Mikrowellensysteme bestehen grundsätzlich aus einem Mikrowellengenerator (einem Oszillator mit Verstärker in Form einer Elektron-Vakuumröhre oder einem Halbleiterverstärker), der über ein Verteilnetzwerk in einen Mikrowellenapplikator (Verbraucher) betrieben wird. Der Applikator kann eine Antenne, ein Mikrowellenofen, ein Plasmareaktor oder eine resonante Kavität von Teilchenbeschleunigern sein. Die Betriebsbedingungen der Applikatoren reichen von Wellenanpassung (die Generatorleistung wird nahezu vollständig vom Applikator aufgenommen) bis hin zur Totalreflexion, bei der die Mikrowelle zur Quelle zurückläuft und dort erheblichen Schaden anrichten kann. Ferner überlagern sich vorlaufende und rücklaufende Welle zu einer stehenden Welle, welche bei Totalreflexion zu einer Verdopplung der Spannungen und Ströme im System führt. Je höher die Leistung, desto höher das Risiko.
Hier kommt der ferritbasierte Zirkulator als nicht-reziproke Schlüsselkomponente zwischen Generator und Applikator ins Spiel – ein Bauteil, das die Mikrowelle nur in einer Drehrichtung durchlaufen kann. Möglich macht diese Funktion ein Mikrowellenferrit, der magnetostatisch vorgespannt ist.
Ein 3-Tor-Zirkulator leitet die Sendeleistung des Generators unidirektional und mit geringen Verlusten an den Applikator weiter, während die Rückwärtsleistung von Applikator in einen reflexionsarmen Mikrowellenabsorber (angepasste Last) am dritten Arm des Zirkulators abgeleitet wird. Man redet in diesem Fall auch von einem Isolator (Zirkulator + Last).
Der Generator wird damit wirksam und zuverlässig gegen schädigende Rückwärtsleistung geschützt und seine Lebensdauer wird erhöht, aber nicht nur dies. Zirkulatoren ermöglichen erst einen stabilen und kontinuierlichen Betrieb von Generatoren in alle Formen von Applikatoren, insbesondere bei stark reflektierenden resonanten Kavitäten hoher Güte.
Damit liefert der Zirkulator ganz wesentliche Schlüsselbeiträge in Hochleistungsmikrowellensystemen. Er fördert die Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit von Mikrowellensystemen und trägt auch zur Senkung der langfristen Betriebskosten bei.
Neben dem Isolator findet der Zirkulator auch Einsatz als Sende-Empfangs-Weiche bzw. Duplexer in T/R-Modulen moderner Radarsysteme mit aktiv phasen gesteuerten Antennen.
Mit magnetischer Umschaltung der Drehrichtung findet der Zirkulator auch als Mikrowellenschalter Verwendung.
In allen Anwendungen sind hohe Isolation und geringe Einfügeverluste gefragt, um Systeme effektiv zu schützen und die Systemperformance und Effizienz entscheidend zu verbessern.
