Криостатируемые приемники для спектральных астрономических и атмосферных исследований в миллиметровом и субмиллиметровом диапазонах длин волн тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.01 ВАК РФ

На правах рукописи

ВДОВИН Вячеслав Федорович

КРИОСТАТИРУЕМЫЕ ПРИЕМНИКИ ДЛЯ СПЕКТРАЛЬНЫХ АСТРОНОМИЧЕСКИХ И АТМОСФЕРНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ В МИЛЛИМЕТРОВОМ И СУБМИЛЛИМЕТРОВОМ ДИАПАЗОНАХ ДЛИН ВОЛН

01.04.01 - приборы и методы экспериментальной физики

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

Нижний Новгород - 2006

Работа выполнена в Институте прикладной физики Российской академии наук (ИПФ РАН), г. Нижний Новгород.

Научный консультант:

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

доктор физико-математических наук, профессор Кисляков Альберт Григорьевич

доктор физико-математических наук Дубрович Виктор Константинович;

доктор технических наук, профессор Орлов Игорь Яковлевич;

доктор физико-математических наук, старший научный сотрудник Троицкий Аркадий Всеволодович

Институт радиотехники и электроники РАН (г. Москва)

Защита диссертации состоится « 13 » июня 2006 г. в 15 час. на заседании диссертационного совета Д 212.161.01 при Федеральном государственном научном учреждении «Научно-исследовательский радиофизический институт» Федерального агентства по науке и инновациям (ФГНУ НИРФИ Роснауки) по адресу: г. Н. Новгород, ул. Б. Печерская, 25.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Научно-исследовательского радиофизического института.

Автореферат разослан «10» апреля 2006 г.

Ученый секретарь диссертационного совета д. т. н.

ч -¿¿^Щу* Калинин А. В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Криостатирование или низкотемпературное (криогенное) охлаждение вплоть до температур ниже жидкого гелия (4 К) входных элементов приемных систем, наряду с использованием в них сверхпроводниковых элементов, также требующих криогенного охлаждения, существенно повышает чувствительность приемников, используемых для широкого круга задач и, в первую очередь, радиоастрономии и атмосферной спектроскопии.

В исследованиях и разработках последних трех десятилетий убедительно показана перспективность использования криостатируемых приемников не только в радиоастрономических и атмосферных исследованиях, но и для других целей, в частности, в телекоммуникационных системах, устройствах радиовидения и т.д. Криостатируемые приемники довольно давно вошли в практику и освоены в промышленным производстве как в радиодиапазоне, так и в оптике. Необходимо констатировать пробел в освоении промежуточного диапазона, включающего короткие миллиметровые (ММ) и субмиллиметровые (СубММ) в широком понимании волны (в т.ч. ТГц-волны и дальнее ИК-излучение). Нет адекватного освоения и криостати-руемыми приемниками указанного диапазона. Использование криостати-руемой аппаратуры ММ и СубММ диапазонов длин волн в физических исследованиях, а также промышленных и военных применениях сдерживается трудностями подходов к ее конструированию и согласованию ее элементов, дефицитом элементной базы, работоспособной до криогенных температур. Дефицит связан с тем, что здесь пока не отработаны методики создания и исследования криоэлектронных приемников как единых радио— и теплофизических комплексов. Отсутствует теоретическое обоснование выбора структуры оптимального приемника и его элементов. Не устоялись методики расчета и измерения шумовых, радио- и теплофизических характеристик приборов, работающих в чрезвычайно широком температурном диапазоне — от комнатной температуры до температуры жидкого гелия и ниже.

В настоящее время различными группами разработчиков начинают формироваться элементы систематизированного подхода к решению проблем, связанных с созданием криоэлектронных приемных комплексов в диапазоне длин волн 0,1-1 ТГц: адекватным выбором элементов приемников, систем криостатирования и используемых материалов, решением вопросов метрологии и т.п. Также в этом диапазоне пока еще недостаточно изучены свойства материалов, особенно новых, включая высокотемпературные сверхпроводники, работающие в диапазоне криотемператур и условиях глубокого вакуума, применяемых в низкотемпературных приемниках ММ и СубММ волн. Всё вышеперечисленное свидетельствует об актуаль-

ности формирования подхода к анализу и разработке высокочувствительной криостатируемой приемной аппаратуры диапазона 0,1 — 1 ТГц как единого радио— и теплофизического комплекса и выбранной соискателем темы исследования. Работы по развитию методик и аппаратуры криоэлектронных приемных комплексов выполнялись автором в рамках планов НИР Института прикладной физики, лежащих в перечне приоритетных научных направлений исследований, утвержденных Российской академией наук и профильным министерством (ныне Минобрнауки), а также в рамках серии международных проектов (ИНТАС, МНТЦ, «НАТО во имя мира» и др.) и контрактов, что также подтверждает актуальность избранной темы.

Цель исследования

Изучение радио- и теплофизических процессов и характеристик систем и элементов высокочувствительной охлаждаемой до криогенных температур приемной в основном супергетеродинной аппаратуры коротковолновой части ММ и СубММ диапазонов длин волн. Разработка и реализация комплексной методики ее моделирования, создания и тестирования.

Задачи исследования. Содержание "объекта исследования и описание предмета исследования

1. Оценить принципиальные ограничения чувствительности и определить оптимальную, с точки зрения повышения последней, структуру крио-статируемого приемника в коротковолновой части ММ и СубММ диапазонах длин волн. Такого рода приемники и являются основным содержанием объекта представленного исследования.

2. Провести теоретический и экспериментальный анализ радио- и теплофизических характеристик криоэлектронных приемных систем и их элементов в диапазоне криотемператур, как главного предмета исследования.

3. Разработать и внедрить технические решения криостатируемых приемников диапазона 0,1-1 ТГц, их элементов и устройств для исследования их характеристик.

4. Провести исследования шумовых и теплофизических характеристик разработанной криоэлектронной аппаратуры в лабораторных и натурных экспериментах с использованием заимствованной и самостоятельно разработанной метрологической базы: методик, измерительных установок, эталонов — дополнительных элементов предмета настоящего исследования.

5. Создать серию лабораторных стендов и практически работающих приемных комплексов, предназначенных для астрономических и атмосферных исследований в коротковолновой части ММ-диапазона. Выполнить натурные исследования объектов с помощью созданной аппаратуры.

6. Оценить перспективы развития криостатируемых приборов для приемников излучения и систем их криогенного охлаждения.

Научная новизна результатов исследования

Научная новизна исследований заключается в том, что впервые комплексно представлены радио- и теплофизические основы разработки и тестирования криоэлектронных приемных устройств диапазона частот 0,1-1 ТГц как интегрированных комплектов радиоэлектронной аппаратуры и систем их криостатирования.

Впервые детально исследовано влияние фундаментальных и технических ограничений на чувствительность радиометров для набора типичных в коротковолновой части ММ и СубММ диапазонах длин волн внешних условий и параметров приемников.

Теоретически и экспериментально изучены шумовые характеристики малошумящих охлаждаемых приемников коротковолновой части ММ и СубММ диапазонов длин волн и их компонентов в диапазоне температур 4 — 300 К. Аналитически и численно исследованы:

• предельно достижимый флуктуационный порог чувствительности идеального радиометра и степень влияния на него квантовой эффективности преобразования преобразователя, потерь подводящего тракта и соотношения принимаемого сигнала к уровню фоновых излучений;

• эквивалентная шумовая температура входа нерегулярной волноводной диссипативной линии с заданным законом изменения сечения, находящейся под воздействием перепада температур;

• термометрические характеристики полупроводниковых и сверхпроводниковых приборов, применяемых для контроля или самоконтроля уровня их физической температуры;

• параметры, определяющие в коротковолновой части ММ-диапазона погрешность чернотельных эталонов, используемых для аттестации шумовых характеристик криоэлектронных приемников и их элементов;

• параметры систем охлаждения и теплофизические характеристики самих охлаждаемых устройств, необходимых для оптимизации конструкции приемных комплексов в ММ, СубММ, ИК и оптическом диапазонах;

• возможности создания и ожидаемые параметры нанокриосистем для локального охлаждения элементов наноструктур приемных устройств ММ и СубММ волн с хладопроизводительностью на порядки меньшей, чем требуется для тотального охлаждения массивных входных модулей криоприемников.

На основе синтеза цепочечной формулы Фрииса и уравнения переноса разработана и использована методика определения баланса шумов композиции каскадно соединенных температурно-зависимых распределенных и дискретных элементов, представляющих собой модели типичных элементов ММ и СубММ приемников.

Впервые созданная в отечественной практике высокочувствительная охлаждаемая приемная аппаратура коротковолновой части ММ-диапазона длин волн позволила провести обширный обзор радиоастрономических объектов в континууме и в спектральных линиях различных молекул (НСО+, CN, HCN, СО и т.п.) в ходе наблюдений на радиотелескопе РТ-22 Крымской астрофизической обсерватории.

Впервые созданный двухканальный двухполяризационный СИС— приемник для радиоастрономических наблюдений на радиотелескопе обсерватории Метсахови позволил провести серию наблюдений и снять пробные карты активных зон солнечной активности одновременно в двух ортогональных поляризациях и в двух частотных диапазонах. Подобные наблюдения в 2-миллиметровом диапазоне проведены впервые в практике обсерватории. Начата эксплуатация комплекса как спектрального приемника в режиме интерферометра со сверхдлинной базой.

Практическая значимость

Практическая значимость работы состоит в том, что создана серия внедренных в обсерваториях высокочувствительных приемников коротковолновой части MM-диапазона с охлаждаемыми до криогенных температур входными элементами для радиоастрономических и атмосферных исследований, а также отдельные элементы криостатируемых приемников и системы криостатирования. В радиоастрономии примерно трехкратное снижение шумовой температуры охлаждаемых приемников, по сравнению с неохлажденными аналогами позволило почти на порядок сократить время наблюдений, сделать возможным наблюдение более слабых объектов и линий, провести картирование протяженных объектов, выявить тонкую структуру ряда спектральных линий межзвездных молекул.

Разработанные методики и устройства для измерения шумовых параметров криоэлектронных приемников и их элементов позволили существенно уменьшить погрешность стандартных методов измерения этих параметров, с высокой достоверностью оценить характеристики разработанной аппаратуры.

Изобретение автора "Способ определения температуры ДБШ" A.C. №1382132 позволяет существенно повысить точность определения физической температуры диодов, что необходимо для анализа шумов системы в целом; кроме того, указанный способ позволяет проводить экспресс-отбраковку диодных структур, непригодных к работе в условиях криогенных температур.

Опыт, методики, технологии разработки и отдельные компоненты криостатируемых устройств и систем криостатирования, представленные в рамках данного исследования, были многократно успешно применены при создании серии новых и модернизации ряда ранее разработанных приемных

комплексов, используемых для атмосферных и астрономических исследований в диапазоне от коротких MM-волн до оптики в ряде признанных мировых и отечественных обсерваторий.

Проведенные исследования промышленных образцов устройств и элементов криоприемников коротковолновой части ММ—диапазона длин волн: ДБШ, гибридно-интегральных смесителей и усилителей, предназначенных для использования при криогенных температурах, дали существенный импульс продвижению промышленных разработок криоприемников в широкий круг возможных применений от телекоммуникаций до систем радиовидения и комплексов, предназначенных для исследовательских, промышленных, военных и антитеррористических применений.

Перечисленные выше примеры практического внедрения результатов работы подтверждают её практическую значимость, вместе с тем, работа имеет и существенное теоретическое значение. В диссертации содержатся конкретные рекомендации по использованию изложенных теоретических научных выводов. Они могут быть использованы при создании криоэлек-тронных приемных комплексов и их компонент, при исследованиях разработанной аппаратуры и изучении природных и искусственных объектов при помощи этой аппаратуры. Результаты могут быть рекомендованы к применению в НИРФИ, ИФМ РАН, ННГУ, ИРЭ РАН, ФИ РАН им. П. Н. Лебедева, ИОФ РАН им. А. М. Прохорова, МГПУ, CAO РАН, ОИЯИ, ФГУП «Исток», ФГУП НИИПП, НПП «Салют» и др.

Апробация

Основные результаты работы доложены на научных семинарах ИПФ (1979 -2005 гг.), ИРЭ РАН (2001 г.), Горьковского политехнического института (Нижегородского технического университета) (1983, 1993 и 2002 гг.), на семинарах в Хельсинском университете технологии (Отание-ми) в 1993-2004 г.г., на областных конференциях НТО им. A.C. Попова (1985, 1993 гг.), на I, IV и V Всесоюзных школах - семинарах по распространению ММ и СММ волн в атмосфере (Москва, 1983; Н.Новгород, 1991; Харьков, 1992); на 17-й, 18-й Всесоюзных конференциях по радиоастрономической аппаратуре (Ереван, 1985 и 1989 гг.), на 7-й Всесоюзной конференции «Метрология в электронике» (Москва, 1988), на заседаниях совета по радиоастрономии Академии наук (1983, 1985, 1988), на межотраслевых научно-технических совещаниях в МВТУ им. Н.Э. Баумана (Москва, 1985, 1987), на 14-м межотраслевом совещании по технике СВЧ (Н. Новгород, 2005), на Международной конференции по аппаратуре ММ и ИК волн в Пекине 1989 г., на четвертом — восьмом Советско(Российско) — Финских симпозиумах по радиоастрономии в Ереване, Хельсинки и Санкт-Петербурге (1990 — 1999 гг.), на межведомственной научно — технической конференции в Харькове (1992), на IEEE — МТТ - симпозиумах в Атланте

(1993 г.) и Каннах (1994 г.), на XXVII радиоастрономической конференции «Проблемы современной радиоастрономии», Санкт-Петербург, 1997; на XII научно - технической конференции «Пути развития телевизионных фотоэлектронных приборов и устройств на их основе» 20 - 22 июня 2001 г. (Санкт-Петербург); на I - XI Нижегородских научных сессиях молодых ученых (1997 - 2005 гг.), на третьей - пятой научных конференциях по радиофизике ННГУ (Н. Новгород, 1999 - 2003 гг.), на промежуточных и итоговой конференциях по научным проектам МНТП "Физика микроволн" и всероссийском семинаре по радиофизике ММ и СубММ диапазонов, Н. Новгород, 1995 - 2005 гг.; на VII, IX и X Всероссийских школах - семинарах МГУ "Физика и применение микроволн", Красновидово, Московская обл., (1999, 2003, 2005 г.г.); на 11-й Международной школе по радиофизике и электронике СВЧ (Саратов, 1999 г.); на серии международных семинаров ИНТАС, МНТЦ и «НАТО во имя мира» в 1998 - 2005 гг. по проблемам создания интегрального СИС — приемника, Организации космических исследований Нидерландов, (Гронинген), в 1999 г.; на семинарах обсерватории Метсахови ХУТ (1992 - 2005 гг.), на годичных сессиях нижегородской секции международного института инженеров по электронике IEEE (объединенная секция МТТ & ED) в 1999, 2001 и 2004 гг.; на 8-м съезде Российского астрономического общества и международном симпозиуме «Астрономия - 2005: состояние и перспективы развития», на Первом рабочем совещании «Генерация и применение терагерцового излучения», г. Новосибирск, 2005 г. и т.д.

