Cirkulátor

A keringetőszivattyú a jelirányok elválasztására szolgáló alkatrész vagy áramkör. Az egyik megkülönbözteti:

a nagy és nagyon nagy frekvenciájú technológia passzív komponensei, általában három terminállal (porttal), ami hasonló a Faraday rotátor funkcióhoz
műveleti erősítőkből (úgynevezett aktív keringőkből) álló aktív áramkörök alacsony jelfrekvenciákhoz; az ilyen keringetőszivattyúk különböző számú be- és kimenettel rendelkezhetnek.

A keringető áramkör szimbóluma

Az egyik portba táplált jel továbbításra kerül a következő portra. Egy nyitott port akkor azt továbbítják változatlan szinten, egy rövidre zárt port a jele a jel feszültsége megfordul. Ha a csatlakozás a megfelelő impedanciával fejeződik be, a jel nem kerül továbbításra a következő portra. A jeleket „körben” továbbítják , innen származik a cirkulátor név .

Aktív alacsony frekvenciájú keringető szivattyúk

Egyetlen keringtető fokozat kapcsolása

Három portos aktív cirkulátor építése

A diszkrét elektronikus alkatrészekből álló alacsony frekvenciájú aktív keringtető több azonos fokozatból áll, operációs erősítővel , egy-egy porttal. A nem csatlakozó portnál egy szakasz bemeneti jele változatlan formában továbbítódik a kimenetre . Ha a port a földhöz csatlakozik , a jel feszültsége megfordul. Ha egy ellenállás R az összeg a földre van kötve a portot , a feszültség a jelet, hogy R , és a jel nem továbbítják a következő kapcsolat. ${\ displaystyle U_ {e}}$ ${\ displaystyle U_ {a}}$ ${\ displaystyle R = R_ {g}}$

funkcionalitás

Az ábrán bemutatott 3 portos cirkulátor funkcióját az alábbiakban ismertetjük részletesebben. Mivel az egyes fokozatok kimenetei a következő szakaszok bemeneteihez kapcsolódnak, a következők érvényesek:

{\ displaystyle U_ {a1} = U_ {e2}}

{\ displaystyle U_ {a2} = U_ {e3}}

{\ displaystyle U_ {a3} = U_ {e1}}

Ha az 1. csatlakozásnál az U ₁ feszültséget a földre alkalmazza, akkor az R = R _g ellenállást a 2. csatlakozáson lévő földeléshez köti és a 3. csatlakozásnál nyitva hagyja, a működési mód bemutatható. Az N ₂ üzemi erősítő U _a2 kimeneti feszültsége nulla lesz. Az N ₃ műveleti erősítő fokozatának erősítése 1, mivel a kapcsolat nincs csatlakoztatva, ennek eredményeként U _a3 = U _e3 = U _a2 . Az N ₁erősítő fokozat 2 erősítésű elektrométer erősítőként működik , ami azt jelenti, hogy az U _a1 kimeneti feszültség mennyisége 2 · U ₁ . A 2. csatlakozásnál az U _a1 kimeneti feszültség fele csökken az R ellenálláson , ami megfelel az U ₁ mennyiségének .

Ezen szélsőségek közbenső értékeinek kiszámításához a csomószabályt alkalmazzák a műveleti erősítők N és P bemenetére. Ez a következő egyenleteket eredményezi:

lépés	P bemenetek	N bemenet
N ₁	${\ displaystyle {\ frac {U_ {e1} -U_ {1}} {R_ {g}}} + I_ {1} = 0}$	${\ displaystyle {\ frac {U_ {e1} -U_ {1}} {R_ {g}}} + {\ frac {U_ {a1} -U_ {1}} {R_ {g}}} = 0}$
N ₂	${\ displaystyle {\ frac {U_ {e2} -U_ {2}} {R_ {g}}} + I_ {2} = 0}$	${\ displaystyle {\ frac {U_ {e2} -U_ {1}} {R_ {g}}} + {\ frac {U_ {a2} -U_ {2}} {R_ {g}}} = 0}$
N ₃	${\ displaystyle {\ frac {U_ {e3} -U_ {3}} {R_ {g}}} + I_ {3} = 0}$	${\ displaystyle {\ frac {U_ {e3} -U_ {3}} {R_ {g}}} + {\ frac {U_ {a3} -U_ {3}} {R_ {g}}} = 0}$

Építés áramforrásokkal

FET bipoláris áramforrás

A fenti egyenletekből a következő egyenleteket kapjuk a bemeneti és kimeneti feszültségek kiküszöbölésével :

