100 лет радио - Мигулина В.В.
ISBN 5-256-01228-2
Скачать (прямая ссылка):
Из анализа приведенных данных можно сделать заключение о том, что достигнут существенный прогресс в создании генераторов излучения ММВ и СБМВ. Средние мощности излучения этих генераторов ММВ практически сравнялись с мощностями, достигнутыми в сантиметровом диапазоне.
Детекторы и приемники излучений
Создание высокочувствительных детекторов и приемных устройств является сложной научной и технической проблемой. Реше-шая ее, требуется перейти от принципов приема СВЧ колебаний в радиодиапазоне к оптическим принципам регистрации излучений. Это означает замену волноводных систем с сосредоточенными приемными элементами оптическими "площадными" элементами. При этом тепловые ограничения предельной пороговой чувствительности сменяются на квантовые, поскольку на частотах, больших 1011 Гц, квантовые шумы начинают превосходить тепловые.
В качестве первых неселективных детекторов излучения следует назвать оптико-акустический приемник Голея и пироэлектрический детектор с эквивалентной мощностью шума не более 10'9 Вт при постоянной времени 1 с. Позднее в этом классе детекторов излучения появился сверхпроводящий болометр Лоу, который тре-
116
А. В. Соколов
бовал охлаждения до температур жидкого гелия и обладал чувствительностью порядка 10~15 Вт/Гц1//2.
Интенсивные поиски новых принципов детектирования СВЧ излучений привели в 1968 г. к созданию охлаждаемых до температур жидкого гелия и азота объемных детекторов на основе сурьмянистого индия л-типа и арсенида галия, поднявших пороговую чувствительность приемников примерно на три порядка по сравнению с детекторами на оптико-акустических структурах.
Ризл,Вт
А
окг
777Т 1965г
0 Гиротрон
?| Клистрон
^ ЛПД
¦
Генератор на
переходе
^ппег
Генератор Ганна
Генератор
С Г Калашникова
¦ ЛОВ
О Оротрон
4- Оротрон (дифракционный генератор) макс изл
-1__I
10см 1см
0.1мм
Длина вопны
Рис.3 Мощности излучения приборов в СМВ, ММВ, СБМП и 03
Субмиллиметровые и миллиметровые волны
117
Рпр.Вт.Д МГц
Рис.4. Чувствительность приемников на ММВ и СБМВ: ВД — видеодетекторы; СБ — сверхпроводящий болометр; ФС — фотосопротивление; ФЭУ — фотоэлектронный умножитель; ДП — джозефсоновский переход; СДШ — сверхпроводящий диод с барьером Шотки; ДБШ — диод с барьером Шотки; ППУ — полупроводниковый параметрический усилитель: КПУ — квантовый параметрический усилитель
При этом был детально изучен и физический механизм функционирования подобных детекторов, основанных на разогреве излучением электронного газа в полупроводнике либо на фототер-момагнитном эффекте. Такого типа детекторы имели высокую чувствительность в пределах 102...103 В/Вт и обладали рядом преимуществ перед точечными при приеме излучения от тепловых протяженных источников.
Для выпрямления колебаний СВЧ на ММВ и СБМВ оказались также перспективными слабосвязанные сверхпроводники — джозефсоновские переходы, обладавшие большой нелинейностью вольт-амперной характеристики, малым уровнем собственных шумов и способностью работать на частотах вплоть до 1012 Гц. В качестве детекторов излучения в коротковолновой части диапазона СБМВ широко употребительны охлаждаемые примесные фотосопротивления на германии и кремнии, легированных различными примесями.
Перспективным оказалось использование выпрямляющих свойств контактов типа металл—окисел—металл при комнатных и сверхнизких температурах. В результате удалось создать приемные устройства супергетеродинного типа как на охлаждаемых перехо-
118
А.В.Соколов
дах Джофсона, так и на неохлаждаемых и сверхпроводящих (с очень низким уровнем собственных шумов) диодах с барьером Шотки.
Для объемных детекторов излучения оказался также эффективным пьезоэлектрический механический резонанс в триглицин-сульфате, танталате лития, а также ниобате бария и стронция. Это позволило получить неохлаждаемые детекторы излучения с эквивалентной мощностью шумов на уровне 10"11 Вт/Гц"2 и квадратичными характеристиками, что предопределило их использование в качестве видеодетекторов излучения.
На рис. 4 сравниваются чувствительности существующих детекторов и приемников излучения на ММВ и СБМВ. При этом следует иметь в виду, что характеристики приемников излучения в оптическом, ИК и субмиллиметровом диапазонах волн, германиевого высокотемпературного и сверхпроводящего болометров, детекторов на я-1п8Ь и баАв отнесены к приемной площадке 1 см2. Чувствительности приемников в диапазоне волн 30...5 мм приведены для одномодовых камер, работающих на основной моде Ноь
В последние годы на базе супергетеродинных приемников и неохлаждаемых диодов с барьером Шотки были получены пороговые чувствительности порядка 10"19 Вт/Гц, что сопоставимо с характеристиками приемных систем в УКВ диапазоне.
В целом анализ рис. 4 показывает, что создание новых детекторов и приемников на ММВ и СБМВ, продвижение частотной границы мазеров и полупроводниковых параметрических усилителей в миллиметровый диапазон поднимают пороговые чувствительности на ММВ и СБМВ до значений, достигнутых сегодня на сантиметровых, дециметровых и метровых волнах.
