서큘레이터
서큘레이터는 RF 시스템에서 마이크로파 또는 무선 주파수 신호 흐름의 방향을 정하는 데 도움이 됩니다. 일반적으로 3 또는 4포트 소자이며, 포트 1에 입력된 신호를 다음 포트로 전송합니다. 그림 1은 일반적인 서큘레이터 기호를 나타냅니다. 포트는 입력이자 출력일 수 있으며 또는 종단 시킬 수도 있습니다. 일반적으로 라인 임피던스는 50Ω입니다. SMA 또는 N타입 동축 커넥터가 보편적으로 많이 사용됩니다. 포트 1에서 입력된 신호는 2로, 2에서 입력된 신호는 3으로 그리고 3에서 입력된 신호는 1로 전송됩니다. 포트들은 자기 편향된 페라이트 물질로 결합된 대칭된 Y 접합으로 연결되어 있습니다. 자석과 함께 페라이트는 아래 그림과 같이 신호가 경로를 따라 순환할 수 있도록 자계 흐름을 생성해서 포트에서 (다음)포트로의 전송을 보장하게 됩니다. 서큘레이터는 입력 신호를 하나의 포트에서 다음 포트로 전송할 때 손실이 최소화 되도록 설계됩니다.
그림 1.
서큘레이터의 대표적인 용도는 듀플렉서를 대신해 사용하는 것입니다. 이를 통해 단일 경로에서 양방향 통신이 가능합니다. 수신기와 송신기가 격리되어 있지만 공통 안테나를 사용하는 레이더 및 무선 통신 시스템을 예로 들 수 있습니다. 이런 시스템들은 주파수, 편파 또는 타이밍에 기반할 수 있습니다. 서큘레이터와 듀플레서의 차이점은 일반적으로 서큘레이터가 더 저렴하다는 것입니다. 응용법이 그림 2에 나와 있습니다.
그림 2.
아이솔레이터
아이솔레이터는 신호를 전송하는 2개의 포트만 있고 세번째 포트는 종단 저항으로 접지에 연결된 서큘레이터입니다. 원치 않는 신호를 보내는 쓰레기통으로 생각할 수 있으며, 아이솔레이터는 과도한 반사 신호로부터 RF 부품을 보호합니다. 그림 3은 일반적인 아이솔레이터 기호를 나타냅니다. 포트 A에서 출력되는 신호에 포트 B가 잘 매칭되어 있다면, 신호는 최소한의 손실로 포트 B로 들어갈 것입니다. 매칭이 잘 되어 있지 않으면 반사된 신호는 포트 C로 전달되며 해당 신호는 열로 발산하게 됩니다. 포트 A는 입력이고 포트 B는 출력이기 때문에, 신호가 포트 B에서 다시 포트 A로 되돌아가면 신호를 왜곡하거나 포트에 손상을 줄 수 있으므로 이런 동작을 원치 않을 것입니다.
그림 3.
아이솔레이터의 대표적인 용도는 신호원과 테스트 대상 장치 사이에 두는 것입니다. 이렇게 하면 테스트 대상 장치의 반사 신호가 신호원으로 되돌아가는 것을 막을 수 있습니다. 이와 함께 테스트 대상 장치가 연결되지 않은 경우를 대비하여 종단된 포트가 신호원 전체를 처리할 수 있는지 반드시 확인해야 합니다. 종단된 포트가 (전반사 되어)들어오는 신호 전체를 처리할 수 없으면 종단이 손상되어 순환 흐름에 따라 입력 포트로 다시 돌아가게 됩니다. 응용법이 그림 4에 나와 있습니다.
그림 4.
RF 서큘레이터 및 아이솔레이터 선택하기
서큘레이터 또는 아이솔레이터를 선택할 때 고려해야 할 매개 변수 몇 가지:
주파수 - 최소한의 손실로 일정한 격리도를 유지하며 소자가 동작할 수 있는 범위.
삽입 손실 - 하나의 포트에서 다음 포트로 갈 때의 신호 손실. 1차 포트에의 입사 전력 대 다음 포트에서의 수신 전력의 차이.
전력 - 소자가 전기적 특성을 유지하면서 처리할 수 있는 전력량.
패키지 형태 - 다양한 폼 팩터: 드롭인, 표면 장착, 모듈 등
서큘레이터와 아이솔레이터는 RF 회로에서 신호를 제어하기 위한 저비용 솔루션입니다. 이들은 포트 간 손실을 최소화할 수 있을 뿐만 아니라 스스로를 보호하는 동시에 연결된 장치의 손상 방지에 도움이 됩니다.
내용과 이미지는 TDK의 FAQ로부터 제공받았습니다.
영문 원본: Circulators and Isolators