Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Eléctrica. Ingeniera Civil Eléctrica / The new generation of telescopes that will be installed in the world and particularly in Chile is focused on the search of high-impact scientific objectives. For this, the technology used must be cutting edge, in order to achieve a better performance than currently achieved. This challenge falls into the hands of engineering and this thesis is developed in that context. The general objective is to develop intermediate optical systems to allow the existence of heterodyne cameras in the range of 85 - 115 GHz (extended W band). For this, two sub-projects are developed. In the first one, we work with the original design of the 1.2-m SMWT telescope that is currently in the National Astronomical Observatory in Cerro Calán. We study the feasibility of having a heterodyne camera without the need to add extra optical elements. For the second project, the parameters of the 12-m ALMA antenna are used. An intermediate optical system consisting of a Gaussian Beam Telescope is designed. We seek to adapt the optics of the antenna with a heterodyne receiver of 7 pixels. This design is applicable to a future ALMA upgrade or to the LLAMA project, which is under development. In both projects, we work with mathematical models developed in Matlab and based on the quasi-optical model. Subsequently, fine-tuning the models is performed with simulation software. Performance parameters such as aperture efficiency, noise temperature, beam truncation, cross-polar component and surface accuracy are taken into account for the design. We find an appropriate beam position and waist for the SMWT 7-pixel heterodyne receiver. The normalized efficiency of the lateral beams is 92.9% with respect to the central beam. A 23.6-mm spacing between beams with a 6.8-mm waist in the Cassegrain focal plane is required. No additional optics are necessary. For the design in a 12-m antenna, a 58.6-mm spacing is obtained in the Cassegrain focal plane, a beam waist of 16.8 mm and a normalized efficiency of 96.9% for the central frequency (100 GHz). The design for both, ALMA and LLAMA, consists of a Gaussian Beam Telescope using two ellipsoidal mirrors and compacted by the use of flat mirrors. The magnification in each case is different due to the space constraints particular to each. This implies that the waist of the beam in the vacuum window is different. / Este trabajo ha sido parcialmente financiado por FONDECYT a través del Proyecto 11151022

Ingeniero Civil Eléctrico / El presente trabajo de memoria se enmarca en el ámbito de la radioastronomía, específicamente en la interferometría heterodina, procedimiento por el cual varias antenas funcionan como si fueran una sola de gran tamaño; siendo el experimento realizado en la Universidad de Chile sólo con dos antenas. El objetivo fundamental del proyecto es lograr programar un correlador, dispositivo que se encargará de correlacionar las señales de las antenas en una FPGA montada en una placa, la cual fue diseñada exclusivamente para esta tarea: la placa ROACH. El proceso de diseño del correlador se hará mediante herramientas desarrolladas por el grupo CASPER, las cuales tienen como función principal la programación de la ROACH mediante la compilación de diversos modelos de correlador diseñados en MATLAB-Simulink®. Se implementaron dos modelos, uno obtenido a partir de realizar modificaciones a un modelo propuesto por CASPER, y el otro correspondiente a un espectrómetro que realiza internamente la correlación entre las señales, para luego entregar el espectro observado por las antenas. Las pruebas en laboratorio pudieron realizarse sólo sobre el primer diseño, ya que para probar el espectrómetro se necesita hardware adicional que no se encuentra en el laboratorio; razón por la cual su uso quedará propuesto para cuando se cuente con el hardware necesario. El correlador se sometió a diversos experimentos basados en tres montajes, entre los cuales uno es de naturaleza óptica, para verificar la funcionalidad y caracterizar el comportamiento de éste. Los resultados de las primeras pruebas hechas al correlador funcional, revelaron que la mayoría del montaje no estaba aislado del ruido externo; además, las señales generadas para efecto de probar el sistema estaban contaminadas con un alto nivel de ruido blanco producido desde la fuente. Aun así, los espectros analizados tanto por su auto-correlación, correlación cruzada y fase de las señales, demuestran que el correlador se encuentra operando como es debido. Luego se procedió al segundo experimento, el cual presentó como objetivo principal eliminar la mayor cantidad de componentes externas de ruido; estudiando así el comportamiento del correlador bajo condiciones cercanas a las ideales. Los resultados arrojados de este segundo montaje reafirmaron el correcto funcionamiento del sistema. Al realizar el tercer y último experimento, se pudo apreciar el funcionamiento del diseño sobre un montaje óptico, cuya finalidad fue demostrar el correcto funcionamiento del detector heterodino en conjunto, sobre condiciones cercanas a las pruebas de campo en una primera aproximación. Finalmente se puede concluir que el objetivo principal se cumple, y que existen diversos factores que afectaron en los resultados pero sin tener consecuencia directa en el funcionamiento del correlador. Aun así existen ciertas recomendaciones para disminuir los niveles de ruido y obtener espectros en ausencia de componentes externas al experimento.

