信号链讨论：环形器/隔离器和开关

环形器/隔离器和开关普遍用于通信和雷达系统的射频前端。环形器/隔离器和开关在射频前端中的目的是能够使用同一天线的发射和接收，进行双工。例如，在用于有源天线系统（AAS）（相控阵天线）的发射/接收模块（TRM）中，该设计可能仅允许一个TRM使用单个天线元件。在这种情况下，需要一种发送传输信号和接收低功率接收信号的方法，而不需要将高功率传输信号馈送到接收信号路径。

环形器是一个三端口磁性元件，当适当偏置时，可以使射频信号在一定带宽内双向流动，并具有一定程度的损耗，类似于功率分配器。环形器工作的内在部分是将正向和反向信号隔离在它们各自的端口上，而天线端口同时承载正向和反向信号。对于连续波（CW）雷达和其他非脉冲雷达方案，环形器至关重要，可防止灵敏度降低以及可能损坏雷达接收器的情况。对于某些通信协议，例如频域双工（FDD），频率选择性滤波器双工不可行。

开关使用固态技术（例如二极管和晶体管），或者使用电感器之间的机械连接，以沿着不同的路径引导射频信号。进行开关连接时，阻抗较高时，存在低衰减路径和其他开关路径。这样一来，射频开关在激活时可沿信号路径提供高隔离度和低损耗。对于这些应用而言，射频开关的不利之处在于，如果在传输路径和接收路径之间切换天线，一次只能激活一条路径。对于某些通信协议，例如4G和5G蜂窝技术中使用的时分双工（TDD），开关可能是可行的解决方案，因为在接收和传输信号之间设置了共享的有效时间，因此天线无需同时接入两种信号。

环形器优于开关的一个优点是，它们在设定的带宽上连续运行，并且只需要偏置信号即可工作。对于信号路径需要更改的情况，需要将主动控制信号发送到开关。在通信信号的情况下，这种切换可能会非常频繁，会造成机械开关相当大的磨损。在使用频率TR双工开关的情况下，通常首选固态或微机电系统（MEMS）开关，因为它们的开关寿命比典型的机械开关长得多。

在隔离方面，与环行器相比，开关通常提供更高级别的发射/接收隔离，这最终受到设计质量和所用磁性材料的限制。环形器的隔离还取决于端接质量和端口之间的阻抗匹配。因此，与窄带环行器相比，宽频带环行器往往在工作频率范围内表现出较低的隔离。典型的环行器隔离范围为16分贝至40分贝，在某些情况下，可以使用其他隔离器来增强接收端口与高功率发射信号之间的隔离。

机电开关的隔离范围在30分贝至60分贝以上，取决于开关是固态还是机械开关。开关的工作频率范围也比环形器宽得多。为了提高开关速度，通常使用固态和微机电系统（MEMS）开关技术。这些技术往往表现出比机电开关和环形器更低的功率处理能力。

功率容量

• 环形器：几到几百瓦
• 机电开关：几十瓦到几百瓦
• 固态开关（PIN二极管）：几毫瓦到几瓦
• MEMS开关：几毫瓦到几瓦

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