Cambio Global y Nuevas Energías Workshop PICATA 2013 Diseño y caracterización de amplificadores criogénicos de bajo ruido en el CDT-Observatorio de Yebes Cambio Global y Nuevas Energías Ricardo I. Amils Samalot CEI Campus Moncloa (UCM-UPM) CDT-Observatorio de Yebes (IGN-MF)

LNAs criogenicos @ CDT-Yebes Contenido Contexto Amplificadores criogénicos de bajo ruido para Radioastronomía/Comunicaciones Espaciales Líneas de Investigación Alcance 14/02/2013 LNAs criogenicos @ CDT-Yebes

LNAs criogenicos @ CDT-Yebes Contexto (I) Observación del universo fuera del visible y exploración espacial 14/02/2013 LNAs criogenicos @ CDT-Yebes

Contexto (II) Caracterización de amplificadores Experiencia >20años Ruido y comportamiento en frecuencia Herschel Space Observatory Launched May 14 2009 HIFI Instrument LNAs 14/02/2013 LNAs criogenicos @ CDT-Yebes

LNAs criogénicos para RA/CE (I) Que es necesario Hacer llegar las señales hasta el elemento encargado de dotarlas de potencia Dotar de potencia sin perturbar Extraer las señales 14/02/2013 LNAs criogenicos @ CDT-Yebes

LNAs criogénicos para RA/CE (II) Hacer llegar las señales hasta el elemento encargado de dotarlas de potencia Toda alteración en el camino de la señal implica una reflexión Compromiso entre prestaciones de LNAs 14/02/2013 LNAs criogenicos @ CDT-Yebes

LNAs criogénicos para RA/CE (III) AMPLIFICADOR de BAJO RUIDO Dotar de potencia sin perturbar 14/02/2013 LNAs criogenicos @ CDT-Yebes

LNAs criogénicos para RA/CE (IV) Amplificación Potencia captada de la fuente muy bajo Ej.: Pout(detección analógica)=1E-5W Pin(cielo:20K,BW:1MHz)=K·T·B=2.8E-16W ⇒ G=3.6E10 ⇒ G(dB)=10log(G)=106dB LNA 14/02/2013 LNAs criogenicos @ CDT-Yebes

LNAs criogénicos para RA/CE (V) Ruido Potencia de ruido del amplificador P de salida generada para P entrada nula Criogenia Fuente principal: agitación térmica de portadores Mejora TN factor 10-20 a 15K frente a 300K Ej.: 4-8GHz: 4K 8-12GHz: 6K 18-26GHz: 13K 14/02/2013 LNAs criogenicos @ CDT-Yebes

Líneas de Investigación (I) Desarrollo de un Focal Plane Array (FPA) Multiplicar nº de pixeles en radiotelescopios 14/02/2013 LNAs criogenicos @ CDT-Yebes

Líneas de Investigación (III) Desarrollo de un Focal Plane Array (FPA) Multiplicar nº de pixeles en radiotelescopios Eliminación del aislador de entrada del LNA Reducción de reflexiones a la entrada ⇒ Compromiso y mejora de diseño LNA de una etapa RF LNA IF LO MIX ISOL 14/02/2013 LNAs criogenicos @ CDT-Yebes

Líneas de Investigación (V) Caracterización de LNAs criogénicos Modulo de Medida de Ruido Ingenioso sistema que integra fuente y sensor de ruido en un solo chip Caracterización térmica ⇒ comprensión de mecanismos de disipación de calor UCM-CDT Bruch et al; MWCL 22, 657-659, December 2012 14/02/2013 LNAs criogenicos @ CDT-Yebes

Líneas de Investigación (VI) LNAs criogénicos para Kinetic Inductance Detectors (KIDs) Requerimientos muy ambiciosos en ruido para poder explotar su sensibilidad Primeros pasos: se ha mejorado el ruido de un LNA existente para satisfacer necesidades Contactos con distintos laboratorios encargados del diseño del detector CAB-CDT 14/02/2013 LNAs criogenicos @ CDT-Yebes

LNAs criogenicos @ CDT-Yebes Alcance Aplicación en grandes proyectos de RA/CE Desarrollo de un pixel prototipo de un FPA Definir necesidades y diseñar LNAs para KIDs Caracterización de LNAs mediante Modulo de Medida de Ruido Mejoras del modulo usando nuevos chips Estudio térmico ⇒ mejor comprensión de distribución y disipación de calor CAB CDT UCM CDT 14/02/2013 LNAs criogenicos @ CDT-Yebes

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