Esta memoria se enmarca en una iniciativa del Departamento de Astronomía de la Universidad de Chile que tiene como principal objetivo la puesta en operación del radiotelescopio “Telescopio de Ondas Milimétricas del Sur de 1.2 m” (1.2 m Southern Millimeter-Wave Telescope), también conocido como Mini, en Cerro Calán, Santiago de Chile. El radiotelescopio fue originalmente instalado y operado en los años 80’ y 90’ en el Observatorio Interamericano de Cerro Tololo. Durante esos años se llevaron a cabo numerosas investigaciones científicas, dentro de las cuales destaca el mapeo completo de la emisión del 12CO en nuestra galaxia. El receptor del Mini fue trasladado al Laboratorio de Ondas Milimétricas del Departamento de Astronomía en el año 2004 para efectuarle dos modificaciones. Se reemplazó el antiguo oscilador local tipo Klystron por uno nuevo del tipo Gunn que amplía el rango de frecuencia y permite observar emisiones en otras transiciones. Además, se instaló un amplificador HEMT en la primera etapa de recepción que proporciona una mejor relación señal a ruido. Una vez modernizado el receptor se inicia el traslado completo del Mini al Laboratorio de Ondas Milimétricas el año 2009. Durante el segundo semestre del año 2010 se construye un nuevo edificio en Cerro Calán donde se instala el Mini con el objetivo de volver a observar el cielo luego de aproximadamente 15 años de inactividad. En la presente memoria se detalla el proceso de instalación y puesta en marcha del Mini donde destaca la realización de las siguientes actividades: pruebas del radiotelescopio y sus distintos componentes tales como sistema motriz, receptor, banco de filtros, espectrómetro, sistema y programa de control, equipos de medición y equipos sintetizadores; el traslado y la instalación del radiotelescopio desde el laboratorio al nuevo edificio; la calibración del sistema de apuntamiento (pointing) de la antena; la caracterización del estado actual de radiotelescopio; y, la obtención del primer espectro (first light) en radiofrecuencia de una fuente astronómica en Cerro Calán. El radiotelescopio provee un medio de desarrollo que expande las fronteras de la investigación astronómica y la instrumentación de la Universidad de Chile. El Mini es una herramienta que ayudará a investigadores, desarrolladores, docentes y alumnos a enfrentar los futuros desafíos de la radioastronomía en nuestro país.

