IF Systeme

Die Signale, die in der Submillimeter Radioastronomie nachgewiesen werden, können nur nach Umwandlung in Ausgangssignale mit niedrigerer Frequenz transportiert und weiter verstärkt werden. In dem zugrundeliegenden heterodynen Mischungsprozess wird dem Originalsignal ein von einem lokalen Oszillator emittiertes Signal überlagert, das leicht gegenüber der Originalfrequenz verstimmt ist. So entsteht bei der Zwischenfrequenz (ZF) eine Schwebung, die aber die spektroskopischen Eigenschaften des Originalsignals bewahrt (z.B. die Breite und das Profil einer Spektrallinie). Das resultierende Signal wird dann zur weiteren Analyse einem digitalen Spektrometer zugeführt und muss auf dessen Eingangsparameter zugeschnitten werden. Die dazu benötigen Geräte werden in unserer Abteilung entworfen und hergestellt.

Abb.1 - Komplettes IF System, mit insgesamt 8 IF Modulen. — **Abb.1** - Komplettes IF System, mit insgesamt 8 IF Modulen.

**Abb.1** - Komplettes IF System, mit insgesamt 8 IF Modulen.

Abb.2 - Rückansicht IF System, mit Synthesizer und Backplane. — **Abb.2** - Rückansicht IF System, mit Synthesizer und Backplane.

**Abb.2** - Rückansicht IF System, mit Synthesizer und Backplane.

ZF-Systeme sind in der Signalaufbereitung das Bindeglied zwischen Empfängern und Spektrometern. Von der Systematik gehören sie aber noch zum Frontendbereich.

ZF-Systeme bereiten die vom Empfänger kommenden Signale in Frequenz und Pegel auf. Es gibt Systeme mit Mischprozess, bei denen die Frequenz der Signale weiter umgesetzt wird, sowie auch direkt verstärkte Systeme, bei denen keine Mischung stattfindet, sondern die Signalpegel direkt im selben Frequenzbereich aufbereitet werden.

Digitale Spektrometer, z.B. die im Institut entwickelten Fast-Fourier-Transform Spektrometer, haben oft Eingangsfrequenzbereiche von 0 – 4 GHz, während kryogene Superconductor-Insulator-Superconductor Mischer (SIS), die häufig in radioastronomischen Heterodyn-Empfängern eingesetzt werden, eine ZF von 4 – 12 GHz generieren. Eine typische ZF-Prozessierung mit Mischprozess ist daher zunächst die Aufspaltung der ZF eines SIS in zwei Bänder, 4 – 8 GHz und 8 – 12 GHz. Diese Frequenzbänder werden im Anschluss jeweils auf 0 – 4 GHz, passend für das Spektrometer, umgesetzt. Desweiteren findet parallel eine Anpassung des Signalpegels an den benötigten Eingangspegel der Spektrometer über Verstärker und variable Abschwächer statt. Die im Spektrometer digitalisierten Bänder können im weiteren Verlauf wieder zusammengefügt und weiter ausgewertet werden.

Abb.3 - Testaufbau IF Baugruppe mit direkter Signalaufbereitung 4-8 GHz. — **Abb.3** - Testaufbau IF Baugruppe mit direkter Signalaufbereitung 4-8 GHz.

**Abb.3** - Testaufbau IF Baugruppe mit direkter Signalaufbereitung 4-8 GHz.

Bei direktverstärkten ZF-Systemen hingegen werden die Frequenzen 1 zu 1 umgesetzt und die Pegel für das Spektrometer angepasst.

Alle unsere neuartigen ZF-Systeme basieren auf Leiterplattentechnologie, bei der sämtliche Komponenten auf SMD Technik verbaut werden. Um hohe mechanische und thermische Stabilität auf dem Modul zu erreichen, wird individuell ein mechanisches Gehäuse entwickelt, welches eine hohe thermische Masse besitzt. Backplanesysteme, mit Rasberry Pis als Kontrolleinheit, übernehmen die zentrale Steuerung über fest definierte Schnittstellen. Dadurch wird es möglich, das nachfolgende Backendgeräte die Regelung der ZF-Module eigenständig über Netzwerkansteuerung übernehmen und die zu ihren Eingangsparametern passenden Pegel einstellen.