{\ displaystyle I_ {1} = {\ frac {U_ {2} -U_ {3}} {R_ {g}}}}

{\ displaystyle I_ {2} = {\ frac {U_ {3} -U_ {1}} {R_ {g}}}}

{\ displaystyle I_ {3} = {\ frac {U_ {1} -U_ {2}} {R_ {g}}}}

Ezekből az egyenletekből látható, hogy az áramok a feszültségektől függenek. Ezért keringető áramkör is megépíthető feszültség-vezérelt áramforrásokból, differenciális bemenettel. Ezek elsősorban CC operációs erősítőkből épülnek fel , amelyek különösen alkalmasak erre a célra. Az ábra egy feszültség által vezérelt áramforrás szerkezetét mutatja . A jelenlegi I _egy a kimenet az alábbi egyenlet adja

{\ displaystyle I_ {a} = {\ frac {U_ {e}} {R_ {g}}}}

adott. Az U _e bemeneti feszültséget analóg résztraktor segítségével lehet előállítani.

Hibrid áramkör

A telefon hibrid áramkör cirkulátor

Egy példa a keringető a telefon hibrid . Ez egy három portos keringetőszivattyúból áll, amelyet az R _g keringetőszivattyú- ellenállás zár le (amelyet az alkalmazott vezető típusától függően választanak meg). A mikrofonból érkező jel a központ felé kerül, de nem éri el a hangszórót (fülhallgatót). Ezzel szemben a központból érkező jel továbbításra kerül a hangszóróba, de nem éri el a mikrofont. Az áthallás csillapítását főként a lezáró ellenállások párosítási tűrése határozza meg . Transzformátort használnak a fázis forgatására a történelmi telefonokban .

Nagyfrekvenciás keringtető rendszerek

Passzív ferrit cirkulátor koaxiális portokkal 1 GHz körüli frekvenciákhoz, átmérője 95 mm, nyíl jelzi a forgásirányt

Cirkulátor szalagvezetékes technológiában (a kép jobb oldalán a fémlemez fül alatt)

A ferrit cirkulátor funkciója

Ferrit keringető a PRW-13 magasságmérőben 1,6 MW impulzus teljesítményre

Ferrit keringtetők

A nagy frekvenciájú cirkulátorokat (UHF-től mikrohullámig) jelenleg ferritekből készült Faraday rotátorokkal valósítják meg hullámvezető vagy szalagvezetékes technológiával. A szalagvezetékes technológiában a. B. gyűrű alakú hurkot vagy kör alakú területet, amelyet lágy mágneses ferrit anyag vesz körül . A járom egy állandó mágnes , amely premagnetizes a ferrit , van elrendezve a rá merőleges . Három csatlakozás (csatlakozó) van rögzítve a gyűrűhöz vagy a körvezetőhöz 120 ° -os szögben, amelyek a jelek be- és kimenetéhez kapcsolhatók.

Az ilyen keringetőszivattyúkat gyakran sík, körülbelül 30 ... 50 mm nagyságú, kerek vagy téglalap alakú alkatrészként tervezik, amelyek három koaxiális aljzattal vannak ellátva, és általában RF-szigetelésű házakban vannak elhelyezve. Vannak miniatűr keringető szivattyúk nyomtatott szalagos áramkörökbe történő beépítésre is . A hullámvezető keringetőszivattyúkat nagyon nagy frekvenciákra és teljesítményekre használják, pl. B. a használt radarokon .

Elektromos tulajdonságok

A passzív HF keringető szivattyúk átviteli vesztesége általában jóval 1 dB alatt van , míg a fordított irányú csillapítás - helyes beállítást feltételezve - meghaladja a 20 dB-t. A kívánt funkció frekvenciafüggő, azaz. Vagyis a keringetőszivattyú csak a megadott frekvenciatartományban használható. A sávszélesség például 10%. A hullámvezető változatban a magas frekvenciájú (CW) vagy 50 MW feletti teljesítmény továbbítható impulzusszerűen 1 MW felett .

Ideális szórásmátrix :

{\ displaystyle S = {\ begin {pmatrix} 0 & 0 & 1 \\ 1 & 0 & 0 \\ 0 & 1 & 0 \ end {pmatrix}}}

Működési elv

A keringető szivattyú funkciója, hogy a bemeneten (1. port) lévő energia kezdetben két egyenlő részre oszlik, amelyek azonban a ferrit miatt eltérő terjedési sebességet kapnak. A jel mindkét fele fázishelyzetben van a 3. portnál, ezért törlik egymást. A jel mindkét fele fázisban van a 2. porton, így ismét összeadódnak, hogy kialakítsák a teljes jelet.

A ferrit cirkulátor szimmetrikus felépítése miatt a kapcsolat kiválasztásával mindig meg lehet határozni egy meghatározott útirányt. Ha van antenna a 3. porton, akkor az átviteli energiát mindig a 2. porttól az antennáig vezetik, míg az echo jelek mindig az 1. portnál találják meg a vevõt.

