Bias-Elektronik

Die Abteilung Submillimeter Technologie entwirft und baut Elektroniken zum Betrieb von (kryogen-gekühlten) Mischelementen, wie z.B. Superconductor-Insulator-Superconductor (SIS) oder Hot-Electron-Bolometer (HEB) Mischer. Diese Mischelemente werden häufig in astronomischen Heterodyn-Empfängern für den Submillimeter-Bereich verwendet.

Radioastronomische Empfängersysteme im Submillimeter-Bereich benötigen meist zu Beginn der Signalverarbeitung eine Mischstufe, die die Weltraumstrahlung auf niedrigere Frequenzen heruntersetzt. Die Submillimeter Technologie-Abteilung entwirft und baut Elektroniken zum Betrieb dieser - oft kryogenisch gekühlten - Mischer. So werden z.B. rauscharme Vorspannungen (engl. „bias voltage“) für die Mischelemente gebraucht, oder äußerst stabile Stromversorgungen zur Erzeugung von Magnetfeldern.

Die Abteilung hat hierzu eine modular aufgebaute Bias-Elektronik entwickelt, die sehr einfach an die Erfordernisse verschiedenster Empfängers angepasst werden kann.

Grundlage ist ein Mikrokontroller-basiertes Mainboard, das ein gemeinsames elektrisches und Steuerungs-Interface bereitstellt. Die Mainboards sind meist als Einschubkarte für 19“ Gehäuse ausgeführt („Bias-Karte“).

Zur Versorgung der verschiedenen (Sub-)Komponenten eines Mischers:

• der Mischstufe
• dem rauscharmen Verstärker (HEMT oder MMIC)
• der Spule zur Erzeugung eines Magnetfelds, um Josephson-Oszillationen zu dämpfen
• dem Heizelement, um die Mischstufe auszuheizen

wurden Satellitenboards entwickelt, die auf das Mainboard aufgesetzt werden können. Die Installation ist dabei optional und hängt davon ab, welche Funktionalität benötigt wird.

Die Mainboards werden über ein UDP-basiertes Kommunikationsprotokoll von einem übergeordneten Gerät (meist dem Hauptrechner eines Empfängersystems) gesteuert. Entsprechend der Anzahl der verwendeten Mischelemente in einem Empfängersystem werden die bestückten Mainboards („Bias-Karten“) in meist einem Gehäuse zusammengefasst.