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Ultra-wideband phased array antennas for low frequency radio astronomy

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2010
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2010-04-07
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Esta tesis se centra en el desarrollo de antenas diferenciales de banda ultra ancha para arrays de apertura, como los que han sido propuestos por el consorcio internacional para cubrir las bandas bajas de frecuencia del telescopio (SKA-AAlo (0.07-0.45 GHz) y SKA-AAhi (0.3-1 GHz)). La tesis comienza con una introducción al campo de la radioastronomía y una presentación del estado del arte de la teoría y las tecnologías de arrays de antenas de banda ultra ancha para radioastronomía. Los capítulos principales del documento se centran en explicar el proceso de diseño y medida de 3 prototipos (2 para SKA-AAhi y 1 para SKA-AAlo), que representan propuestas española, holandesa y británica respectivamente para cubrir las citadas frecuencias. Se hace especial hincapié en las di cultades en el diseño de antenas diferenciales de banda ultra ancha y que además han de ser de bajo coste, ya que el telescopio contara con miles y hasta millones de elementos. Estas di cultades incluyen, entre otras, el análisis de los materiales, la medida de los prototipos, la eliminación de anomalías de banda estrecha o el ruido del sistema. Finalmente se presenta una técnica para la simulación electromagnética de arrays de antenas irregulares de gran tamaño, como los que se podrán encontrar formando parte de las estaciones del SKA. En las conclusiones del documento original de la tesis se resaltan las aportaciones realizadas a las tecnologías para radioastronomía (incluyendo los 3 prototipos que cumplen las especi caciones del SKA) y tecnologías de antenas en general y se presentan las líneas futuras de trabajo.-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
In the context of the SKA and the SKADS, in this thesis I explore antenna technologies to cover the sub 1 GHz frequency band of the telescope. I study and design array antennas to cover the high frequency band of the aperture array proposal for the SKA (300 MHz to 1 GHz) using dense arrays and the sub 450 MHz band using sparse arrays. Special effort is put on analyzing possible issues, such as narrow band anomalies, related to the use of ultra-wideband differential technology. Low-cost and high sensitivity are the main objectives of the designs I present in this thesis. The chapters are arranged in chronological order. First I elaborate on dense arrays of Tapered Slot Antennas (TSAs) to cover the SKA-AAhi band. This work was done during my 4 months internship in the Netherlands Institute for Radio Astronomy in 2007, the time I worked for the Yebes Astronomical Center since January 2006 until September 2007 and the time I have been a graduate student at the Universidad Carlos III de Madrid since October 2005. After, I present the work I have done on sparse arrays of bow-tie antennas for low-frequency radio astronomy since I started my work at the Cavendish Laboratory, University of Cambridge, UK, in September 2007. Finally I conclude with a chapter on characterization of large irregular arrays of ultra-wideband antennas for low-frequency radio astronomy. This work started in 2009 when I was already in Cambridge and it was done in close collaboration with the Université Catholique de Louvain, Belgium.
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Keywords
Arrays de antenas, Radioastronomía, Array antennas, Radio astronomy
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