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Titolo: Come è fatto un circolatore?

Ciao ragazzi.
Li abbiamo visto in vendita alle fiere, la maggior parte di noi
sicuramente sa cosa fanno e qualcuno addirittura li usa... i
circolatori.
Ma io, pur sapendo cosa fa e come usarlo, non riesco ad immaginare come
sia fatto all'interno e su quali principi si basi il suo funzionamento -
e non ho mai avuto l'opportunità di vederne uno aperto!
In fine dei conti è un dispositivo passivo (cioè, non alimentato)...
come si fa ad avere una "conduzione" unidirezionale dell'energia RF?????
Qualcuno mi saprebbe spiegare (pronto, Professore Mario?!) - magari
anche con l'aiuto di qualche foto che qualcuno più volenteroso ospiterà
sul proprio sito web - come "girano" le onde all'interno di questa
"bestiola"? Ne sarrei veramente contento di scoprirlo!
Faccio la domanda sul n.g. perchè credo possa interessare a tutti.
73 de iz2dhn,
Gilberto
-- 
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

 ........
Dato che mi chiami in causa... beccati questa! ;-)
Ad una domanda del genere  non è facile rispondere, specialmente limitandosi
al formato testo e senza matematica...
Comunque, il punto fondamentale è questo: in un cristallo il campo
elettromagnetico si propaga in maniera diversa secondo la sua direzione
rispetto agli assi di simmetria del cristallo stesso (questo fenomeno si
chiama anisotropia). La conseguenza immediata di ciò è che la velocità della
luce nel cristallo, e quindi la fase dell'onda, varia secondo la direzione
di propagazione. Se consideriamo una qualsiasi onda polarizzata linearmente,
essa si può considerare formata dalla somma di due onde polarizzate
circolarmente, una in senso orario e l'altra in  senso antiorario; in un
mezzo anisotropo, per certe direzioni di propagazione, queste due onde
avranno velocità di fase differenti. Perciò, se lanciamo un'onda polarizzata
linearmente in un mezzo anisotropo, la sua fase viene ruotata lungo il
cammino di propagazione in misura diversa per le due polarizzazioni
circolari, e ciò che risulta dalla somma di queste ultime è un'onda che, pur
restando sempre polarizzata linearmente, ruota il suo piano di
polarizzazione mano a mano che penetra nel mezzo. Ma il bello è che, se
l'onda torna indietro, la rotazione del piano di polarizzazione continua ad
avvenire nello stesso senso: questo fenomeno si chiama rotazione di Faraday,
ed avviene ogni volta che il mezzo sia anisotropo; avviene anche nella
ionosfera, ed è responsabile della rotazione del piano di polarizzazione
delle onde riflesse: è il motivo per cui le onde che penetrano con
polarizzazione orizzontale spesso escono con polarizzazione verticale o
quasi, ragion per cui spesso, a parità di guadagno dell'antenna, si ascolta
meglio il dx con un'antenna verticale che con una orizzontale. Ma, ad
esempio, è utilizzata anche per misurare la quantità di zucchero in una
soluzione, e ci si fanno delle comodissime e relativamente economiche
macchinette per la misura rapida e precisa della glicemia.
Quando una ferrite viene sottoposta ad un forte campo magnetico, i domini
magnetici (gruppetti di atomi di ferro che si comportano praticamente come
un unico microscopico magnete) vengono parzialmente orientati nello spazio,
allineandosi con il campo magnetico, e questo causa l'insorgere di un
fortissima anisotropia, per cui la rotazione di Faraday diventa
particolarmente forte, e può essere utilizzata per ottenere effetti
rilevanti in piccoli dispositivi.
Prendiamo un pezzetto di cristallo di ferrite, e magnetizziamolo con un
campo tale che, dall'ingresso all'uscita, l'onda sia ruotata di un 45°; a
questo punto, mettiamo come ingresso una guida d'onda che consideriamo
"orizzontale" come riferimento, e come uscita una guida d'onda, ruotata
anch'essa di 45°. Un'onda che entra dalla prima guida viene ruotata di 45° e
può uscire dalla seconda guida, in quanto per l'onda questa guida è
"dritta", cioè il suo campo è parallelo alla larghezza della guida. Ma se
immettiamo un'onda nella guida d'uscita, quindi già ruotata di 45° rispetto
a quella d'ingresso perché è ruotata la guida, nel percorso l'onda viene
ruotata di altri 45° e, quando arriva sulla prima guida, è ruotata in tutto
di 90°: perciò si trova ad essere polarizzata in direzione parallela
all'asse minore della guida e non può penetrarvi, perché corrisponde ad un
modo proibito della guida. Abbiamo così ottenuto un dispositivo, che viene
chiamato "isolatore", nel quale l'onda viaggia dalla porta 1 alla porta 2,
ma non può viaggiare dalla porta 2 alla porta 1. Dopo la seconda guida, ne
mettiamo una terza, ruotata di 45° rispetto alla seconda, e disposta in
direzione opposta, in modo che il segnale che arriva dalla porta 1 già
ruotato non possa entrarvi; e spesso una quarta, ruotata rispetto alla
terza, cosicché il gioco si ripete. Se ne ottiene un dispositivo, il
circolatore, in cui il segnale entrante da una porta può uscire solo ed
esclusivamente dalla porta successiva, mentre in tutte le altre l'onda non
esce.
Di solito le porte sono quattro, perché un teorema generale dei circuiti a
microonde consente di dimostrare che un dispositivo con tre porte non può
essere adattato contemporaneamente su tutte le porte.
Naturalmente, l'isolamento è perfetto solo in teoria: in pratica, raramente
si riescono a superare i 20 dB di isolamento, ma già non sono pochi, e vanno
bene per molti usi. Inoltre, se il magnete si scarica (si, succede...) la
rotazione non è più quella giusta e il circolatore non circola più bene...
Spero di non averti confuso le idee più di prima ;-) , comunque resto sempre
a disposizione per altri chiarimenti.
Ciao.
--
73 es 51 de i3hev, op. mario
http://digilander.iol.it/hamweb
http://digilander.iol.it/esperantovenezia

 73 es 51 de i3hev, op. mario
Grazie!


 Anzi, anche senza foto e matematica, sei stato cristalino!!!!
Grazie :o)
Ciao.
--
73 es 51 de i3hev, op. mario
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