Публикации

По теме диссертации автором сделано 76 публикаций. Получено 1 авторское свидетельство на изобретение. Среди публикаций:

15 статей в журналах, в том числе:

2 - в зарубежных (IEEE trans, on МТТ и Experimental Astronomy);

11 - в отечественных журналах, рекомендованных ВАК для публикации основных результатов: «Известия вузов. Радиофизика — 5 статей, «Письма в астрономический экурнал» - 3, «Радиотехника и электроника» — 2, «Вопросы радиоэлектроники» — 1,

2 в отечественных журналах, не вошедших в список ВАК: «Астрономический циркуляр», «Петербургский журнал электроники»;

11 статей в сборниках (отчетах, книгах — 8 - печат., 3 - рукоп.);

13 статей в сборниках трудов конференций;

32 тезиса докладов на конференциях,

в т.ч. 11 международных;

4 препринта ИПФ;

1 препринт ОИЯИ;

1 методическое пособие ННГУ;

1 авторское свидетельство; . .

кандидатская диссертация (рукоп.).

Из 76 публикаций 49 опубликованы после защиты кандидатской диссертации (1993 г. и позже).

Личный вклад автора в выполненные работы

Диссертационная работа выполнена автором самостоятельно при участии значительного коллектива сотрудников Института прикладной физики, других отечественных и зарубежных исследовательских центров. Соискатель является полноправным автором и соавтором представленных публикаций, в основном, определяя постановку задач и реализацию экспериментов, будучи непосредственным ведущим исполнителем или руководителем представленных работ. Автор активно участвовал в создании измерительных и вычислительных методик, обсуждении результатов и выводов, а также в полном объеме в осуществлении экспериментов и обработке полученных данных, проведении их анализа. В большей части опубликованных работ вклад автора диссертации состоял в постановке задачи, планировании эксперимента, анализе и интерпретации полученных данных, теоретической обработке полученных результатов, формулировке научных положений, подготовке основы текста публикаций. Касательно представленных в списке публикаций это в полной мере относится к [4, 6, 7, 9, 10, 13, 14, 16, 20, 21]. В публикациях, посвященных исследованиям на сложных аппаратных комплексах [1, 3, 5, 8, 11, 17-19, 22], это утверждение касается результатов, относящихся к разработке, моделированию и тестированию криоста-тируемых приемников. Вклад соавторов в эти работы равноценен. Значительное число соавторов обусловлено масштабом выполнявшихся работ с большим числом участников разработки и выполнения экспериментов со сложными аппаратурными комплексами. Вклад автора диссертации, в статьях [15, 23] состоит в техническом и организационном обеспечении экспериментальной базы представленных исследований и обсуждении результатов. Роль научного консультанта (проф. А.Г. Кислякова), состояла в постановке задач и взыскательной критике подготовленных текстов, особенно на начальном этапе работ [1]. Сотрудничество с А.Г. Кисляковым продолжилось и после защиты кандидатской диссертации серией совместных докладов и статьей [12], вклады соавторов в которые равноценны. Статья [24] и изобретение [2] опубликованы соискателем без соавторов. Все остальные работы из списка публикаций выполнены в соавторстве с сотрудниками, аспирантами и студентами Института прикладной физики и другими сотрудниками отечественных и зарубежных исследовательских центров и институтов. При этом вклады соавторов в опубликованных работах можно считать равноправными.

Положения, выносимые на защиту

1. Анализ факторов, определяющих чувствительность криостатируемых приемников излучения диапазона частот 0,1-1 ТГц, предназначенных для широкого круга астрономических, атмосферных и лабораторных задач.

2. Разработка и реализация принципов оптимального построения высокочувствительных криостатируемых приемников в диапазоне длин волн 0,1 — 1 ТГц как единых радио- и теплофизических комплексов.

3. Методики расчета и теоретического анализа радио - и теплофизических характеристик узлов и элементов криостатируемых приемников, находящихся в условиях неоднородного распределения температуры, в частности, волноводных и квазиоптических активных (смесители) и пассивных (герметичные окна, фильтры, линии передачи и переходы) устройств.

4. Создание, экспериментальное исследование и внедрение в практику серии криостатируемых полупроводниковых и сверхпроводниковых приемных комплексов, устройств, элементов и систем криостатирования для астрономических и атмосферных исследований. В частности: серия версий астрономических приемников с ДБШ — смесителями для радиотелескопов РТ-22 КрАО, радиотелескопа обсерватории Метсахови ХУТ, и серия систем

' криостатирования матриц ПЗС для телескопа БТА CAO РАН; приемник с СИС -смесителем для радиотелескопов РТ-22 КрАО, двухдиапазонный двухполяризационный приемник для радиотелескопа обсерватории Метсахови ХУТ, СИС - приемник на радиотелескопе РТ25*2 в Зименках; крио-статируемые элементы и системы криостатирования атмосферных комплексов ННГУ и ИПФ РАН, а также атмосферной исследовательской станции Соданкюля Финского метеорологического центра.

5. Разработка ряда новых методик и адаптация к условиям предельно низких уровней физических и шумовых температур стандартных методик тестирования и обработки экспериментальных данных приемников ММ и СубММ диапазонов волн, на основе которых выполнены измерения и расчеты параметров криоэлектронных элементов и систем.

6. Доказательство возможности и целесообразности построения систем локального охлаждения приемных микро- и наноструктур ММ и СубММ волн, формулировка возможных подходов к их созданию.

7. Создание ряда лабораторных установок с криостатируемыми элементами и методик исследования для изучения перспективных направлений разработки криоэлектронных приемников, рассчитанных на частотные диапазоны от коротковолновой части ММ диапазона до ИК и оптики, охлаждаемых до температур 150...0,3 К, в том числе: для многолучевых и матричных приемников; интегральных приемников; приемников с болометрами на горячих электронах; с устройствами на основе высокотемпературной сверхпроводимости (ВТСП), и с усилителями на электронах с высокой подвижностью (НЕМТ), а также тестирования образцов промышленных ММ —

криоприемников. Выполнение на их основе серии лабораторных и натурных экспериментов, давших значительный объем информации для дальнейших исследований и разработок в данном направлении.

Структура и объем диссертации

Материалы диссертации изложены на 351 странице текста и состоит из введения, обзора литературы, четырех глав, излагающих собственные результаты автора, заключения, приложения и списка литературы. Диссертация содержит 48 рисунков и 42 таблицы. Библиография включает 209 названий.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность криостатирования или низкотемпературного охлаждения входных элементов приемных систем коротковолновой части миллиметрового (ММ) и субмиллиметрового (СубММ) диапазонов длин волн как основного способа повышения их чувствительности, диктуемого актуальными задачами радиоастрономии и атмосферной спектроскопии. Во введении представлены обозначенные выше цель, задачи и научная новизна исследования, практическая значимость и апробация результатов, охарактеризованы публикации и личный вклад автора.

Глава 1 является обзором литературы, в котором изложена информация об исследованиях и разработках низкотемпературных приемных систем и их элементов для радиоастрономических и атмосферных применений. Обзор в основном сконцентрирован на супергетеродинных приемниках диапазона частот 0,1 — 1 ТГц. Обзор литературы очерчивает место разработок автора и его группы в ведущихся в мире разработках. В основном исследования касались широкого класса супергетеродинных радиометрических и спектрометрических приемников. Отдельные исследования устройств и приборов иных классов (охлаждаемые детекторы, матрицы ПЗС оптического диапазона и т.д.) содержат существенный набор элементов общих с супергетеродинами избранного диапазона, и полезно дополняют общую картину новыми перспективами. В обзоре детально представлены аппаратура и методы исследования криоэлектронных комплексов на основе ДБШ - смесителей (диоды с барьером Шоттки) и сверхпроводниковых на основе СИС - смесителей (квантовые квазичастичные туннельные переходы сверхпроводник — изолятор — сверхпроводник). Рассмотрено современное состояние исследований и разработок других существенных элементов и устройств криоприемников ММ и СубММ волн, как активных (усилители, болометры и т.д.), так и пассивных (герметичные вводы ММ и СубММ сигналов, терморазвязывающие волноводные и квазиоптические линии передачи, радиационные фильтры, собственно криосистемы) и другие вспомогатель-

11

ные устройства и системы: гетеродины, тракты промежуточной частоты, системы автоматизированного контроля и обработки, вакуумные системы и метрологическое оснащение. Описаны основные современные тенденции развития криоприемников ММ и СубММ волн, как-то: интегральные и многолучевые приемиики, болометры на горячих электронах, системы локального охлаждения наноструктур и глубокого холода (300 и 50 милли-кельвин), усилители на транзисторах с высокой подвижностью электронов и т.д. В обзоре приведено сопоставление результатов, полученных при участии и под руководством автора, с уровнем современных отечественных и зарубежных разработок. Констатируется неуклонное приближение чувствительности приемников в диапазоне частот вплоть до терагерца к квантовому порогу, побуждающее исследователей рассматривать не только предельно тонкие технические, но и фундаментальные ограничения чувствительности.

Глава 2 посвящена рассмотрению фундаментальных и технических ограничений чувствительности радиометрических приемников в диапазоне частот 0,1-1 ТГц. Исследования выполнены для стандартного набора внешних условий и характеристик современных компонентов приемников ММ и СубММ волн.

Очевидно, что общепринятые инженерные подходы к анализу чувствительности в приближении Релея-Джинса (1) не в состоянии описать адекватно характеристики приборов, работающих при частотах выше 100 ГГц и при температурах ниже 50 К.

А/ « кТ, (1)

описываемые широко известной формулой чувствительности1 (1):

Д 7Ь = (2)

где АТо минимально обнаружимый шумовой контраст сигнала, который приемник способен выделить на фоне шумов, выраженный в температуре тела, которое такой контраст обеспечивает, Т— шумовая температура входа приемника, включающая как собственный шум приемника, так и шум антенной системы включая фоновое и принимаемое излучение; а - коэффициент, определяемый способом приема; Формула (2) перестает работать, поскольку для 300 ГГц комбинация (1) превращается в равенство уже при температурах около 150 К

ЬIV = кТ,

при этом чувствительность следует определять по более общей формуле

1 Есепкина И. А., Корольков Д. В., Парийский Ю. Н. Радиотелескопы и радиометры. М.: Наука, 1972.

т л/лгдГт ¥ 2 кТ

где ЛГ- число мод приема.

Представленный в 1 главе обзор составлен на основе авторских обзоров, опубликованных в [6, 13 и 24].

Во главе 2 проведен детальный анализ факторов, влияющих на чувствительность и шумовую температуру предельно высокочувствительных криостатируемых приемников. Исследованы параметры приемников с усилителем и с преобразователем на входе. Изучены зависимости чувствительности преобразовательных приемников с резистивным и с реактивным смесителем. При этом показано, что чувствительность приемников без усилителя входной частоты, а непосредственно со смесителем на входе (как это и реализуется практически во всем диапазоне свыше 100 ГГц) может быть практически не хуже чувствительности приемников с усилителем. Причем в условиях характерного для наземных наблюдений в этом диапазоне атмосферного фона, предельная чувствительность резистивного (ДБШ) смесителя весьма близка. Установлено отличие чувствительности идеального радиометра в типичных фоновых условиях менее 20% на частотах до 300 ГГц и около 30% - до 1 ТГц) к чувствительности реактивного (СИС). На практике подобные отличия характерны и для реальных приемников. Более того, в связи с частотным ограничением для наиболее распространенных сверхпроводников (М>) в 700 ГГц, на частотах в 1 ТГц и выше ДБШ на практике более популярны и демонстрируют превосходные характеристики. Учитывая потребность на порядок более простых систем криостати-рования4 для ДБШ приемников по сравнению с СИС, это является существенным фактором, обеспечивающим конкурентоспособность ДБШ в СубММ диапазоне.

В разделе 2.3 исследовано влияние атмосферного фона на чувствительность идеального криорадиометра в приближении фундаментальных пределов чувствительности приемного устройства, ограниченных известными принципами неопределенности Гейзенберга и фотонным шумом Эйнштейна. Вычислены значения и построены графики зависимостей чувствительности от температуры окружающего атмосферного фона и характерных величин атмосферного поглощения для сетки значений частот диапазона 0,1 — 1 ТГц. Выявленные зависимости позволяют определить пределы достижимой чувствительности приемников для характерных в избранном диапазоне комбинаций характеристик приборов и атмосферных условий, оценить достаточность уровней охлаждения и пределы целесообразного снижения собственных шумов приемных устройств для различных условий наблюдений. В разделе 2.5 теоретически исследовано влияние неизбежных

потерь входного фидера малошумящих криоприемников в тех же предельных ограничениях чувствительности. Методом перебора известных схем приемников оценены возможности оптимизации структуры супергетеродинных приемных систем ММ и СубММ диапазонов. Характерная структура супергетеродинного приемника ММ и СубММ волн приведена на рис. 1. Для различных её вариантов выполнены модельные расчеты шумовых параметров, выбраны оптимальные, структуры для тех или иных условий, подтвержденные практическими экспериментами.

