Способ повышения чувствительности многоприемниковых СВЧ-гиперспектрометров на основе нулевого метода измерений

Неуклонная потребность в повышении информативности пассивных дистанционных исследований и последние достижения отечественной СВЧ-электроники обуславливаю появление новых видов исследовательских приборов. Одним из них являются СВЧ-гиперспектрометры. Передовые отечественные исследования по созданию СВЧ-гиперспектрометров показали, что оптимальной основой для их системного проектирования является нулевой метод измерений и его модификации. Это связано с инвариантностью измерительных систем на основе нулевого метода измерений к изменяющимся факторам внешней среды и параметрам приемников. Однако, помимо улучшения стабильности измерений, при проектировании необходимо находить новые подходы к повышению флуктуационной чувствительности.
Нашим коллективом предложено использование низкотемпературных генераторов шума для реализации метода нулевых измерений и его модификаций. Аналитический анализ разработанных математических моделей для оценки флуктуационной чувствительности показал, что, потенциально, это решение позволит в разы увеличить флуктуационную чувствительность в СВЧ-гиперспектрометрах. Однако, существует проблема использования классических источников низкотемпературного шума в составе бортовых и портативных СВЧ-гиперспектрометров. Так, классические решения, в виде, например, охлаждаемых согласованных нагрузок не обеспечивают долговременной стабильности без замены криогенной жидкости, требуют высокого энергопотребления и т.д. В связи с этим актуален вопрос поиска низкотемпературных генераторов шума обладающих достаточной долговременной и температурной стабильностью.
Одним из источников низкотемпературного шума является малошумящий усилитель. Однако, для использования малошумящего усилителя в качестве низкотемпературного источника шума необходимо учитывать некоторые особенности. Например, использование малошумящего усилителя в качестве стабильного генератора шума возможно при сохранении на заданном уровне шумовых параметров его активных элементов. Низкотемпературный шум формируется шумовой волной только на входе малошумящего усилителя. Учет этих особенностей позволил провести серию лабораторных испытаний, показавших, что применение малошумящего усилителя в качестве опорного генератора шума с шумовой температурой равной уровню собственных шумов приемника позволяет до 2,5 раз повысить флуктуационную чувствительность в нижней части динамического диапазона входных шумовых температур СВЧ-гиперспектрометра на основе модификации метода нулевых измерений.
Помимо положительного эффекта в части повышения флуктуационной чувствительности достигнуто упрощение входной высокочастотной части. Это позволяет значительно повысить эксплуатационные характеристики бортовых и портативных СВЧ-гиперспектрометров.
Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда (проект № 18-79-00045).