Первичный эталон единицы спектральной плотности мощности шумового радиоизлучения в диапазоне частот 220–300 ГГц: экспериментальный образец

Рассмотрены вопросы метрологического обеспечения стремительно развивающихся областей, таких как электроника, радиовидение и системы безопасности. Расширение государственной эталонной базы в более высокочастотную область (диапазон частот 100–1000 ГГц) необходимо для успешного технологического освоения, проверки и сертификации приборов и измерительных средств, работающих в терагерцевом (миллиметровом) диапазоне частот. Частотный диапазон Государственного первичного эталона единицы спектральной плотности мощности шумового радиоизлучения в диапазоне частот от 0,002 до 178,3 ГГц ГЭТ 21-2021 не позволяет проводить прецизионное тестирование и сертификацию разрабатываемых в настоящее время приборов и рабочих средств измерений высокой точности. Представлены результаты разработки и исследования экспериментального образца первичного эталона единицы спектральной плотности мощности шумового радиоизлучения в диапазоне частот 220–300 ГГц. Экспериментальный образец включает в себя радиометр, генератор сигнала для канала гетеродина, низкотемпературный генератор шума, согласованную нагрузку и образцовый аттенюатор. Достигнуты следующие характеристики экспериментального образца: эквивалентная шумовая температура низкотемпературного генератора шума составляет 103–120 К в диапазоне частот 220–300 ГГц; чувствительность компаратора на базе радиометра 0,86 К. Характеристики экспериментального образца сопоставимы с характеристиками аналогичных приборов ведущего мирового производителя Radiometer Physics (Германия). Разработанный экспериментальный образец можно использовать для калибровки малошумящих приёмно-усилительных устройств терагерцевого диапазона, находящих всё более широкое применение в различных сферах науки и техники. Важным направлением применения разработанного экспериментального образца первичного эталона является также поверка радиометров, используемых в системах пассивной радиолокации. Перспективно также использование разработанного радиометра (220–300 ГГц) для решения научных задач, связанных с проведением радиоастрономических земных наблюдений в терагерцевом диапазоне, в частности в атмосферных окнах прозрачности на длинах волн 1,3 и 0,8 мм, где сосредоточено множество спектральных линий атомов и молекул.

1. Джон Д. К. Радиоастрономия. Советское радио, Москва (1973).

2. Sheen D . M., McMakin D. L., Barber J., Hall T. E., Ronald H., Severtsen R. H. Active imaging at 350 GHz for security applications. Proc. SPIE 6948, Passive Millimeter-Wave Imaging Technology XI, 69480M (2008). https://doi.org/10.1117/12.778011 ; https://www.elibrary.ru/nvffjv

3. Sheen D. M., McMakin D. L., Hall T. E., Severtsen R. H. Active millimeter-wave standoff and portal imaging techniques for personnel screening. 2009 IEEE Conference on Technologies for Homeland Security, Waltham, MA, USA, pp. 440–447 (2009). https://doi.org/10.1109/THS.2009.5168070

4. Tzydynzhapov G., Gusikhin P., Muravev V., Dremin A., Nefyodov Y., Kukushkin I. New real-time sub-terahertz security body scanner. Journal of Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves, 41, 632–641 (2020). https://doi.org/10.1007/s10762-020-00683-5 ; https://www.elibrary.ru/ahfkhc

5. Петросян Г. Г. Государственный эталон единицы спектральной плотности мощности шумового радиоизлучения в диапазоне 2,6–17,4 ГГц. Измерительная техника, (6), 53–56 (1971).

6. Петросян Г. Г., Абросимова О. С., Гольба В. А., Жданова Т. Ю., Юрчук Э. Ф. Государственный эталон единицы спектральной плотности мощности шумового радиоизлучения в диапазоне 2,6–17,4 ГГц. Измерительная техника, (11), 60–61 (1984).

7. Емельянова Л. П. Низкотемпературный СВЧ-генератор шума. Измерительная техника, (9), 54–55 (1985).

8. Адерихин В. И., Буренков Ю. А., Саргсян М. В., Уздин Р. И. Усовершенствование государственного первичного эталона единицы спектральной плотности мощности шумового радиоизлучения. Измерительная техника, (12), 3–8 (2012). https://www.elibrary.ru/pkiuyh

9. Адерихин В. И., Малай И. М., Маркова М. С., Саргсян М. В., Фартушин М. И. Государственный первичный эталон единицы спектральной плотности мощности шумового радиоизлучения в диапазоне частот от 0,002 до 178,3 ГГц ГЭТ 21-2021. Измерительная техника, (12), 3–9 (2022). https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2022-12-3-9 ; https://www.elibrary.ru/thgtgp

10. Буренков Ю. А., Каминский О. В., Малай И. М., Саргсян М. В. Исследование низкотемпературного генератора шума с выходным волноводным сечением WR-5. Альманах современной метрологии, (13), 62–70 (2018). https://www.elibrary.ru/xphqtb

11. Plank M. Über eine Verbesserung der Wien’schen Spectralgleichung. Verhandlungen der Deutschen Physikalischen Gesellschaft, (2), 202–204 (1900). (In German)

12. Норец И. Б., Смирнов Ю. Ф., Глазов Е. Ю., Федотов В. Н. Результаты совершенствования Государственного первичного эталона единиц времени, частоты и национальной шкалы времени ГЭТ 1. Альманах современной метрологии, (31), 8–21 (2022). https:/ /www.elibrary.ru/jrrkyj