Концепция радиометра для оценки прозрачности атмосферы в окне 1.3 мм

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Представлена концепция неохлаждаемого субтерагерцевого радиометра, предназначенного для оценки атмосферного поглощения в окне прозрачности атмосферы 1.3 мм, работоспособного в условиях горных экспедиций. Оценка атмосферного поглощения осуществляется на основе радиометрических измерений яркостной температуры неба. Проведен сравнительный анализ двух типовых схем реализации приемного тракта радиометра (супергетеродинная схема и схема прямого усиления) на современной субтерагерцевой электронно-компонентной базе; сделаны оценки шумовой температуры и флуктуационной чувствительности обеих схем. Приведены результаты проектирования рупорно-линзовой антенны с диаграммой направленности в 3° по уровню –3 дБ на частоте 230 ГГц. Описана общая структура высокочастотной части радиометра, включая конструктивные особенности, необходимые для обеспечения непрерывных измерений в широком диапазоне климатических условий.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

В. Ф. Вдовин

Институт прикладной физики им. А.В. Гапонова-Грехова Российской академии наук

Email: mineevkv@mail.ru
Россия, 603950, Нижний Новгород, ул. Ульянова, 46

А. М. Зарезин

Институт физики твердого тела им. Ю.А. Осипьяна Российской академии наук

Email: mineevkv@mail.ru
Россия, 142432, Черноголовка, Московская обл., ул. Академика Осипьяна, 2

П. М. Землянуха

Институт прикладной физики им. А.В. Гапонова-Грехова Российской академии наук

Email: mineevkv@mail.ru
Россия, 603950, Нижний Новгород, ул. Ульянова, 46

А. В. Котов

Институт прикладной физики им. А.В. Гапонова-Грехова Российской академии наук

Email: mineevkv@mail.ru
Россия, 603950, Нижний Новгород, ул. Ульянова, 46

И. В. Леснов

Институт прикладной физики им. А.В. Гапонова-Грехова Российской академии наук

Email: mineevkv@mail.ru
Россия, 603950, Нижний Новгород, ул. Ульянова, 46

А. С. Марухно

Институт прикладной физики им. А.В. Гапонова-Грехова Российской академии наук

Email: mineevkv@mail.ru
Россия, 603950, Нижний Новгород, ул. Ульянова, 46

К. В. Минеев

Институт прикладной физики им. А.В. Гапонова-Грехова Российской академии наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: mineevkv@mail.ru
Россия, 603950, Нижний Новгород, ул. Ульянова, 46

В. М. Муравьев

Институт физики твердого тела им. Ю.А. Осипьяна Российской академии наук

Email: mineevkv@mail.ru
Россия, 142432, Черноголовка, Московская обл., ул. Академика Осипьяна, 2

