Circulator: la valve unidirectionnelle pour les signaux

Pour la plupart des gens, un « circulator » est un ventilateur ou une pompe, un appareil qui pousse l'air ou le liquide dans une pièce ou un système. Un radiateur d'appoint a un « circulator », tout comme une chaudière à eau chaude. Le mot évoque la recirculation, quelque chose qui tourne en rond.

En électronique industrielle, un « circulator » est quelque chose de beaucoup plus spécialisé et contraint. C'est un composant micro-ondes passif, généralement avec trois ou quatre ports, qui agit comme une porte unidirectionnelle pour les signaux haute fréquence. Lorsque vous introduisez un signal dans le port 1, il n'émerge que du port 2. Un signal entrant dans le port 2 sort du port 3. Le port 3 alimente le port 4, et le port 4 revient au port 1 (dans une conception à quatre ports). Le signal ne peut pas circuler en arrière. Il ne s'agit pas de recirculation, mais d'un acheminement dirigé et non réciproque.

Les « circulators » sont fabriqués à partir de matériaux ferrites, généralement du grenat d'yttrium et de fer, placés dans un champ magnétique. Le champ brise la symétrie du composant, il rend le chemin du port A au port B physiquement différent du chemin inverse. Un signal se déplaçant vers l'avant à travers la ferrite subit une impédance, le chemin inverse en subit une différente, souvent adaptée à 50 ohms du côté avant et 50 ohms d'isolation (haute impédance) au retour. Cette asymétrie est la clé. Il ne s'agit pas de valvage ou de blocage mécanique. C'est une conséquence de la façon dont les champs magnétiques affectent le mouvement des électrons dans le réseau de ferrite.

Les « circulators » sont essentiels dans les radars, les communications micro-ondes et les systèmes d'antennes. Un émetteur radar doit envoyer de la puissance dans une antenne sans permettre aux réflexions d'endommager le récepteur. Un « circulator » est placé entre l'émetteur et l'antenne, la puissance directe passe à travers l'antenne, mais la puissance réfléchie est déviée vers une résistance de charge (appelée terminateur) où elle est dissipée sous forme de chaleur. Le récepteur, connecté à un quatrième port, ne voit que le signal sortant et l'écho reçu, jamais l'impulsion transmise.

La métaphore de la circulation s'effondre ici. Le mot a été emprunté parce que les premiers concepteurs ont vu les ports disposés en cercle et l'acheminement du signal suivre cet ordre circulaire. Mais il n'y a pas de recirculation, pas de boucle de retour au début. Le signal circule dans un sens et s'arrête. Le « circulator » est nommé pour sa géométrie et sa séquence de ports, et non pour un comportement qui ressemble à un ventilateur en circulation.