RICEVITORI DI NUOVA GENERAZIONE FINO A 100 GHz PER I RADIOTELESCOPI ITALIANI

RICEVITORI DI NUOVA GENERAZIONE FINO A 100 GHz PER I RADIOTELESCOPI ITALIANI

Alessandro Orfei, INAF-IRA

Istituto Nazionale di Astrofisica-Istituto di RadioAstronomia

 UN PRECURSORE: IL MULTIFEED 7 PIXEL NELLA BANDA 18-26.5 GHz

 FINANZIAMENTI

 NUOVE TECNOLOGIE E SOLUZIONI PER MULTIFEED DENSI NELLA BANDA 33-50 GHz

PRESTAZIONI GENERALI RICHIESTE

VINCOLI E COMPLICAZIONI NEI MULTIFEED

DESCRIZIONE DELLA CATENA RICEVENTE E PRESTAZIONI ASPETTATE STIMA DELLE PRESTAZIONI DI RUMORE

INGEGNERIZZAZIONE DEL MULTIFEED VOLUME DEI DATI IN USCITA

RIASSUNTO DELLE SPECIFICHE E DELLE PRESTAZIONI

 UN MULTIFEED NELLA BANDA 3mm

 NUOVI RICEVITORI NEL CENTIMETRICO

• 7 feed, hexagonal configuration with central feed

• 14 x 2 GHz IF outputs right and left polarization;

• Feeds and LNAs cooled at 20 K;

• Mechanical rotator to track the parallactic angle

Installed at the

secondary focus of SRT

1st conversion 6÷8GHz out 2nd conversion 0.1÷2.1GHz out Total power back-end

Feed system chain Directional Coupler

Peso: 280 kg Altezza: 2.7 m

EU, FP5-RADIONET, PROGETTO “FARADAY”; Gennaio2002 - Gennaio2008

Insegnamenti per multifeed più densi :

•

poca potenza disponibile molti “utenti”

distribuzione di un segnale RF molto alto

aumento notevole dimensioni del distributore

•

idem come sopra

•

’

la dimensione della catena portacavi aumenta molto il n.ro di cavi da guidare è troppo grande

•

questo ricevitore con 7 elementi è già al limite dei vincoli su srt

•

multifeed densi, alta frequenza e banda larga hanno costo poco affrontabile

INTEGRAZIONE COMPONENTI; NUOVE TECNICHE COSTRUTTIVE

-EU, FP7-RADIONET, “APRICOT” (All-Purpose Radio Imaging Cameras On Telescopes)

“Tecnologie per Multifeed densi nella banda 33-50GHz”

Gennaio 2009 - Giugno 2012. A INAF-IRA: 348K€

-ASI, “ASImm” (Sviluppi Tecnologici nel Millimetrico per Missioni di Polarizzazione) Gennaio 2010 - Dicembre 2012. A INAF-IRA/OAA/OAC: 408K€

-MIUR, “Ricevitore Med < 18GHz + Multifeed 33-50GHz per SRT”

2011-2012. A INAF-IRA: 350+410K€

-REGIONE SARDEGNA/REGIONE LOMBARDIA, “Potenziamento Multifeed 33-50GHz”

Gennaio 2013 – Gennaio 2016. A OAC + UniMi: 350K€

-REGIONE SARDEGNA , “Ricevitore 2-4GHz”

Maggio 2013 – Maggio 2016. A OAC: 196K€

-JBCA/Uni.Manchester , “Multifeed (70)83-116GHz per SRT”

MoU da definire. A SRT: catena passivi completa

1) MONOFEED 4.3-5.8GHz: Gennaio 2000 – Gennaio 2006 Giugno 2006: operativo a Med

2) MULTIFEED 18-26.5GHz: Gennaio 2002 – Gennaio 2008.

Marzo 2008: operativo a Med. Luglio 2012: operativo a SRT

3) MONOFEED 5.7-7.7GHz: Giugno 2005 – Gennaio 2011 Aprile 2011: operativo a Med. Luglio 2012: operativo a SRT

4) DUALFEED 18-26.5GHz: Giugno 2010 – Gennaio 2013

Gennaio 2013: operativo a Med (trovate frange VLBI nella sessione feb 2013)

5) DUAL BAND 300-410MHz/1.3-1.8GHz: Gennaio 2006 – Marzo 2013 Aprile 2013: montato a SRT

6) MULTIFEED 33-50GHz: Gennaio 2009 – (Dicembre 2015???)

