Connaissance des circulateurs RF
Les circulateurs ou isolateurs RF ou micro-ondes sont des dispositifs qui ont généralement trois et parfois quatre ports, et ils sont utilisés dans les conceptions de systèmes RF qui doivent transmettre l'alimentation d'un port à un autre tout en isolant l'alimentation de l'autre port.
circulateurs RF sont utilisés comme diplexeurs dans de nombreuses applications RF, permettant d'exécuter simultanément les fonctions d'émission et de réception, et ils sont largement utilisés dans les applications de conception RF, y compris les systèmes radar et divers systèmes de communication radio professionnels.
Les circulateurs RF tirent leur nom du fait qu'ils transmettent l'énergie d'un port à un autre, par exemple en passant du port 1 d'entrée au port 2 de sortie et du port 2 d'entrée au port 3.
Principe de fonctionnement du circulateur RF
Les connexions aux circulateurs RF sont souvent appelées ports, sinon elles sont généralement numérotées 1, 2, 3, etc.
Le circulateur RF doit son nom au fait qu'il ne fait que transférer l'énergie d'un port à l'autre. Le signal appliqué au port 1 est transmis au port 2 ; le signal d'entrée du port 2 est transmis au port 3, mais ne retourne pas au port 1. Le signal d'entrée du port 3 est transmis au port 1, mais ne retourne pas au port 2.
Un circulateur idéal transférerait toute l'énergie d'un port vers le port souhaité, et non vers un autre. Cependant, en réalité, une certaine atténuation est toujours présente sur le trajet de transmission, et une partie du signal fuit toujours vers le port à isoler. Le principal défi de conception des circuits RF pour ces dispositifs est de garantir une transmission et une isolation optimales.
Les circulateurs peuvent utiliser la technologie des circuits imprimés à lignes triplaques (mais utilisent généralement des matériaux diélectriques ou PCB à très faibles pertes) et sont contenus dans des boîtiers métalliques avec connecteurs ou autres connexions vers l'extérieur ; certains utilisent même la technologie de montage en surface. D'autres circulateurs peuvent être basés sur guides d'ondesCes circulateurs peuvent être utilisés dans la conception de systèmes RF intégrant la technologie des guides d'ondes. Le type d'interface et la technologie requis pour chaque cas dépendent de la conception du circuit RF utilisé. La plupart des circulateurs RF utilisent des matériaux ferromagnétiques pour leur fonctionnement. Il en existe deux principaux types :
Circulateurs à trois ports : Les circulateurs à trois ports à « jonction en Y » sont basés sur l'élimination des ondes empruntant deux chemins différents à proximité de matériaux magnétisés. Les circulateurs peuvent être de type indifférent, tandis que les dispositifs plus compacts basés sur des lignes à ruban sont de type à trois ports.
Circulateurs à quatre ports : Un circulateur à quatre ports basé sur la rotation de Faraday des ondes se propageant dans des matériaux magnétisés. Grâce à cette technologie, ils ont pu acheminer le signal RF vers quatre ports.
Symbole du circuit du circulateur RF
Outre d'autres composants électroniques, le circulateur RF possède son propre symbole de circuit, qui est utilisé pour le représenter sur un schéma de circuit électronique ou un schéma électrique.
Le symbole de base est constitué d'un cercle et d'une flèche indiquant le sens du cycle d'alimentation. Les ports sont généralement représentés dans le sens des aiguilles d'une montre autour d'un cercle : port 1, port 2 et enfin port 3.
Il convient de noter que chaque port, qu'il s'agisse d'un câble coaxial ou d'un guide d'ondes, apparaît comme un seul fil plutôt que comme une paire de conducteurs.
Un circulateur RF courant est constitué d'une portion en Y d'une ligne de transmission microruban ou à ruban, située sur un circuit imprimé ou un autre diélectrique. Les ports sont espacés de 120°, de sorte qu'ils sont équidistants sur un cercle.
L'assemblage du circuit imprimé est pris en sandwich entre deux morceaux de ferrite, puis à l'extérieur, deux aimants puissants sont maintenus en place.
L'assemblage crée un champ magnétique puissant à travers le disque de ferrite dans la direction axiale, ce qui concentre le champ magnétique autour de la jonction Y, appelée polarisation.