Tesis para optar al título de Magíster en Administración / Un planetario móvil es un entorno de enseñanza portátil, económico y versátil, ideal para actividades educativas significativas, que puede ser desplegado en cualquier espacio cubierto de al menos 6 metros de diámetro y 3 metros de altura. Son capaces de proyectar en 360 grados, a través de sus Cilindros de Proyección temas no sólo de astronomía, sino de paleontología, historia, geología y otras temáticas de interés para los colegios y que proyectan un ambiente encantador y entretenido a los espectadores. El "secreto" radica en los Cilindros de Proyección que son el "alma" del equipamiento, puesto que los cilindros son los instrumentos por medio de los cuales se puede presentar cualquiera de los temas educativos que se quiera desarrollar. También es conocido por todo educador el fuerte interés que existe entre todos los niños y jóvenes por dos temas fundamentales: Astronomía y Paleontología. En este último caso en particular por el mundo de los dinosaurios. Es decir que un negocio exitoso deberá estar basado en las temáticas indicadas y fundamentalmente en la oferta de temas educativos conformes a los programas de estudio establecidos por el ministerio de educación de Chile. Por supuesto a esta oferta habrá que agregar cuanto más se pueda temas relacionados a la Evolución Humana (Historia Universal e Historia de Chile) Creemos que el factor clave de éxito es entregar una oferta que incluya una difusión y ofrecimiento de servicios que sea un apoyo al educador, el que es nuestro cliente primario. El Plan de Negocios consiste en estructurar un proyecto de Planetarios Móviles orientado a niños en etapa pre-básica y básica que incluye múltiples características orientadas a proporcionar una experiencia de aprendizaje entretenida, participativa y motivadora. Representa para los profesores un complemento útil y efectivo a la enseñanza. La racionalidad de este proyecto radica en :  Existe una demanda insatisfecha  Servicio complementario a la enseñanza educativa en Chile  Abordar un mercado de gran tamaño  Baja cantidad de competidores  Contar con la certificación del ministerio de educación  Presenta oportunidades de crecimiento (expansión regional y mayor variedad de temáticas educativas) La Estrategia Competitiva es de Diferenciación (Excelencia Académica, Disponibilidad del Servicio con certificación de cada uno de los programas impartidos). Astromóvil ha definido como su mercado objetivo los alumnos de enseñanza pre-básica y básica de las regiones Quinta, Sexta y Metropolitana que en conjunto representa el 50% del alumnado colegios en Chile de este segmento. Por otro lado, la proximidad geográfica se ajusta a la logística asociada a un servicio móvil, pues expande el mercado, disminuye costos y tiempos de traslado y elimina eventuales costos de alojamiento. Dada la estacionalidad de la demanda de los colegios, en los meses de veranos los planetarios se trasladarán a balnearios, malls, otros. El equipo gestor de este proyecto está compuesto por 1 Ingeniero Eléctrico, Un Ingeniero Informática y Un Contador Auditor, todos ellos con MBA en la Universidad de Chile. Este proyecto requiere de una inversión inicial de $ 31.000.000 el 1er año y al tercer año $14.400.000. El VAN a 5 años de operación es de $290.272.000 (Incluye Valor Terminal), calculado con una tasa de descuento del 15%. La TIR del proyecto es de 114,8%. El financiamiento será realizado por los socios (equipo gestor).

