सर्कुलेटर

विद्युत इंजीनियर में, सर्कुलेटर निष्क्रियता (इंजीनियरिंग), गैर-पारस्परिकता (इलेक्ट्रिकल नेटवर्क) तीन- या चार-पोर्ट (परिपथ सिद्धांत) उपकरण है जो केवल माइक्रोवेव या रेडिओ आवृति या रेडियो-आवृत्ति संकेत को पोर्ट के माध्यम से सीधे बाहर निकलने की अनुमति देता है। इसके पश्चात् यह प्रवेश किया ऑप्टिकल सर्कुलेटर का व्यवहार समान होता है। पोर्ट वह होते हैं जहां बाहरी वेवगाइड (विद्युत चुंबकत्व) या संचरण लाइन, जैसे माइक्रोस्ट्रिप लाइन या समाक्षीय केबल, डिवाइस से जुड़ती है। तीन-पोर्ट सर्कुलेटर के लिए, पोर्ट 1 पर लगाया गया सिग्नल केवल पोर्ट 2 से बाहर आता है; पोर्ट 2 पर लगाया गया सिग्नल केवल पोर्ट 3 से बाहर आता है; पोर्ट 3 पर लगाया गया सिग्नल केवल पोर्ट 1 से बाहर आता है, इत्यादि। आदर्श तीन-पोर्ट सर्कुलेटर में निम्नलिखित विस्तृत होने वाले मापदंड होते हैं:


 * $$S = \begin{pmatrix}

0 & 0 & 1\\ 1 & 0 & 0 \\  0 & 1 & 0 \end{pmatrix}$$

प्रकार
सम्मिलित पदार्थो के आधार पर सर्कुलेटर्स दो मुख्य श्रेणियों फेराइट सर्कुलेटर्स और गैर-फेराइट सर्कुलेटर्स में आते हैं।

फेराइट
फेराइट सर्कुलेटर रेडियो-फ़्रीक्वेंसी सर्कुलेटर हैं जो चुंबकीय माइक्रोवेव फेराइट पदार्थ का उपयोग करते हैं। वह दो मुख्य वर्गों में आते हैं: विभेदक चरण शिफ्ट सर्कुलेटर्स और जंक्शन सर्कुलेटर्स, जो दोनों चुंबकीय फेराइट पदार्थ में या उसके निकट दो भिन्न-भिन्न पथों पर विस्तृत होने वाली तरंगों को निरस्त करने पर आधारित हैं। वेवगाइड सर्कुलेटर्स किसी भी प्रकार के हो सकते हैं, जबकि स्ट्रिपलाइन पर आधारित अधिक कॉम्पैक्ट डिवाइस सामान्यतः जंक्शन प्रकार के होते हैं। चार या अधिक पोर्ट देने के लिए दो या दो से अधिक जंक्शन सर्कुलेटर्स को ही अवयव में जोड़ा जा सकता है। सामान्यतः स्थायी चुंबक माइक्रोवेव फेराइट पदार्थ में स्थिर चुंबकीय पूर्वाग्रह उत्पन्न करते हैं। लौहचुम्बकीय गार्नेट क्रिस्टल का उपयोग ऑप्टिकल सर्कुलेटर्स में किया जाता है।

जंक्शन प्रकार स्ट्रिपलाइन सर्कुलेटर्स स्ट्रिपलाइन के ऊपर और नीचे दो फेराइट डिस्क का उपयोग करते हैं। यह फेराइट विपरीत दिशाओं में गोलाकार रूप से चुम्बकित होते हैं। वह उनके मध्य स्ट्रिपलाइन डिस्क के साथ दो भिन्न-भिन्न रेज़ोनेटर बनाते हैं। स्थैतिक चुंबकीय पूर्वाग्रह शीर्ष और निचले फेराइट्स में प्रभावी पारगम्यता को परिवर्तित कर देता है। फेराइट जिसका गोलाकार चुंबकत्व परिणामी इलेक्ट्रॉन स्पिन प्रीसेशन के समान दिशा में है, पारगम्यता में वृद्धि देखी जाएगी। फेराइट जो इलेक्ट्रॉन स्पिन प्रीसेशन के विपरीत चुम्बकित होता है, उसमें पारगम्यता में कमी देखी जाएगी। इन परिवर्तित पारगम्यताओं के परिणामस्वरूप पहले बताए गए दो प्रतिध्वनि की प्रतिध्वनि आवृत्ति में परिवर्तित होता है। ऑपरेटिंग आवृत्ति को दो प्रतिध्वनि के मध्य इस तरह सेट किया जाता है कि दोनों प्रतिध्वनि का प्रतिबाधा कोण 30 डिग्री (तीन पोर्ट कार्यान्वयन के लिए) पर सेट होता है। उच्च पारगम्यता वाले फेराइट में उच्च प्रतिध्वनि आवृत्ति और प्रेरक प्रतिक्रिया अवयव होगा। कम पारगम्यता वाले फेराइट में कम प्रतिध्वनि और कैपेसिटिव प्रतिक्रिया अवयव होता है। यह सर्कुलेटर प्रकार फैराडे रोटेशन के आधार पर संचालित होते हैं। तरंग निरस्तीकरण तब होता है जब तरंगें परिसंचरण दिशा के साथ और विपरीत दिशा में विस्तृत होती हैं। किसी भी पोर्ट पर आने वाली घटना तरंग समान रूप से दो तरंगों में विभाजित हो जाती है। वह विभिन्न चरण वेगों के साथ परिसंचारी के चारों ओर प्रत्येक दिशा में विस्तृत होते हैं। जब वह आउटपुट पोर्ट पर पहुंचते हैं तो उनके भिन्न-भिन्न चरण संबंध होते हैं और इस प्रकार वह तदनुसार संयोजित होते हैं। विभिन्न चरण वेगों पर विस्तृत होने वाली तरंगों का यह संयोजन जंक्शन सर्कुलेटर्स को मूल रूप से संचालित करता है।

