Arcetri realizza innovativi filtri superconduttori a microonde per il Sardinia Radio Telescope

Una delle principali problematiche per le osservazioni radio astronomiche è la presenza di segnali radio di natura antropica, il cui livello di potenza è tale da poter interferire con i ricevitori radio astronomici caratterizzati da un’elevata sensibilità. Nel corso degli anni varie tecniche di mitigazione sono state sviluppate per limitare l’impatto delle così dette radio frequency interference (RFI). Tra queste, una soluzione particolare consiste nell’introduzione di filtri a microonde basati su tecnologia high temperature superconductor (HTS) da porre a monte dei primi stadi di amplificazione del ricevitore con l’obiettivo di evitarne la compressione e preservando al tempo stesso la bassa temperatura di rumore del ricevitore stesso.

Un nuovo componente basato proprio sulla tecnologia HTS è stato presentato in un recente numero della rivista Journal of Astronomical Instrumentation, edita da World Scientific Publishing Company, nell’articolo “A high temperature superconductor microwave filter working in C-band for the Sardinia Radio Telescope” da Pietro Bolli e collaboratori (Fig. 1). Questo articolo è il risultato di un progetto nazionale condotto all’Osservatorio Astrofisico di Arcetri assieme all’Istituto di Radio Astronomia (entrambe strutture dell’INAF) e con un collaboratore straniero dell’Università di Birmingham (UK).

Fig. 1 – Copertina del numero di Marzo 2014 della rivista Journal of Astronomical Instrumentation nella quale compare una fotografia dei filtri a microonde fabbricati con il superconduttore ad alta temperatura YBaCuO. La fotografia mostra una selezione di prototipi realizzati con differenti materiali del carrier: rame, titanio placcato con argento e titanio placcato con oro (da sinistra a destra).

L’obiettivo dell’attività era la progettazione, realizzazione e caratterizzazione di un filtro passa-banda planare HTS per il front-end criogenico del ricevitore banda C (frequenza centrale 6.7 GHz con 30% di larghezza di banda) del Sardinia Radio Telescope (SRT). SRT rappresenta una nuova facility radio astronomica dell’INAF di recente inaugurata (Fig. 2) che consiste in un radio telescopio con specchio primario di 64 m di diametro completamente orientabile e capace di osservare con alta efficienza nella banda di frequenze 0.3–116 GHz. 

La tecnologia HTS permette miglioramenti significativi nelle prestazioni di temperatura di rumore rispetto ai normali conduttori metallici grazie alla rapida diminuzione della sua resistività alle basse temperature. Gli HTS sono inoltre caratterizzati dal fatto che il fenomeno di superconduttività compare a temperature relativamente alte (significativamente al di sopra del punto di ebollizione dell’azoto liquido, 77 K).

L’attività di ricerca appena pubblicata era inoltre indirizzata a testare soluzioni tecniche alternative per la produzione dei filtri superconduttori, quali per esempio l’utilizzo di differenti materiali per il carrier del componente e la sua placcatura così come l’utilizzo di connettori differenti rispetto a quanto utilizzato nelle procedure di produzione consolidate. Dall’analisi effettuata è risultato che i connettori SMA e la placcatura del carrier in argento risultano essere valide opzioni per tenere la fabbricazione dei filtri più semplice e più competitiva in termini di costi.

Le misure criogeniche dei parametri di scattering del componente mostrano un buon accordo con i risultati numerici: le perdite di trasmissione sono in media nel range 0.15–0.25 dB in funzione del prototipo misurato, mentre il coefficiente di riflessione è sotto i −16 dB. Infine sequenze ripetute di raffreddamento sono state effettuate verificando una buona ripetibilità nei risultati sia nel corto che nel medio termine.

Fig. 2 – Il 30 Settembre 2013 si è svolta la cerimonia inaugurale di SRT alla presenza delle più alte autorità locali e nazionali; numerosi scienziati in rappresentanza della comunità radio astronomica internazionale hanno partecipato all’evento, oltre che 2000 cittadini provenienti dai paesi limitrofi.

A cura di P. Bolli e A. Gallazzi