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http://inaoe.repositorioinstitucional.mx/jspui/handle/1009/1783| Design of cryogenic balanced low-noise amplifiers for millimetric astronomical instrumentation | |
| E Ibarra-Medel | |
| MIGUEL VELAZQUEZ DE LA ROSA BECERRA | |
| Acceso Abierto | |
| Atribución-NoComercial-SinDerivadas | |
| Radio astronomy Low-noise amplifiers Microwave electronics Cryogenics pHEMTs radiometry | |
| Microwave Low-Noise Amplifiers (LNAs) are some of the most extended elements used in many fields from telecommunications engineering to instrumentations and science. Since the beginning of the radio astronomy, the LNAs have been an important part in the development of high sensitivity receivers, instruments and detectors used to perform sky observations. One of these instruments is the radiometer, which is based in the heterodyne principle and is widely used in radar systems, passive sensing and satellite communications. The first radiometer was employed in radio astronomy observations and represents an example of the use of LNAs applied in astronomy. For these reasons, the present thesis work tackles the use and development of LNAs at the INAOE facilities, focusing on the use in millimetric-wave instrumentation and with potential applications in heterodyne and homodyne receivers. The thesis starts explaining the scientific motivations in astronomy, an historical review of the use of LNAs in astronomy and the instrumental interest to use microwave electronics in the amplification of Lumped Elements Kinetic Inductance Detectors (LEKIDs) array developed at the INAOE. The LEKIDs will be tested in a cryogenic chamber adapted with special microwave connections and electronics, which the LNA will meet special requirements to work as the first amplification device. The established requirements were a bandwidth of 0.5 to 2 GHz, a gain of 10 dB and noise temperatura below 10 K. The technology choosen was the E-pHEMT commercial low-noise SMD transistor and it was implemented in a hybrid microwave integrated circuit topology. Each transistor was tested in room temperature and cryogenic temperature (12 to 4 K) and then the main merit figures were measured in both cases. With these measurements, a low-noise model for each transistor was performed and implemented in microwave simulations to design the LNAs topology. The _nal topology was a balanced amplifier structure, constructed over microstrip lines, SMD components and special bias networks. Four classes of LNAs were constructed and tested in cryogenic temperatures. They reached an average noise temperature of 7.5 K and a gain of 8 dB. The full proposed bandwidth was covered and had a low power consumption. Los amplificadores de bajo ruido de microondas (LNAs por sus siglas en inglés), son uno de los dispositivos activos más extensamente usados en el ramo de las altas frecuencias, posen aplicaciones que van desde la ingeniería electrónica, telecomunicaciones hasta instrumentación científica. En el caso de la radioastronomía, desde el inicio los LNA han formado parte importante en el desarrollo de receptores de alta sensibilidad, así como de instrumentos de detección usados para realizar observaciones del cielo cada vez más precisas. Uno de estos instrumentos es el radiómetro, el cual se encuentra basado en el principio de detección heterodino y es ampliamente usado en sistemas de radar, censado pasivo y comunicaciones satelitales. El primer radiómetro diseñado fue empleado como primera etapa en el modelo de recepción para un radiotelescopio y representa el primer uso de los LNA enfocado en la astronómica. Algunos instrumentos, para incrementar su sensibilidad, han optado por colocar la etapa de aplicación a temperaturas criogénicas para reducir el ruido. Por estas razones, en el presente trabajo de tesis aborda el diseño y construcción de amplificadores de bajo ruido criogénico en las instalaciones del INAOE como parte del desarrollo de la electrónica de lectura para detectores de inductancia cinética (KIDs por sus siglas en ingles). Tales detectores forman parte de un conjunto instrumental enfocado en el desarrollo de una cámara para realizar observaciones en las longitudes de onda milimétrica. A su vez, los detectores y amplificadores presentan gran potencial en ser implementados en sistemas de recepción heterodinos y homodinos en otras longitudes de onda. El trabajo de tesis inicia explicando las motivaciones científicas, complementado con una semblanza histórica de la implementación de los LNA en investigaciones astronómicas y el interés de usar instrumentos de recepción en las bandas de microondas y milimétricas. También aborda el interés de usar electrónica de microondas como lectura de un arreglo de KID de elementos concentrados (LEKIDs, por sus siglas en inglés). El arreglo de LEKIDs fue diseñado y fabricado en las instalaciones del INAOE y fueron probados en una cámara criogénica a 250mK adaptada con conexiones de microondas especiales y electrónica de censado y monitoreo. Los LNA trabajan como etapa primaria de amplificaciones para los detectores. Los requerimientos especiales de los LNA fueron el establecer un ancho de banda de 0.5 a 2 GHz, | |
| Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica. | |
| 2018-10 | |
| Tesis de doctorado | |
| Inglés | |
| Estudiantes Investigadores Público en general | |
| Ibarra Medel, E. (2018), Design of cryogenic balanced low-noise amplifiers for millimetric astronomical instrumentation, Tesis de Doctorado, Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica. | |
| RADIOASTRONOMÍA | |
| Versión aceptada | |
| acceptedVersion - Versión aceptada | |
| Aparece en las colecciones: | Doctorado en Astrofísica |
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