चूँकि फेराइट सर्कुलेटर रिवर्स सर्कुलेशन को दबाते हुए अच्छा फॉरवर्ड सिग्नल सर्कुलेशन प्रदान कर सकते हैं, उनकी प्रमुख कमियां, विशेष रूप से कम आवृत्तियों पर, भारी आकार और संकीर्ण बैंडविड्थ हैं।

गैर-फेराइट
गैर-फेराइट सर्कुलेटर्स पर प्रारंभिक कार्य में ट्रांजिस्टर का उपयोग करने वाले सक्रिय सर्कुलेटर्स सम्मिलित हैं जो प्रकृति में गैर-पारस्परिक हैं। फेराइट सर्कुलेटर्स के विपरीत, जो निष्क्रिय उपकरण हैं, सक्रिय सर्कुलेटर्स को शक्ति की आवश्यकता होती है। ट्रांजिस्टर-आधारित सक्रिय सर्कुलेटर्स से जुड़े प्रमुख मुद्दे शक्ति सीमा और सिग्नल-टू-ध्वनि त्रुटि हैं, जो तब महत्वपूर्ण होते हैं जब इसे एंटीना से सिग्नल के सशक्त संचारण शक्ति और स्वच्छ रिसेप्शन को बनाए रखने के लिए डुप्लेक्सर के रूप में उपयोग किया जाता है।

वैक्टर समाधान प्रस्तुत करते हैं। अध्ययन में दिशा में विस्तृत होने वाले वाहक पंप द्वारा ट्रिगर की गई प्रभावी गैर-पारस्परिकता के साथ समय-भिन्न ट्रांसमिशन लाइन के समान संरचना को नियोजित किया गया था। यह एसी-संचालित सक्रिय सर्कुलेटर की तरह है। शोध में पथ और ब्रॉडबैंड गैर-पारस्परिकता प्राप्त करने के लिए सकारात्मक लाभ और कम ध्वनि प्राप्त करने में सक्षम होने का प्रमाणित किया गया है। अन्य अध्ययन में कोणीय-संवेग पूर्वाग्रह से उत्पन्न गैर-पारस्परिकता के साथ प्रतिध्वनि का उपयोग किया गया था, जो फेराइट सर्कुलेटर में संकेतों को निष्क्रिय रूप से प्रसारित करने के विधि की अधिक सूक्ष्म से नकल करता है।

1964 में, मोहर ने ट्रांसमिशन लाइनों और स्विचों पर आधारित सर्कुलेटर प्रस्तुत किया और प्रयोगात्मक रूप से प्रदर्शित किया था। अप्रैल, 2016 में शोध दल ने एन-पथ फ़िल्टर अवधारणाओं पर आधारित एकीकृत परिपथ सर्कुलेटर प्रस्तुत करते हुए इस अवधारणा को महत्वपूर्ण रूप से बढ़ाया गया था। यह पूर्ण-डुप्लेक्स संचार (एक ही आवृत्ति पर ही साझा एंटीना के साथ ही समय में संचारण और प्राप्त करना) की क्षमता प्रदान करता है। यह उपकरण कैपेसिटर और घड़ी का उपयोग करता है और पारंपरिक उपकरणों की तुलना में बहुत छोटा है।

आइसोलेटर
जब तीन-पोर्ट सर्कुलेटर का पोर्ट मिलान लोड में समाप्त हो जाता है, तो इसे आइसोलेटर (माइक्रोवेव) के रूप में उपयोग किया जा सकता है, क्योंकि सिग्नल शेष पोर्ट के मध्य केवल दिशा में यात्रा कर सकता है। आइसोलेटर का उपयोग इसके इनपुट पक्ष पर उपकरणों को इसके आउटपुट पक्ष पर स्थितियों के प्रभाव से बचाने के लिए किया जाता है; उदाहरण के लिए, बेमेल लोड के कारण माइक्रोवेव स्रोत को व्यर्थ होने से बचाने के लिए उपयोग किया जाता है।