Выход ПЧ

' Рис. 1. Типичная структурная схема приемного устройства ММ и СубММ диапазона

На рис. 1 представлены: входной неохлаждаемый фидер (антенна, диплексер) (1), герметичное окно для ввода принимаемого сигнала, входной охлаждаемый фидер (терморазвязывающая линия передачи, переход на основное сечение волноводного смесителя) (3), смеситель, возможно с предварительным усилителем высокой частоты (4), охлаждаемый усилитель промежуточной частоты (5), гетеродин (6). Анализ шумовой температуры приемника, приведенного на рис. 1 выполнялся на основе формулы (4), представляющей собой вариант цепочечной формулы Фрииса2. Предварительный анализ этой формулы, измерение и расчет ее составляющих является важным этапом разработки радиометра.

тГг ш = тш (Ь„0, -1)+(А* -1)+(А* / 2 -1)7; + + К.„оА,со^аТ!Г12 (4)

2 Креигель Н. С. Шумовые параметры радиоприемных устройств. Л.: Энергия, 1969. 168 с.

где Ь каь - потери неохлажденных и охлажденных элементов приемника, Ьт — потери преобразования смесителя, Т Но„ т'сЫ — их физические температуры, Ту— шумовая температура УПЧ.

Для случая глубокого охлаждения и высокой частоты, когда не работает приближение (1), в (4) следует использовать

Т'сЫ= ку/кехр^/кТС01- 1). (5)

Еще одним фактором, ограничивающим применение такого дискретного подхода, является невозможность установить однозначно уровень физической температуры отдельных элементов приемника, находящихся при глубоком охлаждении или под перепадом температуры, как это будет показано в следующей главе. Автором предлагается и используется для анализа типичных приемных структур ММ и СубММ диапазона волн синтетический дискретно-распределенный подход к анализу подобных структур. Фундаментальные и технические ограничения чувствительности криопри-емников рассмотрены автором в публикациях [1, 6, 13, 24].

Глава 3 посвящена оригинальным методам модельных расчетов и анализа, а также экспериментальному исследованию узлов и элементов крио-статируемых приемников и систем их криостатирования. Приводятся результаты разработок, теоретических и экспериментальных исследований ряда самостоятельно созданных элементов приемников, а также экспериментальных исследований заимствованных и адаптированных для низкотемпературных условий промышленных разработок устройств и элементов приемных систем.

В частности, в разделе 3.1 исследованы шумовые и теплофизические характеристики охлаждаемого до криогенной температуры ДБШ. Особую сложность составляет определение физической температуры собственно барьерной зоны диода, одного из основных параметров и шумовых характеристик прибора. Ситуация особо сложна для микронных и субмикронных диодных структур ММ и СубММ диапазонов, помещенных в планарные интегральные схемы. Условия охлаждения таких диодов, размещенных внутри волновода в вакууме, оказываются весьма неудовлетворительными. Значительное тепловое сопротивление между барьерной зоной диода и наружной поверхностью корпуса смесителя дает не только дополнительную погрешность в определении физической и шумовой температуры диода в расчетах (поскольку внешний датчик к столь миниатюрному устройству приспособить невозможно), но и вносит дополнительный тепловой шум за счет неэффективного охлаждения шумящей полупроводниковой структуры. Фактически диод при этом недоохлажден. В расчете показано, что в принципе тепловое сопротивление может быть столь велико, что в совокупности с очень малой интегральной теплоемкостью подвешенного в вакууме микрокристалла диода, оно порой приводит к выходу диодов из строя даже при воздействии весьма умеренных по энергии сигналов.

Для типичной структуры охлаждаемого смесителя была решена трехмерная задача теплопроводности в виде дифференциального уравнения (6) с правой частью и источником тепла внутри объема:

дТ2/дх2 + дТ2/ду2 +6T2/dz2 + q/k, = (1/а) dT/dt, (6)

здесь: х, у, z - координаты, t — время, к, - теплопроводность, q — суммарная теплопродукция центрального точечного источника тепла, при этом а -температуропроводность материала выражающаяся как

а=£,/Ср, (7)

определяется, помимо его теплопроводности, теплоемкостью (С) и удельной плотностью (р). В качестве граничных условий заложены условия охлаждения с высокой хладопроизводительностью через одну из стенок кубика — модели волноводной смесительной камеры, и отсутствия теплообмена по остальным стенкам (условие хорошего радиационного экрана). При этом была выведена аналитическая формула физической температуры в центре куба (барьерной зоны диода)

Tc=t + Tü=t + Nfqlkl, (8)

где 7о - температура холодной грани смесителя, равная температуре крио-панели, на которой смеситель фиксируется; N/ - коэффициент формы, определяемый соотношением форм смесительного диода и смесительной камеры. Например, допущение модели «куб в кубе с соотношением граней 1/100» дает Nf=0,l9.

Расчеты по созданной модели давали для отдельных практических конфигураций отличие температуры диода от температуры корпуса смесителя свыше 10 К, что, очевидно, существенным образом влияет на результат вычисления и шумовых параметров смесителей, и баланса шумов приемного устройства в целом. На основе анализа предложенных моделей и экспериментов с реальными ДБШ была разработана методика определения физической температуры охлажденного ДБШ, защищенная авторским свидетельством. Предложены методы отбраковки непригодных для криоси-стем диодов [2], а также конструкторские и технологические предложения для разработчиков диодных структур. В следующем разделе приведены результаты разработки и исследований смесителей на сверхпроводниковых переходах (СИС), изготовленных в ИРЭ РАН. Описано созданное лабораторное криогенное тестовое оборудование для этих исследований и представленные результаты исследования шумовых и вольт — амперных характеристик СИС — смесителей. Здесь же приведены примеры разработки аналогичных систем для исследования еще одного класса активных сверхпроводниковых приборов, успешно применяемых в СубММ диапазоне- болометров на горячих электронах. Вопросы моделирования ДБШ, а также аналитического и экспериментального исследования ДБШ рассмотрены автором в публикациях [1,2, 8-10, 13]; сверхпроводниковых смесителей в работах [14, 18,21].

Раздел 3.2 посвящен исследованию пассивных элементов охлаждаемых приемников. Криоприемники, помимо обычных для неохлаждаемых приемников пассивных элементов (рупоров, ответвителей, фильтров и т.п.), содержат специфические элементы, присущие только охлаждаемым приборам: терморазвязывающие линии передачи, инфракрасные фильтры, герметичные окна, системы криостатирования. В разделе детально описаны криосистемы и проанализированы их теплофизические характеристики, с учетом их специфики как элементов приемников ММ и СубММ волн, отличающей их от типичных коммерчески доступных криостатов. В разделе представлены методики их модельных расчетов и изложены принципы их проектирования, доведенные до инженерных расчетов. В частности, из известных общих законов, описывающих тепломассоперенос, проанализированы и взаимно сопоставлены для выделения существенных и пренебрежимых основные компоненты теплопритоков в характерных для приемников ММ и СубММ волн конструкциях криосистем: через гермоокно (9), через стенки криостата (10), по стенкам несущих конструкций (11), по остаточному газу вакуумной изоляции (12) и, наконец, в случае присутствия кипящего криоагента —через конвективный перенос с поверхности кипящего газа (13):

а1=е,-с-ю-8-(г;-7'24).50, (9)

(10)

Йн-М2",-*;)-(И)

а-*- м^-кй^"1"-^' <12)

а2 + <-,

02 =(г-• (13)

В этом же разделе изучены проблемы термостабильности систем криостатирования и виброустойчивости (анализа виброакустических характеристик). Последняя задача характерна для рефрижераторных схем криостатирования, содержащих механические движущиеся части, оказывающие существенное влияние на охлаждаемую аппаратуру. Вопросы создания и исследования криосистем для приемников диапазона длин волн от коротковолновой части ММ до оптики, представленные в диссртации, рассмотрены в публикациях автора [16, 20-23].

В разделе 3.2.2 представлены результаты теоретического исследования герметичных окон криоприемников и практические варианты их реализации, созданные при участии автора. Описаны две основные модели окон криоприемников ММ и СубММ волн: тонкое плоское (< X /4) с пренебре-жимыми потерями на отражение и толстое, нуждающееся в просветлении.

Исследованы обе модели, они же представлены на примерах реализации. Для гермоокон создана аналитическая модель, представленная на рис. 2. Окно размещается на корпусе криостата с условно неограниченной массой и теплоемкостью, снаружи окна — окружающая среда с температурой, близкой к 300 К, внутри — криоприемник с температурой в окрестностях, единиц кельвин, радиационно охлаждающий центральную зону окна.

Т=ЗМК

штлщкваяш я шалвшцщаиш иашарккмяк ■пя^нрх

О-ШНПЩЕЯШИ жнпггиеиаш

Рис. 2. Модель герметичного окна криоприемника

Через окно поступает принимаемое излучение, и окно вносит значимые потери в сигнал и, следовательно, вклад в шумовую температуру приемника, сопоставимый с чрезвычайно низкими шумами криостатируемого смесителя. На основе решения двумерного нестационарного уравнения теплопроводности в цилиндрических координатах (14) решалась задача определения профиля распределения температуры по радиусу окна с последующим вычислением интегральной шумовой температуры окна, как распределенной среды с установленным законом распределения температуры. Расчет шумов осуществлялся численным методом по сеточному алгоритму. По сути — выполнялось решение уравнения переноса излучения (принимаемого сигнала) в описанной тепловой моделью (14) среде

дТ1д1 = с1Ь.Т. (14)

На основе модельных расчетов удается надежно прогнозировать профиль распределения температуры. В том числе предсказать и предотвратить достижение таких температур, при которых неизбежно выпадение осадков на наружной поверхности центральной зоны окна (наиболее подверженной радиационному охлаждению) в виде водяного конденсата или даже инея, что совершенно недопустимо для работы приемников выбранного диапазона. Кроме того, на основе такого расчета удается более точно определить вклад шумов такого окна в общую шумовую температуру приемника. Ана-

18

лизу гермоокон посвящена серия опубликованных докладов и журнальная публикация [24]. Раздел 3.2 представляет решение еще одной подобной рода задачи для характерного в криоприемниках ММ и СубММ волн элемента: терморазвязывающей линии передачи. Рассмотрим модель, представленную на рис. 3 [24].

Рис. 3. Модель терморазвязывающей линии передачи между охлажденным приемником и наружным пространством.

Определение шумовой температуры такой диссипативной линии по формуле (15), как правило, выполняется для средней температуры3:

Т„,=(Ьф!-ЩТ2+Т,)/2. (15)

Однако очевидна ошибка, связанная с тем, что более холодный конец имеет меньшие удельные потери и вносит заметно меньший вклад в шумы. Предложена модель в общем случае нерегулярной линии передачи (пирамидальный квазиоптический переход с основного сечения на сверхразмерное), находящейся под воздействием перепада температуры.

Сечение линии передачи по длине меняется по закону

Л(х) — Аа + гвх. (16)

Исходя из уравнения Видемана - Франца - Лоренца, известной для волно-водной линии прямоугольного сечения зависимости удельных потерь от электропроводности (17) и на основании решения одномерной задачи теплопроводности по линии указанного (16) профиля удалось определить профиль распределения температуры, удельных проводимости и потерь в линии, представленные на рис. 4.

3 Pan S. K„ Feldman M.J., Kerr A. R.. A low-noise 115-GHz receiver using superconducting tunnel junctions // Appl. Phys. Lett. 1983. V. 43. № 8. P. 786

19

г.[1-(х0/2«)!]

Рис. 4. Результаты модельных расчетов терморазвязывающего волновода

Подставив экспериментальные данные о величине потерь линии в неохлажденном состоянии, удается с высокой степенью точности решить уравнение переноса через такую линию и тем самым определить значение ее шумовой температуры и вклад ее шумов в общий баланс шумов приемника, оказавшийся на 20% меньше, чем в линейном приближении А. Керра3.

Помимо представленных выше специфичных для криоприемников элементов, в разделе представлены решения вопросов вакуумирования криоприемников [1, 5, б, 14, 24], а также результаты оригинальных разработок и исследований типичных, в т.ч. и неохлаждаемых, элементов спектральных приемников-супергетеродинов ММ и СубММ волн: гетеродинов, усилителей промежуточной частоты, элементов входных трактов, эталонов, устройств обработки и автоматизации [4, 5, 6, 8, 18, 21, 24].

Глава 4 посвящена созданию, экспериментальному исследованию и описанию результатов практического использования серии криоэлектрон-ных приемных комплексов, созданных при участии автора диссертации. Приводятся результаты исследования астрономических и атмосферных объектов, полученные на основе созданных при участии автора методик и аппаратуры. В разделе 4.1 изложены итоги исследований и разработок, свя-

занных с астрономией. В частности, представлены результаты радиоастрономических исследований на радиотелескопе РТ-22 КрАО [3, 5, 6, 13]. Исследования выполнялись на созданной в рамках собственной разработки приемной аппаратуре с шумовой температурой ДБШ- приемника в 3 мм диапазоне Т < 250 К. При помощи созданных комплексов была выполнена программа исследований межзвездных облаков в континууме и в молекулярных линиях [3, 5, 6]. Наблюдения на РТ-22 Крымской астрофизической обсерватории выполнялись в интервале длин волн 2-4 мм. С использованием ДБШ-приемника выполнен обзор большого числа облаков в линии J = 1-0 HCN. Ряд источников наблюдался в линиях J = 1-0 СО, НСО+ и Н CN. Характерный, полученный после спектральной обработки на фильтровом спектроанализаторе спектр полученного сигнала, представлен на рис. 5, а.

