Diseño de un transductor de modos ortonormales para la banda 2+3 de ALMA (67-116 GHz)

Abstract

El Atacama Large Millimeter Array, ALMA, es el mayor instrumento construido para detectar radiación electromagnética en el rango de las ondas milimétricas y sub-milimétricas. ALMA se compone de 66 antenas operando en modo interferométrico, cada antena a su vez tiene 10 receptores heterodino sintonizados en distintas bandas de frecuencia entre 30 y 950 GHz. En el contexto de estudiar posibles mejoras a la arquitectura actual surge la posibilidad de reemplazar los receptores de Banda 2 y 3 por un solo receptor que cubra el rango de frecuencia desde los 67 a 116 GHz. En la estructura de los receptores de ALMA, luego de que la radiación electromagnética es recibida por la antena de bocina, esta debe ser separada en polarizaciones ortogonales. El instrumento encargado de realizar la separación es conocido como transductor de modos ortogonales u OMT por sus siglas en ingles. Al ser de los primeros dispositivos en el receptor, es de vital importancia que introduzca el menor ruido posible a las señales a procesar. En esta memoria nos centramos en el diseño, simulación y medición de un OMT de tipo juntura turnstile para la Banda 2 + 3 de ALMA, que cumpla con las especificaciones de pérdidas por reflexiones, aislación entre puertos de salida, transmisiones copolar y crosspolar. El trabajo comenzó por el diseño de la juntura turnstile, elemento clave de este dispositivo que separa las polarizaciones, y continuó con el diseño de los demás componentes de guía de onda del OMT, tales como los codos escalonados, transformadores de impedancia y combinadores de potencia. Una vez obtenido un modelo completo se realizaron análisis de resonancias y se modificó el modelo con tal de eliminarlas y/o mitigarlas. Finalmente se incorporan al diseño ciertas consideraciones mecánicas que facilitan la construcción e integración del OMT con los demás elementos del receptor. El primer prototipo de OMT se contruyó y caracterizó utilizando un analizador escalar de redes, obteniéndose medidas preliminares del comportamiento del OMT. Los resultados obtenidos indican que las pérdidas por retorno del dispositivo son del orden de −15 dB. Las pérdidas de inserción son del orden de −3 dB. Las transmisión crosspolar posee un nivel medio cercano a los −30 dB. Mientras la aislación entre puertos de salida son del orden de los −30 dB. Por último debemos decir que las mediciones de transmisión crosspolar y aislación estan limitadas por la presición del sistema de medición( 0,01 % de presición). A pesar de las limitaciones del sistema las mediciones obtenidas son una caracterización inicial permite analizar y examinar el diseño propuesto. A partir de esto se genera retroalimentación útil para siguientes iteraciones del OMT tanto en el diseño como en construcción y medición del mismo