Ферритовые изоляторы и циркуляторы
Ферритовый циркулятор является одним из тех устройств, без которых построение
большинства из тех систем связи, где в одном месте устанавливается большое количество
передающих устройств (сотовые системы, многоканальные транковые системы), стало бы
очень сложным (если не невозможным). Это одно из тех устройств, которые будучи давно и тщательно
изучены, не перестают внушать некоторое удивление всем радиоинженерам своей простотой и
эффективностью.
Ферритовый циркулятор представляет собой трехпортовое устройство, основным свойством которого является необратимость. Высокочастотный сигнал, поданный на порт 1 циркулятора будет передан на порт 2. При подаче сигнала на порт 2 он будет передан на порт 3. И, наконец, сигнал поданный на порт 3 будет передан на порт 1. Подобная "кольцевая" схема циркуляции сигналов и послужила поводом для получения циркулятором своего названия.
Принцип работы циркулятора основан на уникальных свойствах некоторых специальных марок феррита, которые появляются
при его смещении постоянным магнитным полем. Существует несколько конструкций циркуляторов,
одна из которых (наиболее часто используемая на высокочастотных диапазонах) приведена на
рисунке.
Центральный проводник, выполненный в виде полосковой линии, напоминающий латинскую букву Y (из за чего в англоязычной литературе данную конструкцию циркулятора часто называют Y-junction) помещен между дисков из специального феррита. С других сторон ферритовых дисков находятся немагнитные заземленные пластины, поверх которых находятся мощные магниты из специальных марок магнитотвердого феррита и магнитопроводы, замыкающие магнитный поток внутри устройства.
Кроме того, часто в широкополосных циркуляторах также присутствуют настроечные элементы (емкости), позволяющие точно настроить полосковые линии на центральную частоту рабочего диапазона частот.
Для низкочастотных диапазонов и специальных применений используется несколько иная конструкция циркулятора, которая позволяет создавать циркуляторы меньших габаритов, ценой уменьшения широкополосности.
Ферритовые изоляторы
Одним из наиболее часто встречающихся практических применений циркулятора является ферритовый изолятор. Изолятор представляет собой циркулятор, на третий порт которого подсоединена согласованная нагрузка. Таким образом при подаче сигнала на порт 1 он будет практически полностью (за вычетом потерь, которые весьма невелики) передан на порт 2. При подаче любого сигнала на порт 2 он будет передан на порт 3 и поглощен нагрузкой.
-
Эти уникальные характеристики изолятора делают его незаменимым для целого ряда применений:
- Защита выходных каскадов передатчиков от повреждения при недопустимо высоком КСВ нагрузки.
- Предотвращение попадания на выходной каскад передатчика или усилителя постороннего ВЧ напряжения, могущего привести к появлению интермодуляционных компонентов в выходном сигнале.
- Взаимная изоляция передатчиков в передающих комбайнерах
Следует отметить, что при использовании изоляторов на выходах передатчиков возможно проявление некоторой
нелинейности феррита, приводящее к генерации гармоник (в основном второй и третей, амплитуда
более высоких гармоник обычно исчезающе мала), что приводит к необходимости использовать на
выходе циркулятора фильтр гармоник.