Przetwornik ortomodowy

Przetwornik ortomodowy, pasmo VSAT K _u

Jednostka zewnętrzna zawiera róg zasilający , OMT, LNB i BUC

Przetwornik ortomodowy (Portenseigne, Francja)

Przetwornik ortomodowy, polaryzacja pionowa i pozioma

Strona anteny OMT

Przetwornik ortomodowy ( OMT ) to element falowodu , który jest powszechnie określany jako duplekser polaryzacyjny . Tryb ortomodalny jest skrótem trybu ortogonalnego . Przetworniki ortomodowe służą do łączenia lub rozdzielania dwóch prostopadle spolaryzowanych ścieżek sygnału mikrofalowego. Jedna ze ścieżek tworzy łącze w górę , które jest przesyłane przez ten sam falowód , co ścieżka odbieranego sygnału lub ścieżka łącza w dół . Takie urządzenie może być częścią zasilanie anteny terminala o bardzo małej aperturze (VSAT) lub naziemne mikrofalowe zasilanie radiowe; na przykład OMT są często używane z tubą zasilającą do izolowania ortogonalnych polaryzacji sygnału i przesyłania sygnałów nadawczych i odbiorczych do różnych portów.

Aplikacje VSAT i satelitarnych stacji naziemnych

W przypadku modemów VSAT tory transmisji i odbioru są względem siebie ustawione pod kątem 90°, czyli innymi słowy, sygnały są spolaryzowane ortogonalnie względem siebie. To Ka _pasmach ortogonalne pasmach Ku _{przesunięcie} między dwiema ścieżkami sygnału zapewnia w przybliżeniu izolację 40 dB w i częstotliwości radiowych.

Dlatego urządzenie to pełni istotną rolę jako element przyłączeniowy jednostki zewnętrznej (ODU) modemu VSAT . Zabezpiecza element czołowy odbiornika ( niskoszumny konwerter blokowy LNB) przed przepaleniem przez moc sygnału wyjściowego generowanego przez konwerter blokowy (BUC). BUC jest również podłączony do tuby zasilającej przez port falowodu urządzenia łączącego OMT.

Przetworniki ortomodowe są stosowane w podwójnie spolaryzowanych VSAT, na obszarach słabo zaludnionych, antenach radarowych , radiometrach i łączach komunikacyjnych. Zwykle są one podłączone do konwertera w dół anteny lub LNB oraz do wzmacniacza dużej mocy (HPA), podłączonego do anteny nadawczej .

Gdy przesyłany i odbierany sygnał radiowy do iz anteny ma dwie różne polaryzacje (poziomą i pionową), mówi się, że są ortogonalne . Oznacza to, że płaszczyzny modulacji dwóch fal sygnału radiowego są ustawione względem siebie pod kątem 90 stopni. Urządzenie OMT służy do separacji dwóch sygnałów o jednakowej częstotliwości, ale różnej polaryzacji, o wysokiej i niskiej mocy sygnału. Separacja ochronna jest niezbędna, ponieważ jednostka nadajnika mogłaby poważnie uszkodzić bardzo czuły, niskonapięciowy (µV), przedni wzmacniacz odbiornika przy antenie.

Sygnał transmisyjny łącza up-link o stosunkowo dużej mocy (1, 2 lub 5 watów dla typowych urządzeń VSAT) pochodzący z BUC i moc odbieranego sygnału o bardzo małej mocy (rzędu µV) pochodząca z anteny do Jednostki odbiornika LNB, w tym przypadku ustawione względem siebie pod kątem 90°, są połączone ze sobą w ognisku tuby zasilającej anteny parabolicznej. Urządzeniem, które łączy ścieżki łącza w górę i łącza w dół, które są względem siebie ustawione pod kątem 90°, jest OMT.

W przypadku działania w paśmie VSAT K _u , typowy OMT zapewnia izolację -40 dB pomiędzy każdym z podłączonych portów radiowych do tuby zasilającej skierowanej w stronę reflektora parabolicznego (-40 dB oznacza, że ​​tylko 0,01% mocy wyjściowej nadajnika jest przesyłany krzyżowo do portu falowodu odbiornika). Port skierowany w stronę reflektora parabolicznego anteny jest kołowym portem polaryzacyjnym, dzięki czemu można łatwo uzyskać sprzężenie polaryzacji poziomej i pionowej przychodzącego i wychodzącego sygnału radiowego.

Izolacja 40 dB zapewnia niezbędną ochronę bardzo czułego wzmacniacza odbiornika przed przepaleniem przez sygnał o stosunkowo dużej mocy z jednostki nadawczej. Dalszą izolację można uzyskać za pomocą selektywnego filtrowania częstotliwości radiowych w celu uzyskania izolacji -100 dB (-100 dB oznacza, że ​​tylko 10-10 ^ułamek mocy wyjściowej nadajnika jest przesyłany krzyżowo do portu falowodu odbiornika) .