Рис. 5. Примеры измеренных спектров на радиотелескопе РТ-22 КрАО. Слева (а) -с охлаждаемым ДБШ-приемником, справа (б) - с СИС. На рис. 5, б приведены примеры измеренных спектров: НСН Л = 1-0 в источнике Б87 13СО 1 = 1-0 в 5231, полученные с СИС — приемником на телескопе РТ-22.

Следующим этапом работ по совершенствованию астрономической аппаратуры стало практическое использование сверхпроводниковых приборов (СИС), сначала в тестовом режиме на телескопе РТ-25 к2в Зименках [19], затем в режиме реальных астрономических спектральных исследований на телескопе РТ-22 КрАО [11, 13, 14]. Повышение чувствительности

СИС приемника, охлажденного до 4 К по сравнению с ДБШ приемником, охлажденным до 20 К (шумовая температура приемника была снижена до -100 К), позволило улучшить качество получаемых спектров (пример на рис. 5, б), сделать доступными для наблюдений ранее недоступные источники и линии, сократить требуемое время накопления. На телескопе РТ—22 был выполнен обширный обзор молекулярных облаков в диапазоне частот 85-115 ГГц в линиях вращательных переходов молекул НСЫ, 5 ¡О, 13СО, С180 и др. [11, 15], ставший существенным астрономическим результатом как в части заметного пополнения каталогов ранее неисследованными источниками, вследствие недостаточной чувствительности приемников, так и с точки зрения получения экспериментальной основы для построения теоретических моделей звездообразования на ранних его стадиях. Уровень разрешения фильтрового спектроанализатора, использованного при получении спектров, представленных на рис. 5, б в 1995 г., явно недостаточен, и не позволяет эффективно реализовать высокую чувствительность СИС— приемника. В результате последующих работ [18] комплекс был дополнен акусто-оптическим анализатором и позволил получить существенно более качественные спектры, пример приведен на рис. 6.

I RAS «038+6312

J-l-OHCO*

Рис.6. Примеры полученных спектров. Здесь

ТХ — антенная температура, пересчитан- 1 иая с учётом оптической толщины атмосферы, Чад — относительная скорость источ- о инка

-100 -60

VlsR. "СМ/С

В 4-й главе также представлены результаты исследований и разработки криоэлектронного приемного комплекса для 13,8 метрового радиотелескопа обсерватории Метсахови Хельсинкского технологического университета [21]. Комплекс представляет собой двухчастотный (2 и 3 мм) двухполяри-зационный СИС-приемник с шумовой температурой менее 100 К, предназначенный для спектральных и континуумных наблюдений. С 2004 г он находится в режиме штатного приемника телескопа, и уже принял участие в четырех сессиях СДБ интерферометрических наблюдений. Схема приемника приведена на рис. 7. Фотография приемника в фокусе телескопа обсерватории Метсахови — на рис. 8. В 4 главе представлены результаты тес-

товых астрономических наблюдений, выполненных на телескопе обсерватории Метсахови, детальное описание созданного комплекса вынесено в Приложение к диссертации.

Г; И О

м т

Е X. Е

г с

о р

Е

т о

А N ' А I. У

г

Е

л

Рис. 7. Структурная схема приемника для радиоастрономических исследований в 2 и 3 мм диапазонах длин волн в обсерватории Метсахови.

Г *

^ЧЙм.

Г-тГ

!

Рис. 8. Приемник в фокусе телескопа и в лаборатории 23

В этом же разделе представлены наработки группы автора диссертации, направленные по разработке криостатируемых астрономических приемников более коротковолновых диапазонов [13, 16, 20], как задел для продвижения созданной линейки приборов в СубММ волны. В частности, были предприняты попытки создания ДБШ — приемника для телескопа БТА в окнах прозрачности атмосферы на 1,3 и 0,8 мм. Однако, практическое применение на телескопе БТА CAO РАН нашли не они, а системы криостати-рования матричных приемников еще более высокочастотного диапазона-оптического. На рис. 9 приведены фотографии криосистем такого рода, одной из недавно разработанных для матриц ПЗС с числом элементов 4096x4096 (слева) и практически используемых на телескопе с числом элементов 2048*2048 (справа) [16, 24]. В разделе представлены основные характеристики разработок, полностью удовлетворяющие требованиям наблюдений на телескопе БТА CAO РАН. В частности, внедрен в плановые наблюдения на 6-м телескопе РАН первый образец с матрицей EEV CCD42-40 (EEV, Великобритания) с числом элементов 2048x2048. Созданный комплект характеризуется следующими характеристиками: минимальный шум считывания; высокие стабильность и линейность передаточной характеристики заряд- цифровые отсчеты; высокий динамический диапазон; шум = 2,3 е (/"= 50 кпиксел/сек), шум = 1,65 е> (f — 15 кпиксел/сек); нестабильность < 0,06%.

Рис. 9. Криосистемы для охлаждения матриц ПЗС оптического и ИК диапазонов, справа - внедренная серия, слева — новая разработка.

Здесь также приведены результаты разработки криостатируемых приемников для атмосферных исследований, созданных при участии автора. Описан охлаждаемый в заливном азотном криостате входной модуль приемника для атмосферной станции ННГУ [12, 24], на которой велись исследования и, в частности, получены опубликованные результаты по обнаружению теллурической линии воды [12]. Вторым примером атмосферного криоприемника является модернизация приемного модуля атмосферного комплекса для исследовательской станции Соданкюля Финского техноло-

гического университета [29]. В этой работе создан охлаждаемый до 20 К ДБШ - приемник. Вместе с тем, очевидно, что перспективы применения в аэрономии сверхпроводниковых приемников коротковолновой части ММ и особенно СубММ диапазонов длин волн, которые представлены в следующей главе, далеко не исчерпаны. Особые перспективы открываются для применения столь высокочувствительных приборов в исследовании озона, других малых газовых компонентов атмосферы, особенно техногенных [13, 24].

Глава 5 представляет оригинальные разработки автора и его группы, посвященные созданию лабораторных исследовательских стендов, методик измерений и эталонов, предназначенных для развития перспективных крио-статируемых приемных систем ММ и СубММ волн, пока еще не нашедшие практического применения. Среди них:

• элементы комплексов с интегральными сверхпроводниковыми приемниками для атмосферных исследований в диапазоне частот ~600 ГГц, создаваемые совместно с ИРЭ РАН и ИФМ РАН [24];

• приборы сверхглубокого охлаждения (0,3 К) на основе болометров на горячих электронах для радиоастрономических исследований в СубММ — диапазоне длин волн, разрабатываемые совместно с ОИЯИ, МГПУ, ИРЭ РАН и CAO РАН в рамках серии академических и международных проектов [22,24];

• системы локального охлаждения приемных наноструктур ММ и СубММ волн, и подходы к их созданию, которые планируется реализовать совместно с НТК «Криогенная техника» [24].

Данные разработки, в отличие от изложенных в предыдущей главе, находятся главным образом в стадии теоретических исследований и лабораторных экспериментов, опубликованных в серии статей и докладов.

Кроме того, в этой главе рассмотрены возможности применения приборов на основе высокотемпературной сверхпроводимости (ВТСП) для создания криостатируемых приемных устройств и представлен собственный опыт исследования ВТСП — материалов в коротковолновой части ММ диапазона [7, 24]. Приведены результаты исследования поверхностного сопротивления ВТСП материалов на ММ волнах резонансным методом. Также описаны разработки макетов установок и методик для исследований ВТСП, созданных автором. Обоснованы выводы, ограничивающие область применения ВТСП устройств в высокочувствительной приемной технике ММ волн, в первую очередь - о предпочтительности классических сверхпроводников в технике детектирования и преобразования.

В 5 главе содержится анализ перспективных направлений применения криостатируемых приемных устройств, лежащие за пределами традиционных сфер радиоастрономии и атмосферной спектроскопии: связь и телекоммуникации, применения высокочувствительных радиометров для задач

радиовидения [13, 24] в сфере медико-биологических исследований [1, 24] и исследований окружающей среды, военных и антитеррористических приложений и т.д. [23]. Очевидно, что развитие этих приложений потребует промышленного освоения аппаратуры криоприемников: охлаждаемых ДБШ и СИС, интегральных схем смесителей и усилителей входных и промежуточных частот и т.п. Результаты исследований пробных промышленных образцов приборов такого рода, созданных в ведущих промышленных центрах России ФГУП НИИПП (г. Томск), ФГУП «Исток» (г. Фрязино), НИИ «Салют» (г. Н. Новгород) в составе криостатируемых лабораторных стендов ИПФ приведены в разделах 5.1 и 5.5 [8, 17, 23]. Измеренные шумы промышленных образцов пока в разы хуже штучных лабораторных макетов, представленных в 3 и 4 главах, но безусловны будущие перспективы в силу их пригодности к серийному тиражированию и повторяемости результатов.

В главе представлены результаты разработки оригинальных и доработки стандартных методик и специализированного оснащения, предназначенных для измерения характеристик создаваемых высокочувствительных криостатируемых приемников и их элементов [2, 4, 20, 24]. Представлено разработанное при участии автора семейство низкотемпературных эталонов и проанализированы основные источники погрешностей измерений шумовых температур в ММ и СубММ диапазонах длин волн. Созданные эталоны и методики позволяют оценивать шумовые температуры приемников с погрешностью не хуже 20%.

В Приложение вынесено детальное описание сверхпроводникового двухчастотного двухполяризационного приемного комплекса для радиоастрономических исследований в коротковолновой части ММ- диапазона длин волн на телескопе обсерватории Метсахови Хельсинкского университета технологии [21].

В Заключении сформулированы основные результаты, полученные в работе. В конце диссертации приведен список цитированной литературы из 209 наименований и перечень 76 публикаций автора по теме диссертации.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ И ВЫВОДЫ

В диссертационной работе рассмотрены актуальные проблемы, связанные с исследованиями и разработкой криостатируемых приемников для спектральных астрономических и атмосферных исследований в миллиметровом и субмиллиметровом диапазонах длин волн. Работа привела к достижению следующих результатов:

1. Выполнен анализ факторов, определяющих чувствительность криостатируемых приемников излучения диапазона частот 0,1-1 ТГц, предназначенных для широкого круга астрономических, атмосферных и лаборатор-

ных задач, установлены зависимости и рассчитаны значения флуктуацион-ного порога чувствительности охлажденного до криогенных температур радиометра в присутствии атмосферного фона, потерь подводящего фидера и для различных типов входных преобразователей.

2. Разработаны и реализованы принципы оптимального построения высокочувствительных криостатируемых приемников в диапазоне длин волн 0,1-1 ТГц, как единых радио- и теплофизических комплексов. Оптимизация выбора структуры схемы приемника осуществляется перебором известных вариантов построения приемника, на основе расчета их общей шумовой температуры, являющейся итогом дискретных вкладов неохлажденных элементов, и интегральных, вычисляемых на основе решения уравнений теплопроводности в совокупности с решением уравнений переноса, для неравномерно охлажденных устройств.

3. Разработаны методики расчета и теоретического анализа радио- и теплофизических характеристик узлов и элементов криостатируемых приемников, находящихся в условиях неоднородного распределения температуры, в частности, волноводных и квазиоптических активных (смесители) и пассивных (герметичные окна, фильтры, линии передачи и переходы) устройств. На основе разработанной методики рассчитаны точные значения профиля распределения температур неоднородно охлажденных устройств и вычислены точные значения их вкладов в шумовую температуру приемника, имеющие величину ~20% меньшую, чем без учета разработанной методики.

4. Создана, экспериментально исследована и внедрена в практику серия криостатируемых полупроводниковых и сверхпроводниковых приемных комплексов, их криосистем и криостатируемых элементов, предназначенных для астрономических и атмосферных исследований. В частности: серия версий астрономических приемников с ДБШ- и СИС-смесителями для радиотелескопов РТ-22 КрАО, радиотелескопа РТ25 х 2 в Зименках, радиотелескопа обсерватории Метсахови ХУТ, атмосферных комплексов ННГУ им. Н. И. Лобачевского и ИПФ РАН, а также атмосферной исследовательской станции Соданкюля Финского метеорологического центра; серия систем криостатирования матриц ПЗС для телескопа БТА CAO РАН. Шумовые температуры ДБШ-приемников, охлажденных до 20 К в 4...2 мм диапазонах длин волн составляют около 200 К, СИС-приемников, охлажденных до 4 К-менее 100 К.

5. Разработан ряд новых методик и адаптированы стандартные методики исследования тепло- и радиофизических характеристик приемников ММ и СубММ диапазонов волн, включая создание криогенных эталонов, на основе которых выполнены измерения и расчеты параметров созданных крио-электронных элементов и систем. В частности предложены методики, в т.ч. защищенная авторским свидетельством, определения физической и шумо-

вой температуры активных (волноводные преобразователи и диоды с барьером Шоттки) и пассивных (герметичные окна и линии передачи), позволяющие не менее чем на 20...30% повысить точность измерений.

6. Доказана возможность и целесообразность построения систем локального охлаждения приемных микро- и наноструктур с хладопроизводитель-ностью микроваттного уровня на гелиевом уровне температуры. Сформулированы возможные подходы к их созданию, состоящие в реализации как газовых циклов на основе термоакустических эффектов, так и на основе различного рода термоэлектрических и термомагнитных эффектов в твердом теле, которые можно достичь в интегрируемых криогенных- электронных устройствах, изготавливаемых в едином технологическом цикле с охлаждаемым элементом приемника.

