Флуктуационная чувствительность и временная нестабильность

УДК 535(06)+004(06)
Р.В. ОЖЕГОВ, К.Н. ГОРШКОВ, Г.Н. ГОЛЬЦМАН,
Н.В. КИНЕВ1, В.П. КОШЕЛЕЦ1
Московский педагогический государственный университет
1
Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН, Москва
ФЛУКТУАЦИОННАЯ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ И ВРЕМЕННАЯ НЕСТАБИЛЬНОСТЬ
СВЕРХПРОВОДНИКОВОГО ИНТЕГРАЛЬНОГО ПРИЕМНИКА ДЛЯ ТЕПЛОВИЗОРА
ТЕРАГЕРЦЕВОГО ДИАПАЗОНА
Представлены результаты измерений флуктуационной чувствительности и временной нестабильности
терагерцевого радиометра на основе сверхпроводящего интегрального приемника (СИП). Измерения
проводились в непрерывном режиме приемником с шумовой температурой 95 К на частоте 510 ГГц. В
полосе ПЧ 4 — 8 ГГц при постоянной времени 1 с флуктуационная чувствительность приемника составила
10±1 мК. Время Аллана приемника при ширине полосы 4 ГГц составило 5 с.
Большой интерес представляет возможность разработки систем безопасности на основе анализа
терагерцевых изображений объектов, так как излучение этого диапазона обладает высокой проникающей
способностью, а так же малой длиной волны, обеспечивающей высокое пространственное разрешение.
Существует несколько коммерческих систем построения терагерцевых изображений [1, 2]. Однако они не
позволяют одновременно обеспечивать скрытное дистанционное наблюдение, возможности обнаружения
скрытых объектов, определения вещества, из которого сделан объект. Использование активных терагерцевых
систем не позволяет скрытно вести наблюдение, а так же может вызывать проблемы со здоровьем у объекта.
Нами был выбран пассивный метод.
Основным элементом нашей экспериментальной установки является СИП, объединяющий на чипе
4x4x0.5 мм3 низкошумящий СИС-смеситель интегрированный с квазиоптической антенной,
сверхпроводниковый генератор на потоке джозефсоновских вихрей (flux flow oscillator – FFO) и
гармонический смеситель для фазовой автоподстройки частоты FFO [3, 4, 5]. СИП обладает шумовой
температурой, не превышающей 100 К на частотах 500 - 700 ГГц, FFO позволяет перестраиваться в
диапазоне 300 - 800 ГГц, ширина линии не превышает 1 МГц.
Измерения флуктуационной чувствительности проходили следующим образом: СИП установлен в
фокусе эллиптической линзы, закрепленной в держателе, закрытом двумя магнитными экранами. Держатель
установлен на охлаждаемую до 4.2 К плату криостата. Выход смесителя согласован с усилителем ПЧ 4 8 ГГц и квадратичным детектором. Окно криостата выполнено из майлара [6]. Измерения проводились на
частоте 510 ГГц при шумовой температуре 95 К в полосе ПЧ 4 - 8 ГГц. Частота смены нагрузок комнатной
295 К температуры и нагрузки с изменяемой температурой, была выбрана 400 Гц. Выходной сигнал
подавался на синхронный детектор и обрабатывался при помощи системы сбора данных. При разнице
температур нагрузок ΔT ~ 3 К флуктуационная чувствительность составила 10±1 мК при времени
интегрирования 1 с.
Стандартный метод улучшения времени Аллана – уменьшение полосы ПЧ нам не подходит, так как
происходит ухудшение флуктуационной чувствительности. Наш метод состоит в том, что мы использовали
отклоняющееся зеркало с временем смены между позициями ~1.8 мс. Во время измерений зеркало
находилось в двух позициях: приемник последовательно «смотрит» на нагрузку с фиксированной известной
температурой – опорный сигнал и на нагрузку с комнатной температурой, имитирующей объект. Сигнал
подавался на систему сбора данных, которая так же контролировала положение зеркал. По
скорректированному детектированному сигналу вычислялась дисперсия Аллана. При полосе детектирования
4 ГГц время Аллана составило 5 с. При уменьшении полосы детектирования до 40 МГц, время Аллана
увеличилось до 20 с.
Полученные рекордные значения флуктуационной чувствительности и времени Аллана для данного типа
приемника, позволяющие позволяют использовать СИП в качестве основного элемента системы построения
терагерцевых изображений.
Список литературы
1. http://www.thruvision.com.
2. http://www.teraview.co.uk.
3. Koshelets V.P., Shitov S.V., Filippenko L.V., et al. // Appl.Phys.Lett. 1996. V.68. #9. P.1273.
4. Koshelets V.P., Shitov S.V. // Supercond. Sci. Tech. 2000. V. 13. P. R53.
5. G.. de Lange, D. Boersma, J. Dercksen, et.al. Development and Characterization of the Superconducting
Integrated Receiver Channel of the TELIS Atmospheric Sounder, Supercond. Sci. Technol. Vol. 23, 045016 (8pp),
(2010).
6. Р.В. Ожегов, О.В. Окунев, Г.Н. Гольцман, Л.В. Филиппенко, В.П. Кошелец, Флуктуационная
чувствительность сверхпроводящего интегрального приемника, Радиотехника и Электроника, 2009, т.54,
№6, с.750-755.