基本介紹
- 中文名：環形器
- 外文名：Circulator
- 特點：單向傳輸高頻信號能量
- 分類：微光學光纖、電子環形器
- 套用：隔離器、雙工器、反射放大器
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定義
環形器
將進入其任一連線埠的入射波，按照由靜偏磁場確定的方向順序傳入下一個連線埠的多連線埠器件。環行器是有數個端的非可逆器件。比如：從1連線埠輸入信號，信號只能從2連線埠輸出，同樣，從2連線埠輸入的信號只能從3連線埠輸出，以此類推，故稱作環行器。
特點及套用
環行器又叫隔離器的突出特點是單向傳輸高頻信號能量。它控制電磁波沿某一環行方向傳輸。這種單向傳輸高頻信號能量的特性，多用於高頻功率放大器的輸出端與負載之間,起到各自獨立,互相“隔離”的作用。負載阻抗在變化甚至開路或短路的情況下都不影響功放的工作狀態,從而保護了功率放大器。
原理
環行器單向傳輸的原理，是由於採用了鐵氧體旋磁材料。這種材料在外加高頻波場與恆定直流磁場共同作用下，產生旋磁特性（又稱張量磁導率特性）。正是這種旋磁特性，使在鐵氧體中傳播的電磁波發生極化的旋轉（法拉第效應），以及電磁波能量強烈吸收（鐵磁共振），正是利用這個旋磁現象，製做出結型隔離器、環行器。它具有體積小、頻頻寬、插損小等特點，因而套用十分廣泛。
結構
採用結型帶線結構，雙Y形中心導體置於兩片旋磁鐵氧體樣品之間，組成樣品結，在樣品結周圍各置三片磁石，使整個樣品結產生一均勻恆定的磁場。隔離器、環行器連線埠由帶線轉為同軸線，通過正確的設計它，可使樣品結和同軸線有良好的匹配，滿足隔離器、環行器各種性能的要求，當在負載失配的情況下，反射能量將沿著藍線所標的方向流到外接的吸收電阻上，能量被電阻所吸收。
連線埠構件
環行器為三連線埠器件，當連線埠1為輸入，連線埠2為輸出，則3連線埠為隔離連線埠，能量幾乎不能穿過，以此類推，一般UHF讀寫器上用環行器為順時針方向流通，當連線埠1為TX輸出時，RF信號會從連線埠2而流過，而連線埠3即RX連線埠為隔離端，具體隔離度需參考器件參數和LAYOUT效果，相反，當連線埠2作為收發復用端接收信號時，信號會按順時針進入連線埠3，此時泄露到TX連線埠的能量非常小，可以忽略，而TX泄露到RX連線埠的能量很大程度上影響著接收機靈敏度即實際識別效果，因此需根據接收端LNA參數，在RX端加衰減器對TX泄露信號進行有效隔離，但由此產生一個問題，因為RX接收的有用信號本身已經很少，在進行TX端泄露信號衰減的同時，RX端有用信號也被進一步削弱，因此也會影響到LNA的接收，因此，用環行器做收發隔離只能在一定程度上產生效果，對於TX輸出功率給定且ERP不超過相關規定的情況下，要提高接收機靈敏度，必須考慮增大收發兩路的隔離度，方法有很多，視具體需求而定。
環形器
環形器分類
微光學光纖
微光學光纖環行器，它利用了微光學原理製作而成。雙折射晶體和45°法拉第旋轉器安放在毛細管內的中部，毛細管的一端安放有保偏準直器，保偏準直器的一端與45°法拉第旋轉器膠粘連線，保偏準直器的另一端膠粘有保偏光纖，毛細管的另一端安放有並行排放的第一準直器和第二準直器，第一準直器和第二準直器一端與雙折射晶體一端膠粘連線，第一準直器的另一端膠粘有第一光纖，第二準直器的另一端膠粘有第二光纖。本實用新型結構簡單、緊湊，溫度性能穩定，可在-40℃～+85℃溫度範圍內工作。
電子環行器
電子環行器可實現耦合信號，峰值檢波，電壓比較。解決了環行器體積大成本高的問題，並且用發光二極體來指示電路是否對運放進行保護。測試結果表明：經過反覆的測試和調試發現設計的電路基本成功代替了環行器，起到了保護運放的作用。耦合器起到了耦合信號的作用，峰值檢波起到了檢波信號的作用，電壓比較器起到了對輸出電壓信號的放大作用。左圖是環行器的結構圖。
套用
隔離器
當三連線埠環行器的一個連線埠在匹配的負載端接時，它可以用作隔離器，因為信號可以在其餘連線埠之間僅在一個方向上行進。隔離器用於禁止其輸入側的設備免受其輸出側的條件的影響; 例如，以防止微波源由失配的負載失諧。
雙工器
在雷達中，循環器被用作一種類型的雙工器，以將信號從發射機路由到天線以及從天線到接收機，而不允許信號直接從發射機到達接收機。雙工器的替代類型是在將天線連線到發射器和接收器之間交替的發射 - 接收開關（TR開關）。
在下一代蜂窩通信中，人們傾向於全雙工無線電，因為它可以以相同的頻率同時傳送和接收信號。考慮到當前有限的、擁擠的頻譜資源，全雙工可以直接地有益於無線通信兩倍的數據輸入輸出速度。現在仍然使用“半雙工”執行無線通信，在不同的時間幀傳送或接收信號，如果在相同的頻率（通常在雷達中），以不同的頻率同時傳送和接收信號（由稱為雙工器的一組濾波器實現）。
反射放大器
反射放大器是一種利用諸如隧道二極體和耿氏二極體的負微分電阻二極體的微波放大器電路。 負差分電阻二極體可以放大信號，並且通常在微波頻率下比兩連線埠器件表現更好。 然而，由於二極體是單連線埠（兩端）器件，需要非互易分量來將輸出放大信號與輸入-輸入信號分離。 通過使用具有連線到一個連線埠的信號輸入的3連線埠環行器，連線到第二個的偏置二極體，連線到第三個的輸出負載，輸出和輸入可以被斷開。
微波二極體反射放大器採用循環形器延伸閱讀
環行器和隔離器是一類微波鐵氧體器件，通過鐵氧體控制微波信號的傳輸。由於其具有非互易性，正向插損很小，而反向時則能量絕大部分被吸收。環行器和隔離器依靠磁場來完成非互易性的工作，但僅有磁場而沒有微波鐵氧體，微波信號的傳輸仍然可以互易。器件中的微波鐵氧體決定了它的諧振頻率。
