Un transductor ortomodo ( OMT ) es un componente de guía de ondas que comúnmente se conoce como duplexor de polarización . Ortomodo es una contracción de modo ortogonal . Los transductores ortomodo sirven para combinar o separar dos rutas de señales de microondas polarizadas ortogonalmente . [1] Una de las rutas forma el enlace ascendente , que se transmite por la misma guía de ondas que la ruta de señal recibida, o ruta de enlace descendente . Un dispositivo de este tipo puede ser parte de una alimentación de antena de terminal de apertura muy pequeña (VSAT) o una alimentación de radio de microondas terrestre ; por ejemplo, los OMT se utilizan a menudo con una bocina de alimentación para aislar las polarizaciones ortogonales de una señal y para transferir señales de transmisión y recepción a diferentes puertos. [2]
En el caso de los módems VSAT , las trayectorias de transmisión y recepción se encuentran a 90° entre sí, es decir, las señales están polarizadas ortogonalmente entre sí. Este desplazamiento ortogonal entre las dos trayectorias de señal proporciona un aislamiento de aproximadamente 40 dB en las bandas de radiofrecuencia de las bandas Ku y Ka .
Por lo tanto, este dispositivo cumple una función esencial como elemento de unión de la unidad exterior (ODU) de un módem VSAT . Protege el elemento frontal del receptor (el convertidor descendente de bloque de bajo ruido , LNB) contra el desgaste por la potencia de la señal de salida generada por el convertidor ascendente de bloque (BUC). El BUC también está conectado a la bocina de alimentación a través de un puerto de guía de ondas del dispositivo de unión OMT.
Los transductores ortomodo se utilizan en VSAT de polarización dual, en áreas escasamente pobladas, antenas de radar , radiómetros y enlaces de comunicaciones. Por lo general, se conectan al convertidor descendente de la antena o LNB y al amplificador de alta potencia (HPA), conectado a una antena transmisora .
Cuando la señal de radio transmitida y recibida hacia y desde la antena tiene dos polarizaciones diferentes (horizontal y vertical), se dice que son ortogonales . Esto significa que los planos de modulación de las dos ondas de la señal de radio están a 90 grados entre sí. El dispositivo OMT se utiliza para separar dos señales de igual frecuencia, pero con polarizaciones diferentes, de potencia de señal alta y baja. La separación protectora es esencial ya que la unidad transmisora dañaría gravemente la unidad amplificadora del receptor frontal de bajo microvoltaje (μV) muy sensible en la antena.
La señal de transmisión del enlace ascendente, de potencia relativamente alta (1, 2 o 5 vatios para equipos VSAT comunes) que se origina en el BUC y la potencia de la señal recibida de potencia muy baja (del orden de μV) que viene de la antena a la unidad receptora LNB, en este caso están en un ángulo de 90° entre sí, ambas están acopladas entre sí en el punto focal de la bocina de alimentación de la antena parabólica. El dispositivo que une las trayectorias de enlace ascendente y descendente, que están a 90° entre sí es el OMT.
En el caso de la banda de operación VSAT Ku , un OMT típico proporciona un aislamiento de -40 dB entre cada uno de los puertos de radio conectados a la bocina de alimentación que mira hacia el reflector parabólico (-40 dB significa que solo el 0,01 % de la potencia de salida del transmisor se alimenta de forma cruzada al puerto de guía de ondas del receptor). El puerto que mira hacia el reflector parabólico de la antena es un puerto de polarización circular, de modo que se logra fácilmente el acoplamiento de polaridad horizontal y vertical de la señal de radio entrante y saliente.
El aislamiento de 40 dB proporciona una protección esencial al amplificador del receptor, que es muy sensible, contra el desgaste provocado por la señal de potencia relativamente alta de la unidad transmisora. Se puede obtener un aislamiento adicional mediante un filtrado selectivo de radiofrecuencia para lograr un aislamiento de -100 dB (-100 dB significa que solo una fracción del 10 −10 de la potencia de salida del transmisor se alimenta al puerto de guía de ondas del receptor).
La segunda imagen muestra dos tipos de unidades exteriores: una unidad Hughes de 1 vatio y una configuración compuesta de una unidad Andrew, Swedish Microwave, BUC/OMT/LNB de 2 vatios.
Las siguientes imágenes muestran una configuración de banda Ku de Portenseigne & Hirschmann , que resalta los puertos de guía de onda polarizados horizontales, verticales y circulares que se unen a la bocina de alimentación, los elementos LNB o BUC de una unidad exterior.
