Alimentadores con Gran Ancho de Banda de un Píxel

Alimentadores con gran ancho de banda de un píxel en la fase de diseño del SKA

El elemento Alimentadores con Gran Ancho de Banda de un Píxel (WBSPF, a partir del acrónimo inglés de Wideband Single Pixel Feeds) parte del programa de instrumentación avanzada del SKA, incluye las actividades necesarias para desarrollar un Alimentador con gran ancho de banda de un píxel para el SKA.

Illustration of Position of feed in a dish antenna system – Shown is Offset Antenna (Canadian version Chinese, South African prototype versions to be built )

Más acerca del WBSPF

El consorcio Alimentadores con Gran Ancho de Banda de un Píxel (WBSPF) lidera uno de los dos programas de instrumentación avanzada del SKA, dentro de la fase de preconstrucción del mismo. Estos programas buscan desarrollar nuevas tecnologías de alto riesgo pero también potencialmente grandes ventajas para ser utilizadas en el SKA.

Específicamente, WBSPF intenta expandir enormemente el rango de frecuencias cubierto por los sistemas de receptores utilizados en radioastronomía.

Mientras que los receptores de radioastronomía convencionales (‘octava’) sólo cubren un factor de dos en frecuencia, la tecnología WBSPF puede cubrir rangos de orden 4 a 8 en frecuencia. Para conseguirlo, el consorcio WBSPF desarrollará nuevas formas de aumentar la anchura en el ‘feed’ (la estructura de metal situada en el punto focal de un radiotelescopio, que es el disco que guía las radioondas hacia el detector).

Prototype ‘Circular’ Eleven feed built at Onsala Space Observatory in conjuction with Gapwave AB Sweden. Customer. Despite the low frequency ths feed is very compact with a 80cm diameter

Además, para armonizar estos nuevos alimentadores, se desarrollarán nuevos componentes electrónicos de banda ancha (Amplificadores de bajo ruido y banda ancha o LNAs).

Los principales retos

Los nuevos receptores de banda ancha producidos por el consorcio WBSPF pueden usarse para reducir el número de receptores en cada telescopio necesarios para cubrir el rango de frecuencias nominal del SKA o para expandirlo más allá de lo especificado en su diseño de base.

Square Quad-Ridge Feed Horn for SKA low band with size 1m x 1m x 0.83m, designed at Caltech for use on a future Chinese radio telescope

En el primer caso, los feeds del WBSP potencialmente podrían reducir enormemente el coste por antena en receptores, tanto en términos de capital como en costes de operación. Una potencial ventaja adicional de utilizar alimentadores de WBSP, si se combinan con enlaces de mayor capacidad con el procesador central, es que permiten hacer simultáneamente el procesado de datos en un mayor rango de frecuencias.

Esto permite alcanzar mayores sensibilidades en los objetos astronómicos que radian emisión en una banda ancha. Tales capacidades técnicas facilitan la observación simultánea de múltiples líneas espectrales, reduciendo así de una manera colosal el tiempo de observación de este tipo de líneas.

El consorcio WBSPF y su experiencia

Chalmers University of Technology – es una Universidad puntera desde el punto de vista técnico en Suecia. En Chalmers, tres departamentos estarán trabajando estrechamente dentro del consrcio WBSPF. En primer lugar, Onsala Space Observatory, líder del consorcio WBSPF, es la institución nacional sueca de radioastronomía (basada en la Universidad de Chalmers) y tiene una amplia experiencia en construcción e integración de receptores para radioastronomía, incluyendo los que se construyeron para el telescopio ALMA y el satélite Odin.

El grupo de antena de Chalmers en el departamento de señales y sistemas, bajo la supervisión del profesor Per-Simon Kildal, es un renombrado grupo a nivel mundial en diseño de antenas y feeds. Entre otras cosas, este grupo diseño el secundario Gregoriano para el radiotelescopio de Arecibo. Per-Simon Kildal, también es el inventor del concepto 11-feed wide-band (11 alimentadores de gran ancho de banda), uno de los diseños de feeds que serán evaluados y desarrollados en el proyecto WBSPF.

