Development of modular components for radio astronomical receivers in the bands Q (30-50 GHZ) and W (80-110 GHZ)

Abstract

Este trabajo presenta el diseño, construcción y caracterización de dispositivos para receptores radioastronómicos en las bandas Q (30-50GHz) y W (80-110GHz). Por un lado, el dispositivo desarrollado para la banda Q es de interés para la banda 1 del telescopio argentino-brasileño LLAMA (Long Latin American Array). Por otro lado, los componentes de banda W pueden ser utilizados en la banda 3 de LLAMA o en posibles mejoras para el Telescopio Austral de Ondas Milimétricas (SMWT) que es mantenido por nuestro grupo. Para la banda Q, se diseñó y construyó un amplificador de bajo ruido utilizando un esquema hibrido de integración. Se integró un transistor de alta movilidad electrónica (HEMT) y un circuito integrado monolítico de microondas (MMIC) obtenido comercialmente. Con este diseño una temperatura de ruido inferior a 20 K y una ganancia superior a 30 dB pueden ser obtenidas. En la banda W se desarrollaron varios componentes. En primer lugar, se empaquetaron amplificadores comerciales MMIC de las compañías OMMIC y HRL. Al ser medidos a 15K estos amplificadores de bajo ruido alcanzaron temperaturas de ruido menores a 100K y ganancias superiores a 17 dB. Dada su disponibilidad comercial se determinó que son apropiados para ser utilizados como segundo amplificador en un receptor. Segundo, utilizando diodos Schottky comerciales, se fabricaron mezcladores sub-armónicos que cubren la banda W extendida. Las técnicas de desarrollo han variado desde el uso de componentes discretos hasta el diseño de MMICs para reducir el tamaño de los mezcladores. Los componentes mencionados previamente han sido ensamblados en un módulo compacto que puede ser utilizado en la etapa de mezcla de frecuencias. Este módulo posee una temperatura de ruido menor a 800 K y ganancia superior a 2dB a temperatura ambiente. Finalmente, se construyó una antena de ranura cuyo perfil ha sido optimizado para mejorar sus principales características (reflexiones, ancho de banda, polarización cruzada y simetría de haz). Entre las antenas de su tipo, esta es la única que posee un perfil optimizado lo que ha permitido obtener el mejor funcionamiento alcanzado hasta el momento.