Циркулятор представляет собой ключевое устройство в радиочастотной технике, выполняющее функцию направленного управления электромагнитными сигналами. По своей сути, это многополюсный компонент, который обеспечивает прохождение высокочастотной энергии строго по заданному пути: от одного плеча к следующему в определённой последовательности, одновременно блокируя её передачу в обратном направлении. Такое свойство делает его незаменимым для изоляции и маршрутизации сигналов в сложных электронных системах.
Основные типы циркуляторов
Существует две основные категории этих устройств, различающиеся по принципу действия и элементной базе: электронные и ферритовые.
Электронные циркуляторы конструируются на основе активных фазовращателей, создающих необратимые фазовые сдвиги сигнала. Их собирают из дискретных компонентов, таких как диоды, резисторы и транзисторы. Типичные трёхплечевые модели этого типа эффективно работают в диапазоне от единиц до десятков мегагерц.
Ферритовые циркуляторы, в свою очередь, используют физические явления, возникающие при взаимодействии СВЧ-поля с намагниченными ферритовыми материалами. Это взаимодействие приводит к невзаимным фазовым сдвигам или повороту плоскости поляризации волны, что и обеспечивает направленное распространение энергии. Данный тип устройств считается более распространённым и перспективным.
Классификация ферритовых циркуляторов
Ферритовые циркуляторы делятся на несколько видов в зависимости от конструкции и рабочего частотного диапазона:
- Циркуляторы с сосредоточенными параметрами. Работают на частотах от сотен до тысяч МГц. Невзаимный эффект в них создаётся системой индуктивно связанных витков и намагниченного ферритового образца.
- Циркуляторы с распределёнными параметрами. Изготавливаются на основе полосковых линий или разветвлённых радиоволноводов (круглых, прямоугольных). Они охватывают более высокий диапазон — от нескольких тысяч до десятков тысяч МГц. К этому типу относятся, например, поляризационные и фазовые циркуляторы, в состав которых входят ферритовые фазовращатели и волноводные мосты.
Применение и дополнительные функции
Благодаря своим уникальным свойствам, ферритовые циркуляторы нашли широкое применение. Они могут работать как управляемые коммутаторы: при изменении направления внешнего магнитного поля порядок следования плеч меняется на противоположный. Это особенно востребовано в антенно-фидерных трактах, где одно устройство попеременно подключает антенну или модуль фазированной решётки к приёмнику или передатчику.
Если одно из плеч циркулятора снабдить поглощающей нагрузкой, устройство превращается в электрический вентиль (изолятор), который пропускает волны только в одном направлении, защищая чувствительные компоненты от отражённых сигналов.
Путём последовательного соединения нескольких циркуляторов создают каскадные системы с произвольным количеством плеч. Комбинируя такие системы с полосовыми фильтрами, инженеры конструируют устройства для сложения или разделения сигналов с разными несущими частотами, что позволяет оптимизировать количество используемых фильтров и упростить архитектуру радиоэлектронных систем.