Um circulador de guia de ondas é um dispositivo RF não recíproco que encaminha energia segundo uma sequência de portas. Um exemplo com três portas é 1→2, 2→3 e 3→1. Ele não amplifica o sinal e tem perdas e isolamento finitos na banda especificada.
Não reciprocidade e ferrite
Em muitas realizações, a polarização magnética da ferrite altera a interação com o campo eletromagnético. A transmissão 1→2 pode, assim, ser muito diferente da 2→1.
Junções ressonantes e estruturas baseadas em rotação de polarização realizam o princípio de maneiras diferentes. Nem todo circulador é o mesmo trecho que gira o campo exatamente 45°.
O sentido depende do modelo. Confira setas e numeração antes de conectar transmissor, antena e carga.
Proteção do transmissor
Com transmissor na porta 1, antena na 2 e carga adaptada na 3, a reflexão da antena segue principalmente para a carga. Ela precisa suportar as potências refletidas média e de pico.
A terminação cria uma função isoladora de duas portas usando o circulador de três portas. O corpo do circulador não absorve necessariamente toda a energia refletida. Se a carga estiver desadaptada, parte da energia pode retornar pelo caminho 3→1.
Configuração de transmissão e recepção
Em outra configuração, a porta 3 recebe o receptor, permitindo que o sinal da antena siga 2→3. Porém, reflexões da antena e vazamento por isolamento finito durante a transmissão também podem atingir o receptor.
Podem ser necessários limitadores, comutação ou proteção dimensionada para o sistema. A simples presença do circulador não garante que um LNA tolere qualquer transmissor.
Perda e isolamento
Com referências adaptadas, a perda 1→2 pode ser expressa por −20 log10|S21|. O isolamento da direção indesejada 1→3 é −20 log10|S31|.
0,2 dB correspondem a aproximadamente 95,5% de potência transmitida à porta considerada, não mais de 99%. Com 0,5 dB a fração é cerca de 89,1%. Isolamento de 20 dB corresponde a uma razão de potências de 1%.
São exemplos de conversão, não especificações garantidas. Com grande potência incidente, mesmo um pequeno vazamento pode ser significativo. Nem toda peça oferece ao mesmo tempo menos de 0,5 dB, mais de 20 dB e mais de 50 W.
Banda, modos e interfaces
Compatibilize banda e modos com guia e flanges. O corte da seção não define toda a banda do circulador: ferrite, junção e transições têm respostas próprias.
Um diplexer separa bandas por filtros e é um componente diferente. Ter três portas não torna circulador e diplexer intercambiáveis.
Potência e refrigeração
Especifique CW ou pulsos, duração, repetição, reflexão e temperatura. Dissipação produz calor, enquanto campos locais podem limitar a potência de pico.
Montagem, condução térmica, pressão e ambiente magnético devem seguir a documentação. Não acrescente ímãs ou refrigeração por uma regra geral sem conhecer o projeto.
Verificação
- Confirmar portas e sentido de circulação.
- Definir cargas nas portas não medidas.
- Medir reflexão, transmissão e isolamento em banda.
- Verificar potência e condições térmicas com ensaios adequados.
- Avaliar desadaptação ou falha da carga externa.
O VNA de pequeno sinal não certifica comportamento térmico na potência nominal. Conserve condições, planos e incerteza, separando requisitos do componente daqueles do receptor completo.
A explicação de circuladores da Microwaves101 apresenta não reciprocidade e encaminhamento. Para comprar, use valores do modelo, não os melhores extremos de uma família inteira.
