Der Unterschied zwischen HF-Isolatoren und HF-Zirkulatoren

In der Praxis werden HF-Isolatoren und HF-Zirkulatoren oft gleichzeitig erwähnt.
Welcher Zusammenhang besteht zwischen HF-Isolatoren und HF-Zirkulatoren? Worin liegt der Unterschied?
Dieser Artikel befasst sich mit der Diskussion dieser Themen.
Ein Hochfrequenzisolator, auch als unidirektionales Bauteil bekannt, sendet elektromagnetische Wellen nur in eine Richtung. Bei der Ausbreitung in Vorwärtsrichtung können die elektromagnetischen Wellen die gesamte Leistung an die Last abgeben und die von der Last reflektierten Wellen stark dämpfen. Diese unidirektionale Übertragungseigenschaft kann genutzt werden, um die Auswirkungen von Laständerungen auf die Signalquelle zu isolieren.
HF-Zirkulatoren sind verzweigte Übertragungssysteme mit nichtreziproken Eigenschaften. Die üblicherweise verwendeten Ferrit-HF-Zirkulatoren sind Y-förmige HF-Zirkulatoren, die aus drei symmetrisch in einem Winkel von 120° zueinander angeordneten Zweigleitungen bestehen.

1.Was ist ein HF-Isolator?
Ein Hochfrequenzisolator, auch als unidirektionales Bauteil bekannt, sendet elektromagnetische Wellen nur in eine Richtung. Bei der Ausbreitung in Vorwärtsrichtung können die elektromagnetischen Wellen die gesamte Leistung an die Last abgeben und die von der Last reflektierten Wellen stark dämpfen. Diese unidirektionale Übertragungseigenschaft kann genutzt werden, um die Auswirkungen von Laständerungen auf die Signalquelle zu isolieren. Am Beispiel eines beweglichen Feldisolators wird das Funktionsprinzip eines Ferrit-HF-Isolators näher erläutert.

Feldverschiebungsisolatoren basieren auf den unterschiedlichen Feldverschiebungseffekten von Ferrit auf die in zwei Richtungen übertragenen Wellenmoden. Dazu werden Dämpfungsplatten seitlich auf die Ferritplatte aufgebracht. Aufgrund der unterschiedlichen Feldabweichungen in den beiden Übertragungsrichtungen wird das elektrische Feld der in Vorwärtsrichtung (-z-Richtung) übertragenen Welle zur Seite ohne Dämpfungsplatten hin verschoben, während das elektrische Feld der in Rückwärtsrichtung (+z-Richtung) übertragenen Welle zur Seite mit Dämpfungsplatten hin verschoben wird. Dadurch wird die Isolationsfunktion geringer Vorwärtsdämpfung und hoher Rückwärtsdämpfung erreicht (siehe Abbildung).2.

2.Was ist ein HF-Zirkulator?
HF-Zirkulatoren sind verzweigte Übertragungssysteme mit nichtreziproken Eigenschaften. Die üblicherweise verwendeten Ferrit-HF-Zirkulatoren sind Y-förmig (siehe Abb. 3a) und bestehen aus drei symmetrisch im Winkel von 120° zueinander angeordneten Zweigleitungen. Bei einem externen Magnetfeld von null ist das Ferrit nicht magnetisiert, sodass der Magnetismus in alle Richtungen gleich ist. Wird ein Signal über die Zweigleitung „①“ eingespeist, entsteht am Ferritübergang ein Magnetfeld gemäß Abb. 3b. Da für die Zweige „②“ und „③“ die gleichen Bedingungen gelten, wird das Signal zu gleichen Teilen ausgegeben. Wird ein geeignetes Magnetfeld angelegt, wird das Ferrit magnetisiert, und aufgrund der Anisotropie entsteht am Ferritübergang ein elektromagnetisches Feld gemäß Abb. 3c. Wird ein geeignetes Magnetfeld angelegt, magnetisiert sich das Ferrit. Aufgrund der Anisotropie entsteht am Zweig „②“ ein Signal, während das elektrische Feld am Zweig „③“ null ist und kein Signal ausgegeben wird. Wird zusätzlich ein Signal am Zweig „②“ angelegt, erzeugt der Zweig „③“ ein Signal, der Zweig „①“ jedoch nicht. Umgekehrt erzeugt der Zweig „③“ ein Signal, der Zweig „①“ jedoch nicht. Es bildet sich somit eine unidirektionale Zirkulation von „①“ → „②“ → „③“ → „①“, die in umgekehrter Richtung nicht existiert. Daher spricht man von einem HF-Zirkulator.