Oběhové čerpadlo - Circulator - Wikipedia

Tento článek je o rádiových nebo mikrovlnných oběhových čerpadlech. Pro další použití viz Oběhové čerpadlo (disambiguation).
ANSI a IEC Standard schematický symbol pro oběhové čerpadlo (s každým portem vlnovodu nebo přenosového vedení nakresleným jako jedno vedení, spíše než jako pár vodičů)

A oběhové čerpadlo je pasivní, ne-reciproční tři nebo čtyřipřístav zařízení, ve kterém a mikrovlnná trouba nebo rádiová frekvence signál vstupující do libovolného portu je přenášen na další port v rotaci (pouze). A přístav v této souvislosti je to bod, kdy externí vlnovod nebo přenosové vedení (například a mikropáskový linka nebo a koaxiál ), připojí se k zařízení. U tříportového oběhového čerpadla vychází signál aplikovaný na port 1 pouze z portu 2; signál aplikovaný na port 2 vychází pouze z portu 3; signál aplikovaný na port 3 vychází pouze z portu 1, takže na až do fázový faktor, rozptylová matice pro ideální třícestné oběhové čerpadlo je

Optické oběhové čerpadlo mají podobné chování.

Typy

A vlnovod oběhové čerpadlo používané jako izolátor umístěním a shodné zatížení na portu 3. Štítek na permanentním magnetu označuje směr oběhu.

V závislosti na použitých materiálech oběhová čerpadla spadají do dvou hlavních kategorií: feritová oběhová čerpadla a neferitová oběhová čerpadla.

Ferit

Feritová oběhová čerpadla jsou vysokofrekvenční oběhová čerpadla, která jsou složena z magnetizovaných ferit materiály. Spadají do dvou hlavních tříd: 4-portová vlnovodová oběhová čerpadla založená na Faradayova rotace vln šířících se v magnetizovaném materiálu,[1][2] a 3portové oběhové oběhové čerpadlo typu „Y-junction“ založené na potlačení vln šířících se dvěma různými cestami v blízkosti magnetizovaného materiálu. Vlnovodové oběhové čerpadlo může být jakéhokoli typu, zatímco na základě je založeno na kompaktnějších zařízeních páskové vedení jsou typu 3-port.[3][4] Dva nebo více Y-spojů lze kombinovat do jedné komponenty a získat tak čtyři nebo více portů, ale tyto se liší chováním od skutečného 4-portového oběhového čerpadla. Permanentní magnet produkuje magnetický tok vlnovodem. Ferimagnetické granát krystal se používá v optické oběhové čerpadlo.

Ačkoli feritová oběhová čerpadla mohou poskytovat dobrou „dopřednou“ cirkulaci signálu a současně výrazně potlačovat „reverzní“ cirkulaci, jejich hlavními nedostatky, zejména při nízkých frekvencích, jsou objemné velikosti a úzká šířka pásma.

Nonferrite

Počáteční práce na neferitových oběhových čerpadlech zahrnuje aktivní oběhová čerpadla využívající tranzistory, které nejsou vzájemné povahy.[5] Na rozdíl od feritových oběhových čerpadel, která jsou pasivními zařízeními, aktivní oběhová čerpadla vyžadují napájení. Hlavní problémy spojené s aktivními oběhovými čerpadly založenými na tranzistorech jsou omezení výkonu a degradace signálu na šum,[6] které jsou kritické, když se používá jako duplexní jednotka pro udržení vysokého vysílacího výkonu a čistého příjmu signálu z antény.

Varaktory nabídnout jedno řešení. Jedna studie používala strukturu podobnou časově proměnnému přenosovému vedení s efektivní nereciprocitou spouštěnou jednosměrně se šířící nosnou pumpou.[7] Je to jako aktivní oběhové čerpadlo na střídavý proud. Výzkum tvrdil, že je schopen dosáhnout pozitivního zisku a nízkého šumu pro přijímací cestu a širokopásmovou nereciprocitu. Další studie použila rezonanci s nereciprocitou vyvolanou předpětím momentu hybnosti, která přesněji napodobuje způsob, který signály pasivně cirkulují ve feritovém oběhovém zařízení.[8]

V roce 1964 Mohr představil a experimentálně demonstroval oběhové čerpadlo založené na přenosových vedeních a výhybkách.[9] V dubnu 2016 výzkumný tým významně rozšířil tento koncept a představil integrovaný obvod oběhové čerpadlo založené na koncepcích filtrování N-cesty.[10][11] Nabízí potenciál pro plně duplexní komunikaci (vysílání a příjem současně s jedinou sdílenou anténou na jedné frekvenci). Zařízení používá kondenzátory a hodiny a je mnohem menší než konvenční zařízení.[12]

Aplikace

Izolátor

Když je jeden port třícestného oběhového čerpadla ukončen shodnou zátěží, lze jej použít jako izolátor, protože signál může cestovat pouze jedním směrem mezi zbývajícími porty.[13] Izolátor se používá k stínění zařízení na jeho vstupní straně před účinky podmínek na jeho výstupní straně; například zabránit tomu, aby byl mikrovlnný zdroj rozladěn neodpovídající zátěží.

Duplexní jednotka

v radar, oběhová čerpadla se používají jako typ duplexní jednotka, směrovat signály z vysílač do anténa a od antény k přijímač, aniž by bylo umožněno přímému přenosu signálů z vysílače do přijímače. Alternativní typ duplexeru je a přepínač vysílání-příjem (Přepínač TR), který střídavě připojuje anténu k vysílači a přijímači. Použití cvrlikaných pulzů a vysokého dynamického rozsahu může vést k časovému překrytí vyslaných a přijatých pulzů, což však vyžaduje pro tuto funkci oběhové čerpadlo.

