Diseño, implementación y pruebas de voltímetro vectorial en plataforma basada en FPGA para mediciones de holografía del Telescopio CCAT-prime

Abstract

El proyecto CCAT-prime consiste en un proyecto colaborativo encabezado por las Univer- sidad de Cornell, Universidad de Colgne, Universidad de Bonn, el Instituto Max-Planck y el CATC (Canadian Atacama Telescope Consortium). El proyecto tiene como fin la construc- ción y operación de un telescopio de arquitectura cross-dragonian en el cerro Chajnantor a 5600 metros sobre el nivel del mar, funcionando en las longitudes de onda 350 − 3100μm y cuya principal característica es un amplio campo de visión de hasta 8 grados. Para una medición con una alta eficiencia de antena es necesario caracterizar los errores sobre la superficie del telescopio, para ello se emplea la técnica de holografía que utiliza la relación existente entre la transformada de Fourier de las corrientes superficiales y el patrón de radiación de la antena. Así la técnica consiste en medir el patrón de radiación e invertir la relación, obteniendo los errores en la superficie de la antena lo que permite realizar las correcciones necesarias. La medición del patrón de radiación se hace utilizando un voltímetro vectorial para obtener los valores de magnitud y fase del patrón de la antena. En esta memoria se describe el proceso de diseño, implementación y pruebas de un voltíme- tro vectorial de alto rango dinámico utilizando técnicas de procesamiento de señales digitales en una plataforma basada en una FPGA de alto rendimiento. De manera simultanea se di- seña, implementa y prueba un sistema de etiquetado temporal basado en el protocolo IRIG utilizando técnicas clásicas de diseño de sistemas digitales Las especificaciones requeridas para el sistema de voltímetro vectorial son un rango diná- mico sobre los 70 dB, un espaciado entre canales bajo los 10 kHz para señales de frecuencias en el rango 50 ± 3 MHz. Para el sistema de etiquetado temporal se requiere una resolución de etiquetado temporal mejor que 0,1 ms. Además, el sistema completo debe tener un tiempo entre dos salidas consecutivas (tasa de entrega de datos) de 1 ms. Para caracterizar el funcionamiento de los sistemas se realizan diversas pruebas experi- mentales que entregan un rango dinámico de 75,8 dB en el peor desempeño, con un ancho de canal de 8,24 kHz para señales en la vecindad de 50 MHz considerando una tasa de entrega de datos de 1,21 ms. Para el etiquetado de tiempo se obtiene una resolución de etiquetado de 0,957μs.