Un circulateur à guide d’ondes est un composant RF non réciproque à plusieurs ports. Dans un exemple classique à trois ports, il achemine principalement l’énergie selon 1→2, 2→3 et 3→1. Il n’amplifie pas le signal et possède des pertes et une isolation finies dans une bande définie.
Principe de non-réciprocité
Dans les constructions courantes à ferrite, une polarisation magnétique modifie l’interaction entre matériau et champ. La transmission de 1 vers 2 peut ainsi être très différente de celle de 2 vers 1.
Les jonctions résonantes et les dispositifs utilisant une rotation de polarisation ne réalisent pas ce fonctionnement de la même façon. Tous les circulateurs ne sont pas un tronçon identique tournant la polarisation de 45°.
La numérotation et le sens de circulation dépendent du modèle. Consultez flèches et schéma avant de connecter émetteur, antenne et charge.
Configuration de protection de l’émetteur
Avec l’émetteur au port 1, l’antenne au port 2 et une charge adaptée au port 3, la réflexion venant de l’antenne est principalement dirigée de 2 vers 3. Cette charge doit supporter les puissances réfléchies moyenne et de crête prévues.
On obtient ainsi une fonction d’isolateur à deux ports à partir du circulateur terminé. Le circulateur lui-même n’absorbe pas nécessairement toute l’énergie réfléchie.
Si la charge est mal adaptée, une partie de l’énergie peut revenir par 3→1. La terminaison n’est donc pas un accessoire sans importance dans la protection.
Configuration avec récepteur
Dans une autre architecture, on connecte le récepteur au port 3 pour recevoir le signal de l’antenne par 2→3. Les fuites d’émission et réflexions de l’antenne peuvent alors aussi atteindre le récepteur.
Des limiteurs, une commutation ou d’autres protections peuvent être nécessaires. La présence du circulateur ne garantit pas qu’un LNA supporte n’importe quelle puissance d’émission.
À titre de lecture d’un budget, 20 dB d’isolation correspondent à 1% de puissance sur le chemin concerné. Pour 100 W, cela ferait 1 W dans un calcul simplifié, ce qui n’est pas un niveau acceptable pour tous les récepteurs. Le chemin de réflexion de l’antenne reste à examiner séparément.
Perte d’insertion et isolation
Aux ports de référence adaptés, la perte 1→2 peut s’écrire −20 log10|S21|. L’isolation positive du chemin indésirable 1→3 peut s’écrire −20 log10|S31|.
Une perte de 0,2 dB signifie environ 95,5% de puissance transmise vers le port visé, pas plus de 99%. Pour 0,5 dB, le rapport est environ 89,1%.
Ces exemples ne sont pas des garanties communes : tous les circulateurs ne combinent pas perte inférieure à 0,5 dB, isolation supérieure à 20 dB et puissance dépassant 50 W.
Fréquence, mode et interfaces
Vérifiez section, bride et mode dans la bande utile. La coupure de la section ne définit pas à elle seule la bande du circulateur, car la jonction et les transitions ont leurs propres réponses.
Un diplexeur sépare des bandes à l’aide de fonctions de filtrage ; il n’est pas équivalent au circulateur. Trois raccords physiques ne suffisent pas à rendre ces dispositifs interchangeables.
Puissance et refroidissement
Spécifiez régime continu ou impulsionnel, durée et répétition des impulsions, réflexion de charge et température. Les pertes dissipatives produisent de la chaleur et les champs locaux peuvent limiter la puissance de crête.
Montage, évacuation thermique, pression et environnement magnétique se vérifient selon le modèle. N’attribuez pas à tous les produits le même refroidissement, une durée de vie de vingt ans ou une dérive magnétique annuelle unique.
Plan de réception
- Identifier ports et circulation.
- Définir les charges des ports non mesurés.
- Mesurer réflexion, transmission et isolation en fréquence.
- Vérifier séparément puissance et conditions thermiques.
- Évaluer les conséquences d’une terminaison défaillante.
La présentation des circulateurs de Microwaves101 explique non-réciprocité et routage. Utilisez les conditions du produit réel plutôt que les meilleurs chiffres sélectionnés dans plusieurs familles.
