Sistema RF con demodulación I/Q para lectura de detectores de inductancia cinética

Abstract

RESUMEN: Este trabajo muestra el proceso seguido para realizar la parte de recepción de un sistema de lectura de detectores de inductancia cinética (KID – Kinetic Inductance Detector) basado en un demodulador IQ. Estos detectores están hechos con materiales superconductores enfriados a temperaturas criogénicas, y se utilizan para construir receptores ultrasensibles en aplicaciones de radioastronomía entre otras. Cada KID que forma parte de un receptor tiene una frecuencia de resonancia y todos los KIDs de un receptor se pueden multiplexar en frecuencia acoplándolos a una misma línea de transmisión. La frecuencia de resonancia de estos KIDs se ve modificada si detecta una onda incidente, y este cambio es el que se trata de medir mediante los sistemas de lectura. Para ellos se utilizan señales multitono a las frecuencias de resonancias de los KID y con una potencia determinada para no calentarlos. La demodulación de las señales de salida de los KIDs se realiza en rango de 760 MHz a 1 GHz mediante un mezclador IQ a frecuencias dentro del rango de un convertidor ADC (Analog-Digital Converter). El sistema diseñado está formado por amplificadores de bajo ruido, conmutadores, filtros y un atenuador variable que permite tener control de potencia, permitiendo realizar medidas en sistemas con diferente número de detectores.

ABSTRACT: This research shows the process to design the reception part of a Kinetic Inductance Detectors readout system based upon an IQ demodulator. These detectors are made of superconductors cooled to cryogenic temperatures are used to build ultrasensitive receptors in radioastronomy applications. Each KID that is part of the receptor vibrates at its resonance frequency and, all the KIDs of a receptor can be frequency domain multiplexed by coupling them to the same transmission line. The resonance frequency of these KIDs is modified if an incident wave is detected, and this change is the one to be measured by the readout system. A comb of probe signals (one frequency for each resonator) is used, where the input power level must be controlled to avoid overheating. The output signals from the KIDs array is demodulated in the 760 MHz – 1 GHz frequency range using an IQ mixer to convert them into suitable frequencies for an ADC (Analog – Digital Converter). The designed system uses low noise amplifiers, switches, filters, and a variable attenuator that offers power control. This way, the system can be used with a different number of detectors.