Ein Hohlleiterzirkulator ist ein nichtreziprokes RF-Bauteil, das Leistung in einer bestimmten Portfolge weiterleitet. Ein Dreitorbeispiel ist 1→2, 2→3 und 3→1. Es verstärkt das Signal nicht und besitzt innerhalb seiner Band endliche Dämpfung und Isolation.
Nichtreziprozität und Ferrit
Bei vielen Ausführungen beeinflusst magnetisch vorgespannter Ferrit die Wechselwirkung mit dem Feld. Dadurch kann die Übertragung 1→2 stark von 2→1 abweichen.
Resonante Verzweigungen und auf Polarisationsdrehung beruhende Strukturen setzen das Prinzip verschieden um. Nicht jeder Zirkulator ist derselbe Abschnitt, der das Feld exakt um 45° dreht.
Die Richtung ist modellabhängig. Prüfen Sie Pfeile und Portnummern, bevor Sender, Antenne und Last angeschlossen werden.
Schutz des Senders
Liegt der Sender an Port 1, die Antenne an 2 und eine angepasste Last an 3, gelangt die Antennenreflexion hauptsächlich zur Last. Diese muss reflektierte Mittel- und Spitzenleistung aufnehmen können.
Die Terminierung ergibt eine Zweitor-Isolatorfunktion aus dem Dreitorzirkulator. Das Zirkulatorgehäuse absorbiert nicht automatisch die gesamte reflektierte Leistung.
Eine schlecht angepasste Last kann einen Teil wieder über 3→1 zum Sender leiten. Prüfen Sie Belastbarkeit, Kühlung und die gesamte Rücklaufstrecke.
Empfänger am dritten Port
Ein anderer Aufbau verbindet einen Empfänger mit Port 3, um Signale von der Antenne über 2→3 zu erhalten. Beim Senden können dann Antennenreflexion und endliche direkte Isolation den Empfänger belasten.
Begrenzer, Schalter, Filter oder weitere Schutzmaßnahmen können entsprechend der Architektur erforderlich sein. Der Zirkulator allein garantiert keine unbegrenzte Empfängerfestigkeit oder vollständigen gleichzeitigen Betrieb auf demselben Kanal.
Dämpfung und Isolation lesen
Mit definierten Ports und Referenzen ist die positive Dämpfung für 1→2 gleich −20 log10|S21|. Die Isolation einer unerwünschten Strecke 1→3 ist entsprechend −20 log10|S31|.
0,5 dB Dämpfung entsprechen ungefähr 89,1% übertragener Leistung. 20 dB Isolation bedeuten ein Leistungsverhältnis von 1%, nicht völlige Trennung.
Bei 10 W Eingangsleistung ergeben 20 dB Isolation im vereinfachten Leckpfad noch 100 mW. Ob das zulässig ist, richtet sich nach Empfängergrenzen und Blockierung, nicht allein nach dem Wort hohe Isolation.
Band und Schnittstellen
Hohlleitermode, Querschnitt, Flansche und Übergänge müssen zusammenpassen. Die geometrische Grenzfrequenz des Rohres legt nicht allein die Band von Ferrit und Verzweigung fest.
4–8 GHz, 500 W oder −40 bis +85°C sind keine gemeinsamen Werte aller Modelle. Auch ein einzelner guter S11-Wert beschreibt nicht alle Portkombinationen und Bandränder.
Leistung und Temperatur
Geben Sie CW oder Impulsbetrieb, Mittelwert, Spitze, Pulsbreite, Wiederholung, Lastreflexion und Temperatur an. Lokale Felder, Wärmeabfuhr und Druck können relevant sein.
Umgebende Magnetfelder und mechanische Änderungen müssen zur Dokumentation passen. Zusätzliche Magnete oder beliebige Kühlkörper sind keine allgemeine Optimierungsmethode.
Abnahme
- Portfolge und angeschlossene Lasten dokumentieren.
- Die benötigten Referenzebenen kalibrieren.
- Reflexion, Nutzübertragung und unerwünschte Wege über die Band messen.
- Leistung und thermische Bedingungen separat prüfen.
- Fehlanpassung und mögliche Lastfehler im System bewerten.
Ein Kleinsignal-VNA-Nachweis ersetzt keinen Volllastversuch. Die Zirkulatorgrundlagen von Microwaves101 erläutern Portfolge und Isolation. Die freigegebenen Grenzwerte stammen aus den Unterlagen des konkreten Bauteils.
