circulateur

Un circulateur est un composant micro-ondes passif à trois ou quatre ports agencés de telle sorte qu'un signal entrant par un port ne sort que par le port suivant dans la séquence, jamais en arrière. Si le port 1 alimente le port 2, alors le port 2 alimente le port 3, et le port 3 alimente le port 1, complétant le cercle. Cela rompt la règle normale des composants passifs : dans un circulateur, le chemin de A à B n'est pas le même que le chemin de B à A. La structure interne utilise généralement un matériau en ferrite magnétisé pour créer ce comportement directionnel, bien que certaines conceptions reposent sur des retards de phase différents à travers des lignes de transmission couplées.

Les circulateurs à trois ports dominent le travail pratique. Un port se connecte à un émetteur, un autre à une antenne, et le troisième à un récepteur ou à une charge. La puissance transmise circule vers l'antenne ; la puissance réfléchie ou les signaux reçus se dirigent vers le port du récepteur sans se coupler à l'émetteur. Des conceptions à quatre ports existent mais sont moins courantes sur le terrain. L'isolation entre les ports est généralement de 20 à 30 décibels ; la perte d'insertion à travers le chemin principal est généralement de 0,5 à 1,5 décibel. La fréquence de fonctionnement s'étend des basses micro-ondes (environ 1 gigahertz) aux bandes millimétriques (au-dessus de 30 gigahertz), chaque unité étant accordée sur une bande étroite.

Où les circulateurs se situent dans le système

Les circulateurs apparaissent dans les systèmes radar, les liaisons montantes par satellite, les stations de base cellulaires et les bancs d'essai partout où l'émission et la réception doivent partager une antenne ou un guide d'ondes sans que l'un n'étouffe l'autre. Ils protègent les entrées sensibles du récepteur des fuites de l'émetteur. Dans les circuits pratiques, le port isolé est souvent terminé par une charge adaptée pour absorber proprement l'énergie réfléchie. Les circulateurs à ferrite nécessitent un aimant permanent, ce qui ajoute du poids et des coûts ; ils fonctionnent également mal en dehors de leur bande de conception. Les circulateurs planaires utilisant des lignes de transmission imprimées évitent l'aimant mais exigent une disposition soignée et des tolérances plus strictes.

Les modes de défaillance sont centrés sur le désaccord de port, la dérive de température et la dégradation de l'aimant. Une charge qui ne correspond pas à l'impédance caractéristique crée des réflexions qui se couplent dans les mauvais ports, annulant l'isolation. Les variations de température modifient à la fois la perméabilité magnétique et les retards de phase, réduisant la bande passante et augmentant les pertes. Au fil des ans, les aimants permanents s'affaiblissent, réduisant les chiffres d'isolation. Les matériaux en ferrite peuvent également se fissurer sous l'effet d'un choc mécanique ou d'un cyclage thermique.

Le nom capture le comportement essentiel : les signaux circulent dans une seule direction, comme le trafic sur une boucle à sens unique. Les premières conceptions étaient appelées « isolateurs » lorsqu'elles n'avaient qu'un seul chemin d'intérêt principal ; « circulateur » est le terme général pour l'ancêtre à trois ports de ces dispositifs. Les travaux militaires et aérospatiaux restent les plus grands utilisateurs, mais le sans fil commercial et les équipements de test consomment la plupart des nouvelles unités vendues aujourd'hui.