Ingeniero Civil Electricista / La presente memoria tuvo por objetivo continuar con el desarrollo de un interferómetro de dos antenas, realizando la puesta en marcha e integración del sistema hasta la etapa analógica. Esto se realizó con el fin de efectuar observaciones de la línea espectral del hidrógeno neutro (HI) y servir como herramienta de formación de ingenieros y astrónomos. El proyecto consistió en (i) realizar observaciones astronómicas para comprobar el correcto funcionamiento de los radiotelescopios como unidades singulares, (ii) implementar un interferómetro sumador simple, realizando la integración del sistema y observaciones astronómicas que permitan comprobar su correcto funcionamiento, (iii) diseñar e implementar herramientas computacionales para la reducción y análisis de los datos recopilados e (iv) idear y redactar experiencias docentes que pueda llevarse a cabo con los radiotelescopios y el interferómetro en su estado actual. Las mediciones para comprobar el buen comportamiento singular se dividieron en dos partes, pruebas de desempeño y observaciones astronómicas. Las primeras tuvieron como finalidad determinar el ancho de haz de la antena y los sectores del cielo que se encuentran libres de interferencias. Las segundas, comprobar la detección de la línea espectral del hidrógeno neutro sobre regiones estándar en la observación de HI. Las pruebas de desempeño determinaron un ancho de haz cercano al valor teórico y que gran parte del cielo observable está contaminado con interferencia. Las observaciones astronómicas determinaron una correcta medición e identificación de la línea espectral HI, a pesar de que la amplitud del espectro no fue la esperada. Después de implementar el interferómetro sumador, se procedió a realizar el experimento para obtener las primeras franjas interferométricas. Se realizó a continuación la primera observación astronómica interferométrica, con el fin de medir el diámetro angular del sol en HI. La obtención de las primeras franjas resultó exitosa. Esto dió paso a la medición del diámetro angular del sol, donde se obtuvo resultados muy cercanos a los esperados de manera teórica. El éxito de esta prueba comprobó que todo el sistema del interferómetro hasta esta etapa se encuentra funcionando correctamente, cumpliéndose así el objetivo principal de esta memoria. Las herramientas computacionales y las experiencias docentes fueron desarrolladas de manera paralela. Se logró reducir y analizar correctamente los datos recopilados con las herramientas computacionales y se implementaron dos de cuatro experiencias dentro del curso de Sistemas de Instrumentación Astronómica EL7026, con excelentes resultados.

Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Eléctrica / La próxima construcción del radiotelescopio "Cerro Chajnantor Atacama Telescope" (CCAT) traerá enormes desafíos para la instrumentación astronómica. Dentro de estos desafíos se encuentra el "CCAT Heterodyne Array Receiver", un arreglo modular de receptores heterodinos de doble banda con alta resolución espectral. Este se espera sea el primer arreglo de receptores heterodinos con 64 (base) y 128 pixeles (meta), substancialmente mas grande que cualquier arreglo de este tipo actualmente en operación. Sin embargo, estos receptores heterodinos de gran escala solo pueden ser construidos si es posible reducir considerablemente la complejidad de cada pixel. Esta tesis presenta el trabajo realizado en el desarrollo compacto de la electrónica de control de polarización para mezcladores de juntura "Superconductor-Insulator-Superconductor" (SIS) en arreglos heterodinos de gran escala. El objetivo principal de esta tesis corresponde a la programación del microprocesador, en un prototipo de canal singular, de la tarjeta de control de polarización para interactuar con el mezclador, y luego probar su funcionamiento en un setup de laboratorio. El software fue exitósamente programado y fue primero probado en un sistema de prueba para asegurar una interacción sin riesgos con el mezclador. Luego se probó experimentalmente que fue posible suministrar el voltaje de ajuste de alta precisión del mezclador y la corriente del las bobinas de campo magnético para suprimir los efectos de Josephson en el mezclador. Otras funciones específicas como el barrido de voltaje en el mezclador o la habilitación de la conexión con el mezclador también fueron testeadas. El PC de control es capaz de controlar todos estos parámetros y funciones junto con el monitoreo de la corriente y voltaje reales en el mezclador. El rol fundamental de la constante de tiempo electrónica de la tarjeta es presentado en conjunto con un análisis en términos de la distorsión de la curva de voltaje-corriente del mezclador y su influencia en el ruido electrónico. Los resultados muestran, de todas formas, que tanto la distorsión como el ruido se encuentran dentro de un rango adecuado debido al sector donde se espera ajustar el voltaje del mezclador. En conclusión, el software programado en el microprocesador crea una base de instrucciones que permiten al usuario hacer uso de la tarjeta de control de polarización para interactuar con el mezclador de manera segura. Esta interacción le permite realizar una calibración manual (aunque controlada remotamente) del mezclador, obteniendo los mismos resultados que el proceso actual. Esto representa un gran paso adelante en la reducción de la complejidad de hardware del sistema de control de polarización, siendo esto clave para el desarrollo de arreglo de receptores heterodinos de gran escala.