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環(huán)形器是一個多端口器件，其中電磁波的傳輸只能沿單方向環(huán)行，例如在下圖中，信號只能沿①→②→③→①方向傳輸，反方向是隔離的，以此類推，故稱為環(huán)形器。在近代雷達和微波多路通信系統(tǒng)中都要用單方向環(huán)行特性的器件。例如，在收發(fā)設(shè)備共用一副天線的雷達系統(tǒng)中常用環(huán)形器作雙工器。在微波多路通信系統(tǒng)中，用環(huán)形器可以把不同頻率的信號分隔開。隔離器用于屏蔽其輸入側(cè)的設(shè)備免受其輸出側(cè)的條件的影響；例如，以防止微波源由失配的負載失諧。

                              

 

No1  環(huán)形器的基本原理：

環(huán)形器是一種利用微波鐵氧體材料做成的特殊器件，可以做成同軸結(jié)構(gòu)，也可以做成波導結(jié)構(gòu)。其中以微帶三端環(huán)形器用的多，用鐵氧體材料作介質(zhì)，上置導帶結(jié)構(gòu)，加恒定磁場，就具有環(huán)行特性。如果改變偏置磁場的方向，環(huán)行方向就會改變。

 

No2  環(huán)形器的特點：

環(huán)形器的突出特點是單向傳輸高頻信號能量，它控制電磁波沿某一方向環(huán)行傳輸，多用于高頻功率放大器的輸出端與負載之間，起到各自獨立，互相“隔離”的作用。負載阻抗在變化甚至開路或短路的情況下都不影響功放的工作狀態(tài)，從而保護了功率放大器。環(huán)形器具有體積小、頻帶寬、插損小等特點。

 

No3  環(huán)形器的功能：

環(huán)形器的功能是保證微波功率的單向循環(huán)傳輸，而反向則是隔離的，將其等效為一個三口網(wǎng)絡(luò)，它應是一個非互易網(wǎng)絡(luò)。

 

No4  環(huán)形器的性能問題：

對于相對頻寬小于15％的低場環(huán)形器和隔離器，一般都不會出現(xiàn)峰值（即高次模）。對于大于25％寬頻時，有人認為鐵氧體結(jié)環(huán)形器，相當于開路諧振器。在這個諧振器中有混合諧振模、即高次模，這個高次模在中心導體和接地面間的縱向不均勻，磁場磁化不均勻，它擾亂了鐵氧體環(huán)形器的場分布，同時，還有大量輻射能量，還由于高次模的產(chǎn)生使輸入、輸出電路中的阻抗元件直接耦合，還能形成附諧振電路。在這個諧振頻率使損耗加大，使輸出的相位發(fā)生旋轉(zhuǎn)，破壞環(huán)行器的特性。

 

解決方法有  

 01    中心導體不能偏離對稱面。保證中心導體的中心與樣品圓心同心合一

 02    鐵氧體無氣孔。鐵氧體樣品面的平整、光滑、無缺

 03    鐵氧體和接地之間有良好的接觸

 04    外加偏壓磁場要均勻

 05    裝焊清潔無異物

 06    樣品接地面加軟錫箔。焊點要平整、光滑、無虛焊現(xiàn)象

 

No5  環(huán)形器的應用：

 01   隔離器

當三端口環(huán)形器的一個端口在匹配的負載端接時，它可以用作隔離器，因為信號可以在其余端口之間僅在一個方向上行進。隔離器用于屏蔽其輸入側(cè)的設(shè)備免受其輸出側(cè)的條件的影響;例如，以防止微波源由失配的負載失諧。

 

 02   雙工器

在雷達中，循環(huán)器被用作一種類型的雙工器，以將信號從發(fā)射機路由到天線以及從天線到接收機，而不允許信號直接從發(fā)射機到達接收機。雙工器的替代類型是在將天線連接到發(fā)射器和接收器之間交替的發(fā)射-接收開關(guān)（TR開關(guān)）。

在下一代蜂窩通信中，人們傾向于全雙工無線電，因為它可以以相同的頻率同時發(fā)送和接收信號?？紤]到當前有限的、擁擠的頻譜資源，全雙工可以直接地有益于無線通信兩倍的數(shù)據(jù)輸入輸出速度。仍然使用“半雙工”執(zhí)行無線通信，在不同的時間幀發(fā)送或接收信號，如果在相同的頻率（通常在雷達中），以不同的頻率同時發(fā)送和接收信號（由稱為雙工器的一組濾波器實現(xiàn)）。

 

 03   反射放大器

反射放大器是一種利用諸如隧道二極管和耿氏二極管的負微分電阻二極管的微波放大器電路。負差分電阻二極管可以放大信號，并且通常在微波頻率下比兩端口器件表現(xiàn)更好。然而，由于二極管是單端口（兩端）器件，需要非互易分量來將輸出放大信號與輸入-輸入信號分離。通過使用具有連接到一個端口的信號輸入的3端口環(huán)行器，連接到第二個的偏置二極管，連接到第三個的輸出負載，輸出和輸入可以被斷開。