순환기

Circulator
이 기사는 라디오나 마이크로파 순환기에 관한 것이다. 다른 용도는 Circulator(동음이의)를 참조하십시오.
순환기에 대한 ANSI 및 IEC 표준 개략도 기호(각 도파관 또는 송신선 포트를 도체 쌍이 아닌 단일 선으로 그림)

서큘레이터는 전자레인지 또는 무선주파수 신호만 입항한 직후 포트를 통해 바로 출구가 가능한 수동형 비반사형 3포트 또는 4포트 장치다. 광학 순환기는 비슷한 작용을 한다. 포트는 마이크로스트립 라인 또는 동축 케이블과 같은 외부 도파관 또는 전송선이 장치에 연결되는 곳이다. 3포트 서큘레이터의 경우 포트 1에 적용되는 신호는 포트 2에서만 나오고, 포트 2에 적용되는 신호는 포트 3에서만 나오고, 포트 3에 적용되는 신호는 포트 1에서만 나오는 등 다양한 신호가 발생한다. 이상적인 3포트 서큘레이터에는 다음과 같은 산란 행렬이 있다.

종류들

포트 3에 일치하는 하중을 배치하여 아이솔레이터로 사용되는 도파관 서큘레이터. 영구 자석의 라벨은 순환 방향을 나타낸다.

관련 재료에 따라 순환기는 크게 페라이트 순환기와 비페라이트 순환기의 두 가지 범주로 나뉜다.

페라이트

페라이트 순환기는 자기화된 마이크로파 페라이트 물질을 사용하는 무선 주파수 순환기다. 그들은 2가지 주요 등급으로 분류된다: 차상 편이 순환기와 접속 순환기. 둘 다 자화된 페라이트 물질 내 또는 가까운 두 가지 경로에 걸쳐 전파되는 파동의 취소에 기초한다. 도파관 서큘레이터는 두 가지 유형 중 하나일 수 있지만 스트립라인에 기반한 보다 컴팩트한 장치는 대개 접합 유형이다.[1][2] 2개 이상의 접속 순환기를 단일 구성 요소로 결합하여 4개 이상의 포트를 제공할 수 있다. 일반적으로 영구 자석은 마이크로파 페라이트 물질에서 정적 자기 편향을 생성한다. 강자성 가넷 결정체는 광학 순환기에 사용된다.

페라이트 서큘레이터는 "후진" 순환을 크게 억제하면서 좋은 "전진" 신호 순환을 제공할 수 있지만, 특히 낮은 주파수에서의 주요 단점은 부피가 큰 크기와 좁은 대역폭이다.

비페라이트

비페러라이트 순환기에 대한 초기 작업에는 자연에서 비호환성이 있는 트랜지스터를 사용하는 활성 순환기가 포함된다.[3] 수동형 장치인 페라이트 순환기와는 대조적으로 능동형 순환기는 전력이 필요하다. 트랜지스터 기반의 액티브 서큘레이터와 관련된 주요 문제는 전력 제한과 신호 대 잡음 저하인데,[4] 이는 안테나의 강력한 송신 전력과 신호의 청결한 수신을 유지하기 위한 듀플렉서로 사용될 때 매우 중요하다.

Varactors는 하나의 해결책을 제공한다. 한 연구는 단방향 전파 캐리어 펌프에 의해 촉발된 효과적인 비호환성을 가진 시간 간격 전송 라인과 유사한 구조를 채택했다.[5] 이것은 AC로 구동되는 활성 순환기와 같다. 이 연구는 수신 경로와 광대역 비호환성에 대한 긍정적인 이득과 낮은 소음을 달성할 수 있다고 주장했다. 또 다른 연구는 각-모멘텀 바이어싱에 의해 촉발된 비호환성을 가진 공명을 사용했는데, 이는 페라이트 순환기에서 신호가 수동적으로 순환하는 방식을 보다 가깝게 모방한다.[6]

1964년, Mohr는 전송선과 스위치를 기반으로 한 순환기를 제시하고 실험적으로 시연했다.[7] 2016년 4월 연구팀이 N-path 필터 개념을 기반으로 한 집적회로 순환기를 제시하면서 이 개념을 대폭 확대했다.[8][9] 전이중 통신(단일 주파수에 걸쳐 하나의 공유 안테나로 동시에 송수신)할 수 있는 가능성을 제공한다. 이 장치는 콘덴서와 시계를 사용하며 기존 장치보다 훨씬 작다.[10]

적용들

아이솔레이터

3포트 서큘레이터의 포트 1개가 일치 부하로 종료되면 신호가 나머지 포트 사이에서 한 방향으로만 이동할 수 있기 때문에 아이솔레이터로 사용할 수 있다.[11] 예를 들어, 마이크로파 선원이 일치하지 않는 부하에 의해 분리되는 것을 방지하기 위해 아이솔레이터는 입력 측 장비를 출력 측 조건의 영향으로부터 차폐하는 데 사용된다.

