Laboratoire Commun InoGyro
Les circulateurs à ferrite sont des dispositifs non réciproques essentiels dans les systèmes de communication sans fil, pour lesquels il est nécessaire d’employer une seule antenne pour la transmission/réception simultanée du signal. Ils assurent donc l’aiguillage des signaux selon leur provenance, en favorisant la propagation de l’onde EM dans une direction plutôt que dans une autre.
Par ailleurs, la diversité des applications de télécommunications sans fil, qui ne cessent d’augmenter, nécessite souvent d’allouer de multiples canaux fréquentiels. De ce fait, la conception de dispositifs hyperfréquences multi-bandes devient désormais un avantage important dans les systèmes de transmission de données.
Inoveos et Xlim travaillent depuis quelques années sur le développement de designs originaux de circulateurs multi-bandes afin de couvrir ces nouveaux besoins.
Une première preuve de concept de circulateur à ferrite bi-bandes [1] fonctionnant sur deux bandes de fréquences simultanément a été démontrée et validée en 2017. Ces premiers dispositifs fonctionnaient sur de faibles bandes de circulation et l’écart entre la première et la seconde bande de circulation n’était pas choisi. Nous avons depuis, montré la conception de deux nouveaux prototypes de circulateurs bi-bandes [2] présentant un élargissement des bandes de circulation grâce à l’exploitation de la zone de fonctionnement en champ faible. Ces prototypes ont également permis de montrer que la géométrie du conducteur central d’un circulateur était le paramètre déterminant de l’écart entre la première et la seconde bande de circulation. Cette observation amène donc à utiliser des géométries de conducteur central complexe et dont les modélisations analytiques n’ont jamais été développées.
Une nouvelle méthode analytique a donc été mise au point afin de coupler les résonateurs à ferrites (circulateur à ferrite sans lignes d’accès) présentant un conducteur central complexe et ce sur deux bandes de fréquences simultanément. Cette nouvelle méthode consiste à calculer la matrice impédance d’un résonateur à ferrite afin de déterminer le circuit qui adaptera au mieux le circulateur bi-bande associé tout en présentant une fonction de circulation optimisée. La méthode a été validée par la mesure d’un circulateur mono-bande ayant un conducteur central triangulaire et d’un circulateur bi-bande présentant un conducteur central Y à stubs. Finalement, ces travaux ont été adaptés à la technologie planaire micro-ruban afin de réduire les dimensions de ces dispositifs grâce aux permittivités des substrats.
[1] H. Turki, L. Huitema, T. Monediere, B. Lenoir and C. Breuil, « New Concept Validation of Low-Loss Dual-Band Stripline Circulator, » in IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, vol. 67, no. 3, pp. 845-850, March 2019, doi: 10.1109/TMTT.2018.2890632.
[2] V. Olivier et al., « Dual-Band Ferrite Circulators Operating on Weak Field Conditions: Design Methodology and Bandwidths’ Improvement, » in IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, vol. 68, no. 7, pp. 2521-2530, July 2020, doi: 10.1109/TMTT.2020.2988003.
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