| Tesis Doctorales de la Universidad de Alcalá |
| OPTIMIZACIÓN DE RECEPTORES CRIOGÉNICOS MEDIANTE FILTROS SUPERCONDUCTORES PARA SUPRESIÓN DE INTERFERENCIAS Y SISTEMA DE MEDIDA DE LA FASE DE LA SEÑAL DE REFERENCIA | | Autor/a | García Carreño, Pablo | | Departamento | Teoría de la Señal y Comunicaciones | | Director/a | López Espí, Pablo Luis | | Codirector/a | López Pérez, José Antonio | | Fecha de defensa | 12-01-2024 | | Calificación | Sobresaliente cum laude | | Programa | Tecnologías de la Información y las Comunicaciones (RD 99/2011) | | Mención internacional | No | | Resumen | Esta tesis doctoral presenta las diferentes soluciones aportadas a diversos problemas existentes en los receptores criogénicos del Observatorio de Yebes dedicados a la radioastronomía y la geodesia espacial.
Se presentan principalmente dos tecnologías nuevas:
- Desarrollo de filtros superconductores de alta temperatura.
- Nuevo sistema de medida del retardo del cable de transporte de la señal de referencia de frecuencia de 5 MHz para VLBI.
La alta sensibilidad de los receptores criogénicos desarrollados en el Observatorio implica que puedan saturarse, o incluso dañarse, por señales que provienen de otros servicios de radiocomunicación. Además, el creciente desarrollo de las comunicaciones inalámbricas y las mega-constelaciones de satélites ha provocado un aumento exponencial de la contaminación del espectro radioeléctrico del Observatorio.
Esta es, hoy en día, la principal amenaza para la radioastronomía desde la Tierra, porque, si el impacto de estas señales interferentes no se puede minimizar o mitigar, cada vez será más difícil la realización de observaciones científicas de calidad.
Por este motivo, y con el fin de mitigar estas señales, se presenta en esta tesis el desarrollo de cuatro nuevas estructuras de filtros en tecnología superconductora de alta temperatura (HTS).
Este tipo de dispositivo permite filtrar estas señales perjudiciales, protegiendo de esta manera el amplificador criogénico de bajo ruido de una posible saturación y eventual destrucción. Además, las señales deseadas se ven mínimamente atenuadas al pasar por el filtro, porque las pérdidas óhmicas son ínfimas (1000 veces menores que las del cobre) al trabajar estos filtros en su estado superconductor, al que llegan por estar enfriados a temperaturas criogénicas.
Este hecho es de gran importancia, porque permite filtrar las señales más nocivas sin afectar significativamente a la sensibilidad del receptor, ya que las pérdidas de inserción del filtro no suponen una contribución excesiva a la temperatura equivalente de ruido total del receptor. Se puede decir que el coste a pagar por mantener los amplificadores en su régimen lineal, protegidos contra saturación y/o daños, es esta ligera degradación de su sensibilidad.
Por tanto, esta tecnología permite resolver diferentes problemas. Por un lado, mediante filtros paso banda se pueden eliminar las señales interferentes fuera de la banda de funcionamiento del receptor que pueden afectar a los amplificadores, al contar estos generalmente con un mayor ancho de banda de operación. Por otro lado, se pueden eliminar frecuencias dentro de la banda mediante filtros tipo notch.
En esta tesis doctoral se presentan cuatro filtros que dan solución a diferentes problemas de interferencias en receptores diseñados en el Observatorio.
Otro problema de los receptores, en particular los de VLBI geodésico, es la monitorización precisa de los cambios en el retardo de la señal de referencia de frecuencia (5 MHz) que se transporta mediante cable coaxial desde el máser de hidrógeno hasta el receptor.
Este retardo es un error instrumental, y sufre variaciones debidas a los cambios de temperatura y la flexión de los cables con el movimiento del radiotelescopio, y es necesario medir esas variaciones con gran precisión (<1 ps) para corregir este error. Para realizar esta medida, el Observatorio de Yebes disponía de un sistema que había quedado obsoleto por presentar errores por degradación y no alcanzar las precisiones requeridas en el nuevo proyecto VGOS.
Para resolver esto, se propuso un nuevo diseño basado en la medición de alta resolución de un voltaje proporcional a la fase de la señal y con una calibración automática.
Por otra parte, también se propone un nuevo diseño que transporta la referencia por fibra óptica, en lugar de cable coaxial. Este diseño presenta la ventaja de una mayor estabilidad de la fase en la fibra frente al coaxial y posibilita una mayor distancia entre máser y receptor.
Los buenos resultados obtenidos con estos sistemas han hecho que hayan sido solicitados por diferentes instituciones y observatorios de la red IVS para sus receptores VGOS.
Parte de la instrumentación utilizada para la caracterización de estos nuevos desarrollos ha sido financiada por los fondos FEDER “Infraestructuras de desarrollo y actividades de laboratorio para geodesia espacial en el Observatorio de Yebes (YDALGO)” ICTS-2018-01-CNIG-11 y “Infraestructuras para la actualización de los radiotelescopios del Observatorio de Yebes (YNART)” ICTS-2018-01-CNIG-11
Como resultado del trabajo de investigación realizado, se han publicado dos artículos
en revistas indexadas en el JCR. |
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