7. Создан ряд лабораторных установок и их криостатируемых элементов для исследования перспективных криоэлектронных приемников в частотных диапазонах от 75 ГГц вплоть до ИК и оптики, работающие в диапазоне температур от 150 до 0,3 К. На них выполнена серия лабораторных и натурных экспериментов, давших значительный объем информации для дальнейших исследований и разработок в данном направлении, в том числе -для промышленного освоения выбранного диапазона.

8. Выполнена серия астрономических и атмосферных исследований, внесших существенный вклад в развитие межзвездной радиоастрономии и атмосферной спектроскопии, в частности: выполнен обширный обзор молекулярных облаков в диапазоне частот 85—115 ГГц в линиях вращательных переходов молекул HCN, SiO, I3CO, ClsO и др., ставший существенным астрономическим результатом, как в части пополнения каталогов источниками, ранее недоступными для наблюдений в силу недостаточной чувствительности приемников, так и с точки зрения экспериментальной основы для построения теоретических моделей звездообразования на ранних его стадиях. В атмосферных исследованиях применение криостатируемой приемной аппаратуры дало возможность получить более качественные спектры линий и обнаружить теллурическую линию Н20 J = 3-4 в диапазоне длин волн 3 мм.

СПИСОК ОСНОВНЫХ ПУБЛИКАЦИЙ АВТОРА

ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Вдовин В. Ф., Кисляков А. Г., Лебедь В. И. и др. Малошумящий охлаждаемый радиометр мм-диапазона длин волн // 1-я Всесоюзн. школа-симпозиум по распространению мм- и субмм-волн в атмосфере: Сб. тр. / Под ред. М. А. Колоскова и А. В. Соколова. М.: ИРЭ АН СССР, 1983. С. 244-247.

2. Вдовин В. Ф. Способ определения температуры диода с барьером Шоттки в охлаждаемом смесителе//А. с. 1382132 СССР. Заявка 11.05.86. № 4081642;

3. Зинченко И.И., Буров А.Б., Вдовин В.Ф. и др. Спектральные радиоастрономические наблюдения в интервале длин волн 2-4 мм. // Письма в Астрономический журнал. 1987. Т. 13. № 7. С. 582.

4. Вдовин В. Ф„ Дрягин Ю. А., Лапкин И. В. Измерение шумовой температуры малошумящих широкополосных усилителей СВЧ-диапазона // 7-я Всесоюзн. науч.-техн. конф. «Метрология в радиоэлектронике»: Тезисы докл. / НПО ВНИИФТРИ. М, 1988. С. 146- 147.

5. Zinchenko /./., Andrijanov A.F., Burov А.В., Vdovin V.F. et al. Apparatus for spectral radio astronomical observations at millimeter wavelengths. // Conf. Dig. of International Conference on Millimeter Wave and Far-Infrared Technology (1CMWFT89) / Dragon Spring Hotel, Beijing, China,- June 19- 23, 1989.

6. Vdovin V., Zinchenko I.I. Cryogenically Cooled Radiometers for Short Millimeter Waves: Design, Measurements and Applications. // Proc. of Fourth Soviet-Finnish Symp. on Radio Astronomy.- Ashtarack, Armenia. 1991. P. 28-36.

7. Вдовин В. Ф„ Зинченко И. И., Лапкин И. В. и др. Автоматизированная экспериментальная установка для измерений поверхностного сопротивления пленок ВТСП на волнах 1 - 3 мм // Вопросы радиоэлектроники. Тепловые режимы, термо-статирование и охлаждение радиоэлектронной аппаратуры (ТРЭО). 1991. Вып 2. С. 49.

8. Божков В. Г., Вдовин В. Ф., Воронов В. Н. и др. Исследование балансного монолитного смесителя коротковолновой части миллиметрового диапазона // Радиотехника и электроника. 1992. Вып. 4. С. 736.

9. O.Koistinen, Н. Valmu, A.Raisanen, V. Vdovin, et al. A 110 GHz Ozone Radiometer with a Cryogenically Cooled Planar Schottky Mixer.. // IEEE trans, on MTT. Dec. 1993. Vol. 41. No 12. P. 2232.

10. Yu.A.Dryagin, K.Kuittinen, I.V.Lapkin, E.Oinaskallio, J.Peltonen, V.F. Vdovin, 1.1.Zinchenko. Low- Noise Planar Shottky Diode Mixer for the 3-mm Radio Astronomical Receiver.- // Experimental Astronomy. 1995. V. 5. P. 279.

11. Зинченко И.И., Барышев A.M., Вдовин В.Ф. и др Спектральные радиоастрономические наблюдения на РТ-22 КрАО с СИС-приемником диапазона длин волн 3 мм. // Письма в Астрон. ж. 1997. Т. 23. Стр. 145.

12. Кисляков A.F., Вдовин В.Ф., Лапкин И.В., и др. Обнаружение теллурической линии Н20 J=3-4 в диапазоне длин волн 3 мм. // Известия вузов "Радиофизика". 1997. Т.40. №12.

13. Вдовин В.Ф., Зинченко И.И.. Малошумящие приемники миллиметровых и субмиллиметровых волн. // Известия вузов - "Радиофизика". 1998. Т. 41. С. 1424.

14. Баранов Е.Д., Вдовин В.Ф., Замятин И.В., и др. Охлаждение сверхпроводникового приемника 3-х мм диапазона длин волн для радиотелескопа РТ-22. // Криогенное и холодильное оборудование и технологии, сб. научных трудов, вып. 2, часть 2. Изд. ОАО "Сибкриотехника", Омск. 1999. С. 167.

15. Есепкина Н.А., Зинченко И.И., Саенко И.И., Антюфеев А.В., Вдовин В.Ф., Елисеев А.И., и др. Спектральные наблюдения в 3-мм диапазоне длин волн на радиотелескопе РТ-22 КРАО с использованием акустооптического анализатора спектра. // Известия вузов - "Радиофизика". 2000. Т. 43. № 11. С. 935

16. Борисенко А.Н., Вдовин В.Ф., Елисеев A.M., и др.. Криостатирование больших ПЗС матриц. // Петербургский журнал электроники. 2001. 3 (28). С. 39.

17. Авдонин Д.В., Вдовин В.Ф., Коротаев Д.В., Федосеев Л.И. Разработка и испытание СВЧ- тракта и блока промежуточной частоты криоэлектронного приемника 1.5 мм диапазона длин волн. // Седьмая нижегородская сессия молодых ученых (Техническое направление): Тезисы докладов. Н. Новгород: Нижегородский гуманитарный центр. 2002. С. 80.

18. Барышев А.М., Вдовин В.Ф., Замятин И.В. и др. Развитие методов приема миллиметровых и субмиллиметровых волн. В сб. отчетов по научным проектам МНТП "Физика микроволн" в 2 т., отчет по проекту З.б. за 1995 г./ Н. Новгород: изд. ИПФ РАН, 1996, т. 2. С. 203.

19. Шитое С. В., Вдовин В. Ф. и др. Испытания радиометра 3-миллиметрового диапазона волн с СИС-смесителем на радиотелескопе РТ-25*2 // Препринт ИПФ АН СССР № 309. Н. Новгород. 1992. 18 с.

20. Маслов И.В., Артамонов A.A., Вдовин В.Ф. и др. Охлаждаемый телескоп для широкоугольных астрономических наблюдений //Тезисы докладов 8 съезда астрономического общества и международного симпозиума Астрономия -2005 состояние и перспективы развития./ Труды Государственного Астрономического Института им. П. К. Штеренберга. 2005. Т. 78. С. 73.

21. Вдовин В.Ф., Елисеев А.И., Зинченко И.И. и др. Двухчастотный двухполяри-зационный сверхпроводниковый приемник для радиоастрономических исследований в миллиметровом диапазоне волн.// Радиотехника и электроника. 2005. Т. 50. № 9. С. 1207.

22. В.Н.Трофимов, А.Н.Черников, В.Ф.Вдовин и др. Н Оптический криостат с сорбционным рефрижератором Не3// Препринт ОИЯИ Р8-2005-41, Дубна, 2005, 12 с.

23. В.Ф.Вдовин, Д.В.Коротаев, В.И.Криоворучко и др. Исследование влияния охлаждения на параметры миллиметровых усилителей высокой частоты, смесителей и смесительно-усилительных модулей промышленного изготовления // Известия ВУЗов- «Радиофизика», т.48, 2005, № 10-11. С. 863.

24. В.Ф.Вдовин. Вопросы криостатирования сверхпроводниковых и полупроводниковых приемников излучения в диапазоне 0,1-1 ТГц // Известия ВУЗов «Радиофизика», т. 48, 2005, № 10-11. С. 876.

Вячеслав Федорович Вдовин

КРИОСТАТИРУЕМЫЕ ПРИЕМНИКИ ДЛЯ СПЕКТРАЛЬНЫХ АСТРОНОМИЧЕСКИХ И АТМОСФЕРНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ В МИЛЛИМЕТРОВОМ И СУБМИЛЛИМЕТРОВОМ ДИАПАЗОНАХ ДЛИН ВОЛН

Автореферат

Подписано в печать 6.04.06. Формат 60 х 90 '/1«. Бумага офсетная № 1. Усл. печ. л. 2. Тираж 1С0 экз. Заказ № 34(2006)

Отпечатано в типографии Института прикладной физики РАН, 603950 Н. Новгород, ул. Ульянова, 46

Криостатирование приемников электромагнитного излучения миллиметровых и субмиллиметровых волн

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1.

Обзор. Исследования и создание криоэлектронных приемников излучения ММ и СубММ волн. 1.1. Разработка супергетеродинных охлаждаемых приемников 2 излучения ММ и СубММ диапазонов длин волн со смесителями на входе и достижение предельно высокой чувствительности. 1.2 Охлаждаемые приемники со смесителями на диодах с барьером ^ Шоттки.

1.3. Сверхпроводниковые приемники. ^

1.4 Перспективные направления развития криоприемников ММ и ^ СубММ волн.

1.5. Системы криостатирования приемников ^

1.6. Проблемы ввода-вывода сигналов криоприемников. у

1.7. Проблемы погрешностей измерений и эталонов криоприемников. о

ГЛАВА 2.

Анализ факторов, определяющих чувствительность приемников излучения.

2.1. Частотные и временные ограничения повышения 94 чувствительности радиометров и спектрометров ММ и СубММ волн. Шумовая температура приемного устройства.

2.2. Предельное значение чувствительности приемных устройств с ^ линейным усилителем и преобразователем на входе. Пределы допустимости приближений.

2.3. Сопоставление чувствительности преобразователей с дд резистивным и реактивным смесителями.

2.4. Исследование влияния фона на чувствительность приемного ^^ устройства.

2.5. Исследование температурных зависимостей шумовых jQy характеристик приемных устройств.

2.6. Оптимизация структурной схемы криорадиометра. j jq

ГЛАВА 3.

Исследование и разработка узлов и элементов криостатируемых приемников излучения.

3.1. Исследование и разработка активных устройств криоприемников

ДБШ-смесители в криоприемниках. Экспериментальное и теоретическое исследование их характеристик при криогенных температурах.

СИС -смесители и периферийные устройства для их применения в составе криоэлектронных приемников. Экспериментальное исследование характеристик СИС-смесителей в вакуумных криосистемах, охлаждаемых криорефрижераторами замкнутого цикла. Элементы макетов лабораторных стендов для исследования болометров на горячих электронах.

3.2. Исследование и разработка пассивных элементов охлаждаемых ^з приемников.

3.2.1 Методика и опыт создания и исследования криостатов и ^ пакетирование входных устройств охлаждаемых приемников. Разработка элементов конструкции систем криостатирования.

Проблемы стабильности температуры криостатируемых приемников.

Виброакустические характеристики рефрижераторных криоэлектронных приемников и меры по снижению их влияния на приемник.

3.2.2. Разработка и исследование герметичных окон криоприемников

3.2.3. Анализ терморазвязывающих линий передачи

ГЛАВА 4.

Создание и изучение характеристик спектральных и 181 радиометрических криоэлектронных комплексов для астрономических и атмосферных исследований.

4.1. Разработка и исследование приемников для jgj радиоастрономических наблюдений.

4.2. Создание элементов и модернизация комплексов для атмосферных ^ исследований в коротковолновой части ММ диапазона волн.

4.4. Криостатирование матриц ПЗС большого размера.

ГЛАВА

Лабораторные измерительные стенды и вопросы метрологии для 212 исследования криоприемников ММ и СубММ волн.

5.1. Исследование и разработка компонент интегральных 212 криостатируемых приемников ММ и СубММ волн.

5.2. Создание приборов глубоко охлаждения (0.3 К)

5.3. Анализ возможностей создания систем локального охлаждения.

5.4 Изучение возможностей применения ВТСП приборов для 226 высокочувствительных приемников излучения и создание высокотемпературных систем криостатирования

5.5. Анализ и элементы разработки перспективных направлений 233 применения криостатируемых приемных устройств.

5.6. Проблемы создания методик и измерительных систем для 235 исследований характеристик криоэлектронных приемников и их элементов.

5.7. Определение физической и шумовой температуры элементов 237 приемников по их собственным характеристикам

5.8. Создание и исследование характеристик низкотемпературных 243 эталонов шумового сигнала.

5.9. Измерение предельно низких шумов приборов СМ, ММ и СубММ 252 диапазонов длин волн и анализ погрешностей эталонов излучения, проблема согласованных нагрузок, шумов изоляторов.

Актуальность.

Криостатирование или низкотемпературное (криогенное) охлаждение вплоть до температур ниже жидкого гелия (4К) входных элементов приемных систем, наряду с использованием в них сверхпроводниковых элементов, также требующих криогенного охлаждения, существенно повышает чувствительность приемников миллиметрового (ММ) и субмиллиметрового (СубММ) диапазонов длин волн, используемых для широкого круга задач и, в первую очередь, радиоастрономии и атмосферной спектроскопии.

