在現(xiàn)有的無線通信系統(tǒng)中，發(fā)射機是有一個重要的組成部分，由功率放大器(PA)、耦合器、環(huán)形器、連接器、雙工器及天線等部分組成，其中耦合器用于鏈路的相關(guān)監(jiān)測功能，環(huán)形器用于保護功放管，連接器將輸出信號傳輸?shù)诫p工器。在無線領(lǐng)域都是類似的設(shè)計，但是隨著無線通信發(fā)展，對小型化的要求越來越高。環(huán)形器作為一種各向異性元件，在微波和射頻通信領(lǐng)域有非常重要的作用，通過其單向傳輸?shù)奶匦裕梢员Ｗo電路中元件免受無用信號的損害，也可以使同一電路實現(xiàn)發(fā)送和接收信號的雙工功能。

環(huán)行器是將進入其任一端口的入射波，按照由靜偏磁場確定的方向順序傳入下一個端口的多端口器件。環(huán)行器又叫隔離器 是有數(shù)個端的非可逆器件。其顯著特點為能夠單向傳輸高頻信號能量，分為微光學(xué)光纖、電子環(huán)行器，在隔離器、雙工器、反射放大器中有良好的應(yīng)用。

環(huán)行器定義

將進入其任一端口的入射波，按照由靜偏磁場確定的方向順序傳入下一個端口的多端口器件。環(huán)行器是有數(shù)個端的非可逆器件。比如：從1端口輸入信號，信號只能從2端口輸出，同樣，從2端口輸入的信號只能從3端口輸出，以此類推，故稱作環(huán)行器。

特點及應(yīng)用

環(huán)行器又叫隔離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環(huán)行方向傳輸。這種單向傳輸高頻信號能量的特性，多用于高頻功率放大器的輸出端與負(fù)載之間,起到各自獨立,互相“隔離”的作用。負(fù)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)行器單向傳輸的原理

是由于采用了鐵氧體旋磁材料。這種材料在外加高頻波場與恒定直流磁場共同作用下，產(chǎn)生旋磁特性（又稱張量磁導(dǎo)率特性）。正是這種旋磁特性，使在鐵氧體中傳播的電磁波發(fā)生極化的旋轉(zhuǎn)（法拉第效應(yīng)），以及電磁波能量強烈吸收（鐵磁共振），正是利用這個旋磁現(xiàn)象，制做出結(jié)型隔離器、環(huán)行器。它具有體積小、頻帶寬、插損小等特點，因而應(yīng)用十分廣泛。

環(huán)行器是一種具有非互易特性的分支傳輸系統(tǒng), 常用的鐵氧體環(huán)行器是 Y 形結(jié)環(huán) 行器, 如圖 3(a)所示, 它是由三個互成 120°的角對稱分布的分支線構(gòu)成.當(dāng)外加磁場為 零時, 鐵氧體沒有被磁化, 因此各個方向上的磁性是相同的.當(dāng)信號從分支線"①"輸入時, 就會在鐵氧體結(jié)上激發(fā)如圖 3(b)所示的磁場, 由于分支"②, ③"條件相同, 信號是等分 輸出的. 當(dāng)外加合適的磁場時, 鐵氧體磁化, 由于各向異性的作用, 在鐵氧體結(jié)上激發(fā)如圖 3(c)所示的電磁場, 當(dāng)外加合適的磁場時, 鐵氧體磁化, 由于各向異性的作用,分支"②"處 有信號輸出, 而分支"③"處電場為零, 沒有信號輸出. 同樣由分支"②"輸入時, 分支"③"有輸 出, 而分支"①"無輸出; 由分支"③"輸入時, 分支"①"有輸出而分支"②"無輸出. 可見, 它 構(gòu)成了"①"→"②"→"③"→"①"的單向環(huán)行流通, 而反向是不通的, 故稱為環(huán)行器。

