環(huán)形器的工作原理

1、環(huán)形器的工作原理一、概述：環(huán)形器是將進(jìn)入其任一端口的入射波，按照由靜偏磁場(chǎng)確定的方向順序傳入下一個(gè)端口的多端口器件。環(huán)行器是有數(shù)個(gè)端的非可逆器件。其顯著特點(diǎn)為能夠單向傳輸高頻信號(hào)能量，分為微光學(xué)光纖、電子環(huán)形器，在 隔離器、雙工器、反射放大器中有良好的應(yīng)用。中文名環(huán)形器英文名Circulator突出特點(diǎn)單向傳輸高頻信號(hào)能量分類微光學(xué)光纖、電子環(huán)形器應(yīng)用隔離器、雙工器、反射放大器1、定義：環(huán)行器是一個(gè)有單向傳輸特性的三端口器件，它表明器件從1到2，從2到3和從3到1是導(dǎo)通的,反過(guò)來(lái)信號(hào)從2到1,從3到2和從1到3是隔離的。環(huán)行器是有數(shù)個(gè)端的非可逆器件。2、特點(diǎn)：環(huán)行器的突出特點(diǎn)是單向傳輸 高頻信

2、號(hào)能量，它控制電磁波沿某一環(huán)行方向傳輸，多用于高頻功率放大器 的輸出端與負(fù)載之間，起到各自獨(dú)立，互相隔離”的作用。負(fù)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(tài)，從而保護(hù)了功率放大器。環(huán)形器它具有體積小、頻帶寬、插損小等特點(diǎn)，因而應(yīng)用十分廣泛， 可用于雷達(dá)/通訊系統(tǒng)里使收/發(fā)信號(hào)互相隔離，收發(fā)可共用同一個(gè)天線。環(huán)行器原理基本原理：首先將變送器或儀表的信號(hào)，通過(guò)半導(dǎo)體器件調(diào)制變換，然后通過(guò)光感或磁感器件進(jìn)行隔離轉(zhuǎn)換，然后再 進(jìn)行解調(diào)變換回隔離前原信號(hào)，同時(shí)對(duì)隔離后信號(hào)的供電電源進(jìn)行隔離處理。保證變換后的信號(hào)、電源、地之 間絕對(duì)獨(dú)立。環(huán)行器單向傳輸?shù)脑恚?是由于采用了鐵氧體旋磁材料。

3、這種材料在外加高頻波場(chǎng)與恒定直流磁場(chǎng)共同作 用下，產(chǎn)生旋磁特性（又稱張量磁導(dǎo)率特性）。正是這種旋磁特性，使在鐵氧體中傳播的電磁波發(fā)生極化的旋 轉(zhuǎn)（法拉第效應(yīng)），以及電磁波能量強(qiáng)烈吸收（鐵磁共振），正是利用這個(gè)旋磁現(xiàn)象，制做出結(jié)型隔離器、環(huán) 行器。它具有體積小、頻帶寬、插損小等特點(diǎn)，因而應(yīng)用十分廣泛。非線性特性在射頻和微波無(wú)源器件中，環(huán)行器和隔離器的非線性特性比較差，但是，這些器件又往往被用于大功率場(chǎng) 合。環(huán)行器和隔離器的非線性特性體現(xiàn)在諧波、正向互調(diào)（包括接收頻段和發(fā)射頻段）、接收頻段發(fā)射互調(diào)、反向互調(diào)等。1、諧波在大功率單載信號(hào)（fl）的作用下，環(huán)行器和隔離器會(huì)產(chǎn)生諧波（2f1、3f1等）。