Lorsqu'un signal est appliqué à l'un des ports, un champ électromagnétique est généré dans la ligne triplaque, lequel interagit avec le champ magnétique de l'aimant. Une interaction complexe se produit alors entre eux. De ce fait, le signal est transmis uniquement autour du circulateur jusqu'au port suivant. L'ensemble circulateur, composé d'une jonction en Y et d'un disque de ferrite, possède une fréquence de résonance distincte ; l'ensemble forme en réalité un résonateur. Pour des raisons évidentes, les circulateurs ne fonctionnent pas à cette fréquence, mais au-dessus ou en dessous, car la perte d'insertion, c'est-à-dire l'atténuation, est beaucoup plus faible.
Application du circulateur RF
circulateurs RF Ils ont de nombreuses applications dans la conception de circuits RF. Ils sont généralement utilisés aux micro-ondes, d'où leur nom de circulateurs micro-ondes.
L’une des applications les plus évidentes et les plus courantes des circulateurs RF est dans les systèmes radar ou les systèmes de communication radio, où l’émetteur et le récepteur utilisent une antenne commune.
Par exemple, la sortie de l'émetteur est connectée au port 1, l'antenne au port 2 et le récepteur au port 3. Par conséquent, l'alimentation de l'émetteur est transmise à l'antenne, et non au récepteur, et le signal reçu par l'antenne est transmis au récepteur. Ainsi, le récepteur est isolé de l'émetteur, mais l'antenne est alimentée par l'émetteur et transmet le signal reçu au récepteur sans commutation mécanique.
isolateurs RF: Les circulateurs RF peuvent être utilisés comme isolateurs RFCes dispositifs sont utiles pour protéger les amplificateurs de sortie des émetteurs devant fonctionner à des niveaux de ROS élevés. Dans ce cas, s'ils sont connectés directement à une antenne, l'amplificateur de puissance peut être soumis à des niveaux de tension ou de courant élevés, ce qui peut l'endommager. Les émetteurs doivent souvent fonctionner sur de très larges bandes passantes ; dans ce cas, il est impossible de maintenir une bonne adaptation d'impédance sur toute la bande passante, ce qui peut entraîner des niveaux de ROS destructeurs. Pour remédier à ce problème, des circulateurs peuvent être utilisés pour protéger l'amplificateur de puissance de la puissance réfléchie.
Pour ce faire, l'émetteur est connecté au port 1 et l'antenne au port 2. Le port 3 est généralement connecté à une charge de 50 Ω, ce qui est indispensable car le niveau d'isolation dépend de la bonne adaptation d'impédance des différents ports. Une mauvaise adaptation ou un circuit ouvert compromettra les performances d'isolation.
La puissance émise est transférée du port 1 au port 2, puis transmise à l'antenne. Toute puissance réfléchie est renvoyée par le câble d'alimentation et transmise du port 2 au port 3, où elle peut être dissipée dans la charge. Ainsi, l'amplificateur de puissance RF peut fonctionner avec un ROS élevé au niveau du câble d'alimentation, tout en étant protégé par un circulateur faisant office d'isolateur RF.
La charge sur le port 3 doit fournir une impédance adaptée : l'isolateur doit correspondre à une impédance sur le port pour maintenir un niveau d'isolation par rapport à ce port.
Circulateurs RF Les isolateurs sont largement utilisés dans de nombreuses applications de conception de circuits micro-ondes et RF, des équipements de radiocommunication aux radars, en passant par de nombreuses autres applications. Leur transmission de puissance d'un port à un autre permet de les utiliser uniquement comme duplexeurs, permettant ainsi à l'émetteur et au récepteur de fonctionner simultanément sur des fréquences proches, et aux amplificateurs de puissance RF de fonctionner sous charge avec une impédance mal adaptée.
Kete Microwave Electronics Co., Ltd. est spécialisée dans la conception et la fabrication de composants passifs RF/hyperfréquences de pointe. Ses principales gammes de produits comprennent des composants en ferrite (Isolateur RF, Circulateur RF), Composants résistifs haute puissance (Résistance RF, Atténuateurs fixes coaxiaux & Terminaison), Condensateur traversant (Filtre RF EMI), Micro-ondes Diviseur de puissance et Filtre RF.
