써큘레이터(Circulator)는 전자기파나 신호의 흐름을 한 방향으로만 순환시키는 수동 마이크로파 부품입니다. 주로 3포트 또는 4포트 디바이스로 구성되며, 페라이트 소재와 같은 비역방성(non-reciprocal) 매질의 특성을 이용해 작동합니다. 기본 원리는 외부에서 인가된 정자장(BIAS magnetic field)의 영향으로 신호의 전파 경로가 변경되는 것이며, 이로 인해 포트 간의 신호 흐름이 고정된 방향으로 제한됩니다.
써큘레이터의 가장 일반적인 응용 분야는 듀플렉서(Duplexer)입니다. 예를 들어, 레이더나 통신 시스템에서 동일한 안테나를 통해 신호를 송신하고 수신해야 할 때, 써큘레이터는 강력한 송신 신호가 민감한 수신기로 직접 유입되어 손상되는 것을 방지합니다. 송신기는 포트 1, 안테나는 포트 2, 수신기는 포트 3에 연결됩니다. 이 설정에서 신호는 포트 1→포트 2→포트 3의 순서로만 흐르므로, 송신된 신호는 안테나로 향하고 안테나가 수신한 신호는 수신기로 향하게 됩니다.
써큘레이터는 회로도에서 주로 원형 기호와 화살표로 표현되며, 화살표 방향이 신호의 순환 방향을 나타냅니다. 아래는 가장 흔한 3포트 써큘레이터의 이상적인 S-파라미터 행렬입니다. 이 행렬은 각 포트에서 포트로의 신호 전달 특성을 수학적으로 정의합니다.
python 3-Port Circulator의 이상적인 S-Parameter Matrix 신호 흐름: Port 1 -> Port 2 -> Port 3 -> Port 1 S = [[0, 0, 1], Port 1: 입력 신호는 Port 3으로 출력 [1, 0, 0], Port 2: 입력 신호는 Port 1으로 출력 [0, 1, 0]] Port 3: 입력 신호는 Port 2로 출력 설명: S[i][j] = Port j에서 입력된 신호가 Port i에서 출력되는 비율 따라서 S[1][0] (即 S21) = 1 → Port1에서 Port2로의 완전 전달 S[2][1] (即 S32) = 1 → Port2에서 Port3로의 완전 전달 S[0][2] (即 S13) = 1 → Port3에서 Port1로의 완전 전달 다른 모든 경로의 전달은 0 (차단됨)