環(huán)形器結(jié)構(gòu)
采用結(jié)型帶線結(jié)構(gòu)，雙Y形中心導(dǎo)體置于兩片旋磁鐵氧體樣品之間，組成樣品結(jié)，在樣品結(jié)周圍各置三片磁石，使整個樣品結(jié)產(chǎn)生一均勻恒定的磁場。隔離器、環(huán)行器端口由帶線轉(zhuǎn)為同軸線，通過正確的設(shè)計它，可使樣品結(jié)和同軸線有良好的匹配，滿足隔離器、環(huán)行器各種性能的要求，當(dāng)在負(fù)載失配的情況下，反射能量將沿著藍(lán)線所標(biāo)的方向流到外接的吸收電阻上，能量被電阻所吸收。

端口構(gòu)件
環(huán)行器為三端口器件，當(dāng)端口1為輸入，端口2為輸出，則3端口為隔離端口，能量幾乎不能穿過，以此類推，一般UHF讀寫器上用環(huán)行器為順時針方向流通，當(dāng)端口1為TX輸出時，RF信號會從端口2而流過，而端口3即RX端口為隔離端，具體隔離度需參考器件參數(shù)和LAYOUT效果，相反，當(dāng)端口2作為收發(fā)復(fù)用端接收信號時，信號會按順時針進入端口3，此時泄露到TX端口的能量非常小，可以忽略，而TX泄露到RX端口的能量很大程度上影響著接收機靈敏度即實際識別效果，因此需根據(jù)接收端LNA參數(shù)，在RX端加衰減器對TX泄露信號進行有效隔離，但由此產(chǎn)生一個問題，因為RX接收的有用信號本身已經(jīng)很少，在進行TX端泄露信號衰減的同時，RX端有用信號也被進一步削弱，因此也會影響到LNA的接收，因此，用環(huán)行器做收發(fā)隔離只能在一定程度上產(chǎn)生效果，對于TX輸出功率給定且ERP不超過相關(guān)規(guī)定的情況下，要提高接收機靈敏度，必須考慮增大收發(fā)兩路的隔離度，方法有很多，視具體需求而定。

環(huán)形器分類

微光學(xué)光纖

微光學(xué)光纖環(huán)行器，它利用了微光學(xué)原理制作而成。雙折射晶體和45°法拉第旋轉(zhuǎn)器安放在毛細(xì)管內(nèi)的中部，毛細(xì)管的一端安放有保偏準(zhǔn)直器，保偏準(zhǔn)直器的一端與45°法拉第旋轉(zhuǎn)器膠粘連接，保偏準(zhǔn)直器的另一端膠粘有保偏光纖，毛細(xì)管的另一端安放有并行排放的第一準(zhǔn)直器和第二準(zhǔn)直器，第一準(zhǔn)直器和第二準(zhǔn)直器一端與雙折射晶體一端膠粘連接，第一準(zhǔn)直器的另一端膠粘有第一光纖，第二準(zhǔn)直器的另一端膠粘有第二光纖。本實用新型結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，溫度性能穩(wěn)定，可在-40℃～+85℃溫度范圍內(nèi)工作。

電子環(huán)行器
電子環(huán)行器可實現(xiàn)耦合信號，峰值檢波，電壓比較。解決了環(huán)行器體積大成本高的問題，并且用發(fā)光二極管來指示電路是否對運放進行保護。測試結(jié)果表明：經(jīng)過反復(fù)的測試和調(diào)試發(fā)現(xiàn)設(shè)計的電路基本成功代替了環(huán)行器起到了保護運放的作用。耦合器起到了耦合信號的作用，峰值檢波起到了檢波信號的作用，電壓比較器起到了對輸出電壓信號的放大作用。

環(huán)形器應(yīng)用
隔離器

當(dāng)三端口環(huán)行器的一個端口在匹配的負(fù)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。 [2]  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(fù)載失諧。

環(huán)行器與隔離器基本理論

環(huán)行器與隔離器是一類微波鐵氧體器件，通過鐵氧體控制微波信號的傳輸。由于其具有非互易性，正向插損很小，而反向時則能量絕大部分被吸收。環(huán)行器和隔離器依靠磁場來完成非互易性的工作，但僅有磁場而沒有微波鐵氧體，微波信號的傳輸仍然可以互易。器件中的微波鐵氧體決定了它的諧振頻率。

雙工器

在雷達(dá)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(dá)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。考慮到當(dāng)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(dá)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)）。

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(fù)微分電阻二極管的微波放大器電路。負(fù)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(fù)載，輸出和輸入可以被斷開。

 





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