Isolator와 Cirulator

RF 및 마이크로파 시스템에서 Isolator(아이솔레이터)와 Circulator(서큘레이터)는 신호의 방향성을 제어하는 핵심적인 수동 소자입니다. 두 장치는 유사한 원리를 기반으로 하지만 용도와 구조에서 차이가 있습니다.

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1. 기본 정의 및 동작 원리

• Isolator (아이솔레이터):
  아이솔레이터는 한 방향으로만 신호를 전달하고, 반대 방향의 신호는 차단 또는 흡수하는 장치입니다. 예를 들어 포트 1에서 포트 2로는 신호가 자유롭게 이동하지만, 포트 2에서 포트 1로의 반사파는 흡수되어 시스템을 보호합니다. 주로 소스(증폭기 등)를 부하로부터의 반사파로부터 보호하기 위해 사용됩니다.
• Circulator (서큘레이터):
  서큘레이터는 3개 또는 4개의 포트를 가진 방향성 장치로, 신호가 포트를 따라 일정한 방향으로 순환하도록 유도합니다. 예를 들어 3포트 순환기에서는 포트 1 → 포트 2, 포트 2 → 포트 3, 포트 3 → 포트 1의 순환 방향으로 신호가 이동합니다. 이는 신호를 지정된 경로로만 흐르게 하는 데 유용합니다.

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2. 구조 및 구성 요소

• Isolator:
  아이솔레이터는 보통 비선형 페라이트(ferrite) 소재를 사용하여 비가역적(irreversible) 전자기 반응을 이용합니다. 마이크로파 아이솔레이터는 도파관이나 스트립라인 구조에 페라이트와 자계(자석)를 결합하여 동작하며, 이중 포트 구조를 가집니다.
• Circulator:
  서큘레이터 역시 페라이트와 영구자석을 결합한 구조를 사용하지만, 포트가 보통 3개(또는 4개) 이상입니다. 도파관, 동축선, 마이크로스트립 기반의 서큘레이터가 있으며, 삼각형 또는 Y자 형태로 신호가 순환하도록 설계됩니다.

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3. 용도 및 응용 분야

• Isolator:
  • RF 증폭기 보호: 반사파로 인한 손상을 방지
  • 측정 시스템 안정화: 반사 신호에 의한 측정 오류 최소화
  • 레이더 및 위성통신 시스템에서 반사파 차단
  • 고출력 시스템에서 임피던스 불일치 완화
• Circulator:
  • 송수신 분리(TR-구조): 하나의 안테나를 송신과 수신용으로 동시 사용 가능
  • 레이더 시스템: 송신기 → 안테나, 수신기 ← 반사파
  • 이중 통신 시스템: 여러 RF 경로를 독립적으로 관리
  • RF 신호 라우팅 및 멀티플렉싱

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4. 장점과 한계

• Isolator:
  • 장점: 시스템 보호, 단순한 2포트 구조, 반사파에 의한 간섭 억제
  • 단점: 단방향 통신만 가능, 삽입 손실 존재, 가격이 높은 경우가 있음
• Circulator:
  • 장점: 포트 간 분리도가 높아 다중 경로 제어 가능, 다기능 라우팅 가능
  • 단점: 복잡한 설계, 크기 및 무게가 클 수 있음, 주파수 대역폭 제한

 

요약 비교표

항목	Isolator	Circulator
포트 수	2개	보통 3개 (또는 4개 이상)
신호 흐름	단방향 (1→2, 2→1 차단)	순환 방향 (1→2→3→1)
주요 기능	반사파 차단, 시스템 보호	신호 분리 및 경로 지정
대표 응용 분야	RF 증폭기, 측정 시스템	송수신 분리, 다중 통신 시스템

 
결론:
Isolator와 Circulator는 비슷한 물리 원리를 사용하지만, 회로 내 배치 목적과 방식에서 큰 차이를 보입니다. Isolator는 주로 보호와 안정성 확보에 초점이 맞춰져 있으며, Circulator는 신호 분배 및 다중 경로 제어에 강점을 가지고 있습니다. 두 소자는 RF 시스템 설계에서 필수적인 구성 요소로, 각각의 용도에 맞게 선택적으로 사용됩니다.