In corso

UN MULTIFEED IN BANDA Q (33-50 GHz) PER IL NUOVO

RADIOTELESCOPIO DELLA SARDEGNA (SRT)

0.5*FoV @ -0.5dB (89%) ≈ 20λ

81.0 81.1 81.2 81.3 81.4 81.5 81.6 81.7 81.8 81.9 82.0 82.1 82.2 82.3

0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 20.0 22.5 25.0 27.5 30.0 32.5

Guadagno normalizzato in dB

Spostamento del feed in lunghezze d'onda

Guadagno vs spostamentodel feed @ 22 GHz

Shaped GTD-PO Shaped PO-PO Non-Shaped GTD-PO Non-Shaped PO-PO

94.0 94.2 94.4 94.6 94.8 95.0 95.2 95.4 95.6 95.8 96.0

0 5 10 15 20 25 30 35

Guadagno normalizzato in dB

Guadagno vs spostamento del feed @ 100 GHz

Shaped GTD-PO

Non-Shaped GTD- PO

Simulazioni P. Bolli, 2004

R_FoV= 150 mm

De d

D_i

R_FoV= 120 mm

f

= 50 GHz (λ

= 6 mm); R

= 20*λ

= 120mm

D

= 44mm D

= 48mm d = 50mm

Blu = 7

Blu + Verde = 19

Blu + Verde + Rosso = 37

R

=150 mm, 25*λ

(loss ≈ 0.8 dB, 83%)

d (mm)

50 60 70

Beam

separation 69” 82” 96”

SCELTA: 19 FEED

FEED SYSTEM:

•alta efficienza d’antenna;

•basse perdite d’inserzione

•basso return loss

•polarizzazioni di tipo circolare

•cross polarizzazione molto bassa;

•basso inquinamento di I su Q,U

•alto isolamento alle porte omt

SU TUTTA LA BANDA 33-50GHz -uso di horn corrugati

-first sidelobe level:  -20dB -insertion loss:  0.7dB -return loss: < -30dB

-crosspolarisation:  -30dB on and off axis -ampl. unbalance < 0.05dB

-isolation < -50dB

Numeri

NON DEROGANDO DALLE PRESTAZIONI, ottenere:

a) ALL PURPOSE RECEIVER; b) Riduzione costi; c) Riduzione dimensioni; d) Replicabilità;

e) Integrazione di funzioni con dispositivi MMIC di fornitura europea

LNA e 1

CONVERSIONE:

•stato dell’arte rumore bianco e 1/f

•basso return loss

•realizzazione MMIC

•integrazione post-LNA in 1

conv.

•reiezione immagine ≤ -30dB

2

CONVERSIONE e BACK-END:

•disponibilità di tutta la 33-50GHz

•8 sottobande per ogni polarizzazione

•I,Q,U per ogni sottobanda

•sottobande pronte per spettrometro

a. Evitare interferenze meccaniche tra tutte le linee riceventi del multifeed

Ottenere una catena ricevente che almeno fino al LNA rimanga nell’ombra della bocca dell’horn b. Evitare la distribuzione della marca di rumore (alta frequenza)

Integrare il generatore di rumore calibrato con gli LNA o marker injector per ogni horn c. Evitare la distribuzione dell’OL ad alta frequenza e trovare OL basso costo

Usare moltiplicatori, un OL per ogni horn con chip commerciale basso costo o distribuire a basso costo d. Integrare nel front-end altre funzioni oltre all’LNA

Integrare LNA, gen rumore, accop. direz. e transizione guida-microstriscia (Q-FEM)

e. Realizzare una 1^aconversione MMIC e integrarla con i filtri immagine e moltiplicatore di frequenza Produrre uno scatolino di piccole dimensioni completo di postLNA+1^aconv+filtri (Q-CONV)

f. Trovare una soluzione alla quantità (centinaia) di cavi coax da “derotare”

Rendere solidale il back-end col rack ricevitore e/o usare FO.

g. Trovare una soluzione alla quantità (centinaia) di fili di bias dei LNA Polarizzare LNA con solo 3 fili o bus I²C (criogenico!)

h. Rispettare i vincoli di peso sul tamburo gregoriano

≈ 250kg per ogni collocazione ricevitore

i. Rispettare i vincoli di dimensioni (altezza e diametro)

Altezza ≤ 2.4m; Diametro Dewar ≤ 590mm; Diametro del complessivo < 850mm j. Trovare una soluzione alla enorme banda istantanea da trattare

Compromesso su cosa possono offrire back-end nel continuo e spettroscopico k. Gestire il “throughput” dati in uscita

Facile per il continuo, meno per la spettroscopia.

Back end NG

Feed System

LNA LNA 20K

Filtro Filtro

Post LNA Post LNA

1conv 1conv

Filtro Filtro 1°

OL

2°

OL

2conv 2conv

Q-FEM

...

.

0.1 2.1GHz 2° Conv

+ 2° OLs

+ Detection

+ Distrib.