Drugi obraz przedstawia dwa typy jednostek zewnętrznych, 1-watową jednostkę Hughes i złożoną konfigurację 2-watowych BUC/OMT/LNB Andrew, szwedzkie jednostki mikrofalowe.

Poniższe obrazy przedstawiają konfigurację pasma Portenseigne & Hirschmann Ku _, która podkreśla poziome, pionowe i kołowe spolaryzowane porty falowodu, które łączą się z tubą zasilającą, elementami LNB lub BUC jednostki zewnętrznej.

Naziemne mikrofalowe łącza radiowe

Przetwornik trybu ortogonalnego jest również elementem powszechnie spotykanym w naziemnych mikrofalowych łączach radiowych o dużej przepustowości. W tym układzie dwie paraboliczne anteny reflektorowe działają w mikrofalowej ścieżce radiowej punkt-punkt (4 GHz do 85 GHz) z czterema radiami, po dwa zamontowane na każdym końcu. Na każdej antenie z tyłu zasilacza zamontowany jest przetwornik ortomodowy w kształcie litery T, rozdzielający sygnał z zasilania na dwa oddzielne radia, jeden pracujący w polaryzacji poziomej, a drugi w polaryzacji pionowej. Ten układ jest używany do zwiększenia zagregowanej przepustowości danych między dwoma czaszami na ścieżce mikrofalowej punkt-punkt lub do redundancji tolerancji błędów. Niektóre typy zewnętrznych radiotelefonów mikrofalowych mają zintegrowane przetworniki ortomodowe i działają w obu polaryzacjach z jednego urządzenia radiowego, eliminując zakłócenia między polaryzacją ( XPIC ) w samej jednostce radiowej. Alternatywnie, przetwornik ortomodowy może być wbudowany w antenę i umożliwiać podłączenie do anteny oddzielnych radioodbiorników lub oddzielnych portów tego samego radia.

CableFree 2+0 XPIC Microwave Link pokazujący OMT i dwa ODU podłączone do portów polaryzacji H i V

Charakteryzacja

Przetwornik w trybie ortometrycznym można modelować jako urządzenie 4-portowe, z których 2 (H i V) reprezentują porty z pojedynczą polaryzacją, a pozostałe (h, v) są reprezentowane przez zdegenerowane tryby w porcie z podwójną polaryzacją.

Parametry rozpraszania można zebrać w macierzy rozpraszania 4 × 4 $)$ która jest symetryczna dla odwrotnego OMT (tj. Nie obejmuje cyrkulatorów , izolatorów ani składników aktywnych , pozostawiając w ten sposób 10 niezależnych wyrazów dla ogólnego urządzenia stratnego:

${\ Displaystyle {\ boldsymbol {S}} = {\ rozpocząć {bmatrix} S_ {HH} i S_ {HV} i S_ {Hh} i S_ {Hv} \\ S_ {HV} i S_ {VV} i S_ {Vh} i S_ {Vv }\\S_{Hh}&S_{Vh}&S_{hh}&S_{hv}\\S_{Hv}&S_{Vv}&S_{hv}&S_{vv}\end{bmatrix}}}$

Tych:

• 4 ( ${\ Displaystyle S_ {HH}}$ , ${\ Displaystyle S_ {VV}}$ , ${\ Displaystyle S_ {hh}}$ , ${\ Displaystyle S_ {vv}}$ ) przedstawiają wewnętrzne współczynniki odbicia 4 portów, związane ze stratami odbiciowymi , gdy wszystkie porty są zamknięte na idealne obciążenia równe impedancji charakterystycznej portu;
• 2 ( ${\ Displaystyle S_ {Hh}}$ , ${\ Displaystyle S_ {Vv}}$ ) to główne warunki transmisji bezpośredniej (z każdego portu z pojedynczą polaryzacją do odpowiedniego trybu na porcie z podwójną polaryzacją) ;
• 2 ( ${\ Displaystyle S_ {Hv}}$ , ${\ Displaystyle S_ {Vh}}$ ) reprezentują dyskryminację między polaryzacją (XPD): od każdego portu z pojedynczą polaryzacją do rzekomo izolowanego trybu na port z podwójną polaryzacją;
• 2 ( ${\ Displaystyle S_ {HV}}$ , ${\ Displaystyle S_ {hv}}$ ) modelują warunki izolacji (czasami określane jako izolacja między portami, IPI): między dwoma portami o pojedynczej polaryzacji i między dwoma modami ortogonalnymi w porcie o podwójnej polaryzacji.

