A cooled 90 GHz VLBI-receiver front end

Loading...
Thumbnail Image
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Sähkötekniikan korkeakoulu | Master's thesis
Date
2008
Department
Major/Subject
Radiotekniikka
Mcode
S-26
Degree programme
Language
en
Pages
76 s.
Series
Abstract
A cooled 90 GHz VLBI-receiver front end is discussed in this thesis. Very Long Baseline Interferometry (VLBI) is a method in which the signals received by several radiotelescopes, located even on different continents, measuring the same object are combined in order to achieve a higher angular resolution and imaging capability. The focus of this work is on the design of passive waveguide components. A corrugated feed horn, a polariser, a directional coupler, a power divider and a band-pass filter were designed. Their simulated properties are presented, and from the part of the power divider and the band-pass filter, the prototypes of which were available before the writing of this thesis, a comparison to actual devices is carried out. The prototypes were measured at room temperature. The heart of the front end is two lownoise preamplifiers provided by DA-Design Ltd. They are based on indium-phosphide high electron mobility transistors (InP HEMTs), the structure and operating principle of which are reviewed. A measurement procedure for obtaining the gain and noise characteristics at room and cryogenic temperatures is described, and the measurement results are presented from the part of one amplifier. A 20 percent operating bandwidth was set as a goal. Expect for the polariser, the simulated performance of all the components was satisfactory for such a bandwidth. Axial ratio and isolation requirements of 0.5 dB and 30 dB limited the relative bandwidth of the polariser to about 13 percent. The properties of the prototype power divider followed the simulations closely, the power split being equal and the return loss better than 18 dB. Even though the width of the pass-band of the prototype filter was the desired one, the pass-band had shifted about 1 GHz towards lower frequencies. The average insertion loss was 0.8 dB. The average noise temperature and gain of the low-noise preamplifier were 60 K and 53 dB at a temperature of 20 K.

Tässä työssä käsitellään 90 GHz:n VLBI-vastaanottimen jäähdytettyä etupäätä. Pitkäkanta interferometria, eli Very Long Baseline Interferometry (VLBI), on menetelmä, jossa useiden, jopa eri mantereilla sijaitsevien, samaa kohdetta havaitsevien radioteleskooppien mittaustulokset yhdistetään suuremman erotuskyvyn ja kuvantamisominaisuuden saavuttamiseksi. Työn painopiste on passiivisten aaltoputkikomponenttien suunnittelussa. Suunniteltuja komponentteja ovat korrugoitu syöttötorvi, polarisaattori, suuntakytkin, tehonjakaja ja kaistanpäästösuodatin. Komponenttien simuloidut ominaisuudet esitetään, ja koska tehonjakajasta ja suodattimesta ehdittiin teettää prototyypit ennen työn valmistumista, niistä saatuja mittaustuloksia verrataan simuloituihin. Prototyypit mitattiin huoneenlämpötilassa. Kaksi DA-Design Oy:n toimittamaa vähäkohinaista esivahvistinta muodostaa etupään ytimen. Ne perustuvat korkean elektroniliikkuvuuden transistoreihin, joiden substraattina on käytetty indium-fosfidia (indium-phosphide high electron mobility transistor, InP HEMT). Transistorien rakenne ja toimintaperiaate käydään pääpiireittäin läpi, ja mittausmenetelmä sekä huoneenlämpötilassa olevan että 20 kelviniin jäähdytetyn vahvistimen kohinalämpötilan ja vahvistuksen selvittämiseksi kuvataan. Mittaustulokset esitetään toisen vahvistimen osalta. Kahdenkymmenen prosentin toimintakaista asetettiin tavoitteeksi. Simuloinnit osoittivat kaikkien komponenttien täyttävän tavoitteen polarisaattoria lukuun ottamatta. Sen toimintakaista rajoittui noin 13 prosenttiin 0.5 dB:n akselisuhde- ja 30 dB:n isolaatiovaatimuksen takia. Prototyyppitehonjakajan mitatut ominaisuudet vastasivat varsin hyvin simuloituja: teho jakaantui tasan ja paluuvaimennus oli enemmän kuin 18 dB:ä. Vaikka prototyyppisuodattimen mitattu kaistanleveys oli haluttu, päästökaista oli siirtynyt noin 1 GHz:n verran alemmille taajuuksille. Keskimääräinen väliinkytkemisvaimennus oli 0.8 dB. Jäähdytetyn esivahvistimen keskimääräiseksi kohinalämpötilaksi mitattiin 60 K:iä ja vahvistukseksi 53 dB:ä.
Description
Supervisor
Räisänen, Antti
Thesis advisor
Sjöman, Pekka
Keywords
jäähdytetty vastaanotin, etupää, pitkäkantainterferometria, HEMT, cooled receiver, front end, VLBI, HEMT
Other note
Citation