Board 1 of N

...

. 8x TPL, TPR, Q, U Q-CONV

LN A cry o

W-

strip ^Dir.

coupler Filter Filter

LN A war m

Cable

?

x8 Filter

Q-CONV

33GHz 50GHz

1GHz 18GHz

Vacuum Window

Tr Pol+

OMT

LN A cry o

Horn

W-

strip ^Dir.

coupler Filter Filter

LN A war m

Cable

?

Noise Gen.

x8

OL

4GHz ^Splitter

Filter

20K dewar

0.1 2.1GHz 0.1 2.1GHz

0.1 2.1GHz

Nella stessa scatola Nello stesso MMIC

REF

300K dewar

Management e System Design: INAF-IRA

Progetto e misure:

R. Nesti, INAF-OAA

SUMMARY

Concept:45 no glued rings packed together Material:Aluminum

Horn mouth diameter: 44mm 7-Horn length: 119mm

7-horn weight: 2.4kg

Construction:CNC machine 7-Horn cost: 5380 € + IVA

NG

Feed System

LNA LNA 20K

Feed #0 Feed #1 Feed #2

Feed #3 Feed #4 Feed #5

Feed #6

COMMENTS

-The ripple all over the bandwidth is due to room reflection.

-The spurious ripple in the low frequency edge of the band is due to the calibration procedure.

COMMENTS

-Crosspol evaluation is obtained from pattern measurement by calculating the difference between E and H pattern cuts.

H-plane E-plane

The isolation among adjacent horns is measured feeding the input port of one horn and measuring the output from the other.

The value measured is –60dB w.r.t. the input level….

….mainly due to the coupling by the horn apertures, including the scattering of the environment, rather than by the electromagnetic leakage throughs the rings.

MULTIHORN; B = 33-50 GHz; BW = 41%

Specification Achieved

Frequency 33 GHz 41.5 GHz 50 GHz 33 GHz 41.5 GHz 50 GHz

Nr. of horn 7, EXPANDABLE 7, EXPANDABLE

Edge taper -10 dB@[email protected];

G/Tsys optimization for SRT optics

-6.2 dB -10.6 dB -18.1 dB

S11 ≤-25 dB ≤-25 dB ≤-25 dB ≤-30 dB ≤-30 dB ≤-30 dB

Crosspolarisation ≤-30 dB ≤-30 dB ≤-30 dB ≤-28.9 dB ≤-32.8 dB ≤-30.9 dB

SLL ≤-20 dB ≤-20 dB ≤-20 dB ≤-22 dB ≤-22 dB ≤-20 dB

Horn Isolation Best effort Best effort Best effort ≤-60 dB ≤-60 dB ≤-60 dB

Insertion loss ≤0.3dB ≤0.3 dB ≤0.3 dB ≤0.1dB ≤0.1dB ≤0.1 dB

HPBW 33 “ 27.1 “ 24.8 “ 33 “ 27.1 “ 24.8 “

Beam separation 68.9 “ 68.9 “ 68.9 “ 68.9 “ 68.9 “ 68.9 “

Progetto:

G. Pisano, UniManchester Misure:R. Nesti, G. Pisano

POLARISER; B = 33-50 GHz; BW = 41%

Specification Achieved

S₁₁ ≤-35 dB ≤-30 dB

S₂₁ ≤ 0.1dB ≤ 0.015dB

Phase Unbalance  2^o -1^o Crosspolarisation ≤-35 dB ≤-41 dB Ampl. Unbalance ≤ 0.05dB ≤ 0.01dB

SUMMARY Concept: iris polariser

Material: copper (gold-plated inside) Diameter: 6.8 mm (wg), 30mm (flange) Length: 107 mm

Weight: 100 g

Construction: Electroforming Cost: 4100 €/each + IVA

Three + four Prototypes constructed

NG

Feed System

LNA LNA 20K

-60 -50 -40 -30 -20 -10 0

32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50

S11 (dB)

frequency (GHz)

Polariser nr. 2 V

-60 -50 -40 -30 -20 -10 0

32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50

S11 (dB)

frequency (GHz)

Polariser nr. 2 H

-0.01 -0.008 -0.006 -0.004 -0.002 8E-18 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01

32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50

S21 (dB)

frequency (GHz)

Polariser nr.2 V

-0.03 -0.02 -0.01 0 0.01

32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50

S21 (dB)

frequency (GHz)

Polariser nr.2 H

0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03

32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50

Amplitude Unbalance (dB)

frequency (GHz)

Polariser model v2c, nr.2

86 87 88 89 90 91

32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50

Phase Unbalance (degree)

frequency (GHz)

Polariser model v2c, nr.2

-60 -50 -40 -30 -20 -10 0

32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50

S22 (dB)

frequency (GHz)