이중화기

레이더에서 서큘레이터는 신호가 송신기에서 수신기로 직접 전달되지 않고 송신기에서 안테나로, 안테나에서 수신기로 신호를 라우팅하는 이중화기의 일종으로 사용된다. 대체형 듀플렉서는 안테나를 송신기에 연결하는 것과 수신기에 연결하는 것 사이에서 교대하는 송신수신 스위치(TR 스위치)이다. 그러나 처림 펄스와 높은 동적 범위를 사용하면 송수신 펄스와 수신 펄스의 시간적 중복을 초래할 수 있으며, 이 기능을 위해 순환기가 필요하다.

미래세대 셀룰러 통신에서 사람들은 같은 주파수로 신호를 동시에 송수신할 수 있는 전이중 라디오에 대해 이야기한다. 현재 제한된 혼잡 주파수 자원을 감안할 때, 전이중화는 무선 통신에 데이터 처리 속도의 2배만큼 직접적인 혜택을 줄 수 있다. 현재도 무선 통신은 같은 주파수(일반적으로 레이더에서)에 있거나 신호가 동시에 다른 주파수(디플렉스라고 하는 필터 세트에 의해 실현되는)에서 서로 다른 시간 프레임에서 신호를 송신하거나 수신하는 「반복형」으로 계속 수행되고 있다.

반사 증폭기

순환기를 이용한 마이크로파 다이오드 반사 증폭기

반사 증폭기는 터널 다이오드, 군 다이오드 등 음의 차동 저항 다이오드를 활용하는 마이크로파 앰프 회로의 일종이다. 음의 차동 저항 다이오드는 신호를 증폭시킬 수 있으며, 종종 2포트 장치보다 마이크로파 주파수에서 더 좋은 성능을 발휘한다. 단, 다이오드는 1포트(2단자) 장치이므로 송신 증폭 신호와 수신 입력 신호를 분리하기 위해서는 비호환성 구성요소가 필요하다. 신호 입력이 한 포트에 연결된 3포트 서큘레이터, 편향 다이오드가 1초에 연결되고, 출력 로드가 3번째 포트에 연결된 3포트 서큘레이터를 사용하면 출력 및 입력을 분리할 수 있다.

참조

  1. ^ Bosma, H. (1964-01-01). "On Stripline Y-Circulation at UHF". IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 12 (1): 61–72. Bibcode:1964ITMTT..12...61B. doi:10.1109/TMTT.1964.1125753. ISSN 0018-9480.
  2. ^ Fay, C.E.; Comstock, R.L. (1965-01-01). "Operation of the Ferrite Junction Circulator". IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 13 (1): 15–27. Bibcode:1965ITMTT..13...15F. doi:10.1109/TMTT.1965.1125923. ISSN 0018-9480. S2CID 111367080.
  3. ^ Tanaka, S.; Shimomura, N.; Ohtake, K. (1965-03-01). "Active circulators - The realization of circulators using transistors". Proceedings of the IEEE. 53 (3): 260–267. doi:10.1109/PROC.1965.3683. ISSN 0018-9219.
  4. ^ Carchon, G.; Nanwelaers, B. (2000-02-01). "Power and noise limitations of active circulators". IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 48 (2): 316–319. Bibcode:2000ITMTT..48..316C. doi:10.1109/22.821785. ISSN 0018-9480.
  5. ^ Qin, Shihan; Xu, Qiang; Wang, Y.E. (2014-10-01). "Nonreciprocal Components With Distributedly Modulated Capacitors". IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 62 (10): 2260–2272. Bibcode:2014ITMTT..62.2260Q. doi:10.1109/TMTT.2014.2347935. ISSN 0018-9480.
  6. ^ Estep, N. A.; Sounas, D. L.; Alù, A. (2016-02-01). "Magnetless Microwave Circulators Based on Spatiotemporally Modulated Rings of Coupled Resonators". IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 64 (2): 502–518. doi:10.1109/TMTT.2015.2511737. ISSN 0018-9480.
  7. ^ Mohr, Richard (1964). "A New Nonreciprocal Transmission Line Device". Proceedings of the IEEE. 52 (5): 612. doi:10.1109/PROC.1964.3007.
  8. ^ "New Full Duplex Radio Chip Transmits and Receives Wireless Signals at Once". IEEE Spectrum: Technology, Engineering, and Science News. 2016-04-15. Retrieved 2016-07-22.
  9. ^ Reiskarimian, Negar; Krishnaswamy, Harish (2016-04-15). "Magnetic-free non-reciprocity based on staggered commutation". Nature Communications. 7: 11217. Bibcode:2016NatCo...711217R. doi:10.1038/ncomms11217. PMC 4835534. PMID 27079524.
  10. ^ "Next Big Future: Novel miniaturized circulator opens way to doubling wireless capacity". nextbigfuture.com. April 18, 2016. Retrieved 2016-04-19.
  11. ^ 서큘레이터에 대한 설명은 Jachowski(1976)를 참조하십시오.

추가 읽기

외부 링크