Wideband Microwave Circuits for Radioastronomy Applications. Circuitos de microondas de banda ancha para aplicaciones de radioastronomía

Abstract

El estudio de la radiación del Fondo Cósmico de Microondas como principal evidencia del Big Bang como teoría de origen del Universo lleva consigo el desarrollado de receptores de muy alta sensibilidad y ancho de banda en la banda de ondas milimétricas. En esta tesis, se desarrolla el diseño e integración del receptor de la banda de 26 a 36 GHz del instrumento QUIJOTE (Q-U-I JOint TEnerife) que está basado en la conmutación de estados a través de conmutadores de fase de 180º y de 90º. Los circuitos conmutadores deben proporcionar una diferencia de fase plana, de 180º o de 90º respectivamente, en el rango de frecuencias del receptor. Además, en esta tesis se desarrolla el diseño de detectores a diodo, que deben proporcionar la conversión de la potencia de la señal de microondas a niveles de tensión a su salida, para lo que utilizan diodos Schottky. A su vez se analiza el comportamiento de circuitos y dispositivos discretos (diodos) con el cambio de la temperatura de operación, estudiando sus variaciones. Por último, para el desarrollo de los circuitos ha sido necesario el modelado de diodos de microondas, tanto Schottky como PIN, para su utilización en los circuitos y la operación de los circuitos a temperatura ambiente y a temperatura criogénica (alrededor de 15 K).

The analysis of the Cosmic Microwave Background radiation as main evidence of the Big Bang theory involves the development of very high sensitivity receivers and broadband working in millimetre-wave frequencies. In this thesis, the 26 to 36 GHz frequency band QUIJOTE (Q-U-I JOint TEnerife) instrument receiver is designed and integrated, which is based on phase switching using 180º and 90º phase switches. The phase switching circuits must ensure a flat phase difference, 180º or 90º respectively, in the whole frequency range covered by the receiver. Besides, microwave detectors based on Schottky diode are developed which convert the power of the microwave signal into output voltages. The behaviour and variations in performance of circuits and discrete devices are also analysed as a function of the working physical temperature. Finally, the modelling of microwave diodes, such as Schottky and PIN, is described, which are intended for their use on the design stage of the circuits at room and cryogenic (around 15 K) temperatures.