An upgrade to the 230 GHz CSO balanced receiver architecture for the first light lct receiver.

Abstract

The Leighton Chajantor Telescope (LCT) is an international collaboration between China, the USA, and Chile, that looks for the participation of scientists and engineers from the three nations in the development of frontier technologies for submillimeter astronomy. Also, the LCT is the first radio telescope that will be operated, managed, and upgraded in collaboration with a Chilean Institution. The project considers the upgrade of the Caltech Submillimeter Observatory (CSO), which is currently decommissioned in Mauna Kea, Hawaii, and will be moved to the Chajnantor area, in northern Chile, one of the best places in the world for submillimeter astronomy due to its low levels of water vapor in the atmosphere. In particular, one of these upgrades is a modification of the architecture of the receiver. Its original design is based on a DSB architecture that generates a superposition of the sidebands, leading to an important noise contribution to the IF signal response, this results in less sensitivity, therefore the telescope will require more integration time during the observations. This receiver was designed to cover the 180-720 GHz frequency range through two independent receiver blocks. In this study, it will be considered the upgrade of the receiver that covers the 230-460 GHz frequency band. This thesis (framed within a CASSACA project) proposes to evaluate the design of a new configuration for the receiver and evaluate the feasibility of converting the DSB to a 2SB system. This will reduce the noise level by removing the contribution of the image band, improving the receiver sensitivity. Simulations in HFSS and AWR of the previous DSB configuration were made, in order to compare and develop a model that can be modified and analyzed. The results of the Modification to the circuit show that it is possible to expand the bandwidth in which the receiver works, from the previous 4 GHz to 9.3 GHz. On the other hand, the theoretical study of the feasibility of the application of a 2SB configuration in the circuit, allowed us to elucidate that it is not possible to directly implement the 2SB architecture on the DSB system due to the limitations imposed by the input signals to the module.

El Leighton Chajnantor Telescope (LCT) es una colaboración internacional entre China, EEUU, y Chile que busca ampliar la participación de científicos e ingenieros de las tres naciones en el desarrollo de tecnologías de última generación para la astronomía submilimétrica. Además, el LCT es el primer radiotelescopio que será operado, gestionado, y mejorado en colaboración con instituciones chilenas. El proyecto considera la actualización del Caltech Submilimiter Observatory (CSO), que actualmente se encuentra decomisionado en Mauna Kea, Hawái, y su traslado al Llano de Chajnantor, en el norte de Chile, uno de los mejores lugares del mundo para la astronomía submilimétrica debido a sus bajos niveles de vapor de agua en la atmósfera. En particular, una de las actualizaciones del LCT es el cambio de arquitectura del receptor. El diseño actual basado en la arquitectura DSB que genera una superposición de las bandas laterales, provocando una importante contribución de ruido a la señal IF, resultando en menor sensibilidad, y por lo tanto se requiere de mayor tiempo de integración durante la observación. Este receptor fue diseñado para cubrir el rango de frecuencias 180-720 GHz mediante dos receptores independientes. En esta tesis se trabajará con el receptor que cubre ventanas espectrales con bandas en 230-460 GHz. Esta tesis (enmarcado en un proyecto CASSACA) propone evaluar el diseño de una nueva configuración para el receptor, determinando si es posible modificar el actual diseño DSB para convertirlo en un sistema 2SB. Esto reduciría el nivel de ruido base al eliminar la contribución de la banda imagen, mejorando la sensibilidad del receptor. Para lograr ese objetivo, se realizó una simulación del funcionamiento de la configuración original (DSB) usando los software HFSS y AWR. Los resultados de la simulación de las diversas mejoras y modificaciones sobre el circuito original, muestran un ancho de banda mejorado en la señal IF resultante, pasando de 4 GHz a 9.3 GHz. Por otro lado, el estudio teórico de factibilidad de la aplicación de una configuración 2SB en el circuito, permitió dilucidar que no es posible llevarlo a cabo directamente debido a la forma en que están diseñadas las entradas de las señales del módulo.