Science and Technology in Italy for the upgraded alma observatory ialma


WP5. Band 2 cartridge prototyping and testing



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14.11.2018
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WP5. Band 2 cartridge prototyping and testing


Responsabile: F. Villa

Struttura di appartenenza: INAF/IASF-Bologna

Personale INAF-IASF Bologna: M. Sandri, A. De Rosa

Il WP5 si prefigge di sviluppare e calibrare in quattro anni un prototipo funzionale di cartuccia per la banda 2 di ALMA. L’attività nel suo complesso prevede lo sviluppo, la costruzione e la verifica funzionale dapprima di un prototipo ingegneristico e poi della cartridge in banda 2. Il prototipo ingegneristico, sulla base dello schema nella figura WP5-a sarà funzionale da un punto di vista delle “performance”, permetterà di identificare le criticità e di consolidare la strumentazione e le procedure di test. Il ricevitore sarà composto da un’antenna e da un OMT (entrambi sviluppati nell’ambito dell’attività del WP4) alla cui uscita ci sono due segnali proporzionali alle due polarizzazioni ortogonali. I due segnali poi vengono amplificati tramite due LNA (Low Noise Amplifiers) che principalmente ne determinano le caratteristiche di rumore. Poi verranno filtrati e, tramite i due mixer, verranno miscelati ad un segnale di riferimento generato da un oscillatore locale (Local Oscillator) per essere convertiti in segnali IF nella banda 4-12 GHz compatibile con l’ingresso del Back-End di ALMA.

Il prototipo di cartuccia (Figura WP5-b) sarà invece funzionale anche da un punto di vista termo – meccanico in accordo con le specifiche del criostato di piano focale di ALMA come da figura.

Il lavoro sarà svolto in sinergia con il WP1 ed il WP4.

Da un punto di vista tecnologico la criticità più grossa è rappresentata dallo sviluppo degli amplificatori a basso rumore con tecnologia HEMT. Specialmente per quanto riguarda le fonderie per la costruzione dei wafer ed il processo di packaging l’Europa è indietro rispetto agli Stati Uniti. Tuttavia negli ultimi cinque anni le ricerche in questo settore hanno portato notevoli progressi anche in Europa. Perciò è previsto, nell’ambito dell’attività del WP5, di cercare e selezionare il fornitore degli amplificatori sulla base delle collaborazioni già in atto nell’ambito di ALMA (studio di fattibilità della banda 2+3) ed anche all’interno di progetti italiani di R&D in questo settore.







Figura WP5-a: schema a blocchi del ricevitore per la banda 2

Figura WP5-b: Esempio di cartucce per il piano focale di ALMA. Viene mostrato qui in fotografia un set di quattro cartucce per la banda 3.

Nel dettaglio le attività sono divise in questo modo:



  1. I anno di attività (sviluppo del modello ingegneristico)

    1. Aggiornamento delle simulazioni elettromagnetiche e termo-meccaniche del ricevitore sulla base degli studi esistenti propedeutici a questa proposta, finanziati da altri enti. Conferma ed eventuale upgrade delle specifiche dei sottosistemi e del radiometro. Update dell’architettura del ricevitore e disegno meccanico dell’unità e delle interfacce termo-meccaniche ed elettriche

    2. Disegno e costruzione delle parti meccaniche e del calibratore

    3. Procurement dell’amplificatore, progetto elettro-meccanico della scatola relativa e costruzione

    4. Definizione del piano e delle procedure di integrazione e di test

    5. Realizzazione dei lavori necessari per l’upgrade e l’adattamento della cryofacility di test e della strumentazione di laboratorio necessarie

    6. sviluppo dell’elettronica e del software necessario per il controllo e l’acquisizione dati del modello ingegneristico

    7. Simulazioni elettromagnetiche con l’ottica di ALMA e sviluppo del modello software del radiometro

  2. II anno di attività (Integrazione e calibrazione del modello ingegneristico e progetto iniziale della cartuccia)

    1. Integrazione della scatola di amplificazione

    2. Integrazione delle sotto unita di componenti passivi (ottica di re-imaging, feed + OMT) sviluppate dal WP4 e integrazione con lo stadio di amplificazione

    3. Campagna di test funzionali

    4. Campagna di calibrazione

    5. Identificazione delle criticità

    6. Stesura report finali e linee guida per la costruzione della cartuccia

    7. Progetto preliminare del sistema cartuccia

  3. III anno di attività (costruzione del sistema cartuccia)

    1. Finalizzazione del progetto della cartuccia includendo gli studi termo-meccanici

    2. Realizzazione del sistema cartuccia in banda 2

    3. Preparazione del piano di test

    4. Sviluppo della strumentazione di di test (back-end)

    5. Attività di integrazione e test

  4. IV anno di attività

    1. Completamento delle attività di test

    2. Completamento dei report finali e linee guida sulla pre-produzione

    3. Studio di un piano di ‘prima luce’ per il sistema cartuccia sulle strutture INAF gia’ presenti (Radiotelescopio di Noto oppure Sardinia Radio Telescope)

La tabella riassuntiva sul fabbisogno finanziario riguarda solo il primo anno di attività che è limitato alla preparazione del modello ingegneristico ed alla preparazione delle facility per i test.







Ammontare previsto

Fonte

FOE 7%


COFIN

Altre fonti di copertura



Incidenza %

Personale strutturato

245000

140000(1)

105000(2)

22.1%

Formazione

35000

35000

0

3.1%

Consulenze scientifiche













Altre prestazioni di terzi

125000

125000

0

11.3%

Attrezzature, strumentazioni e prodotti software

565000

423000

142000 (3)

50.9%

Materiali

20000

15000

5000 (4)

1.8%

Infrastrutture

10000

0

10000(5)

0.9%

Spese generali

100000(6)

100000

0

9.0%

Stages e missioni in Italia e all’estero

10000

10000

0

0.9%

Spese di pubblicizzazione













Altri costi funzionali al progetto













TOTALE

1110000

848000

262000

100

Tabella – Voci di costo per WP5 – Primo anno

1) 1 contratto per 12 mesi Thermal engineer e 1 contratto per 12 mesi per AIV manager

2) Cofinanziamento INAF con mesi uomo (totali 18) personale TI

3) Cofinanziamento INAF con Attrezzature hardware e software già presenti in istituto (licenza software EM per antenne GRASP , Calibratore, strumentazione elettronica di laboratorio)

4) Materiale grezzo per lavorazioni meccaniche ed utensileria già presenti in officina IASFBO

5) Spese di mantenimento laboratorio incluse nel bilancio preventivo di Istituto.

6) Spese generali: calcolate al rate di ~20% del totale dei costi (esclusi i costi di acquisizione delle attrezzature e strumentazioni)




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Obiettivi scientifici di questo progetto
Villa fabrizio – refereed journals publication list 2010-2012
Nesti renzo – refereed journals publication list 2010-2013



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