A keringtető készülék viselkedése nem kölcsönös; Ez azt jelenti, hogy az 1. portról a 2. portra történő átvitel nem felel meg az ellenkező irányú átvitelnek. Ezt olyan anyagok (ferrit állandó mágneses térben ) alkalmazásával érik el , amelyek áteresztőképessége a mező irányától függ. A ferrit viselkedése anizotrop, és ferde szimmetrikus tenzorként (polder tenzor) írható le . Az elektronpörgés és a ferritben lévő atomok precessziója mágneses mező alkalmazásakor szerepet játszik.

Képsorozat: Ferrit keringető szétszerelése

Ferrit cirkulátor kb. 1 GHz-re ...
... a ház alatt a keringetőszivattyút két erős állandó mágnes veszi körül ...
... minden egyes mágnes alatt egy ferritréteg és a vonalszerkezet a középső csatlakozásokkal.

Különleges formák

Ferrit szigetelő

Ha egy végződő ellenállás (próbabábu) tartósan csatlakozik a ferrit keringető három portjának egyikéhez, akkor a jeleket csak egy irányban lehet továbbadni a fennmaradó két portra. A másik irányban a jelek erősen csillapodnak. Ezen tulajdonság miatt ezt a verziót izolátornak nevezik. A rádió vagy mikrohullámú adó antennakábeleiben visszaverődő hullámok elnyomására szolgálnak. Hiányzó vagy helytelenül csatlakoztatott antenna egyébként az adó kedvezőtlen eltéréséhez vezetne .

A Faraday rotátorok ugyanazon elve alapján léteznek optikai hullámhosszúságú izolátorok is , amelyek lehetővé teszik a jelek leválasztását a polarizáció függvényében.

Az optikai keringetőszivattyúkat és leválasztókat a kommunikációs technológiában használják a WDM rendszerekben , a szálerősítőkben vagy az OTDR méréstechnikában , például az áthallás minimalizálása érdekében.

Alkalmazás

Ferrit cirkulátorok gyakran használják Duplexerek a radarok ; azaz az elküldött jelek leválasztására a vett jelekről. A vezeték nélküli technológiában és a radartechnikában ferrit keringető szivattyúkat használnak.

Például egy bejövő jelet az 1. porton lévő antennáról továbbítunk a 2. port vevőjére. A 3. porton lévő adó RF-energiája azonban csak az antennát érheti el (1. port). A 3. port átviteli teljesítménye nem mehet vissza a 2. port vevőjéhez - ezáltal a vevő védett, és nem veszít jelet. Ez azt jelenti, hogy ugyanazt az antennát egyszerre lehet használni küldésre és fogadásra. A megfelelő működés előfeltétele mindhárom port megfelelő impedancia-kapcsolata.

Integrált HF keringető szivattyúk

A ferrit keringető szivattyúk gyenge miniatürizálási és integrációs képessége, valamint a szükséges mágneses tér miatt hosszú ideje törekednek az ilyen nem reciprok áramkörök integrálására a maximális frekvencia érdekében is, vagy teljesen elektronikusan megvalósítják őket. Erre a célra szinkron kapcsolók által működtetett paraméteres késleltetésű vonalpárokat használnak. Ez az első alkalom, hogy szélessávú (30 GHz) ferrit és mágneses mező nélküli keringtető készüléket hoztak létre, amely integrálható - monolit CMOS szilícium technológiával épül fel. Az ilyen keringetőszivattyúk azonban csak viszonylag alacsony teljesítmény mellett használhatók.

Lásd még

Diplexer

web Linkek

Commons : Circulation áramkörök - képek, videók és audio fájlok gyűjtése

Egyéni bizonyíték

↑ https://www.nature.com/articles/s41467-017-00798-9#Fig3 Tolga Dinc, Mykhailo Tymchenko, Aravind Nagulu, Dimitrios Sounas, Andrea Alu, Harish Krishnaswamy: Szinkronizált vezetőképesség-moduláció a szélessáv veszteség nélküli mágneses megvalósításához nem viszonosság a Nature Communications 8. cikkében, 795. cikk, 2017. október 6., hozzáférés: 2017. október 12

[1] ttps://www.nature.com/articles/s41467-017-00798-9#Fig3 Tolga Dinc, Mykhailo Tymchenko, Aravind Nagulu, Dimitrios Sounas, Andrea Alu, Harish Krishnaswamy: Szinkronizált vezetőképesség-moduláció a szélessáv veszteség nélküli mágneses megvalósításához nem viszonosság a Nature Communications 8. cikkében, 795. cikk, 2017. október 6., hozzáférés: 2017. október 12

Languages