LOCAL OSCILLATORS FOR MM-WAVELENGTH AERONOMIC RECEIVERS

УДК 537.962:621.382.32 PACS numbers: 95.85.Bh, 97.10.Bt, 98.38.Ez Предмет и цель работы: Приводятся описание оригинальных технических решений  твердотельных высокостабильных гетеродинов миллиметрового диапазона и результаты исследования основных характеристик разработанных устройств. Цель работы – разработка малогабаритных стабилизированных генераторов с малой потребляемой мощностью для использования в составе супергетеродинных приемников 2-мм и 3-мм диапазонов для аэрономических исследований. Методы и методология: Созданные гетеродины основаны на многократном умножении опорного сигнала с фазовой автоподстройкой частоты. Выходной генератор на диоде Ганна работает без варактора, с перестройкой по частоте путем изменения напряжения на диоде. Для измерения спектральных характеристик  использовался тестовый сигнал отдельного высокостабильного гетеродина астрономического приемника. Регистрация спектра сигнала исследуемого гетеродина осуществлялась параллельным фурье-анализатором спектра с частотным разрешением 1 кГц/канал. Методы исследования прочих базовых характеристик – стандартные методы радиоизмерений. Результаты: Разработаны и протестированы компактные источники гетеродинного сигнала миллиметрового диапазона длин волн с низкой потребляемой мощностью (менее 20 Вт). Выходная мощность генераторов – не менее 50 мВт. Измеренная относительная нестабильность частоты лучше 10 -8 при работе с  термостатированным кварцевым опорным источником. Временной ресурс непрерывной работы превышает 2 года. Заключение: Относительная нестабильность частоты ( 10 -8 ) и выходная мощность (более 50 мВт) представленных генераторов соответствуют характеристикам промышленных прецизионных генераторов миллиметрового диапазона, при этом разработанные устройства экономичнее, компактнее и дешевле. Ряд предложенных схемных и конструктивных решений может использоваться проектировщиками аналогичной техники в миллиметровом диапазоне длин волн. Ключевые слова: миллиметровые волны, гетеродин, экономичность, стабильность, фазовая автоподстройка частоты Статья поступила в редакцию 11.04.2019 Radio phys. radio astron. 2019, 24(2): 144-153 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Hoffmann C. G., Raffalski U., Palm M., Funke B., Golchert S. H. W., Hochschild G., and Notholt J. Observation of strato-mesospheric CO above Kiruna with ground-based microwave radiometry – retrieval and satellite comparison. Atmos. Meas. Tech. 2011. Vol. 4, Is. 11. P. 389–2408. DOI: 10.5194/amt-4-2389-2011 2. Straub C., Espy P. J., Hibbins R. E., and Newnham D. A. Mesospheric CO above Troll station, Antarctica observed by a ground based microwave radiometer. Earth Syst. Sci. Data. 2013. Vol. 5, Is. 1. P. 199–208. DOI: 10.5194/essd-5-199-2013 3. Hagen J., Murk A., Rufenacht R., Khaykin S., Hauchecorne A., and Kampfer N. WIRA- C: a compact 142-GHz- radiometer for continuous middle-atmospheric wind measurements. Atmos. Meas. Tech. 2018. Vol. 11, Is 9. P. 5007–5024. DOI: 10.5194/amt-11-5007-2018. 4. Rufenacht R., Kampfer N., and Murk A. First middle-atmospheric zonal wind profile measurements with a new ground-based microwave Doppler-spectro-radiometer. Atmos. Meas. Tech. 2012. Vol. 5, Is. 11. P. 2647–2659. DOI: 10.5194/amt-5-2647-2012 5. Антюфеев А. В., Шульга В. А. Спектроанализатор на базе персонального компьютера. Радиотехника. 2005. No 5. С. 145–148. 6. Karelin Yu. V., Antyufeyev O. V., Myshenko V. V., and Shulga V. M. An FPGA-based fourier FFTS-160 spectrometer for atmospheric molecular radiation research. Telecomm. Radio Eng. 2017. Vol. 76, Is. 4. P. 305–313. DOI: 10.1615/TelecomRadEng.v76.i4.30 7. Forkman P., Piddyachiy V., Korolev A., Myshenko V., Myshenko A., and Shulga V. An uncooled very low noise Schottky diode receiver front-end for middle atmospheric ozone and carbon monoxide measurements. Int. J. Infrared Millimeter Waves. 2006. Vol. 27, Is. 1. P. 25–35. DOI: 10.1007/s10762-006-9061-3 8. Piddyachiy V. I., Shulga V. M., Myshenko V. V., Korolev A. M., Myshenko A. V., Antyufeyev A. V., Poladich A. V., and Shkodin V. I. 3-mm wave spectroradiometer for studies of atmospheric trace gases. Radiophys. Quantum El. 2010. Vol. 53, Is. 5-6. P. 326–333. DOI: 10.1007/s11141-010-9231-y 9. Piddyachiy V., Shulga V., Myshenko V., Korolev A., Antyfeyev O., Shulga D., and Forkman P. Microwave radiometer for spectral observations of mesospheric carbon monoxide at 115 GHz over Kharkiv, Ukraine. J. Infrared Millim. Terahertz Waves. 2017. Vol. 38, Is. 3. P. 292–302. DOI: 10.1007/s10762-016-0334-1 10. Подъячий В. И., Короев А. М., Мышенко В. В., Шульга В. М. Приемный модуль 2-мм диапазона для наблюдений линии излучения атмосферного озона на частоте142.2 ГГц Радіофізика і радіоастрономія. 2015. Т. 20, No 3. С. 261–268. DOI: 10.15407/rpra20.03.261 11. Подъячий В. И. Утроитель частоты на диодах с барьером Шоттки в приемнике 3-мм диапазона для исследований линий излучения атмосферных газов. Радіофізика і радіоастрономія. 2015. Т. 20, No 1. С. 86–93. DOI: 10.15407/rpra20.01.086 12. Алексеев Е. А., Захаренко В. В. Синтезатор прямого цифрового синтеза в микроволновой спектроскопии. Радіофізика і радіоастрономія. 2007. Т. 12, No 2. С. 205–213. 13. Алексеев Е. А., Илюшин В. В., Мещеряков А. А. Высокоточный радиоспектрометр с субдоплеровским спектральным разрешением. Радіофізика і радіоастрономія. 2014. Т. 19, No4. С. 364–374. DOI: 10.15407/rpra19.04.364 14. Королев А. М. Усилитель промежуточной частоты супергетеродинного радиоастрономического приемника. Приборы и техника эксперимента. 2011. No 1. С. 88–90. 15. Королев А. М., Шульга В. М. Ненасыщенный режим как альтернативный метод обеспечения устойчивости малошумящих усилителей на полевых транзисторных гетероструктурах. Радіофізика і радіоастрономія. 2011. Т. 16, No 4. С. 433–439. 16. Antyufeyev A. V., Myshenko A. V., and Myshenko V. V. Microwave oscillator’s spectral observation with a radio astronomy receiver. Proceedings of the 23-th International Crimean conference “Microwave and Telecommunication Technology” (CriMiCo’2013). (Sept. 8-14, 2013. Sevastopol, Ukraine). Sevastopol, Ukraine: IEEE, 2013. P. 949–950.