В. И. Носов

Институт прикладной физики им. А.В. Гапонова-Грехова Российской академии наук

Email: mineevkv@mail.ru
Россия, 603950, Нижний Новгород, ул. Ульянова, 46

В. А. Сальков

Институт прикладной физики им. А.В. Гапонова-Грехова Российской академии наук

Email: mineevkv@mail.ru
Россия, 603950, Нижний Новгород, ул. Ульянова, 46

Список литературы

  1. Raymond A.W., Palumbo D., Paine S.N., Blackburn L., Rosado R.C., Doeleman S.S., Farah J.R., Johnson M.D., Roelofs F., Tilanus R.P.J., Weintroub J. // The Astrophysical Journal Supplement Series. 2021. V. 253. № 1. https://doi.org/10.3847/1538-3881/abc3c3
  2. 2-ой Российско-Узбекистанский научный семинар. Международная радиообсерватория на плато Суффа: перспективы развития миллиметровой и субмиллиметровой астрономии. М.: РАН, 2023.
  3. Землянуха П.М., Домбек Е.М., Марухно А.С., Вдовин В.Ф. // Астрофизический бюллетень. 2024. Т. 79. № 2. С. 350.
  4. Shikhovtsev A.Yu., Khaikin V.B., Kovadlo P.G., Baron P. // Atmos. Ocean. Opt. 2023. V. 36. P. 78. https://doi.org/10.1134/S1024856023020148
  5. Huang L., Mo Z., Liu L., Zeng Z., Chen J., Xiong S., He H. // Earth and SpaceScience. 2021. V. 8. № 5. https://doi.org/10.1029/2020EA001516
  6. Большаков О.С., Вдовин В.Ф., Гунбина А.А., Землянуха П.М., Леснов И.В., Марухно А.С., Минеев К.В., Носов В.И., Сальков В.А. // Сборник статей XII Всероссийской научно-технической конференции “Электроника и микроэлектроника СВЧ”. Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет “ЛЭТИ”, 2023. С. 72.
  7. Балега Ю.Ю., Батаев Д.К-С., Бубнов Г.М., Вдовин В.Ф., Землянуха П.М., Лолаев А.Б., Леснов И.В., Марухно А.С., Марухно Н.А., Муртазаев А.К., Хайкин В.С., Худченко А.В. // ДАН. Физика, технические науки. 2022. T. 502. № 1. С. 5. https://doi.org/10.31857/S2686740022010023
  8. Вдовин В.Ф., Марухно А.С. // Сборник научных трудов XI Всероссийской научной конференции “Системный синтез и прикладная синергетика”. пос. Нижний Архыз, Россия, 2022. С. 381.
  9. Bubnov G.M., Abashin E.B., Balega Yu.Yu., Bolshakov O.S., Dryagin S.Yu., Dubrovich V.K., Marukhno A.S., Nosov V.I., Vdovin V.F., Zinchenko I.I. // The 25th International Symposium on Space Terahertz Technology. Moscow, Russia, 2014. P. 76. https://doi.org/10.1109/TTHZ.2014.2380473
  10. Бубнов Г.М., Артеменко Ю.Н., Вдовин В.Ф., Данилевский Д.Б., Зинченко И.И., Носов В.И., Никифоров П.Л., Шанин Г.И., Раупов Д.А. // Изв. вузов. Радиофизика. 2016. Т. 59. № 8-9. C. 852.
  11. Liebe H.J. // Int. J. Infrared Milli Waves. 1989. V. 10. P. 631. https://doi.org/10.1007/BF01009565
  12. Zmuidzinas J., Richards P.L.// Proceedings of the IEEE. 2004. V. 92. № 10. P. 1597. https://doi.org/10.1109/JPROC.2004.833670
  13. Тарасов М.А., Гунбина А.А., Лемзяков С., Фоминский М.Ю., Чекушкин А.М., Якопов Г.В., Вдовин В.Ф., Эдельман В.С. // Краткие сообщения по физике ФИАН. 2021. Т. 48. № 9. С. 10.
  14. Минин В.А., Ефремов Ю.Н., Балега Ю.Ю. // Природа. 2009. № 2(1122). С. 18.
  15. Balega Y., Bolshakov O., Chernikov A., Gunbina A., Edelman V., Efimova M., Eliseev A., Krasilnikov A., Lapkin I., Lesnov I., Mansfeld М., Markina M., Pevzner E., Shitov S., Smirnov A., Tarasov M., Tyatushkin N., Vdovin A., Vdovin V. // Photonics. 2024. V. 11. P. 257. https://doi.org/10.3390/photonics11030257
  16. Новиков И.Д., Лихачёв С.Ф., Щекинов Ю.А., Андрианов А.С., Барышев А.М., Васюнин А.И., Вибе Д.З., де Граау Т., Дорошкевич А.Г., Зинченко И.И., Кардашёв Н.С., Костенко В.И., Ларченкова Т.И., Лихачёва Л.Н., Ляховец А.О., Новиков Д.И., Пилипенко С.В., Пунанова А.Ф., Рудницкий А.Г., Смирнов А.В., Шематович В.И. // УФН. 2021. Т. 191. № 4. С. 404. https://doi.org/10.3367/UFNe.2020.12.038898
