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Circulateur à ferrites

Antenne
Transmetteur
Antenne
Récepteur

Figure 1 : Principe d’opération d’un circulateur à ferrite.

Antenne
Transmetteur
Antenne
Récepteur

Figure 1 : Principe d’opération d’un circulateur à ferrite.

Circulateur à ferrites

Un circulateur de ferrite est un composant passif non réciproque à trois connexions qui utilise des matériaux en ferrite magnétisés, de sorte qu’un signal à haute fréquence ne peut sortir que par la connexion qui suit directement l’entrée.

Un aimant permanent permet de créer une tension de polarisation magnétique statique dans le matériau en ferrite. Cela confère au signal électrique une vitesse de propagation différente selon la direction de propagation. La figure 1 montre ce principe, l’énergie entrant dans le circulateur est divisé en deux parts égales à l’entrée (1) mais elles ont une vitesse de propagation très différente à cause des champs magnétique opposés induits dans la ferrite. Au point de connexion (3), les deux signaux sont en opposition de phase et s’annulent mais au point (2), ils sont en phase et s’additionnent pour recomposer le signal initial et se diriger vers l’antenne.

Un circulateur de ferrite idéal, sans perte, possède la matrice S :

(1)

À cause de la construction symétrique des circulateurs à ferrite, il est possible de toujours de déterminer la trajectoire du signal et à quel port doit être connecté l’antenne, le transmetteur et le récepteur. Ils peuvent aussi servir de protection contre les réflexions dans un circuit de transfert.

Figure 2 : Paramètres S sur un circulateur de ferrite à trois portes

Figure 2 : Paramètres S sur un circulateur de ferrite à trois portes

L’isolation d’un circulateur est la perte d’insertion entre le port de sortie et le port d’entrée, c’est-à-dire dans le sens inverse. En se référant au circulateur de la figure 1, si le port 1 est le port d’entrée, il y a deux ports de sortie et donc deux isolations égales à la perte de retour du port 3 vers le port 2 et du port 2 vers le port 1. S’il s’agissait d’un circulateur idéal et que le port 2 était parfaitement adapté, l’isolation serait infinie. Si le port 2 n’est pas parfaitement adapté, l’isolation du port 3 vers le port 1 sera finie. Cependant, la source la plus courante d’isolation limitée est lorsque le circulateur n’est pas parfaitement adapté. Dans la pratique, on obtient des valeurs d’isolation comprises entre -20 et -30 dB. Les circulateurs à ferrite sont souvent utilisés comme duplexeur pour séparer l’émission et la réception.

Les circulateurs de ferrite peuvent également être utilisés comme protection contre les réflexions et sont alors appelés isolateurs. Dans ce cas, une charge fictive (dite terminateur) suffisamment dimensionnée est placée à la connexion 3, qui transforme l’énergie réfléchie de la connexion 2 en chaleur, tandis que le sens du flux de signal souhaité de la connexion 1 vers la connexion 2 bénéficie d’un passage sans obstacle.

La figure 3 montre un circulateur de ferrite démonté pour les petites puissances. La plus grande partie du volume total est occupée par deux blocs métalliques massifs qui n’ont qu’une fonction de support. La piste conductrice au centre est en cuivre. Les dimensions sont choisies de telle sorte qu’ensemble avec la surface des blocs métalliques, ils forment une impédance de 50 Ω. Les deux plaquettes de ferrite ont la forme d’une petite tablette et sont enchâssées dans un disque en céramique. Mécaniquement, toute la construction ne tient que grâce aux douilles HF (ici en norme N). De plus, le tout est collé afin que les éventuelles vibrations mécaniques n’aient pas d’effet sur le fonctionnement.

La figure 4 montre un circulateur de fer du radioaltimètre PRW-13. Le champ magnétique permanent est ici généré par un électroaimant.

Galerie de images Circulateur à ferrites

Figure 2 : Circulateur à ferrites pour une fréquence de 1030 MHz

Figure 3 : Diagramme explosif d’un circulateur de ferrite

Figure 4 : Circulateur de ferrite dans le radioaltimètre PRW-13