Idealny OMT wykazuje doskonałe dopasowanie (wartości zerowe na przekątnej), jednostkowe warunki transmisji bezpośredniej oraz nieskończone XPD i izolację (wartości zerowe odpowiadające parametrom rozpraszania):

${\ Displaystyle {\ boldsymbol {S}} = {\ rozpocząć {bmatrix} 0 i 0 i 1 i 0 \\ 0 i 0 i 1 \\ 1 i 0 i 0 i 0 \\ 0 i 1 i 0 i 0 \ koniec {bmatrix}}}$

Charakterystyka wyprodukowanego OMT (uważanego za testowane urządzenie, DUT) jest zwykle delikatną sprawą zarówno z powodów mechanicznych, jak i teoretycznych.

Koncepcyjnie, jeśli idealny OMT jest dostępny jako część konfiguracji pomiarowej, często nazywany „złotą próbką”, jego podwójnie spolaryzowany port można podłączyć do jego odpowiednika w DUT, co daje 4-portowe równoważne urządzenie z 4 pojedynczymi polaryzacjami porty. Idealny OMT dzieli dwie polaryzacje na podwójnie spolaryzowanym porcie na dwa standardowe porty z pojedynczą polaryzacją, a taki układ umożliwia bezpośredni pomiar wszystkich parametrów rozpraszania DUT (albo za pomocą 4-portowego wektorowego analizatora sieci (VNA ) albo 2-portowy z 2 obciążeniami o pojedynczej polaryzacji używany w kilku kombinacjach).

Taka idealna konfiguracja jest podatna jedynie na mechaniczne niepewności związane z fizycznym rozmieszczeniem i wyrównaniem portów z podwójną polaryzacją. Prosty kąt niewspółosiowości $sztuczną$ ścieżkę od każdej polaryzacji do przeciwnej proporcjonalnej do ${\ displaystyle \ sin {\ epsilon}}$ . Kombinacja fazoryczna wycieku (lub $)$ z powodu XPD DUT i tej sztucznej straty $\ Displaystyle S_ {Vh$${\ Displaystyle \ sin {\ epsilon}}$ jest rzeczywistą zewnętrzną wielkością mierzoną. Jeśli przy odpowiedniej rekombinacji fazowej oba wkłady mają tendencję do wzajemnego znoszenia się, rzeczywisty zmierzony XPD może wzrosnąć do nieskończoności (możliwe tylko wtedy, gdy | $\ Displaystyle | S_ {Vh} | = | \sin \epsilon |}$ ), co powoduje ogromny błąd oszacowania.

W zależności od oczekiwanej wartości XPD DUT należy wprowadzić mechaniczne środki zaradcze gwarantujące pominięcie sztucznej niepewności pomiaru.

Każde odchylenie od tej idealnej konfiguracji wprowadza jednak błędy i niepewność.

Jeśli zamiast idealnego OMT dostępne jest obciążenie o podwójnej polaryzacji, pozwala to na 2 × 2 pomiary z portów z pojedynczą polaryzacją, dając tylko 2 warunki odbicia ( i S H H {\ displaystyle $}$${\ Displaystyle S_ {HH}}$ ) i jeden IPI ( ${\ Displaystyle S_ {HV}}$ ). Inne pomiary mające na celu oszacowanie innych parametrów rozpraszania DUT obejmują port z podwójną polaryzacją i wymagają dodatkowych elementów, takich jak przejścia lub zwężenia z polaryzacji podwójnej do pojedynczej, które często nie są dopasowane na co najmniej jednym z dwóch polaryzacje: powoduje to niepożądane odbicia, które rozchodzą się przez OMT i łączą się w portach VNA, uniemożliwiając w ten sposób bezpośrednie pomiary. Kwestie te dodają się do czynników mechanicznych i zwiększają niepewność w procedurze pomiarowej.

Ze względu na rosnące zapotrzebowanie na łącza danych o dużej przepustowości, wykorzystanie podwójnej polaryzacji sprzyjało badaniom nad projektowaniem i charakteryzacją OMT w celu przezwyciężenia praktycznych trudności. Literatura dotycząca modelowania i praktycznej charakterystyki OMT składa się zarówno z prac organizacji akademickich, takich jak National Research Council (Włochy) , Politechnika Marche i Europejska Agencja Kosmiczna, jak i zespołów przemysłowych, takich jak CommScope i Siae Microelettronica z natychmiastowym wpływem na produkty dla nowoczesnych dwupolaryzacyjnych systemów telekomunikacyjnych, na przykład w naziemnej mikrofalowej sieci dosyłowej .

Zobacz też

• Falowód (elektromagnetyzm)
• Róg karmienia

Linki zewnętrzne

• Specjalne szkolenie VSAT demonstrujące użycie przetwornika ortomodowego (OMT):
  • Podręcznik instalacji VSAT Prezentacja wideo z objaśnieniem przetwornika ortomodowego (OMT)