В исследованиях и разработках последних трех десятилетий убедительно показана перспективность использования криостатируемых приемников указанных диапазонов не только в радиастрономических и атмосферных исследованиях, но и других целей и применений, в частности, в телекоммуникационных системах, устройствах радиовидения и т.д.

Криостатируемые приемники довольно давно вошли в практику и освоены в промышленным производстве как в радиодиапазоне, так и в оптике.

Необходимо констатировать провал в освоении промежуточного диапазона, включающего короткие ММ и СубММ в широком понимании волны (в т.ч. терагерцовые (ТГц) волны и дальнее инфракрасное (ИК) излучение). Нет адекватного освоения и криостатируемыми приемниками ММ и СубММ диапазонов. Использование криостатируемой аппаратуры ММ и СубММ диапазонов длин волн в физических исследованиях, а также промышленных и военных применениях сдерживается трудностями подходов к ее конструированию и согласованию ее элементов, дефицитом элементной базы, работоспособной до криогенных температур. Дефицит связан с тем, что здесь пока не отработаны методики создания и исследования криоэлектронных приемников как единых радио- и теплофизического 9 комплексов. Отсутствует теоретическое обоснование выбора структуры оптимального приемника и его элементов. Не устоялись методики расчета и измерения шумовых, радио- и теплофизических характеристик приборов и устройств, работающих в чрезвычайно широком температурном диапазоне от комнатной температуры до температуры жидкого гелия и ниже. Недостаточно изучены свойства материалов, особенно новых, включая высокотемпературные сверхпроводники, в диапазоне криотемператур и условиях глубокого вакуума, применяемых в низкотемпературных приемниках.

В настоящее время различными группами разработчиков начинают формироваться элементы систематизированного подхода к решению проблем, связанных с созданием криоэлектронных приемных комплексов в диапазоне длин волн 0.1-1 ТГц: адекватным выбором элементов приемников, систем криостатирования и используемых материалов, решением вопросов метрологии. Это свидетельствует об актуальности формирования подхода к анализу и разработке высокочувствительной криостатируемой приемной аппаратуры диапазона 0.1-1 ТГц как единого радио- и теплофизического комплекса и выбранной соискателем темы исследования.

Работы по развитию методик и аппаратуры криоэлектронных приемных комплексов выполнялись автором в рамках планов НИР Института прикладной физики, лежащих в перечне приоритетных научных направлений исследований, утвержденных Российской академией наук и профильным министерством (ныне Минобрнауки), а также в рамках серии международных проектов (ИНТАС, МНТЦ, «НАТО во имя мира» и др.) и контрактов, что также подтверждает актуальность избранной темы.

Цель исследования

Изучение радио- и теплофизических процессов и характеристик систем и элементов высокочувствительной охлаждаемой до криогенных температур

10 приемной в основном супергетеродинной аппаратуры коротковолновой части миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов длин волн. Разработка и реализация комплексной методики ее моделирования, создания и тестирования.

Задачи исследования.

1. Оценить принципиальные ограничения чувствительности и определить оптимальную, с точки зрения повышения последней, структуру криостатируемого приемника в коротковолновой части ММ и СубММ диапазонах длин волн. Такого рода приемники и являются основным содержанием объекта представленного исследования.

2. Провести теоретический и экспериментальный анализ радио- и теплофизических характеристик криоэлектронных приемных систем и их элементов в диапазоне криотемператур, как главного предмета исследования.

3. Разработать и внедрить технические решения криостатируемых приемников диапазона 0,1-1 ТГц, их элементов и устройств для исследования их характеристик.

4. Провести исследования шумовых и теплофизических характеристик разработанной криоэлектронной аппаратуры в лабораторных и натурных экспериментах с использованием заимствованной и самостоятельно разработанной метрологической базы: методик, измерительных установок, эталонов - дополнительных элементов предмета настоящего исследования.

5. Создать серию лабораторных стендов и практически работающих приемных комплексов, предназначенных для астрономических и атмосферных исследований в коротковолновой части ММ-диапазона. Выполнить натурные исследования объектов с помощью созданной аппаратуры.

6. Оценить перспективы развития криостатируемых приборов для приемников излучения и систем их криогенного охлаждения.

Научная новизна результатов исследования

Научная новизна исследований заключается в том, что впервые комплексно представлены радио - и тепло - физические основы разработки и тестирования криоэлектронных приемных устройств диапазона частот 0,1-1 ТГц как интегрированных комплектов радиоэлектронной аппаратуры и систем их криостатирования.

Впервые детально исследовано влияние фундаментальных и технических ограничений на чувствительность радиометров для набора типичных в коротковолновой части ММ и СубММ диапазонах длин волн внешних условий и параметров приемников.

Теоретически и экспериментально изучены шумовые характеристики малошумящих охлаждаемых приемников коротковолновой части ММ и СубММ диапазонов длин волн и их компонентов в диапазоне температур 4 -300 К. Аналитически и численно исследованы:

• предельно достижимый флуктуационный порог чувствительности идеального радиометра и степень влияния на него квантовой эффективности преобразования преобразователя, потерь подводящего тракта и соотношения принимаемого сигнала к уровню фоновых излучений;

• эквивалентная шумовая температура входа нерегулярной волноводной диссипативной линии с заданным законом изменения сечения, находящейся под воздействием перепада температур;

• термометрические характеристики полупроводниковых и сверхпроводниковых приборов, применяемых для контроля или самоконтроля уровня их физической температуры;

• параметры, определяющие в коротковолновой части ММ-диапазона погрешность чернотельных эталонов, используемых для аттестации шумовых характеристик криоэлектронных приемников и их элементов;

• параметры систем охлаждения и теплофизические характеристики самих охлаждаемых устройств, необходимых для оптимизации конструкции приемных комплексов в ММ, СубММ, ИК и оптическом диапазонах;

• возможности создания и ожидаемые параметры нанокриосистем для локального охлаждения элементов наноструктур приемных устройств ММ и СубММ волн с хладопроизводительностью на порядки меньшей, чем требуется для тотального охлаждения массивных входных модулей криоприемников.

На основе синтеза цепочечной формулы Фрииса и уравнения переноса разработана методика определения баланса шумов композиции каскадно соединенных температурно-зависимых распределенных и дискретных элементов, представляющих собой модели типичных элементов ММ и СубММ приемников;

Впервые созданная в отечественной практике высокочувствительная охлаждаемая приемная аппаратура коротковолновой части ММ-диапазона длин волн позволила провести обширный обзор радиоастрономических объектов в континууме и в спектральных линиях различных молекул (НСО+, CN, HCN, СО и т.п.) в ходе наблюдений на радиотелескопе РТ-22 Крымской астрофизической обсерватории.

Впервые созданный двухканальный двухполяризационный СИС-приемник для радиоастрономических наблюдений на радиотелескопе обсерватории Метсахови позволил провести серию наблюдений и снять пробные карты активных зон солнечной активности одновременно в двух ортогональных поляризациях и в двух частотных диапазонах. Подобные наблюдения в 2-миллиметровом диапазоне проведены впервые в практике обсерватории. Начата эксплуатация комплекса как спектрального приемника в режиме интерферометра со сверхдлинной базой.

Практическая значимость

Практическая значимость работы состоит в том, что создана серия внедренных в обсерваториях высокочувствительных приемников коротковолновой части ММ -диапазона с охлаждаемыми до криогенных температур входными элементами для радиоастрономических и атмосферных исследований, а также отдельные элементы криостатируемых приемников и системы криостатирования. В радиоастрономии примерно трехкратное снижение шумовой температуры охлаждаемых приемников, по сравнению с неохлажденными аналогами позволило почти на порядок сократить время наблюдений, сделать возможным наблюдение более слабых объектов и линий, провести картирование протяженных объектов, выявить тонкую структуру ряда спектральных линий межзвездных молекул.

Разработанные методики и устройства для измерения шумовых параметров криоэлектронных приемников и их элементов позволили существенно уменьшить погрешность стандартных методов измерения этих параметров, с высокой достоверностью оценить характеристики разработанной аппаратуры.

Изобретение автора "Способ определения температуры ДБШ" А.С. 1382132 позволяет существенно повысить точность определения физической температуры диодов, что необходимо для анализа шумов системы в целом; кроме того, указанный способ позволяет проводить экспресс-отбраковку диодных структур, непригодных к работе в условиях криогенных температур.

Опыт, методики, технологии разработки и отдельные компоненты криостатируемых устройств и систем криостатирования, представленные в рамках данного исследования, были многократно успешно применены при создании серии новых и модернизации ряда ранее разработанных приемных комплексов, используемых для атмосферных и астрономических исследований в диапазоне от коротких ММ-волн до оптики в ряде признанных мировых и отечественных обсерваторий.

14

Проведенные исследования промышленных образцов устройств и элементов криоприемников коротковолновой части ММ-диапазона длин волн: ДБШ, гибридно-интегральных смесителей и усилителей, предназначенных для использования при криогенных температурах, дали существенный импульс продвижению разработок криоприемников в широкий круг возможных применений от телекоммуникаций до систем радиовидения и комплексов, предназначенных для исследовательских, промышленных, военных и антитеррористических применений.

Перечисленные выше примеры практического внедрения результатов работы подтверждают её практическую значимость, вместе с тем, работа имеет и существенное теоретическое значение. В диссертации содержатся конкретные рекомендации по использованию изложенных теоретических научных выводов. Они могут быть использованы при создании криоэлектронных приемных комплексов и их компонент, при исследованиях разработанной аппаратуры и изучении природных и искусственных объектов при помощи этой аппаратуры. Результаты могут быть рекомендованы к применению в НИРФИ, ИФМ РАН, ННГУ, ИРЭ РАН, ФИ РАН им. П. Н. Лебедева, ИОФ РАН им. А. М. Прохорова, МГПУ, САО РАН, ОИЯИ, ФГУП «Исток», ФГУП НИИПП и др.

Апробация

Основные результаты работы доложены на научных семинарах ИПФ (1979 -2005 гг.), ИРЭ РАН (2001 г.), Горьковского политехнического института (Нижегородского технического университета) (1983, 1993 и 2002 гг.), на семинарах в Хельсинском университете технологии (Отаниеми) в 1993-2004 г.г., на областных конференциях НТО им. А.С. Попова (1985, 1993 гг.), на I, IV и V Всесоюзных школах - семинарах по распространению ММ и СММ волн в атмосфере (Москва, 1983; Н.Новгород, 1991; Харьков, 1992); на 17-й, 18-й Всесоюзных конференциях по радиоастрономической аппаратуре (Ереван, 1985 и 1989 гг.), на 7-й Всесоюзной конференции

15

Метрология в электронике» (Москва, 1988), на заседаниях совета по радиоастрономии Академии наук (1983, 1985, 1988), на межотраслевых научно-технических совещаниях в МВТУ им. Н.Э. Баумана (Москва, 1985, 1987), на 14-м межотраслевом совещании по технике СВЧ (Н. Новгород, 2005), на Международной конференции по аппаратуре ММ и ИК волн в Пекине 1989 г., на четвертом - восьмом Советско (Российско) - Финских симпозиумах по радиоастрономии в Ереване, Хельсинки и Санкт Петербурге (1990- 1999 гг.), на межведомственной научно — технической конференции в Харькове (1992), на IEEE - МТТ - симпозиумах в Атланте (1993 г.) и Каннах (1994 г.), на XXVII радиоастрономической конференции «Проблемы современной радиоастрономии», Санкт-Петербург, 1997; на XII научно -технической конференции «Пути развития телевизионных фотоэлектронных приборов и устройств на их основе» 20 - 22 июня 2001 г. (Санкт-Петербург); на I - XI Нижегородских научных сессиях молодых ученых (1997 - 2005 гг.), на третьей - пятой научных конференциях по радиофизике ННГУ (Н. Новгород, 1999 - 2003 гг.), на промежуточных и итоговой конференциях по научным проектам МНТП "Физика микроволн" и всероссийском семинаре по радиофизике ММ и СубММ диапазонов, Н. Новгород, 1995 - 2005 гг.; на VII, IX и X Всероссийских школах - семинарах МГУ "Физика и применение микроволн", Красновидово, Московская обл., (1999, 2003, 2005 г.г.); на 11-й Международной школе по радиофизике и электронике СВЧ. (Саратов, 1999 г.); на серии международных семинаров ИНТАС, МНТЦ и «НАТО во имя мира» в 1998 - 2005 гг. по проблемам создания интегрального СИС -приемника, Организации космических исследований Нидерландов, (Гронинген), в 1999 г.; на семинарах обсерватории Метсахови ХУТ (1992 -2005 гг.), на годичных сессиях нижегородской секции международного института инженеров по электронике IEEE (объединенная секция МТТ & ED) в 1999, 2001 и 2004 гг.; на 8-м съезде Российского астрономического общества и международном симпозиуме «Астрономия - 2005: состояние и перспективы развития», на Первом рабочем совещании «Генерация и применение терагерцового излучения», г. Новосибирск, 2005 г. и т.д.

Публикации.

По теме диссертации автором сделано 76 публикаций. Получено 1 авторское свидетельство на изобретение, опубликованное в Бюллетене Изобретений. Среди публикаций:

17 статей в журналах, в т.ч.:

2 в зарубежных (IEEE trans, on МТТ и Experimental Astronomyj,

13- в отечественных журналах, рекомендованных ВАК для публикации основных результатов: Известия ВУЗов Радиофизика- 5 статей, Письма в астрономический журнал и Радиотехника и электроника -по 3, Известия РАН сер. Физическая и Вопросы радиоэлектроники - по 1.

