도파관 서큘레이터는 정해진 포트 순서로 RF 에너지를 보내는 비상반 다중 포트 부품입니다. 일반적인 3포트 예는 1→2, 2→3, 3→1입니다. 신호를 증폭하지 않으며 실제 삽입 손실과 격리는 지정 대역에서 유한한 값을 가집니다.
비상반 동작의 원리
많이 사용되는 페라이트 구조에서는 자기 바이어스가 전자기장과 재료의 상호작용을 바꿉니다. 따라서 1→2와 2→1의 전송이 크게 다를 수 있습니다.
공진 접합 구조와 편파 회전을 이용하는 구조는 이를 구현하는 방법이 다릅니다. 모든 서큘레이터를 편파가 정확히 45° 회전하는 동일한 부품으로 설명하지 않습니다.
순환 방향과 번호는 제품 도면에서 확인합니다. 외형과 포트 수만 보고 송신기, 안테나와 부하를 연결하지 않습니다.
송신기를 보호하는 구성
1번에 송신기, 2번에 안테나, 3번에 정합 부하를 연결하면 안테나에서 돌아오는 전력은 주로 2→3으로 흐릅니다. 부하는 예상 반사 전력의 평균과 피크를 견뎌야 합니다.
이렇게 3포트 부품을 종단해 2포트 아이솔레이터 기능을 만들 수 있습니다. 서큘레이터 자체가 모든 반사 에너지를 흡수하는 것은 아닙니다. 부하가 잘 맞지 않으면 일부가 3→1로 다시 송신기 쪽에 전달될 수 있습니다.
수신기를 연결한 경우는 다르다
3번에 수신기를 연결하면 안테나 신호가 2→3으로 전달됩니다. 그러나 이 구성에서는 송신 누설과 안테나 반사도 수신기에 들어갈 수 있습니다.
필요에 따라 리미터, 스위칭 또는 다른 보호 구성이 있어야 합니다. 서큘레이터가 있다는 이유만으로 임의의 송신 전력에서 LNA가 보호된다고 볼 수 없습니다.
예를 들어 한 경로의 격리가 20 dB이면 해당 누설 전력은 입력의 1%입니다. 100 W 입력이라면 단순 계산은 1 W가 되며, 이것이 모든 수신기에 허용되는 것은 아닙니다. 안테나 반사 경로는 별도로 검토합니다.
삽입 손실과 격리를 읽는 방법
정합된 기준 포트에서 1→2 삽입 손실은 −20 log10|S21|로 표현할 수 있습니다. 억제하려는 1→3 경로의 양의 격리값은 −20 log10|S31|입니다.
0.2 dB 손실은 약 95.5%의 전력이 해당 포트로 전달되는 값으로, 99% 이상과 같지 않습니다. 0.5 dB라면 약 89.1%입니다.
이것은 수치 해석 예입니다. 모든 제품이 손실 0.5 dB 미만, 격리 20 dB 이상과 50 W 이상을 동시에 보증하지 않습니다. 측정하지 않은 포트의 종단도 결과에 영향을 줍니다.
대역·모드·인터페이스
도파관 단면, 플랜지와 원하는 모드를 대역에 맞춥니다. 단면의 차단만으로 페라이트 접합과 전이부를 포함한 전체 사용 대역이 정해지지 않습니다.
필터로 주파수 대역을 나누는 다이플렉서와도 다릅니다. 3포트라는 외형만으로 두 부품을 대체할 수는 없습니다.
전력과 열 조건
CW 또는 펄스, 펄스폭과 반복률, 부하 반사와 온도를 명시합니다. 손실은 발열을 만들며 국소 전계는 피크 전력의 한계와 관계됩니다.
부하 정격, 장착, 열전달과 자기 환경을 문서에 따라 평가합니다. 임의로 자석을 추가하거나 냉각 조건을 바꾸면 설계한 동작과 달라질 수 있습니다. 재료명만으로 20년 수명을 보증하지 않습니다.
검수 순서
- 포트 번호와 순환 방향을 확인합니다.
- 시험하지 않는 포트의 부하 조건을 정합니다.
- 주파수별 반사, 통과와 격리를 측정합니다.
- 전력과 열 성능은 별도로 검증합니다.
- 외부 부하의 불일치와 고장 조건을 검토합니다.
Microwaves101 서큘레이터 설명에서 비상반성과 경로를 확인할 수 있습니다. 실제 선택은 제품의 대역과 시험 조건을 기준으로 하며, 일부 우수한 수치를 전체 제품군의 보장값으로 사용하지 않습니다.
