Radar Temelleri

Ferrit Sirkülatörler

Ferrit sirkülatörü, yüksek frekanslı bir işaretin yalnızca girişi doğrudan takip eden terminalden çıkabilmesi için mıknatıslanmış ferrit malzemeleri kullanan, pasif, karşılıklı olmayan (non-reciprocal), üç terminalli bir aygıttır.

Ferrit bir malzemede statik bir manyetik öngerilim (bias) oluşturmak için kalıcı (permanent) bir mıknatıs kullanılır. Sonuç olarak, bu, elektrik işaretine yayılma yönüne bağlı olarak farklı bir yayılma hızı sağlar. 1.bağlantı noktasına yüksek frekanslı bir işaret beslendiğinde, enerjisi başlangıçta zıt yönlerde yayılan iki eşit parçaya bölünür. Farklı yayılma hızlarından dolayı, işaretin her iki yarısı da 3. bağlantı noktasında zıt fazdadır, dolayısıyla birbirlerini iptal ederler. 2.bağlantı noktasında işaretin her iki yarısı da aynı fazda olduğundan tam işareti oluşturmak için tekrar toplanırlar.

İdeal, kayıpsız bir ferrit sirkülatörü saçılma matrisine sahiptir:

(1)

Ferrit sirkülatörün simetrik tasarımı nedeniyle, port seçimine göre tanımlanmış bir yol yönünü belirlemek her zaman mümkündür. Bir porta anten bağlıysa, iletilen enerji her zaman antene yönlendirilirken, yankı işaretleri her zaman alıcıya giden yolu takip eder.

Resim 2: Üç portlu ferrit sirkülatör üzerinde S-parametreleri

Resim 2: Üç portlu ferrit sirkülatör üzerinde S-parametreleri

Bir sirkülatörün yalıtımı, çıkış portundan giriş portuna, yani ters yönde ekleme kaybıdır. Resim.1 deki sirkülatöre bakıldığında, eğer port 1 giriş portu ise, iki adet çıkış portu vardır ve dolayısıyla port 3'ten port 2'ye ve port 2'den port 1'e dönüş kaybına eşit iki yalıtım sağlanır. Daha küçük olan değer, yalnızca bir değer verildiğinde alıntılanan yalıtımdır. Eğer bu ideal bir sirkülatör olsaydı ve port 2 mükemmel bir şekilde eşleşseydi yalıtım değeri sonsuz olurdu. Bununla birlikte, sınırlı yalıtımın en yaygın nedeni, sirkülatörün mükemmel şekilde eşleşememesidir. Ancak pratikte bloke edilecek çıkışta sadece -20 ile -30 dB arasındaki değerlere ulaşılır. Ferrit sirkülatörleri genellikle radar donanımlarında dubleks aygıtları olarak kullanılır.

Ferrit sirkülatörler yansımalara karşı koruma sağlamak için de kullanılabilir ve bu nedenle izolatör olarak adlandırılırlar. Bu durumda, 3 numaralı porta, 2 numaralı porttan yansıyan enerjiyi ısıya dönüştüren ve 1 numaralı porttan 2 numaralı porta istenen işaret akış yönünün engelsiz geçişine izin veren, yeterince boyutlandırılmış bir sonlandırma direnci (dummy load) bağlanır.

Resim. 4, düşük güç için demonte (explosive diagram) bir ferrit sirkülatörünü göstermektedir. Yalnızca yük taşıma işlevi gören iki adet katı metal bloktan oluşur ve toplam hacmin en büyük bölümünü kaplar. Merkezdeki iletken hat bakırdan yapılmıştır. Boyutlar, metal blokların yüzeyi ile birlikte 50 Ω luk bir empedans oluşturacak şekilde seçilmiştir. İki ferrit plaka küçük bir tablet şeklindedir ve seramik bir diskin içine yerleştirilmiştir. Mekanik olarak tüm yapı yalnızca YF-soketleri aracılığıyla tutunur (burada N standardında). Ayrıca mekanik titreşimlerin işlevi etkilememesi için her şey birbirine yapıştırılmıştır.

Resim. 5, PRW-13  radarının radyo altimetresinin ferrit sirkülatörünü göstermektedir. Kalıcı manyetik alan burada bir elektromıknatısla oluşturulur.