2- в отечественных журналах, не вошедших в список ВАК: Астрономический циркуляр, Петербургский журнал электроники;

9 статей в сборниках (отчетах, книгах);

13 статей в сборниках трудов конференций;

32 тезисов докладов на конференциях, в т.ч. 11 международных;

4 препринта ИПФ;

1 препринт ОИЯИ;

1 методическое пособие ННГУ;

1 авторское свидетельство; кандидатская диссертация (рукоп.)

Из 76 публикаций 49 опубликованы после защиты кандидатской диссертации (1993г. и позже).

Соавторство: статья в Радиофизике (2005 г.), одни из тезисов и изобретение опубликованы без соавторов, все остальные работы из списка публикаций выполнены в соавторстве с сотрудниками, аспирантами и студентами ИПФ РАН и другими сотрудниками отечественных и зарубежных исследовательских центров и институтов. 8 публикаций выполнены с одним соавтором (трижды- с И.И.Зинченко, дважды с А.И.Лютиком, по одному разу с И.В.Лапкиным, Д.В.Коротаевым и А.Д.Лапидусом).

В остальных работах два и более соавторов. При этом вклады соавторов в опубликованных работах можно считать равноправными. Значительное число соавторов обусловлено комплексностью выполнявшихся работ с большим числом участников разработки и выполнения экспериментов со сложными аппаратурными комплексами. В большей части опубликованных работ вклад автора диссертации состоял в постановке задачи, планировании эксперимента, анализе и интерпретации полученных данных, подготовке основы текста публикаций. Касательно журнальных публикаций это в полной мере относится к [А1, A3, А4, А8, А12, А13, А14, А18, А19, А21 А27-31, А37, А38, А40-42, А45, А48, А53, А56, А60, А61, А65, А67-71, А75, А76]. В публикациях, посвященных сложным комплексам [А2, А5-7, А9-11, А15-17, А20, А22-26, А32, АЗЗ, А35, А36, А39, А43, А44, А46, А47, А49-52, А54, А55, А57, А58, А62, А73, А74], это утверждение касается результатов, относящихся к разработке, моделированию и тестированию криостатируемых приемников. Вклад соавторов в эти работы равноценен. Значительное число соавторов обусловлено комплексностью выполнявшихся работ с большим числом участников разработки и выполнения экспериментов со сложными аппаратурными комплексами. Вклад автора диссертации, в статьях [34, 59, 62, 66, 68] состоит в техническом и организационном обеспечении экспериментальной базы представленных исследований и обсуждении результатов. Роль научного консультанта (проф. А.Г.Кислякова), состояла в постановке задач и взыскательной критике подготовленных текстов, особенно на начальном этапе работ [А1-3]. Сотрудничество с А.Г.Кисляковым продолжилось и после защиты кандидатской диссертации серией совместных докладов и статей [A34, А46,

18

А47, А52, А54], вклады соавторов в которых равноценны. Статья [А73], доклад [А63] и изобретение [А8] опубликованы соискателем без соавторов. Все остальные работы из списка публикаций выполнены в соавторстве с сотрудниками, аспирантами и студентами Института прикладной физики и другими сотрудниками отечественных и зарубежных исследовательских центров и институтов. 8 публикаций выполнены с одним соавтором (трижды-с И.И.Зинченко, дважды с А.И.Лютиком, по одному разу с И.В.Лапкиным, Д.В.Коротаевым и А.Д.Лапидусом). В остальных работах два и более соавторов. При этом вклады соавторов в опубликованных работах можно считать равноправными.

Структура и объем диссертации

Материалы диссертации изложены на 352страницах текста и состоит из введения, обзора литературы, четырех глав, излагающих собственные результаты автора, заключения, приложения и списка литературы. Диссертация содержит 65 рисунков, и 18 таблиц. Библиография включает 210 названий.

Порядок изложения материала.

Выход 6

Рис. 2.4. Структура приемника с охлажденным диплексером.

На рис. 2.4 изображены входной охлаждаемый диплексер (1), гермоокна (4), смеситель (2), предварительный, охлаждаемый УПЧ с элементами развязки (3), гетеродин (6).

Также довольно широко распространены схемы приемников без отдельных диплексеров, содержащих двухвходовые, как правило, балансные смесительные структуры, представленные на рис. 2.5.

Рис. 2.5. Структура приемника с двухвходовым (балансным) смесителем.

Здесь охлаждаемый смеситель (1), гермоокна (2), терморазвязывающие линии передачи сигнального и гетеродинного тракта (3), предварительный, охлаждаемый УПЧ с элементами развязки (4).

Подставим типичные данные характеристик современных доступных компонент приемников ММ и СубММ диапазонов в (2.25): смесителей, УПЧ и пассивных элементов, необходимых для работы криорадиометра (линии передачи, разветвители, гермоокна и т.д.) и получим значения шумовых температур и баланс вкладов их компонент для вариантов приемника, представленных на рис. (2.3 - 2.5) для различных уровней физической температуры элементов приемника. Расчет шумов приемника с различными входными элементами для большей наглядности проведем при прочих равных условиях: одинаковые УПЧ и потери фидеров.

Целесообразно дополнить три приведенные выше структуры, пригодные для исследования в диапазоне температур двумя анализом еще двух схем. Первая- по структуре близкая к 2.3 или 2.4, но со сверхпроводниковым, например СИС- смесителем на входе. Очевидно, что исследование подобной структуры в диапазоне температур не имеет смысла, поскольку ниже критической температуры сверхпроводника СИС не работает, причем желательный температурный режим лежит в окрестностях 0.5Гдр, резко деградируя при приближении к критической температуре.

Еще одна, представляющая в основном теоретический интерес схема, которая будет проанализирована, изображена на рис.2.6 и представляет собой схему классического супергетеродина с входным УВЧ на входе. В рамках данной работы такие структуры экспериментально изучались мало, в то же время теоретический анализ представляет определенный интерес, поскольку такие структуры реализуемы. В частности, в виде мазеров [103, 104], а в последние годы и в виде полупроводников устройств [127, А74]. сигнал Выход 6

Рис. 2.6. Структура приемника с УВЧ на входе.

Здесь: (5) - входной малошумящий УВЧ, входной охлаждаемый диплексер (1), гермоокна (4), смеситель (2), предварительный, охлаждаемый УПЧ с элементами развязки (3), гетеродин (6).

На представленных таблицах (2.1-2.5) сведен теоретический расчетный баланс шумов перечисленных выше пяти структурных схем приемников. Для единообразия анализ проведен в 3-мм диапазоне длин волн, поскольку в нем представлены разработки всех пяти выбранных типичных структур. В высокочастотной части исследуемого диапазона задача упрощается. Выше практически нет схем с УВЧ на входе. Начиная с 700 ГГц и выше начинают резко ухудшаться параметры СИС и вновь появляются перспективы у ДБШ. Заметно перспективнее в верхней части диапазона квазиоптические структуры по сравнению с волноводами основного сечения.

Для вариантов с ДБШ смесителем (Табл. 2.1-2.3.) приняты значения температур элементов приемника, характерные для установившегося режима криорефрижератора водородного уровня температур, ниже которого ДБШ как правило не охлаждают.

Заключение

В диссертационной работе рассмотрены актуальные проблемы связанные с исследованиями и разработкой криостатируемых приемников для спектральных астрономических и атмосферных исследований в миллиметровом и субмиллиметровом диапазонах длин волн. Работа привела к достижению следующих результатов:

1. Выполнен анализ факторов, определяющих чувствительность криостатируемых приемников излучения диапазона частот 0,1-1 ТГц, предназначенных для широкого круга астрономических, атмосферных и лабораторных задач, установлены зависимости и рассчитаны значения флуктуациоиного порога чувствительности охлажденного до криогенных температур радиометра в присутствии атмосферного фона, потерь подводящего фидера и для различных типов входных преобразователей.

2. Разработаны и реализованы принципы оптимального построения высокочувствительных криостатируемых приемников в диапазоне длин волн 0,1-1 ТГц, как единых радио- и теплофизических комплексов. Оптимизация выбора структуры схемы приемника осуществляется перебором известных вариантов построения приемника, на основе расчета их общей шумовой температуры, являющейся итогом дискретных вкладов неохлажденных элементов, и интегральных, вычисляемых на основе решения уравнений теплопроводности в совокупности с решением уравнений переноса, для неравномерно охлажденных устройств.

3. Разработаны методики расчета и теоретического анализа радио - и тепло- физических характеристик узлов и элементов криостатируемых приемников, находящихся в условиях неоднородного распределения температуры, в частности, волноводных и квазиоптических активных (смесители) и пассивных (герметичные окна, фильтры, линии передачи и переходы) устройств. На основе разработанной методики рассчитаны точные значения профиля распределения температур неоднородно охлажденных устройств и вычислены точные значения их вкладов в шумовую температуру приемника, имеющие величину -20% меньшую, чем без учета разработанной методики.

4. Создана, экспериментально исследована и внедрена в практику серия криостатируемых полупроводниковых и сверхпроводниковых приемных комплексов, их криосистем и криостатируемых элементов, предназначенных для астрономических и атмосферных исследований. В частности: серия версий астрономических приемников с ДБШ - и СИС-смесителями для радиотелескопов РТ-22 КрАО, радиотелескопа РТ25 х 2 в Зименках, радиотелескопа обсерватории Метсахови ХУТ, атмосферных комплексов ННГУ им. Н.И.Лобачевского и ИПФ РАН, а также атмосферной исследовательской станции Соданкюля Финского метеорологического центра; серия систем криостатирования матриц ПЗС для телескопа БТА САО РАН. Шумовые температуры ДБШ -приемников, охлажденных до 20 К в 4.2 мм диапазонах длин волн составляют около 200 К, СИС - приемников, охлажденных до 4 К - менее 100 К.

5. Разработан ряд новых методик и адаптированы стандартные методики исследования тепло- и радиофизических характеристик приемников ММ и СубММ диапазонов волн, включая создание криогенных эталонов, на основе которых выполнены измерения и расчеты параметров созданных криоэлектронных элементов и систем. В частности предложены методики, в том числе защищенная авторским свидетельством, определения физической и шумовой температуры активных (волноводные преобразователи и диоды с барьером Шоттки) и пассивных (герметичные окна и линии передачи), позволяющие не менее чем на 20.30% повысить точность измерений.

6. Доказана возможность и целесообразность построения систем локального охлаждения приемных микро- и наноструктур с хладопроизводительностью микроваттного уровня на гелиевом уровне температуры. Сформулированы возможные подходы к их созданию, состоящие в реализации как газовых циклов на основе термоакустических эффектов, так и на основе различного рода термоэлектрических и термомагнитных эффектов в твердом теле, которые можно достичь в интегрируемых криогенных- электронных устройствах, изготавливаемых в едином технологическом цикле с охлаждаемым элементом приемника.

7. Создан ряд лабораторных установок и их криостатируемых элементов для исследования перспективных криоэлектронных приемников в частотных диапазонах от 75 ГТц вплоть до ИК и оптики, работающие в диапазоне температур от 150 до 0,3 К. На них выполнена серия лабораторных и натурных экспериментов, давших значительный объем информации для дальнейших исследований и разработок в данном направлении, в том числе - для промышленного освоения выбранного диапазона.

8. Выполнена серия астрономических и атмосферных исследований, внесших существенный вклад в развитие межзвездной радиоастрономии и атмосферной спектроскопии, в частности: выполнен обширный обзор молекулярных облаков в диапазоне частот 85-115 ГТц в линиях вращательных переходов молекул HCN, SiO, 13СО, С180 и др., ставший существенным астрономическим результатом, как в части заметного пополнения каталогов источниками, ранее недоступными для наблюдений в силу недостаточной чувствительности приемников, так и с точки зрения экспериментальной основы для построения теоретических моделей звездообразования на ранних его стадиях. В атмосферных исследований применение высокочувствительной криостатируемой приемной аппаратуры дало возможность получить бролее качесвтенные спектры линий и обнаружить теллурическую линию Н20 J=3-4 в диапазоне длин волн 3 мм

Представленные результаты получены автором благодаря участию и поддержке значительного коллектива сотрудников Института прикладной физики, других отечественных и зарубежных научных центров, в тесной кооперации с которыми велись представленные работы. Особую персональную благодарность автор выражает учителям, соавторам, помощникам и коллегам:

Е.Д.Баранову, А.М.Барышеву, В.Г.Божкову, О.С.Большакову, А.Н.Борисенко, А.Б.Бурову, А.А.Быкадорову, В.Л.Ваксу, Н.К.Вдовичевой, А.Н.Выставкину, Г.Н.Гольцману, А.П.Горбу, Ю.А.Дрягину, А.И.Елисееву,

A.Е.Заргарову, И.И.Зинченко, В.В.Королихину, Д.В.Коротаеву,

B.П.Кошельцу, А.Ф.Крупнову, И.В.Кузнецову, П.В.Куприянову, И.В.Лапкину, В.И.Лебедю, Ю.В.Лебскому, Л.В.Лубяко, Т.И.Максименко,

B.А.Мальцеву, Ю.А.Мамаеву, М.А.Мансфельд, С.В.Маркелову, А.Муюнену, В.И.Носову, В.В.Паршину, Е.Л.Певзнеру, Ю.Пелтонену,

C.А.Пелюшенко, А.О.Перминову, В.Г.Перминову, А.М.Пилипенко, А.Райсанену, С.Б.Розанову, Е.В.Суворову, М.А.Тарасову, В.Н.Трофимову, Л.И.Федосееву, А.Н.Черникову, Г.А.Чунтонову, А.Ш.Фиксу, В.Н.Шанину, И.А.Шерешевскому, С.В.Шитову, Е.Д.Шору, А.М.Штанюку, В.М.Шульге, А.ИЛворовской,

Работа не могла бы быть выполнена без активной поддержки научного консультанта А.Г.Кислякова, а также терпения и помощи жены Н.В.Вдовиной.