Chinese ’Square’ 11-feed feed built for a Chinese Solar Radio Telescope. Dimensions 465mm x ×465mm × 185mm (h).

El grupo de microelectrónica de Chalmers desarrolla amplificadores de bajo ruido basados en la más moderna tecnología con sustratos de fosfato de Indio (InP). El grupo de microelectrónica, en colaboración con la compañía spin off Low Noise Factory ha fabricado amplificadores para un gran número de proyectos de radioastronomía, incluyendo el Allen Telescope Array, un pathfinder del SKA. Este grupo desarrollará un amplificador especializado en la banda de frecuencia del consorcio WBSPF.

JLRAT China –El Joint Laboratory for Radio Astronomy Technology (JLRAT), combina actividades en tecnología para radioastronomía entre la National Astronomical Observatories Chinese Academy of Sciences (NAOC) y el 54th Research Institute of China Electronics Technology Group Corporation (CETC54).

Este laboratorio conjunto se construyó para el desarrollo de tecnología relacionada con la astronomía, intercomunicación, investigación y cooperación. CETC45 es una compañía especializada en alimentadores y diseños ópticos para todas las opciones probables de antenas de tipo disco. JLRAT y las instituciones que lo componen han fabricado exitosamente un gran número de instalaciones radioastronómicas en China, incluyendo las antenas de 50 y 64m, y un radioheliografo solar (CSRH) utilizando tecnología del WBSPF.

JLRAT también está desarrollando receptores para FAST, el mayor telescopio de disco único del mundo. JRAT liderará el desarrollo de los receptores de banda ancha a baja frecuencia del SKA.

Fraunhofer IAF – es uno de los 61 institutos de investigación del Fraunhofer‐Gesellschaft en Alemania, focalizado en la investigación aplicada vía contratos entre el gobierno y la industria. Fraunhofer IAF tiene una gran competencia desarrollando semiconductores para nano, micro y optoelectrónica.

Los trabajos de los institutos R&D incluyen el diseño, manufactura, y producción a pequeña y media escala de los llamados semiconductores mHEMT, que se utilizan como detectores de banda ancha dentro de los receptores de tipo Alimentadores con Gran Ancho de Banda de un Píxel. El instituto ha desarrollado técnicas eficientes para probar chips que usan la tecnología mHEMT a temperaturas criogénicas. Estas técnicas son vitales para una producción en masa de los detectores del SKA. Fraunhofer IAF desarrollará nuevos dispositivos especializados para el rango de frecuencias que serán desarrollados por WBSPF.

The Max Plank Institute for Radio Astronomy en Bonn, Germany lidera los institutos de radioastronomía en Alemania, y gestiona el telescopio de 100m de Effelsberg, la segunda antena móvil más grande del mundo. Diferentes subgrupos dentro del MPIfR son especialistas en fabricar receptores de última generación para astronomía centimétrica y milimétrica. MPIfR tiene una colaboración desde hace mucho tiempo con Fraunhofer IAF desarrollando amplificadores de bajo ruido para astronomía centimétrica, lo que será utilizado para el proyecto WBSPF.

ASTRON es la instalación neerlandesa nacional para la radioastronomía. Tiene una amplia experiencia en el diseño de receptores, integración y criogenia, lo que se utilizará como parte de este proyecto.

Ozyegin University, en Turquía, tiene una gran experiencia en el diseño de amplificadores de banda ancha. Este miembro será activo en el diseño de este tipo de amplificadores en colaboración con JLRAT.

El consorcio WBSPF está liderado por el profesor John Conway de la Universidad de Chalmers.

Las instituciones involucradas en el consorcio WBSPF incluyen:

Para más información de contacto de las personas involucradas en el consorcio WBSPF contactar con el líder del consorcio John Conway

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