direcció de transmissió s'indica amb una fletxa a l'etiqueta de la dreta. Un aïllador és un dispositiu de dos ports que transmet energia de microones o radiofreqüència en una sola direcció. La no reciprocitat observada en aquests dispositius normalment prové de la interacció entre l'ona propagadora i el material, que pot ser diferent respecte a la direcció de propagació.

S'utilitza per protegir l'equip al seu costat d'entrada, dels efectes de les condicions al seu costat de sortida; per exemple, per evitar que una font de microones es desintonitzi per una càrrega no coincident.

No reciprocitat Un aïllant és un dispositiu no recíproc, amb una matriu de dispersió no simètrica. Un aïllant ideal transmet tota la potència que entra al port 1 al port 2, mentre absorbeix tota la potència que entra al port 2, de manera que dins d'un factor de fase, la seva matriu S és

Per aconseguir la no-reciprocitat, un aïllant ha d'incorporar necessàriament un material no recíproc. A freqüències de microones, aquest material sol ser una ferrita que està polaritzada per un camp magnètic estàtic, però que pot ser un material autopolaritzat. La ferrita es posiciona dins de l'aïllant de manera que el senyal de microones la presenta amb un camp magnètic giratori, amb l'eix de rotació alineat amb la direcció del camp de polarització estàtica. El comportament de la ferrita depèn del sentit de rotació respecte al camp de polarització i, per tant, és diferent per als senyals de microones que viatgen en direccions oposades. Depenent de les condicions exactes de funcionament, el senyal que viatja en una direcció pot estar desfasat, desplaçat de la ferrita o absorbit.

Tipus Els tipus més comuns d'aïllants basats en ferrita es classifiquen en quatre categories: circuladors terminats, aïllants de rotació de Faraday, aïllants de desplaçament de camp i aïllants de ressonància. En tots aquests tipus de dispositius, la no reciprocitat observada sorgeix de la interacció ona-material, que depèn de la direcció de propagació. alt=Resonance isolator in rectangular waveguide topology.|miniatura|Aïllador de ressonància en topologia de guia d'ones rectangular. El camp magnètic directe (línia contínua) està polaritzat circularment a la placa de ferrita i s'hi indueix l'absorció FMR. El camp invers (puntual) no està polaritzat circularment i flueix normalment al llarg de la guia.alt=Field-displacement isolator in rectangular waveguide topology|miniatura|Aïllador de desplaçament de camp en topologia de guia d'ones rectangular. La placa de ferrita deforma el camp elèctric de manera que el camp directe és màxim a la vora de la ferrita on s'ha col·locat una làmina resistiva. Aquesta làmina disminueix la intensitat del camp elèctric. El camp invers és mínim en aquest mateix lloc, de manera que no experimenta pèrdues a causa de la làmina resistiva.

Absorció de ressonància En aquest tipus, la ferrita absorbeix energia del senyal de microones que viatja en una direcció. Un camp magnètic giratori adequat es troba en el mode dominant TE 10 de la guia d'ones rectangular. El camp giratori existeix lluny de la línia central de la paret ampla, sobre tota l'alçada de la guia. Tanmateix, per permetre que la calor de la potència absorbida es condueixi, la ferrita no sol estendre's d'una paret ampla a l'altra, sinó que es limita a una tira poc profunda a cada cara. Per a un camp de polarització determinat, l'absorció de ressonància es produeix sobre una banda de freqüència força estreta, però com que a la pràctica el camp de polarització no és perfectament uniforme a tota la ferrita, l'aïllant funciona sobre una banda una mica més ampla.

Desplaçament de camp Aquest tipus és superficialment molt similar a un aïllant d'absorció de ressonància, però la polarització magnètica difereix i l'energia del senyal de viatge cap enrere s'absorbeix en una pel·lícula o targeta resistiva en una cara del bloc de ferrita en lloc de dins de la mateixa ferrita. alt=Circulator-based isolator.|miniatura|Aïllador basat en circulador. El mecanisme de circulació induït per la ferrita a la cavitat restringeix el senyal perquè flueixi del port 1 al port 2 i del port 2 al port 3. Tanmateix, el port 3 està connectat a una càrrega adaptada. Tot el senyal entrant s'absorbeix i no es pot emetre cap senyal des del port 3. El camp de polarització és més feble que el necessari per causar ressonància a la freqüència de funcionament, però està dissenyat per donar a la ferrita una permeabilitat gairebé zero per a un sentit de rotació del camp del senyal de microones. La polaritat de polarització és tal que aquesta condició especial sorgeix per al senyal directe; el senyal invers veu la ferrita com un material dielèctric ordinari (amb poca permeabilitat, ja que la ferrita ja està saturada pel camp de polarització). En conseqüència, per al camp electromagnètic del senyal directe, la ferrita té una impedància d'ona característica molt baixa, i el camp tendeix a ser exclòs de la ferrita. Això resulta en un nul del camp elèctric del senyal directe a la superfície de la ferrita on es col·loca la pel·lícula resistiva. Per contra, per al senyal invers, el camp elèctric és fort sobre aquesta superfície i, per tant, la seva energia es dissipa en conduir el corrent a través de la pel·lícula.

En una guia d'ones rectangular, el bloc de ferrita normalment ocuparà tota l'alçada des d'una paret ampla fins a l'altra, amb la pel·lícula resistiva al costat que mira cap a la línia central de la guia.

Circulador terminat Un circulador és un dispositiu no recíproc de tres o quatre ports, en què l'energia que entra a qualsevol port es transmet al següent port en rotació (només). Per tant, dins d'un factor de fase, la matriu de dispersió per a un circulador de tres ports és

Un aïllant de dos ports s'obté simplement acabant un dels tres ports amb una càrrega adaptada, que absorbeix tota la potència que hi entra. La ferrita polaritzada forma part del circulador i provoca un canvi de fase diferencial per als senyals que viatgen en diferents direccions. El camp de polarització és inferior al necessari per a l'absorció de ressonància, de manera que aquest tipus d'aïllant no requereix un imant permanent tan pesat. Com que la potència s'absorbeix en una càrrega externa, el refredament és menys problemàtic que amb un aïllant d'absorció de ressonància.

Aïllador de rotació de Faraday Un darrer principi físic útil per dissenyar aïllants és la rotació de Faraday. Quan una ona polaritzada linealment es propaga a través d'una ferrita que té una magnetització alineada amb la direcció de propagació de l'ona, el pla de polarització girarà al llarg de l'eix de propagació. Aquesta rotació es pot utilitzar per crear dispositius de microones com ara aïllants, circuladors, giradors, etc. En la topologia de guia d'ones rectangular, també cal implementar seccions de guia d'ones circulars que surten del pla del dispositiu.

Referències

Categoria:Microones Categoria:Electromagnetisme