A سیرکولاتور موجبردر مایکروویو یک مؤلفه مایکروویو غیرفعال-غیر متقابل است که انتقال یک طرفه سیگنال‌های مایکروویو را امکان‌پذیر می‌سازد. این نقش حیاتی در سیستم های مایکروویو ایفا می کند و به طور گسترده در زمینه های متعدد استفاده می شود.
عملکرد پایه
این اجازه می دهد تا سیگنال های مایکروویو در یک جهت خاص در موجبر جریان پیدا کنند. معمولاً دارای چندین پورت است و سیگنالی که از یک پورت وارد می شود به ترتیب مطابق جهت تنظیم شده به پورت بعدی منتقل می شود در حالی که از پورت های دیگر جدا می شود. به عنوان مثال، در یک سیرکولاتور سه پورت، سیگنال ورودی از پورت 1 از پورت 2، سیگنال ورودی از پورت 2 از پورت 3 و سیگنال ورودی از پورت 3 از پورت 1 خروجی خواهد شد.
اصل کار
عمدتاً متکی بر خواص الکترومغناطیسی غیر متقابل- مواد فریت است. هنگامی که فریت تحت تأثیر میدان مغناطیسی خارجی قرار می گیرد، خواص الکترومغناطیسی آن تغییر می کند و نفوذپذیری مغناطیسی متفاوتی را برای امواج الکترومغناطیسی منتشر شده در جهات مختلف نشان می دهد. با طراحی دقیق ساختار موجبر و حالت مغناطیسی فریت، سیگنال‌های مایکروویو فقط می‌توانند در یک جهت خاص در موجبر منتشر شوند و به این ترتیب عملکرد یک سیرکولاتور را درک می‌کنند.
طراحی سازه
اغلب از یک بدنه موجبر، بلوک های فریت و آهنرباهای دائمی تشکیل شده است. بدنه موجبر یک مسیر انتقال سیگنال های مایکروویو را فراهم می کند. بلوک فریت، به عنوان جزء اصلی، برای معرفی ویژگی های غیر متقابل استفاده می شود. و آهنربای دائمی وظیفه ایجاد یک میدان مغناطیسی بایاس پایدار را بر عهده دارد تا فریت در حالت مطلوب کار کند. اشکال ساختاری متداول شامل مستطیل استسیرکولاتورهای موجبرو دایره ای Waveguide Circulators. طرح‌های سازه‌ای مختلف با توجه به نیازهای کاربردی خاص و باندهای فرکانسی برای بهینه‌سازی شاخص‌های عملکردی مانند کاهش درج، جداسازی و ظرفیت توان انتخاب می‌شوند.
سناریوهای کاربردی
- سیستم های راداری: برای جداسازی سیگنال های ارسال کننده و دریافت کننده رادار استفاده می شود. سیگنال ساطع شده توسط فرستنده رادار از طریق سیرکولاتور وارد آنتن می شود و به فضا تابش می شود. سیگنال اکو دریافت شده توسط آنتن از طریق سیرکولاتور وارد گیرنده می شود. این کار از ورود سیگنال ارسال کننده قدرت بالا به گیرنده و ایجاد آسیب جلوگیری می کند و در عین حال حساسیت دریافت و دقت تشخیص رادار را بهبود می بخشد.
- ارتباطات ماهواره ای: در سیستم های ارتباطی ماهواره ای برای جداسازی سیگنال های uplink و downlink برای جلوگیری از تداخل متقابل بین این دو استفاده می شود. در عین حال، می‌تواند از اجزای کلیدی مانند تقویت‌کننده‌های قدرت در ماهواره در برابر آسیب دیدن سیگنال‌های بازتاب‌شده محافظت کند و از عملکرد پایدار سیستم ارتباطی ماهواره‌ای و قابلیت اطمینان انتقال سیگنال اطمینان حاصل کند.
- تجهیزات تست مایکروویو: در سیستم های تست مایکروویو مانند منابع سیگنال و تحلیلگرهای طیف، می توان از آن برای تحقق بخشیدن به انتقال جهت سیگنال ها، جداسازی سیگنال های منعکس شده ناخواسته و بهبود دقت و پایداری نتایج آزمایش استفاده کرد. به عنوان مثال، هنگام اتصال یک بار یا یک دستگاه آزمایش، سیرکولاتور می تواند اطمینان حاصل کند که سیگنال فقط در جهت مشخص جریان می یابد و از تأثیر انعکاس سیگنال بر عملکرد تجهیزات آزمایش جلوگیری می کند.
چالش ها و تحولات فنی
چالش طراحی ازسیرکولاتورهای موجبردستیابی به اتلاف درج کم، ایزولاسیون بالا و ظرفیت توان بالا به طور همزمان و همچنین کاهش اندازه و وزن دستگاه برای پاسخگویی به نیازهای سیستم های ارتباطی مدرن برای کوچک سازی و یکپارچه سازی است. در سال‌های اخیر، با توسعه مداوم علم مواد و فناوری پردازش میکرو{1}نانو، انواع جدیدی از سیرکولاتورهای موجبر به طور مداوم در حال ظهور هستند. به عنوان مثال، استفاده از فناوری MEMS برای ساخت دستگاه سیرکولاتورهای موجبر مینیاتوری می تواند حجم و مصرف برق دستگاه را به میزان قابل توجهی کاهش دهد. علاوه بر این، تحقیق و استفاده از مواد جدید مانند فرامواد نیز ایده های جدیدی را برای بهبود عملکرد سیرکولاتورها ارائه می دهد که انتظار می رود از برخی جنبه ها از محدودیت های سیرکولاتورهای سنتی عبور کرده و به عملکرد الکترومغناطیسی بهتری دست پیدا کنیم.
مرجع
1. پوزار، DM، "مهندسی مایکروویو"، ویرایش چهارم، جان وایلی و پسران، 2012.
2 "طراحی و تجزیه و تحلیل سیرکولاتور موجبر" ادبیات پژوهشی مرتبط در زمینه فناوری مایکروویو.