Polariser nr. 2 V

-60 -50 -40 -30 -20 -10 0

32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50

S22 (dB)

frequency (GHz)

Polariser nr. 2 H

SUMMARY Concept1: turnstile OMT,

sheets packed together Concept2: turnstile OMT, 3D

Material: Various REALIZATION IN PLATELET STYLE

a) 2 FLANGES, CNC machine,

b) 252/36 SHEETS masks (only 19 different), thickness 0.1/0.7mm made by chemical erosion, c) Sheets construction from masks

Twist

Progetto e Misure:R. Nesti, INAF-OAA

NG

Feed System

LNA LNA 20K

B = 3350GHz ^PLATELET _RAME ^{PLATELET RAME} ARGENTATO

PLATELET ALLUMINIO

3D ALLUMINIO 1° versione

3D ALLUMINIO 2° versione

3D TITANIO

Specifiche Ottenuto Ottenuto Ottenuto Ottenuto Ottenuto Ottenuto

S11 -20dB -15dB -15dB -10dB -14dB -20dB

Insertion loss 0.3dB 1dB 0.3dB 0.5dB 0.5dB 0.4dB

Isolamento -50dB -42dB -45dB -20dB -30dB -35dB

Uscite parallele e

simmetriche OK OK OK OK OK OK

CONFRONTO DIMENSIONALE E COSTRUTTIVO

Diametro (mm)

Lunghezza (mm)

Peso (g)

Costo/cad

sIVA (€) Processo Materiale

OMT

60 46 90 4500 Elettrofor. Rame dorato

44 47 600 1350/1500 Platelet Rame Au/Ag

43 40 54 500 3D Alluminio

44 47 200 1300 Platelet Alluminio

SUMMARY Concept:integration of three functions Noise Cal:one diode per horn embedded Injection method: twin directional coupler Connection to OMTs: ridged transition Connection among devices: microstrip

Mechanics:twisted OMT outputs for coplanar WG inputs Prototype cost: TBD

Length: 50mm; Width: 47.5mm; Height: 19mm

Progetto e Misure:

INAF-IRA;INAF-OAA

RF In: WR-22

RF Out: 2.4mm coax

Twin dir. coupler

Noise Gen.

MMIC-LNA

Bias RF IN

RF OUT

DC Supply

Q-FEM

LN A cry o

W-

strip ^Dir.

coupler

LN A cry o

W-

strip ^Dir.

coupler

Noise Gen.

Q-FEM block diagram

NG

Feed System

LNA LNA 20K

0.5÷500 Hz

Twin Directional Couplers 1)Test samples, planar technology

2)Second generation on Alumina providing:

- Higher layout resolution

- Integration of passive component, like load termination

- More reliable, cheap, well matched HBT- Noise Diode

-HBT has nice 1/f noise

-HBT is a bipolar device which can work at 20 K -Simmetrical white Gaussian noise

-Frequency Range: 18 GHz- 50GHz -Output ENR: 20-25 dB

-Voltage Breakdown: 8-12 V -Operating Current : ≤15mA -R_load: 50 Ω

-Package: Chip

-Maximum Power Dissipation: 0.4 W -Cost: 45 €/cad + IVA

C R L

Ground Diode

Ground

Waveguide-microstrip transition: 2 Different Case Study

- Quartz (Lower losses, higher accuracy, more expensive, 7 to 9 Wks delivery)

- Duroid (no quartz to duroid bonding, has to be demonstrate if production accuracy is

100nm InP-MMIC (NGCorp.) 4-stage 33-50GHz LNA Progetto: INAF-IRA

MPIfR

MPIfR

T

=15K P=32mW

110-150K caldo

Disponibili ~ 40 chip: non sufficienti!

Consumo:  1.2W con 38LNA

70nm mHEMT-MMIC (OMMIC) 4-stage 33-50GHz LNA Progetto: E. Limiti, Uni. TorVergata

MPIfR

MPIfR

nessun risultato

UTV

20 40 60 80

0 100

5 10 15 20 25 30 35

0 40

freq, GHz

dB(S(2,1))dB(POL_A..S(2,1))dB(POL_B..S(2,1))dB(POL_C..S(2,1))

20 40 60 80

0 100

-25 -20 -15 -10 -5

-30 0

freq, GHz

dB(S(1,1))dB(POL_A..S(1,1))dB(POL_B..S(1,1))dB(POL_C..S(1,1))

92-101K !

100nm InP-MMIC (Chalmers) 4-stadi 27-53GHz Progetto e Produzione: LNF (Svezia)

9-pin female

nano-D connector OMT

2 LNA

Misure on wafer

Solo 3 fili !!