डुप्लेक्सर
राडार में, सिग्नलों को ट्रांसमीटर से रिसीवर तक सीधे जाने की अनुमति दिए बिना, ट्रांसमीटर से एंटीना (रेडियो) और एंटीना से रेडियो रिसीवर तक सिग्नल भेजने के लिए, सर्कुलेटर्स का उपयोग प्रकार के डुप्लेक्सर के रूप में किया जाता है। डुप्लेक्सर का वैकल्पिक प्रकार ट्रांसमिट-रिसीव स्विच (टीआर स्विच) है जो एंटीना को ट्रांसमीटर और रिसीवर से जोड़ने के मध्य वैकल्पिक होता है। चिर्प समूह और उच्च गतिशील रेंज के उपयोग से भेजे गए और प्राप्त समूह का अस्थायी ओवरलैप हो सकता है, चूँकि, इस कार्य के लिए सर्कुलेटर की आवश्यकता होती है।

परावर्तन प्रवर्धक
प्रतिबिंब एम्पलीफायर प्रकार का माइक्रोवेव एम्पलीफायर परिपथ है जो टनल डायोड और गुन डायोड जैसे नकारात्मक विभेदक प्रतिरोध डायोड का उपयोग करता है। नकारात्मक अंतर प्रतिरोध डायोड संकेतों को बढ़ा सकते हैं, और अधिकांशतः दो-पोर्ट उपकरणों की तुलना में माइक्रोवेव आवृत्तियों पर बेहतर प्रदर्शन करते हैं। चूंकि डायोड एक-पोर्ट (दो टर्मिनल) डिवाइस है, इसलिए आउटगोइंग एम्प्लीफाइड सिग्नल को आने वाले इनपुट सिग्नल से भिन्न करने के लिए गैर-पारस्परिक अवयव की आवश्यकता होती है। पोर्ट से जुड़े सिग्नल इनपुट के साथ 3-पोर्ट सर्कुलेटर का उपयोग करके, दूसरे से जुड़े बायस्ड डायोड और तीसरे से जुड़े आउटपुट लोड के साथ, आउटपुट और इनपुट को अनकपल किया जा सकता है।

ऑप्टिकल
1965 में, रिबन्स ने ऑप्टिकल सर्कुलेटर के प्रारंभिक रूप की सूचना दी जिसमें फैराडे रोटेटर के साथ निकोल प्रिज्म का उपयोग किया गया था। प्रकाशित तंतु और वेवगाइड (प्रकाशिकी) या गाइडेड-वेव ऑप्टिक्स के आगमन के साथ, वेवगाइड-इंटीग्रेबल और ध्रुवीकरण (भौतिकी)-स्वतंत्र ऑप्टिकल सर्कुलेटर्स को पश्चात् में प्रस्तुत किया गया था।  इस अवधारणा को पश्चात् में सिलिकॉन फोटोनिक्स वेवगाइड सिस्टम तक विस्तारित किया गया था।    2016 में, शेउचर एट अल फाइबर-एकीकृत ऑप्टिकल सर्कुलेटर का प्रदर्शन किया है जिसका गैर-पारस्परिक व्यवहार एकल रुबिडियम के मध्य दाहिनी ओर इंटरैक्शन से उत्पन्न हुआ है 85Rb परमाणु और व्हिस्परिंग-गैलरी तरंग में सीमित प्रकाश या व्हिस्पेरिंग-गैलरी लहर माइक्रोरेसोनेटर डिवाइस की रूटिंग दिशा को परमाणु की आंतरिक क्वांटम अवस्था द्वारा नियंत्रित किया जाता है और डिवाइस फोटॉन गिनती फोटॉन को रूट करने में सक्षम है।

2013 में, डेवॉयन और नादेर एंघेटा ने प्लास्मोनिक नैनोरोड्स के साथ मैग्नेटो-ऑप्टिकल जंक्शन से जुड़े तीन परावैद्युत वेवगाइड पर आधारित नैनोस्केल प्लास्मोनिक्स वाई-सर्कुलेटर का प्रस्ताव रखा था।

ध्वनिक
2014 में, फ़्ल्यूरी एट अल ज़ीमन प्रभाव के ध्वनिक एनालॉग का उपयोग करके ध्वनिकी वाई-सर्कुलेटर की सूची की गई और प्रयोगात्मक रूप से प्रदर्शित किया गया था: संरचना परिसंचारी तरल पदार्थ के साथ रिंग कैविटी से बनी है जो ध्वनिक वेवगाइड के मध्य ध्वनि तरंगों के गैर-पारस्परिक संचरण की सुविधा प्रदान करती है। प्रभावी ध्वनिक सूचकांक के अस्थायी मॉड्यूलेशन के आधार पर समान सर्कुलेटर डिजाइन और प्राकृतिक संवहन पश्चात् में सूची की गई थी।

संदर्भ
==अग्रिम पठन                                                                                                                                                                                                                          ==

बाहरी संबंध

 * Circulators and Isolators
 * RF Circulators what they are, different types, how they work, etc.