Ingeniero Civil Eléctrico / El auge que ha presentado en los últimos años la Astronomía observacional en Chile, producto de las inigualables condiciones ambientales del desierto de Atacama, ha generado la necesidad de desarrollar tecnologías afines con este gran desafío. Este trabajo propone soluciones en el área de procesamiento digital de señales haciendo uso de procesadores de alta velocidad. En concreto, se diseña e implementa un espectrómetro de ancho de banda seleccionable para aplicaciones en espectrometría de alta resolución como lo es el estudio de estructuras moleculares híper finas. Además se diseña un bloque de control de datos, útil entre otras cosas para mejorar las mediciones de rechazo de banda lateral. El uso de procesadores FPGA (Field Programmable Gate Array) permite implementar espectrómetros digitales. Estos diseños son aplicables en procesadores cada vez más veloces. Existen arquitecturas prediseñadas para estos propósitos como por ejemplo la plataforma ROACH (Reconfigurale Open Architecture Computing Hardware) creada por CASPER (Collaboration for Astronomy Signal Processing and Electronic Research) y que se utiliza en este trabajo de título. Utilizando diseños en ambiente MATLAB Simulink se crea un ejecutable que da instrucciones al FPGA. Así, estos diseños son controlados y comandados por códigos en lenguaje Python, los que realizan un post procesamiento de los datos para su posterior análisis. Los diseños creados para mejorar el rechazo de banda lateral demuestran ser efectivos limitando la contaminación de banda adyacente a menos de -50dB. El bloque de control asegura el buen funcionamiento del sistema, incluso en presencia de alto ruido de fase. Por otro lado al realizar acercamiento a una porción del ancho de banda se logra una mejor resolución espectral logrando distinguir variaciones de energía en rangos pequeños de frecuencia. A futuro, todos los diseños creados en este trabajo pueden implementarse a mayor velocidad, utilizando procesadores más avanzados. Es posible enriquecer el zoom, reduciendo el ancho de banda desde dos hasta ocho veces, y utilizar mezcladores digitales para seleccionar una zona arbitraria del espectro.

Doctor en Ingeniería Eléctrica / Los receptores de doble banda lateral (2SB) son particularmente útiles para la observación de espectros astronómicos complejos en un amplio rango de frecuencias. Son extensamente utilizados en radio astronomía siendo sus principales ventajas el evitar la confusión espectral y disminuir la temperatura efectiva de sistema en un factor de dos con respecto a los receptores de doble banda lateral (DSB). Usando la actual tecnología analógica, los receptores 2SB de banda ancha obtienen generalmente cocientes de rechazo de banda lateral (SRR) de 10 a 15 dB, valores insuficientes para algunas aplicaciones astronómicas. En este trabajo se presenta la arquitectura típica de los receptores astronómicos de doble banda lateral y se describen las principales causas que limitan el rendimiento de la tecnología analógica actual. Se elabora sobre la necesidad de un alto rechazo de banda lateral para observaciones astronómicas y se propone un nuevo enfoque usando tecnología digital para superar los problemas que limitan el rechazo de banda lateral de los instrumentos actuales. Durante este trabajo se estudiaron técnicas digitales para mejorar el rendimiento de los receptores con separación de banda lateral. Se presenta el diseño e implementación de un espectrómetro de transformada de Fourier rápida (FFT) con separación de banda lateral digital incluyendo la implementación de un receptor analógico de 4 GHz construido para probar los diseños y medir el rechazo de banda lateral. La configuración utiliza una arquitectura clásica de receptor 2SB, excepto que las salidas de los mezcladores son directamente digitalizadas, antes del híbrido de IF, utilizando dos ADCs de 8 bits a 1 GSPS. El híbrido de IF está implementado en la FPGA junto con un conjunto de vectores de calibración que, debidamente elegidos, compensan los desequilibrios de amplitud y fase del receptor analógico. El receptor calibrado exhibe un cociente de rechazo banda lateral superior a 40 dB para todo el ancho de banda de recepción de 2 GHz. Esto representa una mejora de un factor de 100 a 1000 respecto a los actuales receptores radio astronómicos.