  17. Лихачев С.Ф., Рудницкий А.Г., Андрианов А.С., Андрианов М.Н., Архипов М.Ю., Барышев А.М., Вдовин В.Ф., Голубев Е.С., Костенко В.И., Ларченкова Т.И., Пилипенко C.В., Подобедов Я.Г., Разананирина Ж.К., Третьяков И.И., Федорчук С.Д., Худченко А.В., Черный Р.А., Щуров М.А. // Космические Исследования. 2024. Т. 62. № 1. С. 121. https://doi.org/10.31857/S0023420624010116
  18. Носов В.И., Большаков О.С., Бубнов Г.М., Вдовин В.Ф., Зинченко И.И., Марухно А.С., Никифоров П.Л., Федосеев Л.И., Швецов А.А. // ПТЭ. 2016. № 3. С. 49. https://doi.org/10.7868/S0032816216020117
  19. Большаков О.С., Бубнов Г.М., Вдовин А.В., Вдовин В.Ф., Гладышев В.О., Гунбина А.А., Дубрович В.К., Землянуха П.М., Кауц В.Л., Красильников А.М., Леснов И.В., Мансфельд М.А., Минеев К.В., Шарандин Е.А. // ПТЭ. 2023. № 1. С. 112. https://doi.org/10.31857/S0032816222060118
  20. Кисляков А.Г. // Радиотехника и электроника. 1968. Т.13. № 7. С. 1161.
  21. Тимофеева А.А. // Электросвязь. 1977. № 5. С. 28.
  22. Власов С.Н., Копосова Е.В. ЖТФ. 1993. Т. 63. № 7. C. 123.
  23. Пирогов Л.Е., Замлянуха П.М. // Астрономический журнал. 2021. Т. 98. № 2. С 102. https://doi.org/10.31857/S0004629921010047
  24. Bubnov G., Zemlyanukha P., Dombek E., Vdovin V. // Journal of Physics: Conference Series. 2021. V. 2015. P. 012024. https://doi.org/10.1088/1742-6596/2015/1/012024
  25. Petrov V., Kurner T., Hosako I. // IEEE Communications Magazine. V. 58. № 11. P. 28. https://doi.org/10.1109/MCOM.001.2000273
  26. Standard IEEE 802.15.3d-2017
  27. Balega Y., Bubnov G., Glyavin M., Gunbina A., Danilevsky D., Denisov G., Khudchenko A., Lesnov I., Marukhno A., Mineev K., Samsonov S., Shanin G., Vdovin V. // Applied Sciences. 2022. V. 12. P. 5670. https://doi.org/10.3390/app12115670
  28. Ma J., Shrestha R., Moeller L., Mittleman D.M. // APL Photon. 2018. V. 3. P. 051601. https://doi.org/10.1063/1.5014037
  29. Xing Y., Rappaport T.S. // IEEE Communications Letters. 2021. V. 25. № 12. P. 3755. https://doi.org/10.1109/LCOMM.2021.3117900
  30. Шиховцев А.Ю., Хайкин В.Б., Миронов А.П., Ковадло П.Г. // Оптика атмосферы и океана. 2022. Т. 35. № 1(396). С. 67. https://doi.org/10.15372/AOO20220110
  31. Rappaport T.S., Xing Y., Kanhere O., Ju S., Madanayake A., Mandal S., Alkhateeb A., Trichopoulos G.C. // IEEE Access. 2019. V. 7. P. 78729. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2019.2921522

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Схема измерений мощности сигнала на выходе приемника.

Скачать (73KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Измерение выходной мощности на выходе ПЧ.

Скачать (343KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Мощность на выходе ПЧ при охлаждении чернотельной нагрузки.

Скачать (35KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Зависимость мощности сигналов на выходе ПЧ: HOT (красный) – теплая нагрузка, COLD (синий) – холодная нагрузка, LO off (зеленый) – теплая нагрузка при выключенном сигнале гетеродина, но включенных усилителях ПЧ (собственные шумы усилительного тракта ПЧ).

Скачать (51KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Спектр сигналов на выходе ПЧ, зарегистрированных осциллографом.

Скачать (52KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Структурная схема субТГц-радиометра для оценки прозрачности атмосферы в окне 1.3 мм.

Скачать (108KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Эскиз рупорно-линзовой антенной системы.

Скачать (42KB)
Метаданные
9. Рис. 8. ДНА в E-плоскости.

Скачать (67KB)
Метаданные
10. Рис. 9. ДНА в H-плоскости.

Скачать (69KB)
Метаданные
11. Рис. 10. Приемный тракт в герметичном отсеке.

Скачать (242KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024