Premiers récepteurs cryogéniques de radioastronomie avec des composants RF entièrement métalliques imprimés en 3D

Le projet NAOJ ALMA et le centre de technologie avancée ont fabriqué avec succès des cornes ondulées entièrement métalliques imprimées en 3D pour les récepteurs ALMA Band 1 (radiofréquence : 35–50 GHz).

Depuis environ 2015, le projet NAOJ ALMA et le Centre de technologie avancée étudient les applications de la fabrication additive (FA), qui produit des objets tridimensionnels en déposant, joignant et solidifiant des matériaux sur la base de modèles 3D entrés dans un ordinateur de contrôle. Étant donné que les récepteurs astronomiques n’ont souvent qu’un ou deux dispositifs de chaque type par instrument et qu’ils nécessitent des composants uniques sur mesure, il existe un potentiel d’utilisation efficace de la fabrication additive.

Dans l’étude initiale, nous avons sélectionné différents composants pour le récepteur ALMA Band 1, qui étaient en cours de prototypage à l’époque, et avons consulté le distributeur. Sur la base de cette étude initiale, nous avons installé une imprimante 3D métal au Advanced Technology Center en 2019 et commencé à fabriquer des cornes ondulées à utiliser dans ALMA.

Les cornes ondulées collectent les ondes électromagnétiques des objets célestes après que celles-ci ont été focalisées par une grande antenne à réflecteur. Ensuite, les ondes collectées par les cornes sont focalisées sur des détecteurs, les composants suivants dans le chemin du signal. Pour être utilisé dans les récepteurs de radioastronomie de pointe, il est non seulement nécessaire de satisfaire aux exigences de performance d’un cornet ondulé, telles que le diagramme de faisceau d’antenne et les caractéristiques de fréquence, mais également d’évaluer les propriétés du matériau métallique pour s’assurer que le klaxon peut être utilisé sans problème dans l’environnement à l’intérieur de la cartouche réceptrice (températures autour de -250 degrés Celsius et sous vide).

Les meilleurs de ces cornes imprimées en 3D sont intégrées aux unités de production finales des récepteurs ALMA Band-1 et testées à des températures basses d’environ -250 degrés Celsius à l’Institut d’astronomie et d’astrophysique Academia Sinica (ASIAA) à Taïwan. Les résultats de la vérification des performances montrent que les klaxons sont conformes aux spécifications ALMA. Les récepteurs entièrement testés seront installés à ALMA, devenant ainsi les tout premiers récepteurs cryogéniques qui utilisent des composants entièrement métalliques imprimés en 3D pour l’astronomie à ondes (sub)mm.

Des recherches connexes ont été publiées dans Journal des ondes infrarouges, millimétriques et térahertz