15mW 9-pin female

nano-D connector

0 5 10 15 20 25 30 35 40

20 30 40 50 60

Noise [K]

LNF-LNC27_53A @10K simulated results

COLLABORAZIONE CON IEIIT: Marker Injector

Diametro = 47mm Lunghezza = 16mm Peso = 80 g

COSTO

sviluppo prototipo, produzione e misure 19:

65K + IVA

Risultati simulazione

• Mixer & x8 Multiplier integrated onto the same 3x2mm²chip:

• Commercial-off-the-shelf technology, stable and repeatable: OMMIC 70nm metamorphic process

Q-CONV

Filter Filter

LNA war m

x8

OL 4GHz

Splitter

Filter

Back end NG

Feed System

LNA LNA 20K

Filtro Filtro

Post LNA Post LNA

1conv 1conv

Filtro Filtro 1°

OL

2°

OL

2conv 2conv

Progetto e Misure: E. Limiti, Uni. TorVergata

LO Input

@ 4GHz

LO Output

@ 32GHz

Gain

A₂

Power

A₁ x4

x2

x8 Multiplier-buffer Chip size 2x2mm²

LO Input

@ 4GHz

LO Output

@ 32GHz DC Power Consumption 200mW

Chip size 2x1mm² IF

LO

RF DC Power Consumption 40mW

LO

RF IF

Elliptic

Mixer

Isolation Simulated (dB) Measured (dB)

LO to RF 55 43

LO to IF 45 33

Isolation Value [dB]

LO to IF@ 3dBm LO 29; NO OL EXTERNAL FILTER LO to IF@ 4dBm LO 33; NO OL EXTERNAL FILTER

LO to RF@ 3dBm LO below the noise level of the set-up

Chip size 3x2mm² DC Power Consumption 240mW

Comparison between LFSW190410-100 device (red and green) and HP83732B Synthesizer (blue and pink) at 2 and 4 GHz.

Note: device and HP locked to a quartz, not to an H-Maser 10MHz!

Synergy synthesizer

SPECIFICHE ESSENZIALI Frequency Range: 1900 - 4100 MHz Step Size: 1 MHz

Reference Input Frequency: 10 MHz Output Power: +7 dBm (Min.)

Spurious Suppression: 70 dB (Typ.) Harmonic Suppression: 10 dB (Typ.) Costo: 100€/cad. + IVA

Q-CONV

Filter Filter

LNA war m

x8

OL 4GHz

Splitter

Filter

Progetto e Misure: INAF-IRA

Splitter per distribuzione OL al Q-CONV

LAYOUT FILTRO IMMAGINE LAYOUT FILTRO MOLTIPLICATORE

Progetto e Misure: INAF-IRA

A. Scalambra

Back end NG

Feed System

LNA LNA

20K Filtro

Filtro

Post LNA Post LNA

1conv 1conv

Filtro Filtro 1°

OL

2°

OL

2conv 2conv

...

.

0.1 2.1GHz FBCB

board 1:N

...

. 8x TPL, TPR, Q, U

0.1 2.1GHz 0.1 2.1GHz

0.1 2.1GHz

1GHz 18GHz

2^o OL Distrib.

LCP

RCP

Progetto e Misure: INAF-IRA A. Scalambra

A. Maccaferri

2^a CONVERSIONE e BACK-END:

•disponibilità di tutta la 33-50GHz

•8 sottobande per ogni polarizzazione

•I,Q,U per ogni sottobanda

•sottobande pronte per spettrometro - 4 OL @ 4-8-12-16 GHz

- 2° Conversione 0.1-1.6GHz

- Total Power con BW selezionabili 0.1-1.6 /0.7-1.3GHz - Polarimetro con BW selezionabili 0.1-1.6 /0.7-1.3GHz - SINTONIZZABILITA’:

1° OL_min= 30.8 GHz (3.850GHzx8); banda convertita 33÷48.8GHz 1° OL_max= 32.0 GHz (4.025GHzx8); banda convertita 34.2÷50GHz

33 34.2 48.8 50

OL1=30.8GHz

33 35.03

34.6 36.6337.0638.6639.08

40.6941.11

42.7143.14

44.7445.17

46.7747.20 48.80

2.234.2 36.23 18

35.8 37.8338.2639.8640.28 41.89

42.31

43.9144.34

45.9446.37

47.9748.40 50.0

2.2 18

-Tipo di Conversione: USB & LSB

-Reiezione della banda laterale: > 30 dB -Attenzione!: LSB ribaltata

Rive lato ri

TPL Q U TPR

LPF PBF LPF

LPF PBF LPF

1-18 GHz 1° IF - LCP

4-8-12-16 GHz 1-18 GHz

1° IF - RCP

8 BASEBAND (Q,U) DETECTION

8 BASEBAND

OL DISTRIBUTION

8 BASEBAND

2° IF DOWN CONVERSION

(RCP)

