[发明专利]用于大规模亚毫米波探测器读取系统的中频电路系统

说明书

本发明公开了一种用于大规模亚毫米波探测器读取系统的中频电路系统，所述IF板用于将ADC/DAC板与杜瓦之间的所有硬件组件集成在一起，所述IF板包括：压控振荡器VCO，用于提供FPGA时钟信号和IQ混频器LO信号；IQ混频器，可在基带和谐振器频率范围之间转换；数字衰减器，用于设置传输到杜瓦瓶的功率电平，以及设置IQ混频器接收和ADC接收的功率电平；倍频器，用于将LO频率加倍，以用于更高的谐振频率应用。根据本发明的用于大规模亚毫米波探测器读取系统的中频电路系统满足大规模探测亚毫米波过程中所需的高效、高分辨率和抗干扰等读取要求。

技术领域

本发明涉及射电天文领域，特别是涉及一种用于大规模亚毫米波探测器读取系统的中频电路系统。

背景技术

亚毫米波和远红外(FIR)波长的天文数据中包含大量重要的科学信息，包括有关尘埃星系，星系团和恒星形成的信息。

对于亚毫米波长，一种常用的探测器技术是过渡边缘传感器(TES)，它是一种基于超导相变的温度相关电阻的低温传感器。为了从TES读取信号，将超导量子干扰设备(SQUID)与探测器配对。TES已在许多类型的仪器中用于检测亚毫米/毫米波长。但是，它们复杂的制造过程和读出方法使它们难以扩展到更大的阵列。另一项相对较新的技术是动态电感探测器，它是在2000年代初由加州理工学院/喷气推进实验室(JPL)开发的。动态电感探测器可以很容易地在两层到三层的晶圆上制造并进行频域复用。除一个低温放大器外，所有读数功能均由室温电子设备执行。动态电感探测器是实现大型阵列的理想选择，这对于未来望远镜的开发将是必不可少的。

在2009年之前，探测器读数是使用现成的设备执行的，只能读取少数探测器。在2009年至2010年之间，开发了一种基于FPGA的开源读数。构建了DAC和ADC板的原型，并演示了同时读取126个探测器的方法。从2010年到2012年，我们开发了中频(IF)板，这有助于我们集成电子器件并提高稳定性。其他进步包括第二代DAC-ADC组合板，FPGA上固件的改进版，从1到16个板的扩展规模以及全套DAQ软件的生产。目的是开发一种超导微谐振器阵列开源读数，它可以高度自动化地处理动态电感探测器读取所需的所有任务。

在超导微谐振器阵列开源读数系统中，IF板具有重要的作用，该板的性能直接影响到读数系统的稳定性。需要开发出满足探测和读取要求的IF板。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种射电望远镜超高能粒子探测系统，满足探测亚毫米波过程中所需的高效、高分辨率和抗干扰等读取要求。

本发明提供一种用于大规模亚毫米波探测器读取系统的中频电路系统，所述IF板用于将ADC/DAC板与杜瓦之间的所有硬件组件集成在一起，所述IF板包括：压控振荡器VCO，用于提供FPGA时钟信号和IQ混频器LO信号；IQ混频器，可在基带和谐振器频率范围之间转换；数字衰减器，用于设置传输到杜瓦瓶的功率电平，以及设置IQ混频器接收和ADC接收的功率电平；倍频器，用于将LO频率加倍，以用于更高的谐振频率应用。

进一步，在所述IF板中设置两个压控振荡器VCO、两个IQ混频器、三个数字衰减器，其中两个数字衰减器用于设置传输到杜瓦瓶的功率电平，另一个数字衰减器和五个放大器，用于设置IQ混频器接收和ADC接收的功率电平。

进一步，提供FPGA时钟信号的范围从137.5至4400MHz；IQ混频器LO信号范围从2.2至4.4GHz；每个衰减器的衰减范围为0至31.5dB，以0.5dB的步长。

进一步，还包括九个数字开关，以允许信号在信号链中的各个点环回。

进一步，基带环回绕过整个上变频、下变频和杜瓦瓶，或者射频环回绕过杜瓦瓶。

进一步，还包括四个抗混叠低通滤波器LPF，用于保证信号频谱不产生混叠。