V budoucí generaci mobilní komunikace, lidé mluví o plně duplexních rádiích, kde lze signály současně vysílat a přijímat na stejné frekvenci. Vzhledem k aktuálně omezenému zdroji přeplněného spektra může plně duplexní provoz přímo využívat bezdrátovou komunikaci dvojnásobnou rychlostí datové propustnosti. V současné době se bezdrátová komunikace stále provádí pomocí „poloduplexu“, kdy jsou signály vysílány nebo přijímány v různých časových rámcích, pokud jsou na stejné frekvenci (obvykle v radaru), nebo jsou signály vysílány a přijímány současně na různých frekvencích (realizováno sadou filtrů nazývaných diplexer).

Reflexní zesilovač

Zesilovač odrazu mikrovlnné diody pomocí oběhového čerpadla

A odrazový zesilovač je typ obvodu mikrovlnného zesilovače využívajícího záporný diferenciální odpor diody jako např tunelové diody a Gunn diody. Záporné diody diferenciálního odporu mohou zesilovat signály a často fungují lépe na mikrovlnných frekvencích než zařízení se dvěma porty. Jelikož je však dioda jednoportovým (dvěma terminály) zařízením, je k oddělení odchozího zesíleného signálu od příchozího vstupního signálu nutná nereciproční složka. Použitím 3-portového oběhového čerpadla se vstupem signálu připojeným k jednomu portu, předpjatou diodou připojenou k druhému a výstupním zatížením připojeným ke třetímu, lze výstup a vstup odpojit.

Reference

  1. ^ Hogan, C. Lester (Leden 1952). „Ferromagnetický Faradayův efekt na mikrovlnné frekvence a jeho aplikace - mikrovlnný gyrátor“. The Bell System Technical Journal. 31 (1): 1–31. doi:10.1002 / j.1538-7305.1952.tb01374.x. ve kterém je navržen čtyřportový Faradayův rotační oběh.
  2. ^ Hogan, C. Lester (1953), „Feromagnetický Faradayův jev na mikrovlnných frekvencích a jeho aplikace“, Recenze moderní fyziky, 25 (1): 253–262, Bibcode:1953RvMP ... 25..253H, doi:10.1103 / RevModPhys.25.253
  3. ^ Bosma, H. (01.01.1964). „On Stripline Y-Circulation at UHF“. Transakce IEEE na mikrovlnné teorii a technikách. 12 (1): 61–72. Bibcode:1964ITMTT..12 ... 61B. doi:10.1109 / TMTT.1964.1125753. ISSN  0018-9480.
  4. ^ Fay, C.E .; Comstock, R.L. (1965-01-01). "Provoz oběhového čerpadla s feritovým spojem". Transakce IEEE na mikrovlnné teorii a technikách. 13 (1): 15–27. Bibcode:1965ITMTT..13 ... 15F. doi:10.1109 / TMTT.1965.1125923. ISSN  0018-9480. S2CID  111367080.
  5. ^ Tanaka, S .; Shimomura, N .; Ohtake, K. (01.03.1965). "Aktivní oběhová čerpadla - Realizace oběhových čerpadel využívajících tranzistory". Sborník IEEE. 53 (3): 260–267. doi:10.1109 / PROC.1965.3683. ISSN  0018-9219.
  6. ^ Carchon, G .; Nanwelaers, B. (2000-02-01). "Omezení výkonu a hluku aktivních oběhových čerpadel". Transakce IEEE na mikrovlnné teorii a technikách. 48 (2): 316–319. Bibcode:2000ITMTT..48..316C. doi:10.1109/22.821785. ISSN  0018-9480.
  7. ^ Qin, Shihan; Xu, Qiang; Wang, Y.E. (2014-10-01). "Nereciproční komponenty s distribučně modulovanými kondenzátory". Transakce IEEE na mikrovlnné teorii a technikách. 62 (10): 2260–2272. Bibcode:2014ITMTT..62.2260Q. doi:10.1109 / TMTT.2014.2347935. ISSN  0018-9480.
  8. ^ Estep, N. A .; Sounas, D.L .; Alù, A. (2016-02-01). „Bezmagnetické mikrovlnné oběhové čerpadlo založené na časoprostorově modulovaných prstencích spřažených rezonátorů“. Transakce IEEE na mikrovlnné teorii a technikách. 64 (2): 502–518. doi:10.1109 / TMTT.2015.2511737. ISSN  0018-9480.
  9. ^ Mohr, Richard (1964). Msgstr "Nové nereciproční zařízení přenosové linky". Sborník IEEE. 52 (5): 612. doi:10.1109 / PROC.1964.3007.
  10. ^ „Nový plně duplexní rádiový čip vysílá a přijímá bezdrátové signály najednou“. IEEE Spectrum: Technology, Engineering, and Science News. 2016-04-15. Citováno 2016-07-22.
  11. ^ Reiskarimian, Negar; Krishnaswamy, Harish (2016-04-15). „Non-reciprocita bez magnetů na základě rozložené komutace“. Příroda komunikace. 7: 11217. Bibcode:2016NatCo ... 711217R. doi:10.1038 / ncomms11217. PMC  4835534. PMID  27079524.
  12. ^ „Další velká budoucnost: Nový miniaturizovaný oběhový systém otevírá cestu ke zdvojnásobení bezdrátové kapacity“. nextbigfuture.com. 18. dubna 2016. Citováno 2016-04-19.
  13. ^ Popis oběhového čerpadla viz Jachowski (1976)

Další čtení

externí odkazy