8 BASEBAND DISTRIBUTION

(RCP)

8 BASEBAND TOTAL POWER

DETECTION (RCP)

8 BASEBAND 8 BASEBAND 8 dc OUT - RCP

2° IF DOWN CONVERSION

(LCP)

8 BASEBAND DISTRIBUTION

(LCP)

8 BASEBAND TOTAL POWER

DETECTION (LCP)

8 BASEBAND 8 BASEBAND 8 dc OUT - LCP

16 dc OUT 8 BASEBAND 0.1-1.9GHz LCP

8 BASEBAND 0.1-1.9GHz RCP

4K+IVA (montata)/cad. 19 schede 304 bandebasi in uscita !!!

Precursore

ABBANDONARE UN ‘PRECONCETTO’?: CONTEMPORANEITA’

Crate: 8DAS+CPU+Ethernet1000BaseT DAS: 32input, 16bit, 4μs

19DAS+3Crate14K+IVA

58.9

88.1 254

Medichat

19/03/2013 38

LNA LNF

Component Tfisica(K) G (dB)

NF (dB)

Tnoise

(K)

Tr progression

G (dB)

NF (dB)

Tnoise

(K)

Tr progression

G (dB)

NF (dB)

Tnoise

(K)

Tr progression

Vacuum window 300 -0.07 0.07 4.7 4.7 -0.08 0.08 5.9 5.9 -0.10 0.10 7.2 7.2

Horn 20 -0.10 0.10 0.5 5.2 -0.10 0.10 0.5 6.4 -0.10 0.10 0.5 7.7

Marker Injector 20 -0.10 0.10 0.5 5.7 -0.10 0.10 0.5 6.9 -0.10 0.10 0.5 8.2

Polariser 20 -0.05 0.05 0.2 5.9 -0.05 0.05 0.2 7.1 -0.05 0.05 0.2 8.4

OMT 20 -0.30 0.30 1.4 7.5 -0.30 0.30 1.4 8.6 -0.30 0.30 1.4 10.0

cryo LNA 20 35 10.0 19.0 35 13.0 23.7 35 15.0 27.4

coaxial cable 300 -1.8 1.8 154.1 19.1 -2.1 2.1 186.5 23.8 -2.5 2.5 233.5 27.5

Null 300 0 0 0.0 19.1 0 0 0.0 23.8 0 0 0.0 27.5

Image Filter 300 -1 1.00 77.7 19.1 -1 1.00 77.7 23.8 -1 1.00 77.7 27.5

Circulator 300 -1 1.00 77.7 19.2 -1 1.00 77.7 23.9 -1 1.00 77.7 27.6

warm LNA 300

Mixer 300

Filter 300

Backend 300 3.24 332.1 19.5 3.11 313.4 24.1 3.11 313.4 27.9

Tr(K) 19 24 28

7 3.00 298.6 27.9

7 3.00 298.6 24.1

33GHz 41.5GHz 50GHz

7 3.00 298.6 19.4

Q-FEM

Q-CONV Vacuum

Window

Pol+

OMT

LNA

Horn W-strip Dir. cryo

coupler Filter Filter

LNA

Cable? warm

20K

LNA NGC

Component Tfisica(K) G (dB)

NF (dB)

Tnoise

(K)

Tr progression

G (dB)

NF (dB)

Tnoise

(K)

Tr progression

G (dB)

NF (dB)

Tnoise

(K)