Un transductor orto-modo es también un componente que se encuentra comúnmente en los enlaces de radio de microondas terrestres de alta capacidad . En esta disposición, dos platos reflectores parabólicos operan en una ruta de radio de microondas punto a punto (4 GHz a 85 GHz) con cuatro radios, dos montados en cada extremo. En cada plato, un transductor orto-modo en forma de T está montado en la parte trasera de la alimentación, separando la señal de la alimentación en dos radios separados, uno que opera en la polaridad horizontal y el otro en la polaridad vertical. Esta disposición se utiliza para aumentar el rendimiento de datos agregados entre dos platos en una ruta de microondas punto a punto, o para redundancia de tolerancia a fallas. Ciertos tipos de radios de microondas para exteriores tienen transductores orto-modo integrados y operan en ambas polaridades desde una sola unidad de radio, realizando cancelación de interferencia de polarización cruzada ( XPIC ) dentro de la propia unidad de radio. Alternativamente, el transductor orto-modo puede estar integrado en la antena y permitir la conexión de radios separados, o puertos separados de la misma radio, a la antena.
Un transductor orto-modo se puede modelar como un dispositivo de 4 puertos, 2 de estos (H y V) representan los puertos de polarización simple y los restantes (h, v) están incorporados por los modos degenerados en el puerto de polarización dual.
Los parámetros de dispersión se pueden reunir en una matriz de dispersión de 4×4 , que es simétrica para un OMT recíproco (es decir, no incluye circuladores , aisladores o componentes activos ), dejando así 10 términos independientes para un dispositivo con pérdida general:
De estos:
Un OMT ideal exhibe una correspondencia perfecta (términos nulos en la diagonal), términos de transmisión directa unitaria y XPD y aislamiento infinitos (parámetros de dispersión correspondientes nulos):
La caracterización de un OMT fabricado (considerado el dispositivo bajo prueba, DUT) suele ser un asunto delicado por razones tanto mecánicas como teóricas.
Conceptualmente, si se dispone de un OMT ideal como parte de la configuración de medición, a menudo denominado "muestra de oro", su puerto de doble polarización se puede conectar a su homólogo en el DUT, lo que da como resultado un dispositivo equivalente de 4 puertos con 4 puertos de polarización simple. El OMT ideal divide las dos polarizaciones en el puerto de doble polarización en dos puertos estándar de polarización simple y dicha disposición permite la medición directa de todos los parámetros de dispersión del DUT (ya sea mediante el uso de un analizador de redes vectoriales (VNA) de 4 puertos o uno de 2 puertos con 2 cargas de polarización simple utilizadas en varias combinaciones).
Esta configuración ideal solo es propensa a incertidumbres mecánicas relacionadas con la colocación física y la alineación de los puertos de doble polarización. Un simple ángulo de desalineación introduce una ruta artificial desde cada polarización a la opuesta proporcional a . La combinación fasorial de la fuga (o ) debido a las XPD del DUT y esta pérdida artificial es la cantidad externa medida real. Si, mediante una recombinación de fase adecuada, las dos contribuciones tienden a cancelarse entre sí, la XPD medida real puede aumentar hasta el infinito (posible solo si ), lo que resulta en un enorme error de estimación.
Dependiendo de la XPD esperada del DUT, se deben introducir contramedidas mecánicas para garantizar que se pueda ignorar la incertidumbre de medición artificial.
Sin embargo, cualquier desviación de esta configuración ideal introduce errores e incertidumbres.
Si se dispone de una carga adaptada de polarización dual en lugar del OMT ideal, esto permite mediciones 2×2 desde los puertos de polarización simple, lo que produce solo 2 de los términos de reflexión ( y ) y un IPI ( ). Otras mediciones destinadas a obtener estimaciones de los otros parámetros de dispersión del DUT involucran el puerto de polarización dual y requieren componentes adicionales, como transiciones o estrechamientos de polarización dual a polarización simple, que a menudo no coinciden en al menos una de las dos polarizaciones: esto crea reflexiones no deseadas que se propagan a través del OMT y se combinan en los puertos del VNA, lo que impide las mediciones directas. Estos problemas se suman a los factores mecánicos y aumentan las incertidumbres en el procedimiento de medición.
Debido a la creciente demanda de enlaces de datos de alta capacidad, la explotación de la polarización dual ha fomentado la investigación en el diseño y caracterización de OMT para superar las dificultades prácticas. La literatura relacionada con el modelado y la caracterización práctica de OMT consiste en trabajos tanto de organizaciones académicas como el Consejo Nacional de Investigación (Italia) , [3] la Universidad Politécnica de Marche y la Agencia Espacial Europea [4] y también de equipos industriales como CommScope [5] y Siae Microelettronica [6] con impacto inmediato en productos para sistemas de telecomunicaciones modernos de polarización dual, por ejemplo en backhauling de microondas terrestres .
