Design, simulation and comparison of two ultra-wideband dual-pol compact heterodyne front end pixels

Abstract

Los arreglos de plano focal heterodinos han adquirido importancia para observaciones astronómicas dada su alta sensibilidad, resolución espectral y gran campo de visión. No obstante, los módulos que componen estos arreglos requieren una complicada y costosa construcción. Normalmente no contienen un dispositivo de análisis polarimétrico, llamado transductor ortomodal (OMT), debido a su estructura en guía de ondas difícil de integrar y de amplia sección. En este trabajo, se diseñan, simulan y comparan dos pixeles de Front End compuestos por un OMT planar y mezcladores IQ para frecuencias entre 67 - 116 GHz. Se propone realizar recombinación de señales por polarización y calibración de polarización cruzada en el Back End del instrumento. Se considera operar mezcladores MMIC a temperatura ambiente para simplificar el proceso de caracterización. En la banda de frecuencias, ambos diseños ofrecen pérdidas por reflexiones <-20 dB, transmisiones de polarización cruzada <-45 dB y aislación <-50 dB, además de reducir al 51.4% el tamaño de un OMT de guía de ondas para las mismas frecuencias. La comparación entre diseños muestra un intercambio entre rendimiento y complejidad mecánica del instrumento. Ambos receptores diseñados son aptos para desarrollar arreglos de plano focal heterodinos de simple fabricación considerando rendimiento y compactación simulados.