MWAVE-LABORATORY ~ RFDH version ~

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써큘레이터/아이솔레이터 (Circulator/Isolator)

이 단원에서는 마이크로파 회로에 애용되는 서큘레이터/아이솔레이터에 대해 설명하도록 하겠습니다.

위의 그림에 회로도를 나타내었으며, 우선 각각의 동작에 대해 알아보도록 하겠습니다.

☆ 써큘레이터의 동작 ☆
- Port 1 으로부터 입력된 신호는 화살표 방향을 따라 Port 2 에서 출력된다.
- Port 2 으로부터 입력된 신호는 Port 3 에서 출력된다.
- Port 3 으로부터 입력된 신호는 Port 1 에서 출력된다.

☆ 아이솔레이터의 동작 ☆
아이솔레이터는 비가역적으로 한쪽 방향으로만 신호가 전송되는 회로를 말합니다. 그러한 기능을 구현하는 구조는 몇가지 종류가 있습니다만, 주로 위 그림처럼 서큘레이터의 한쪽 포트를 종단시키는 방법이 가장 애용되고 있습니다.

그림에서 보여지듯이, Port 1으로 입력된 신호는 Port 2로 출력됩니다. 반면 Port 2에서 입력된 신호는 저항으로 종단(termination) 되기 때문에, Port 1 에서 출력되지 않습니다. 즉 Port 2에서 입력된 역방향 신호는 Port 1에서 출력되지 않을 뿐만 아니라, 같은 특성임피던스의 저항을 이용해 정합된 종단부에서 깨끗하게 제거됩니다.

☆ 써큘레이터의 용도 ☆
역시 가장 흔한 용도로는 아이솔레이터 용일 것입니다. 또는 윗그림에서 Port 3을 안테나, Port 1을 Rx, Port2를 TX 로 연결하여 송수신기에서 duplexer 대용으로 사용하는 것도 가능합니다.

그 외에도 마이크로파 대역에서 건 다이오드 등의 부성저항을 이용할 때, Port 1에 입력된 신호를 Port 2로 출력시키고 곧바로 부성저항 다이오드를 연결하여, 증폭되는 반사파를 Port 3에서 출력시키는 경우에도 사용이 가능합니다. 그렇지만 최근에는 마이크로파 대역에서도 충분히 사용할 만한 트랜지스터들이 많이 나와있기 때문에, 실제로 써큘레이터를 이용하는 사례는 거의 사라지고 있습니다.

☆ 아이솔레이터의 용도 ☆
매칭용으로 사용되는 경우가 많습니다. 예를 들어 FET를 사용한 LNA에서 잡음지수를 최소화하는 입력매칭회로를 구현하게 되면, 50Ω 에서 꽤 떨어진 임피던스가 되는 경우가 많습니다. 이런 경우 다른 50Ω 기기와의 원활한 접속을 위해 중간에 아이솔레이터를 삽입하여 매칭을 개선하는 경우가 많습니다.

또한 고출력 전력증폭기 등에서 출력부 미스매칭에 의한 반사신호가 증폭기로 역류되어, 소자가 파괴되는 경우를 막기 위해 사용하는 경우도 많습니다. 이 경우 반사된 신호는 아이솔레이터 내의 종단저항에서 열로 소모되는 구조이기 때문에, 종단 저항의 최대허용전력이 얼마인지에 주의를 기울여야 합니다.

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