4、諧波的大小可用絕對(duì)值或相對(duì)值來(lái)表示，但同時(shí)必須說(shuō)明載頻的幅度。研究環(huán)行器和隔離器諧波的意義，在于可以充分了解系統(tǒng)間干擾的來(lái)源。另一重要意義是因?yàn)槎沃C波是 產(chǎn)生三階互調(diào)的前提，如果能定量的了解環(huán)行器和隔離器的諧波特性，則可以正確設(shè)置系統(tǒng)中濾波器和雙工器 的帶外抑制值，以準(zhǔn)確的控制系統(tǒng)成本 。當(dāng)輸入信號(hào)功率為 40dBm時(shí)，隔離器的二次諧波為 -61.3dBm;輸入功率增加1dB,二次諧波相應(yīng)增加 2dB; 當(dāng)輸入功率增加到 49dBm，諧波增加到-43.87dBm。-SOdBmA2、正向傳輸互調(diào)當(dāng)兩個(gè)載 頻同時(shí)輸入環(huán)行器或隔離器時(shí)，在輸出端口產(chǎn)生互調(diào)產(chǎn)物。正向傳輸互調(diào)的典型值為-80dBc2x

5、43dBm。3、反射互調(diào)當(dāng)兩個(gè)載頻同時(shí)輸入環(huán)行器或隔離器時(shí)，會(huì)產(chǎn)生互調(diào)產(chǎn)物，并反射回輸入端口。反射互調(diào)的典型值為-80dBc2x43dBm。1 +43'dBm111 1iH f23 了 dBmAf1+43dBm4、反向互調(diào)當(dāng)兩個(gè)載波分別從輸入和輸出端加到隔離器時(shí)，在輸出端會(huì)產(chǎn)生互調(diào)產(chǎn)物。注意：載頻來(lái)自不同的方向， 而且幅度大小不同。定義反向互調(diào)時(shí)，應(yīng)選擇幅度較大的互調(diào)產(chǎn)物，并以幅度較大的載頻為參考。反向互調(diào)的 典型值為-80dBc。4 4-5dBmft+35c«Bm-35dBm A#i三、環(huán)形器構(gòu)件：環(huán)形器采用結(jié)型帶線結(jié)構(gòu)，雙 Y形中心導(dǎo)體置于兩片 旋磁鐵氧體樣品之間，組成樣

6、品結(jié)，在樣品結(jié)周圍各 置三片磁石，使整個(gè)樣品結(jié)產(chǎn)生一均勻恒定的磁場(chǎng)。隔離器、環(huán)行器端口由帶線轉(zhuǎn)為同軸線，通過(guò)正確的設(shè)計(jì) 它，可使樣品結(jié)和同軸線有良好的匹配，滿足隔離器、環(huán)行器各種性能的要求，當(dāng)在負(fù)載失配的情況下，反射 能量將沿著藍(lán)線所標(biāo)的方向流到外接的吸收電阻上，能量被電阻所吸收。環(huán)行器為三端口器件，當(dāng)端口1為輸入，端口 2為輸出，則3端口為隔離端口，能量幾乎不能穿過(guò)，以此類推，一般UHF讀寫器上用環(huán)行器為順時(shí)針?lè)较蛄魍?，?dāng)端口 1為TX輸出時(shí)，RF信號(hào)會(huì)從端口 2而流過(guò)， 而端口 3即RX端口為隔離端，具體隔離度需參考器件參數(shù)和LAYOUT效果，相反，當(dāng)端口 2作為收發(fā)復(fù)用端接收信號(hào)時(shí)，信號(hào)會(huì)按順時(shí)針進(jìn)入端口3，此時(shí)泄露到TX端口的能量非常小，可以忽略，而TX泄露到RX端口的能量很大程度上影響著接收機(jī)靈敏度即實(shí)際識(shí)別效果，因此需根據(jù)接收端 LNA參數(shù)，在RX端加衰減器對(duì)TX泄露信號(hào)進(jìn)行有效隔離，但由此產(chǎn)生一個(gè)問(wèn)題，因?yàn)镽X接收的有用信號(hào)本身已經(jīng)很少，在進(jìn)行 TX端泄露信號(hào)衰減的同時(shí)，RX端有用信號(hào)也被進(jìn)一步削弱，因此