Utilización de redes de siete puertos en sistemas con diversidad polarimétrica y espacial

Abstract

La tecnología inalámbrica moderna utiliza arreglos de sensores para incorporar información polarimétrica y espacial del entorno proporcionando funciones adicionales a los sistemas como la capacidad de transmitir y recibir señales con distinta polarización, así como también, conformar el haz de transmisión y localizar fuentes de señal en el receptor. En general, un arreglo de sensores consiste en varias antenas cada una asociada a un receptor o transmisor heterodino en cuadratura, todos conectados al mismo oscilador de referencia. Debido al incremento del número de antenas y el aumento constante de aplicaciones en el espectro de las microondas y ondas milimétrica, la impelmentación de estos sistemas resulta cada vez más compleja. Por este motivo, se fomenta la búsqueda de nuevas arquitecturas eficientes que permitan operar un arreglo de sensores manteniendo circuitos simples, de bajo consumo de potencia y fácil integración con las restantes partes del sistema. En la actualidad, una alternativa que ha desplazado casi por completo a las arquitecturas convencionales basadas en esquemas heterodinos, son los dispositivos de seis puertos propuestos a mediados de 1990 como una forma simple y económica de diseñar demoduladores y moduladores en alta frecuencia. La ventaja principal de los dispositivos de seis puertos, además del bajo costo y consumo de energía del circuito, es el gran ancho de banda y pequeño tamaño que se consiguen en frecuencias de microondas y ondas milimétricas. Utilizando el concepto de seis puertos, en esta tesis se presentan los fundamentos teóricos y la implementación de arquitecturas basadas en una estructura de siete puertos. Los esquemas propuesto permiten integrar dos antenas a una única estructura de siete puertos logrando reducir el costo, el consumo y el tamaño de los circuito respecto a implementaciones basadas en dispositivos de seis puertos. En primer lugar, se presenta el diseño de un sistema de transmisión de siete puertos capaz de modular dos señales de salida a partir de cuatro impedancias variables controladas por señales de banda base. Este modulador se implementa junto con una antena de dos puerto para obtener un sistema capaz de modular la envolvente de la señal transmitida y configurar la polarización de la antena. Se analizan las características del modulador respecto a los dispositivos de seis puertos y se validan las expresiones teóricas utilizando un prototipo. Otra de las arquitecturas desarrolladas consiste en un demodulador de siete puertos capaz de recuperar las envolventes complejas de las señales recibidas por tres antenas utilizando únicamente tres detectores de potencia. Se plantea un esquema de demodulación heterodino basado en la transformada de Hilbert a partir del cual se reduce el costo de construcción y el consumo de energía del dispositivo a costa de aumentar la complejidad del procesamiento digital. Los dos dispositivos, el demodulador y el modulador, fueron validados a partir de prototipos implementados para operar a una frecuencia de 1575.42 MHz correspondiente a la banda L1 de GPS. Los resultados experimentales mostraron un buen comportamiento de los mismos respecto a los modelos teóricos desarrollados.