Un circolatore in guida d’onda è un dispositivo RF non reciproco che dirige l’energia secondo una sequenza di porte. Un esempio a tre porte è 1→2, 2→3 e 3→1. Non amplifica il segnale e presenta perdite e isolamento finiti nella banda specificata.
Non reciprocità e ferrite
In molte realizzazioni la polarizzazione magnetica della ferrite cambia l’interazione con il campo elettromagnetico. La trasmissione 1→2 può quindi differire fortemente dalla 2→1.
Giunzioni risonanti e strutture basate sulla rotazione della polarizzazione realizzano il principio in modi diversi. Non ogni circolatore è lo stesso tratto che ruota il campo esattamente di 45°.
Il verso dipende dal modello. Controlla frecce e numerazione prima di collegare trasmettitore, antenna e carico.
Proteggere il trasmettitore
Con trasmettitore alla porta 1, antenna alla 2 e carico adattato alla 3, la riflessione dell’antenna viene diretta principalmente verso il carico. Questo deve sopportare potenza riflessa media e di picco.
La terminazione realizza una funzione isolante a due porte usando il circolatore a tre porte. Il corpo del circolatore non assorbe necessariamente tutta l’energia riflessa. Se il carico è disadattato, parte dell’energia può rientrare lungo 3→1.
Configurazione trasmissione-ricezione
In un’altra configurazione la porta 3 va al ricevitore, così il segnale proveniente dall’antenna passa 2→3. Anche riflessioni dell’antenna e perdite d’isolamento durante la trasmissione possono però raggiungere il ricevitore.
Servono eventuali limitatori, commutazione o altra protezione dimensionata per il sistema. La sola presenza del circolatore non garantisce che un LNA tolleri qualsiasi trasmettitore.
Leggere perdita e isolamento
A riferimenti adattati, la perdita 1→2 si può esprimere come −20 log10|S21|. L’isolamento della direzione indesiderata 1→3 è −20 log10|S31|.
0,2 dB corrispondono a circa il 95,5% di potenza trasmessa alla porta considerata, non oltre il 99%. A 0,5 dB la frazione è circa l’89,1%. L’isolamento di 20 dB corrisponde a un rapporto di potenze dell’1%.
Sono esempi di conversione, non valori garantiti. Con una potenza incidente elevata anche una piccola percentuale di fuga può essere significativa. Non tutte le parti offrono contemporaneamente meno di 0,5 dB, più di 20 dB e oltre 50 W.
Banda, modi e interfacce
Allinea banda e modi con guida e flange. Il taglio della sezione non stabilisce tutta la banda del circolatore: ferrite, giunzione e transizioni hanno una propria risposta.
Un diplexer separa bande tramite filtri ed è un componente diverso. Avere tre porte non rende circolatore e diplexer intercambiabili.
Potenza e raffreddamento
Specifica CW o impulsi, durata, ripetizione, riflessione e temperatura. La dissipazione produce calore; i campi locali possono limitare la potenza di picco.
Montaggio, conduzione termica, pressione e ambiente magnetico devono rispettare la documentazione. Non aggiungere magneti o raffreddamento secondo una regola generale senza conoscere il progetto.
Collaudo
- Verifica porte e verso di circolazione.
- Definisci i carichi sulle porte non misurate.
- Misura riflessione, trasmissione e isolamento in banda.
- Verifica potenza e condizioni termiche con prove adeguate.
- Valuta il disadattamento o guasto del carico esterno.
Il VNA a piccolo segnale non certifica la tenuta termica a piena potenza. Conserva condizioni, piani e incertezza, distinguendo requisiti del componente da quelli dell’intero ricevitore.
La guida Microwaves101 ai circolatori spiega non reciprocità e instradamento. Per acquistare usa i valori del modello, non i migliori estremi dell’intera famiglia.
