Reduced bias control electronics for sis mixers in large-format heterodyne arrays receivers

Abstract

La próxima construcción del radiotelescopio "Cerro Chajnantor Atacama Telescope" (CCAT) traerá enormes desafíos para la instrumentación astronómica. Dentro de estos desafíos se encuentra el "CCAT Heterodyne Array Receiver", un arreglo modular de receptores heterodinos de doble banda con alta resolución espectral. Este se espera sea el primer arreglo de receptores heterodinos con 64 (base) y 128 pixeles (meta), substancialmente mas grande que cualquier arreglo de este tipo actualmente en operación. Sin embargo, estos receptores heterodinos de gran escala solo pueden ser construidos si es posible reducir considerablemente la complejidad de cada pixel. Esta tesis presenta el trabajo realizado en el desarrollo compacto de la electrónica de control de polarización para mezcladores de juntura "Superconductor-Insulator-Superconductor" (SIS) en arreglos heterodinos de gran escala. El objetivo principal de esta tesis corresponde a la programación del microprocesador, en un prototipo de canal singular, de la tarjeta de control de polarización para interactuar con el mezclador, y luego probar su funcionamiento en un setup de laboratorio. El software fue exitósamente programado y fue primero probado en un sistema de prueba para asegurar una interacción sin riesgos con el mezclador. Luego se probó experimentalmente que fue posible suministrar el voltaje de ajuste de alta precisión del mezclador y la corriente del las bobinas de campo magnético para suprimir los efectos de Josephson en el mezclador. Otras funciones específicas como el barrido de voltaje en el mezclador o la habilitación de la conexión con el mezclador también fueron testeadas. El PC de control es capaz de controlar todos estos parámetros y funciones junto con el monitoreo de la corriente y voltaje reales en el mezclador. El rol fundamental de la constante de tiempo electrónica de la tarjeta es presentado en conjunto con un análisis en términos de la distorsión de la curva de voltaje-corriente del mezclador y su influencia en el ruido electrónico. Los resultados muestran, de todas formas, que tanto la distorsión como el ruido se encuentran dentro de un rango adecuado debido al sector donde se espera ajustar el voltaje del mezclador. En conclusión, el software programado en el microprocesador crea una base de instrucciones que permiten al usuario hacer uso de la tarjeta de control de polarización para interactuar con el mezclador de manera segura. Esta interacción le permite realizar una calibración manual (aunque controlada remotamente) del mezclador, obteniendo los mismos resultados que el proceso actual. Esto representa un gran paso adelante en la reducción de la complejidad de hardware del sistema de control de polarización, siendo esto clave para el desarrollo de arreglo de receptores heterodinos de gran escala.