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Fonctionnement et usage des circulateurs en applications radio

Reprise d’un article vu et issu de la sphère « amateur radio »…

Comme quoi ce qu’on appelle les « cibistes », représente bien un creuset à exploiter et à intéresser au radioamateurisme (n’en déplaise à certains heureusement minoritaires).
Autant apprendre à cuisiner à quelqu’un qui sait déjà éplucher les patates …

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Je ne vais pas m’étendre sur le principe technique de l’intérieur d’un circulateur, on va juste voir ce qui se passe à l’extérieur de celui-ci.

Comme vous le voyez dans le dessin lié à cet article, cela se présente sous la forme d’une boite grise (ou de la couleur qui vous plaira) avec 3 connecteurs coaxiaux.

• le 1 pour la connexion à l’émetteur
• le 2 pour la connexion à l’antenne
• le 3 pour la connexion à la charge fictive 50 Ohms

En minimum requis, il faut juste que vous sachiez :

1 / ce qu’est une simple diode et comment elle réagit en continu (vous savez, le truc où dans un sens cela passe et dans l’autre non).
2 / que pour cette explication, on imagine que dans un circulateur on ne peut circuler qu’à travers une seule diode dans chaque sens.

Pour simplifier, je fais une analogie avec une tension continue ce qui me permet de mettre des diodes (c’est bien une analogie, il n’y a pas de tension continue ni de diodes dans un circulateur).

ON COMMENCE…

On va dire qu’un circulateur est une boîte avec trois prises, 1, 2 et 3 comme expliqué ci-dessus.

Supposons que je mette une tension + en 1, vu le sens des diodes elle ne pourra aller qu’en 2 (car comme je l’ai dit au dessus en axiome dans le cadre de cette explication simplifiée, dans un circulateur on ne peut circuler qu’à travers une seule diode).

Supposons que je mette une tension + en 2, vu le sens des diodes elle ne pourra aller qu’en 3.

GÉNIAL, VOUS SAVEZ DÉSORMAIS COMMENT FONCTIONNE UN CIRCULATEUR A 3 BORNES !

Voyons maintenant à quoi cela peut bien servir…

Il était une fois… (je suis très vieux !), on m’avait présenté ce système pour protéger l’étage amplificateur d’un émetteur (un relais GSM en l’occurrence).

Pour mémoire et toujours en simplifiant, quand ce qui est raccordé derrière un émetteur est adapté, toute l’énergie transmise part dans l’antenne.
S’il y a une désadaptation quelque part (généré par n’importe quoi de ce qui est raccordé à la sortie de l’émetteur, pas uniquement l’antenne), une partie de l’énergie transmise revient vers l’émetteur.
Il va sans dire que l’étage amplificateur de l’émetteur qui voit revenir quelque chose vers lui n’est pas très content, cette énergie étant dissipée en chaleur à son niveau.
Chaleur dégagée en fonctionnement normal plus chaleur liée à ce qui lui revient dans la tête, allo les pompiers !
Pour mémoire, si vous avez un ROS mètre à deux aiguilles, l’énergie qui revient vers l’émetteur est celle qui correspond à l’aiguille dont l’échelle est à droite.
Bon, c’est bien tout cela mais quel rapport avec le circulateur ?

Et bien la réponse est sur le dessin du milieu et sur celui à droite dans les schémas.
On va considérer que ce qui part de l’émetteur est une tension positive et que ce qui revient de l’antenne – quand il y a désadaptation – est aussi une tension positive (ce n’est pas la réalité, c’est juste une analogie pour comprendre).

• en 1 vous avez l’émetteur
• en 2 vous avez l’antenne
• en 3 vous avez une charge fictive 50 Ohms
(qui doit pouvoir supporter la puissance de
l’émetteur)

CAS D’UNE ANTENNE INADAPTÉE

Sur le dessin du milieu, on a du + (vert) qui part de l’émetteur et du + (orange) qui revient de l’antenne (antenne inadaptée avec un ROS supérieur à 1).
En vert c’est le + qui part de l’émetteur, en orange c’est le + qui revient de l’antenne.

En regardant simplement le sens des diodes, on voit que ce qui part, le + de l’émetteur (vert), va bien à l’antenne.
Le + (orange) qui revient de l’antenne, va vers la charge fictive, magique non ?
Ce n’est plus l’émetteur qui se prend le retour dans la tête, il est protégé.
C’est la charge fictive qui dissipe la puissance réfléchie (sous réserve que la charge fictive raccordée en borne 3 supporte cette puissance, tout est OK).

CAS D’UNE ANTENNE ADAPTÉE

Sur le dessin de droite, on a du + (vert) qui part de l’émetteur et aucun + (orange) qui revient de l’antenne (antenne adaptée avec un ROS de 1).

En regardant simplement le sens des diodes, on voit que ce qui part, le + de l’émetteur (vert) va bien à l’antenne.
Il n’y a aucun + (orange) qui revient de l’antenne et aucune puissance absorbée par la charge fictive.

On vient donc de voir qu’un CIRCULATEUR PEUT PROTÉGER A 100% UN ÉMETTEUR, que l’antenne soit inadaptée ou à l’extrême qu’elle soit même absente !
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L’article est sur ce lien.

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