マイクロ波システムにおける3ポートサーキュレータの原理と応用

3ポートサーキュレーターは、信号ルーティング、絶縁、デュプレックスなどの用途で広く使用される重要なマイクロ波/RFデバイスです。この記事では、その構造原理、性能特性、そして代表的な用途について簡単に紹介します。

3ポートとはサーキュレーター?

3ポートサーキュレーター受動的な非可逆3ポートデバイスであり、信号はポート間で固定方向にのみ循環します。

ポート 1 からの入力 → ポート 2 からのみ出力;

ポート 2 からの入力 → ポート 3 からのみ出力;

ポート3から入力→ポート1からのみ出力。

理想的には、3ポートの信号伝送はサーキュレーターポート1→ポート2、ポート2→ポート3、ポート3→ポート1と一定の方向を辿り、一方向のループパスを形成します。各ポートは隣のポートにのみ信号を送信し、信号は逆方向に伝送されたり、他のポートに漏洩したりすることはありません。この特性は「非相反性」と呼ばれます。この理想的な伝送挙動は、標準的な散乱行列で記述でき、低挿入損失、高アイソレーション、そして方向性のある伝送性能を備えています。

構造タイプ

同軸, ドロップイン, 表面実装, マイクロストリップ、 そして導波管種類

代表的な用途

アイソレータの用途：高出力マイクロ波システムにおいて、送信機を反射波による損傷から保護するために一般的に使用されます。3番目のポートはマッチング負荷に接続され、高いアイソレーションを実現します。

デュプレクサ機能: レーダーや通信システムでは、送信機と受信機が互いに干渉することなく同じアンテナを共有するために使用されます。

反射増幅器システム: 負性抵抗デバイス (ガンダイオードなど) と組み合わせることで、サーキュレータを使用して入力パスと出力パスを分離できます。