Desarrollos tecnológicos orientados a interferómetros de gran formato con aplicaciones en radioastronomia

• Autores: David Ortiz García
• Directores de la Tesis: Eduardo Artal Latorre (dir. tes.), Francisco Javier Casas Reinares (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad de Cantabria ( España ) en 2017
• Idioma: español
• Número de páginas: 158
• Tribunal Calificador de la Tesis: Adolfo Comeron Tejero (presid.), Luisa María de la Fuente Rodríguez (secret.), Roger Hoyland (voc.)
• Materias:
  • Astronomía y astrofísica
    • Radioastronomía
  • Ciencias tecnológicas
    • Tecnología electrónica
      • Diseño de circuitos
      • Dispositivos de microondas
    • Tecnología de las telecomunicaciones
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en:  UCrea  TDX 
• Resumen
  • español

    Durante los últimos años, la medida con precisión de la polarización del Fondo Cósmico de Microondas (CMB) es un tema de gran importancia para la comunidad científica que trabaja en el área de la astronomía extra-galáctica. A través del estudio del CMB en múltiples bandas frecuenciales mediante receptores muy sensibles, se persigue la detección de diferentes parámetros cosmológicos como por ejemplo las ondas gravitacionales primordiales, mediante la medida de los modos B de polarización, entre otros. Dicha detección supondría una confirmación directa del periodo inflacionario del Universo.

    Los límites tecnológicos determinan la sensibilidad alcanzada por los experimentos diseñados para el estudio de la polarización del CMB en los que se está trabajando actualmente. Concretamente, el grupo de investigación participa en el diseño de diferentes desarrollos instrumentales destinados a explorar diferentes bandas de frecuencia comprendidas entre 10 y 47 GHz. Las limitaciones presentadas por estos receptores son debidas principalmente al gran ancho de banda de funcionamiento que debe cubrirse y al bajo nivel de potencia de las señales que se pretenden analizar.

    Esta tesis está enfocada al estudio y caracterización de diferentes desarrollos tecnológicos orientados a futuros interferómetros de gran formato, los cuales mejorarán los resultados de sensibilidad conseguidos hasta la fecha. Estos resultados se obtendrán mediante la combinación de las señales pertenecientes a cientos o hasta miles de receptores operando en un determinado rango frecuencial. Los trabajos realizados durante el desarrollo de la presente tesis, abarcan un amplio campo de conocimiento que comprende desde la fabricación mecánica y la configuración de los diferentes sistemas hasta el diseño y medida de los prototipos propuestos. Inicialmente, se crearon diseños de antenas planas con el fin de evaluar su competitividad frente a las antenas de bocina que suelen utilizarse en los receptores operando en estas bandas de frecuencia. Tras este estudio se analizaron dos topologías de correladores de señal, en tecnología analógica y digital, comparando los resultados obtenidos con los diferentes prototipos diseñados. Finalmente, debido a las limitaciones que presentan ambas clases de correladores a la hora de combinar un elevado número de señales de microondas, se ha trabajado en el diseño e implementación de prototipos de correladores electro-ópticos.

    Estos nuevos correladores realizan una traslación de la frecuencia de las señales recibidas desde el rango de microondas al infrarrojo cercano (1550 nm) gracias al uso de moduladores electro-ópticos comerciales desarrollados generalmente en tecnología de Niobatio de Litio (LiNbO3). Una vez caracterizada la etapa de conversión en frecuencia, se han realizado unas medidas preliminares con el fin de estudiar el proceso que se encargará, a través de elementos ópticos, de correlar todas las señales de salida de los moduladores que formen parte del instrumento. La detección final de las señales resultantes de dicha correlación se llevará a cabo mediante una cámara infrarroja que opera en la misma longitud de onda, obteniéndose así lo que se suele denominar una imagen sintetizada de la región del cielo abarcada por el instrumento diseñado.

  • English

    This thesis is focused on the study and characterization of different technological developments oriented to future large format interferometers for radio astronomy applications, which will improve the sensitivity results achieved until now combining tiny incoming signals in wideband frequency ranges. After testing some planar antennas designs in order to compare their behavior with the horn antennas used in most of radio astronomy receivers, two correlation prototypes (analog and digital) were implemented to study their pros and cons. Finally, due to the limitations presented by both technologies when a combination of a big number of wideband microwave signals is needed, a new correlator prototype was implemented up-converting the incoming microwave signals to the near infrared range (1550 nm) by the use of electro-optic modulators.