Tr progression

Vacuum window 300 -0.07 0.07 4.7 4.7 -0.08 0.08 5.9 5.9 -0.10 0.10 7.2 7.2

Horn 20 -0.10 0.10 0.5 5.2 -0.10 0.10 0.5 6.4 -0.10 0.10 0.5 7.7

Polariser 20 -0.10 0.10 0.5 5.7 -0.06 0.06 0.3 6.7 -0.10 0.10 0.5 8.2

OMT 20 -0.10 0.10 0.5 6.2 -0.10 0.10 0.5 7.1 -0.10 0.10 0.5 8.7

WG-ustrip 20 -0.02 0.02 0.1 6.3 -0.02 0.02 0.1 7.2 -0.02 0.02 0.1 8.8

Dir. Coupler 20 -0.20 0.20 0.9 7.3 -0.20 0.20 0.9 8.3 -0.20 0.20 0.9 9.8

cryo LNA 20 35 40.0 53.1 35 30.0 42.4 25 28.0 42.1

coaxial cable 300 -1.8 1.8 154.1 53.2 -2.1 2.1 186.5 42.5 -2.5 2.5 233.5 43.0

Image Filter 300 -1 1.00 77.7 53.2 -1 1.00 77.7 42.5 -1 1.00 77.7 43.5

Circulator 300 -1 1.00 77.7 53.3 -1 1.00 77.7 42.6 -1 1.00 77.7 44.1

warm LNA 300

Mixer 300

Filter 300

Back-end 300 3.24 332.6 53.6 3.24 332.6 42.9 3.24 332.6 47.9

Tr(K) 54 43 48

42.9 7 3 298.6 47.2

3 298.6 53.5 7 3 298.6

33GHz 41.5GHz 50GHz

7

Q-FEM

Back-end, Q-CONV

Vacuum Window

Pol+

OMT

LNA

Horn W-strip Dir. cryo

coupler Filter Filter

LNA

Cable? warm

Noise Gen.

x8

OL 4GHz

Splitter

Filter

20K

AliSRT

Control Board

Rotatore -rotation range : 264^o -rotation speed: 3.28^o/sec

Progetto e Misure: INAF-IRA

Dewar

Vacuum window

U RACK ALTEZZA [mm]

ALTEZZA TOT

[mm] Consumo 19"

1

AliSRT

44 44

5V/35.5W 12V/6W

-12/6W max

2 44 88

3 44 132

4 44 176

5 44 220

6 44 264

7

AliSRT + Dewar Control

44 308

5V/21.5W 12V/6W -12V/6W 15V/15W max

8 44 352

9 44 396

10 44 440

11 44 484

12 44 528

13

FBCB Analog Part

20 pcb

44 572

5V/83W typ.

14 44 616

15 44 660

16 44 704

17 44 748

18 44 792

19 OL - 4 Synt 44 836

20 44 880

21 FBCB Digital Part (National) 16 pcb

44 924

22 44 968 30W

23 FBCB Digital Part (National) 3 pcb

44 1012

24 44 1056 15W

25 Fan 44 1100

26 REF 5-10MHz + 1PPS via FO 44 1144

27 44 1188

28 LAN Switch 44 1232

29 Prese 230V 44 1276

30 44 1320

U RACK ALTEZZA

[mm]

ALTEZZA TOT [mm]

Consumo (W) 19"

1 AliSRT+

Dewar Control

44 44

2 44 88

3 44 132

4

FBCB Analog Part

20 pcb

44 176

5V/83W typ.

5 44 220

6 44 264

7 44 308

8 44 352

9 44 396

10 OL - 4 Synt 44 440

11 44 484

12 FBCB Digital Part (National) 16 pcb

44 528

13 44 572 30W

14 FBCB Digital Part (National) 3 pcb

44 616

15 44 660 15W

16 Fan 44 704

17 REF 5-10MHz + 1PPS via FO 44 748

18 44 792

19 LAN Switch 44 836

20 Prese 230V 44 880

135

UN ESEMPIO

MPIfR

7-K BAND

19-Q BAND

19-Q BAND

7-K BAND ESTREMA COMPLICAZIONE:

LA DEROTAZIONE!

OSSERVAZIONI IN SPETTROSCOPIA

T=[2*8*N(spettri)*Ch(canali/spettro)*32(bit/Ch)]/S’(spettri/sec)

Ch = fino a 131Kcanali su BW = 2GHz Risoluzione = 15KHz (0.1km/s @ 43GHz)

T (Mbit/s) N =19 PIXEL

Ch=1024 Ch=2048 Ch=4096 Ch=32768 Ch=65536 Ch=131072

S’=1 9.961 19.92 39.85 318.8 637.5 1275.1

S’=10 99.61 199.2 398.5 3188 6375 12751

S’=100 996.1 1992 3985 31880 63750 127510

OSSERVAZIONI IN SPETTROPOLARIMETRIA OSSERVAZIONI NEL CONTINUO

T=32*(32*N+2)/S

N.ro di uscite dal back-end RIVELATE = 4(stokes)*8(bande)*N(feed)

N.ro di bit per uscita = 32

T (Kbit/s)

7 FEED 19 FEED 37 FEED

40msec 10msec 40msec 10msec 40msec 10msec

180.8 723.2 488.0 1952.0 948.8 3795.2

1. BANDA: 33 – 50 GHz

2. BANDA ISTANTANEA: 12.8 GHz in 8 BANDE*1.6GHz /POL/HORN 3. BANDA ISTANTANEA SINTONIZZABILE

4. N.RO DI PIXEL DEL MFEED: 19

5. POSSIBILE LA ROTAZIONE DEL CAMPO DI VISTA (TBC)

6. USCITE ‘CONTEMPORANEE’ : (TP

, TP

, Q, U)/1.6GHz/HORN (CONTINUO) 16 *1.6GHz/HORN (SPETTROSCOPIA)

