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57 - ELETTRONICA OGGI 487 - GIUGNO-LUGLIO 2020 COMM T/R SWITCHES Commutatore T/R: principi di funzionamento Fondamentalmente un interruttore T/R collega un’an- tenna (nelle applicazioni RF) o un trasduttore comune (nelle applicazioni a ultrasuoni) tra un trasmettitore e un ricevitore, come riportato in figura 1. L’interruttore è generalmente di tipo SPDT (Single Pole Double Throw – ovvero una configurazione unipolare a due vie) per un singolo trasmettitore e ricevitore. Nelle topologie a più trasmettitori/ricevitori si aggiungono ulte- riori poli alla configurazione dell’interruttore. Nella confi- gurazione base sono quattro i requisiti chiave di progetto: • La potenza nominale dell’interruttore deve essere sufficiente per gestire l’uscita del trasmettitore senza danneggiare l’interruttore. • La perdita tra il trasmettitore e l’antenna deve essere la più bassa possibile. • Quando l’interruttore non è collegato al ricevitore, l’isolamento tra l’ingresso del ricevitore e l’uscita del trasmettitore deve essere sufficiente a evitare danni al ricevitore ad alta sensibilità. • La velocità di commutazione dell’interruttore T/R deve essere adeguata per soddisfare i requisiti dell’ap- plicazione. Circolatori Un circolatore RF o a microonde è un dispositivo a tre porte utilizzato per controllare la direzione del flusso di segnale in applicazioni RF (Fig. 2). Nella versione oraria mostrata nella figura 2, un se- gnale in ingresso sulla porta 1 si propaga alla porta 3, i segnali della porta 3 si propagano alla porta 2 e un se- gnale della porta 2 viene trasmesso alla porta 1. I cir- colatori sono dispositivi non reciproci, nel senso che non presentano un flusso significativo nella direzione opposta. Nell’esempio mostrato, il flusso di segnale è pressoché assente o irrisorio dalla porta 3 alla porta 1, dalla porta 2 alla porta 3 o dalla porta 1 alla porta 2. È questa proprietà direzionale che rende i circolatori ideali per l’uso come interruttori T/R (duplexer). Ana- logamente, la versione antioraria dirige i segnali dalla porta 1 alla porta 2, dalla porta 2 alla porta 3 e dalla porta 3 alla porta 1. In entrambi i casi la trasmissione di segnale in direzione inversa è minima. I circolatori sono dispositivi passivi basati su effetti ferromagnetici, quindi sono parzialmente composti da materiali di ferrite magnetizzati. Il circolatore a Y con tre porte si basa sulla cancellazione delle onde disse- minate su due diversi percorsi vicino a un materiale di ferrite magnetizzato (Fig. 3). La versione a Y con tre porte di un circolatore RF è costituita da due dischi in ferrite, uno su ciascun lato di una giunzione a microstriscia con tre porte. L’azione del circolatore avviene tramite la polarizzazione ma- gnetica dell’elemento in ferrite in direzione assiale con un campo magnetico statico interno di grandezza ade- guata, indicato da “HCIR” nella figura 3. Il circolatore può funzionare in due modi trasversali magnetici di polarizzazione opposta. Nella condizione di circola- zione mostrata nella figura 3, in uno specifico campo applicato, questi modi TM creano un valore nullo sulla porta 3, che viene quindi isolata e la potenza viene tra- sferita dalla porta 1 alla porta 2. La potenza entrante nella porta 2 appare in corrispondenza della porta 3 e così via, creando l’azione del circolatore. In questo caso l’azione è antioraria. La direzione di circolazione può essere invertita cambiando la polarità e regolando l’intensità del campo magnetico statico. Il vantaggio dell’utilizzo di un circolatore in applicazio- ni T/R è l’assenza di commutazione: sia il trasmettitore sia il ricevitore sono sempre collegati e l’isolamento risulta della cancellazione di fase del segnale. Quando si implementa un progetto T/R con un circola- tore, l’uscita del trasmettitore viene applicata alla por- ta 1. L’antenna è collegata alla porta 3 e il ricevitore è collegato alla porta 2 (Fig. 4). Un esempio di circolatore che soddisfa le esigen- ze di un interruttore T/R è il mod. SKYFR-000.736 di Fig. 2 – I simboli negli schemi circolari indicano una versione di cir- colatore orario (a sinistra) e antiorario (a destra). Non vi è un flusso significativo nella direzione inversa in ciascuna versione, caratteristi- ca questa che li rende ideali come interruttori T/R (Fonte: Digi-Key Electronics) Fig. 3 – La struttura fisica di un circolatore a Y include una giunzione simmetrica a microstriscia con tre porte, un disco in ferrite e un campo magnetico (HCIR), generalmente fornito da magneti permanenti fissi (Fonte: Skyworks Solutions)