Diseño, implementación y caracterización de un receptor astronómico de microondas para la detección de ráfagas rápidas de radio (FRB) en la vía láctea

Abstract

Las ráfagas rápidas de radio, o Fast Radio Bursts en inglés (FRB), son un fenómeno astronómico recientemente descubierto y de gran interés en la comunidad científica. El Observatorio Astronómico Nacional, dirigido por la Universidad de Chile y ubicado en Cerro Calán, está desarrollando un radio-telescopio denominado Astronomical Radio Transients Experiment (ARTE), cuyo objetivo es observar la Vía Láctea para buscar y estudiar FRB que ocurran en ella. Esta memoria trata del diseño e implementación del receptor de microondas que será utilizado por dicho telescopio. ARTE cuenta con tres arreglos de antenas de microcinta que observan nuestra galaxia de forma simultánea, permitiendo la localización de las fuentes de emisión. Debido a esto, el receptor a implementar debe tener tres cadenas independientes de recepción con iguales características. Las especificaciones objetivo del receptor son: Ancho de banda de 510 MHz, operando entre 1250 MHz y 1760 MHz, con la menor temperatura de ruido posible para un receptor no criogénico, y con una ganancia de 90 dB. Además, debe presentar un alto rechazo (mayor a 50 dB) en las bandas de celular adyacentes, particularmente bajo 1000 MHz y sobre 1900 MHz. Se logró un desempeño muy cercano a los requerimientos: Ganancia aproximada de 81.5 dB, ancho de banda de 374 MHz, ubicado entre 1306 MHz y 1680 MHz, y temperatura de sistema promedio de 92.9 K. El rechazo en 900 y 1900 MHz fue superior a 75 dB respecto a la banda de paso. Para lograr la operación en el rango de frecuencias mencionado, fue necesario diseñar e implementar un filtro interdigital de orden 8. La reducción de ancho de banda, respecto al objetivo de diseño, es debido a que se agregó otro filtro en las cadenas, no contemplado inicialmente, para así aumentar el rechazo en bandas de celular cercanas. La mayor dificultad, dentro del proceso de construcción y de pruebas, fue lograr una buena aislación entre las distintas etapas de las cadenas de recepción, ya que, debido a la alta ganancia de estas, son susceptibles a oscilaciones por acoplamiento. Luego de reducir fugas en líneas de polarización y en los filtros, se logró el comportamiento esperado para el sistema. Si bien hubo que relajar algunas de las especificaciones originales, el receptor producto de este trabajo satisface todas las necesidades del proyecto ARTE, de forma eficiente y costo-efectiva.