5. OSSERVAZIONI “CONTINUO + SPETTROSCOPIA“CONTEMPORANEE

6. 28 USCITE DISPONIBILI ALL’INGRESSO DEL BACK-END SPETTROSCOPICO 7. COMBINAZIONI OSSERVATIVE ATTUALMENTE POSSIBILI IN SPETTROSCOPIA

14 HORN, 2 polarizzazioni, 1 sottobanda/pol. oppure 2 HORN, 2 polarizzazioni, 7 sottobande/pol. oppure 7 HORN, 1 polarizzazione, 4 sottobande oppure 7 HORN, 2 polarizzazioni, 2 sottobande/pol. ecc.

Sidelobe level

Return loss

Cross polar.

LCP/RCP isolation

Spurious Polariz.

Image Reject

Trx Antenna Gain (300μm)

SEFD

-20 dB

-30 dB

-30dB

3% < -42 dB

≈ 70 mK

< -30 dB

20-60 K

≈0.45 K/Jy

85-300 Jy

8. PRESTAZIONI

ALTRI RICEVITORI

COLLABORAZIONE CON JBCA/Uni. Manchester, FORNITURA DI:

-19 HORN

-19 POLARIZZATORI (DA PROGETTARE E COSTRUIRE) -19 OMT

f (GHz) Valori Taper x SRT (dB @ 12°) Piano E Piano H Piano 45^o

84 -6.5 -6.1 -6.3

97 -9.2 -9.3 -9.3

112 -13.6 -12.5 -13.1

Efficienza [%]

Guadagno [dBi]

HPBW [arcsec]

F (GHz) SRT SRT SRT

84 70.80 93.51 12.89

97 76.78 95.11 11.45

112 75.31 96.28 10.39

-90 -80 -70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0

60 70 80 90 100 110 [GHz]120

OMT Isolation

-2.8-3 -2.6-2.4 -2.2-2 -1.8-1.6 -1.4-1.2-1 -0.8-0.6 -0.4-0.20

60 70 80 90 100 110[GHz]120

OMT Ins. Loss

-50-45 -40 -35-30 -25-20 -15-10-50

60 70 80 90 100 110 [GHz]120

OMT S11

Progetto e Misure:G. Pisano, B. Maffei Uni. Manchester

CLOVER 97 GHz SPD horns - Return loss

-40 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0

75.00 80.00 85.00 90.00 95.00 100.00 105.00 110.00 Frequency (GHz)

Return Loss (dB)

H1A H1C H1TKA TRC1B Model

X-Pol < -40dB SLL < -25dB Horn S11

Chip commerciale InP-MMIC 67-110GHz Produzione: LNF (Svezia)

Processo 50nm in sviluppo a Chalmers

0 5 10 15

0 10 20 30 40

63 68 73 78 83 88 93 98 103 108 113

Noise [dB]

Gain [dB]

Frequency [GHz]

Gain and Noise@300K

-20 -15 -10 -5 0

63 68 73 78 83 88 93 98 103 108 113

S11, S22 [dB]

Frequency [GHz]

S11 and S22

440K

COLLABORAZIONE CON UTV: MMIC di conversione STARTING SPECIFICATION

•Band: 70(84)-116GHz

•Number of pixels: 19, LCP/RCP

•Instantaneous bandwidth: 32 or 46GHz

•8 baseband, approximately 2GHz wide

•Crosspolarization: -30dB, on axis and off-axis

•First sidelobe Level: -20dB

•Tr= 50-80 K through the band 70-116GHz

W-CONV MODULE 8.25GHz in giallo il chip W-CONV BPF

x8 Multip.

Image BPF Filter

66GHz 4-50GHz

70-116GHz

COLLABORAZIONE CON IEIIT: Marker Injector

Dewar, 300K Dewar, 20K

RCP Feed LCP

System ^LNA

Module W-CONV

Splitter

4-50GHz 2-18GHz

FBCB (84-100)

FBCB (100-116)

FBCB (70-84) Module

KKa-CONV 18-34GHz

8.25GHz

Module Q-CONV 34-50GHz

LNA

OMT v.1

MEDICINA 15/11/2011

8-12GHz, Bortolotti-Roma; 12-18GHz

SRT 2-4GHz -Per fuoco primario

-Single- o multi-feed

-Aggiunta di X band e altro al centrale?

-…..

02 46 108 1214 1618 2022 2426 28

1 10

Banda disponibile (GHz)

Frequenza (GHz)

MEDICINA

02 46 108 1214 1618 2022 2426 28

1 10

Banda disponibile (GHz)

Frequenza (GHz)

MEDICINA

FINE