Low noise receivers for Millimetre-wave bands radio astronomy

Abstract

RESUMEN: Los radiómetros son los receptores de radioastronomía usados para detectar el fondo cósmico de microondas (CMB), el eco del Big Bang, la huella que explica el origen de nuestro Universo. El amplificador de bajo ruido (LNA) es un subsistema clave puesto que un nivel de amplificación alto junto con un nivel de ruido muy bajo incrementa el ancho de banda de medida y la sensibilidad del receptor. En esta tesis se ha mejorado las prestaciones del LNA en cuanto a nivel de ruido, aumento de ancho de banda, y entrega de potencia. Se han explorado diferentes topologías y tecnologías de diseño, y se ha integrado las soluciones en amplificadores pertenecientes a un radiómetro funcionando a 40 GHz. Se ha caracterizado el receptor completo, enfriando el LNA a temperaturas criogénicas. Por último, se ha propuesto un esquema de radiómetro funcionando en una nueva ventana de observación del CMB en la frecuencia de 90 GHz.

ABSTRACT: The radiometers are the radio astronomy receivers used to detect the cosmic microwave background (CMB), the Big Bang echo, the footprint that explains the origin of our Universe. The low noise amplifier (LNA) is a key subsystem because a high gain level with a very low noise level increases the measurement effective bandwidth and receiver sensitivity. In this thesis, the LNA performance has been improved in terms of noise level, increase of effective bandwidth, and power delivered. Different design topologies and technologies have been studied, and the amplifier solutions have been integrated in a radiometer working at 40 GHz frequency band. The radiometer has been full characterised, cooling down to cryogenic temperatures the LNA. Finally, a new radiometer scheme has been proposed in a new CMB observation window at 90 GHz frequency band.