Нельзя не вспомнить вклад в представленные работы безвременно ушедших В.Н.Воронова, Л.Г.Гассанова, И.В.Замятина, Д.В.Королькова,

К.И.Куркана, Н.С.Нестерова, В.Н.Орлова, Б.А.Розанова, В.Н.Тюкина, С.Урпо, В.А.Флягина.

Небольшая часть команды с приемником для обсерватории Метсахови в лаборатории ИПФ РАН в Н.Новгороде.

1. Антонов Е. И., Коленко Е. А., Петровский Ю. А., Смирнов А. И. Устройства для охлаждения приемников излучения. JL: Машиностроение, 1975. 248 с.

2. Messenger G. С. Cooling of microwave crystal mixer and antennas // IRE Trans. Microwave Theory Tech. 1957. V. MTT-5. P. 62-63.

3. Ипатов А. В. Некоторые вопросы повышения чувствительности радиометров и наблюдение предельно слабых объектов на радиотелескопе РАТАН-600: Автореф. дис. канд. физ.-мат. наук. JL: САО, 1985. 17 с.

4. Губанков В. Н. Криогенная электроника // Итоги науки и техники ВИНИТИ. Радиотехника. Т. 38. М.: ВИНИТИ, 1987. С. 1 107.

5. Микрокриогенная техника: Каталог / ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ. М.: НПО Микрокриогенной техники, 1982. 14 с.

6. Грезин К. А., Зиновьев В. С. Микрокриогенная техника. М.: Машиностроение, 1977. 225 с.

7. Laboratory cryogenic systems / Air Products and Chemical Inc. Pa, USA, 1980. 20 p.

8. Николаев А. Г., Перцов С. В. Радиотеплолокация (Пассивная радиолокация) / Под ред. А. А. Красовского. М.: Сов. радио, 1965. 336 с.и Техника субмиллиметровых волн. Под ред. Р.А.Валитова.// М.:- Изд. Сов.Радио, 1969,242 с.

9. Выставкин А.Н., Мигулин В.В., Приемники миллиметровых и субмиллиметровых волн, // Радиотехника и электроника, 1967, т. 12, № 11, сс. 1989-1998.

10. КраусДэ/с.Д Радиоастрономия. Пер. с англ. М.: Сов. радио, 1973. 568 с.

11. Розанов Б. А., Розанов С. В. Приемники миллиметровых волн. М.: Радио и связь, 1989. 168 с.

12. Есепкина Н. А., Корольков Д. В., Парийский Ю. Н. Радиотелескопы и радиометры. М.: Наука, 1972. 416 с.

13. Выставкин А.Н., Кошелец В.П., Овсянников Г.А. Сверхпроводниковые приемные устройства миллиметровых волн. // Препринт №10 (511) ИРЭ АН СССР, М., 1989, 52 с.

14. Кисляков А. Г., Разин В.А., Цейтлин Н.М. Введение в радиоастрономию. Часть II. Техника радиоастрономии.// Изд. ННГУ, Н.Новгород, 1996. 196 с.

15. Phillips Т. G., Woody D. P. Millimeter and submillimeter wave receiver // Ann. Rev. Astron. Astrophys. 1982. V. 20.

16. Weinreb S., Kerr A. R. Cryogenic cooling of mixer for millimeter and centimeter wavelengths // IEEE J. Solid-state circuits. 1973. V. SC-8, № 1. P. 58-63.

17. Kerr A. R. Low noise room-temperature and cryogenic mixers for 80-120 GHz //IEEE Trans. Microwave Theory Tech. 1975. V. MTT-23, № 10. P. 781 -787.

18. Vowinkel В., Peltonen J. К., Reinert W. et al. Airborn imagine system, using a cryogenic receiver// IEEE Trans. Microwave Theory Tech. 1981. V. MTT-29, №6. P. 535-542.

19. Bhartia P., Bahl I. J. Millimeter wave engineering and application. N. Y.: John Willey & sons, 1984. 714 p.

20. Пирогов Ю.А Пассивное радиовидение в миллиметровом диапазоне длин волн. // Изв. вузов. Радиофизика. 2003. Т. 46, № 8-9. С. 660.

21. IEEE transactions on МТТ. Special issue on microwave and communication and applications at low temperature / Vol. MTT-48, N 4, Jul. 2000. P.l 1691291.

22. Weinreb S., Pospieszalsky M. R., Norrod R. Cryogenic HEMT low-noise receivers for 1.3-43 GHz // IEEE Trans. Microwave Theory Tech. 1987. V. MTT-35, № 11. P. 1067- 1069.

23. Wei M, Stover R.J. Characterization and Optimization of MIT/Lincoln Labs CCID20 CCDs. // Proc. SPIE, 1998, v.3355, p. 598-607.

24. ГОСТ 8.475-82. Стандартный коэффициент шума и эквивалентная шумовая температура усилительных и приемных устройств. М.: Изд-во стандартов, 1983.

25. Горонина К. А., Дрягин Ю. А. Об измерении параметров смесительных диодов: Препринт ИПФ АН СССР № 254. Горький, 1990.

26. Linke R. F., Scheider M. V., Cho A. V. Cryogenic millimeter wave receiver using molecular beam epitaxy diodes // IEEE Trans. Microwave Theory Tech. 1978. V. MTT-26,№ 12.

27. Raisanen A. V. Experimental studies cooled millimeter wave mixers // Acta Polytechnica Scandinavica, Electr. engine, ser. 1980. № 46 / Helsinki University of technology, Finland.

28. Кисляков А. Г., Лебский Ю. В., Наумов А. И. Широкополосные супергетеродинные радиометры миллиметрового диапазона волн // Изв. вузов. Радиофизика. 1968. Т. 11, № 12. С. 1791 1797.

29. Бородачева Т.Е., Ларичев Ю.Д., Никитин К.Г., Певзнер Е.Л., Фикс А.Ш.,Флягин В.А. Сверхпроводящие магнитные системы гиротронов. Сборник "Гиротрон" под редакцией А.В.Гапонова-Грехова (254 стр), Горький, ИПФ АН СССР, 1981, стр.229-238

30. Карлов Н. И, Маненков А. А. Квантовые усилители // Итоги науки. Радиофизика. М., 1966.

31. Григорян Ф.А., Берлин А.С. Параметрические усилители диапазона 70 ГГц для радиоастрономической аппаратуры. // Радиотехника и электроника. -1973, т. 18, №2, с.426.

32. Richards P. L., Ни Q. Superconducting components for infrared and millimeter-wave receiver // Proc. IEEE. 1989. V. 77, № 8. P. 1235 1246.

33. Гершензон E. M., Герилензон M. E., Гольцман Г. К, Семенов А. Д., Сергеев А. В. "Разогрев квазичастиц в сверхпроводящей пленке, находящейся в резистивном состоянии" // Письма в ЖЭТФ. 1981. Т. 34. Вып. 5. С. 281-285.

34. Romanovsky R.R., Warner J.D., Alterovitz S.A. A Cryogenic K-band Ground terminal for NASA's Direct-Data-Distribution Space Experiment.// IEEE transactions on MTT. / Vol. MTT-48, N 4, Jul. 2000. P.1216-1221.

35. Mansour F.A., Ye S., Jolley B. et al. A 60-channel Superconductive Input Multiplexer Integrated with Pulse- Tube Cryocooler. // IEEE transactions on MTT. / Vol. MTT-48, N 4, Jul. 2000. P. 1171 -1181.

36. Мансфельд M.A. "Разработка конструкции ВТСП-устройств с использованием систем автоматизированного проектирования (CAD и EDA).// Тезисы докладов 7 Нижегородской сессии молодых ученых (технические науки), Нижний Новгород, 2002, с. 129 -130.

37. Кошелец В.П., Шитов С.В., Филиппенко JI.B., Дмитриев П.Н., Ермаков А.Б., Соболев А.С., Торгашин М.Ю. Интегральные сверхпроводниковые приемники субмм волн// Изв. вузов. Радиофизика. 2003. Т. 46, № 8-9. С. 687.

38. Амирян Р. А., Ефремчиков Н. С., Криворучко В. И. и др. Параметры малошумящих балансных смесителей диапазона 26-120 ГГц в гибридно-интегральном исполнении // Электронная техника. Электроника СВЧ. 1990. Вып. 10 (434). С. 58 60.

39. Bozhkov V. G., Kurkan К. I., Genneberg V. A. et al. Diodes for converters and integrated converters for 3-mm wavelength. // 5 Celostatni Konference о Microvlune Technice (MITECO 90): Sbornik Prepnasek. Dil. 2, Pardubice, Dubna, 1990. P. 89-97.

40. Tripple M., Bosnian G., Van der Ziel A. Transit-time effects in the noise Schottky-barrier diodes // IEEE Trans. Microwave Theory Tech. 1986. V. MTT-34, № 7. P. 753 760.

41. Crowe T. W., Mattauch R.J. Conversion loss in GaAs Schottky-barriere mixer diodes // IEEE Trans. Microwave Theory Tech. 1986. V. MTT-34, № 7. P. 753-760.

42. Kattman К. M., Crowe T. W., Mattauch R. J. Noise reduction in GaAs Schottky- barrier mixer diodes // IEEE Trans. Microwave Theory Tech. 1987. V. MTT-35, № 2. P. 212 214.

43. Zirath #., Nilsen S. M., Hjelmgren H. et al. Temperature-variable and characteristics of Au-GaAs Schottky-barrier millimeter-wave mixer diodes // IEEE Trans. Microwave Theory Tech. 1988. V. MTT-36, № 11. P. 14691475.

44. Соломонов С.В., Розанов С.Б., Кропоткина Е.П., Лукин А.Н. Спектрорадиометр для дистанционного зондирования атмосферного озона на миллиметровых радиоволнах // Радиотехн. и электрон.- 2000.-Т.45, №12.- С.1519-1525

45. Atmospheric remote sensing by microwave radiometry. Ed./Janssen M.A. / J.Willey & Sons, Inc.New York, 1993.

46. Игнатьев A.H., Кропоткина Е.П., Пирогов Ю.А., Розанов С.Б. Исследование возможности наземных наблюдений атмосферной окиси хлора на частоте 204 ГТц //Радиотехн. и электрон. 2003. - Т.48, №6, с. 679

47. Божков В.Г. Полупроводниковые детекторы, смесители и умножители частоты терагерцового диапазона длин волн. // Изв. вузов. Радиофизика. 2003. Т. 46, № 8-9. С. 702 731

48. Андросов А.В., Криворучко В.И. Особенности работы балансного смесителя мм диапазона длин волн с широкополосным выходом по промежуточной частоте.// Изв. вузов. Радиофизика. 2003. Т. 46, № 8-9. С. 779.

49. Гольцман Г.Е., ЛудковД.Н. Сверхпроводниковые смесители на горячих электронах терагерцового диапазона и их применение в радиоастрономии. // Изв. вузов. Радиофизика. 2003. Т. 46, № 8-9. С. 671

50. Выставкин А.Н. Микроболометр субмиллиметрового диапазона на горячих электронах с Андреевским отражением для радиоастрономии.// Изв. вузов. Радиофизика. 2003. Т. 46, № 8-9. С. 813

51. Кисляков А.Г., Вдовин В.Ф., Лапкин КВ., и др. Обнаружение теллурической линии Н2О J=3-4 в диапазоне длин волн 3 мм. // Известия вузов "Радиофизика" т.40 №12, 1997.

52. Кузнецов И.В. Микроволновое наземное исследование вариаций озона над Антарктидой. // Диссертация на соискание степени кандидата физико-математических наук. Н.Новгород, 2004 г.

53. Klauda М., Kasser Т., Mayer В., et.al. Superconductors and Cryogenics for Future Communication Systems.// IEEE transactions on MTT. / Vol. MTT-48, N4, Jul. 2000. P.1227-1240.

54. IEEE transactions on MTT. Mini- special issue on electrical performance of electronic packaging (EPEP) / Vol. MTT-49, N 10, Oct. 2001. P. 1669.

55. ЛубякоЛ.В. Интерферометры на «сверхразмерных» волноводах. // ПТЭ, 1968, № 5, сс. 130-132.

56. Федосеев Л. К, Куликов Ю.Ю. Супергетеродинные радиометры ММ и СубММ диапазонов длин волн. // Радиотехника и электроника, 1971 т. 16, №4, с. 554-560.

57. Дрягин Ю.А., Федосеев Л.И. Детекторные радиометры ММ и СубММ диапазонов длин волн. Изв. ВУЗов. Радиофизика, 1969, т. 12 №6, с.813-818.

58. Горонша К. А., Кукин Л. М, Лубяко Л. В. // Радиофизика. 1979. Т. 22, № 8. С. 953.

59. Жаркова Н.А. Разработка методик расчета волноводного диодного смесителя миллиметрового диапазона. Автореф. дисс. на соискание степени кандидата тех.наук. // М.:- Изд. МВТУ им. Н.Э.Баумана, 1988, 16с.

60. Горонина К. А. Флуктуация амплитуды колебаний ЛОВ коротковолновой части мм-диапазона // Радиофизика. 1983. Т. 24, № 3. С. 370.

61. Journal of Lightwave technology. Jointly prepared with the IEEE MTT & J STQE / Vol. 17, N 11, Nov. 1999, P. 1928.

62. Growe T.W. et al. Planar Schottky technology for submillimeter wavelengths.

63. Proc. 30th ESLAB Symp. "Submillimetre and Far-Infrared Space Instrumentation", 24-26 Sept. 1996, ESTEC, Noordwijk, The Netherlands, ESA SP-388, p. 203-206

64. Розанов С.Б. Малошумящие смесители диапазона волн 2 мм на диодах Шоттки с балочными выводами. // Радиотехн. и электрон. 1996.- Т.41, №3. - С.362-369.

65. Rozanov S.B., Lukin A.N., Solomonov S.V. Low-noise cooled planar Schottky diode receiver for ground-based ozone measurements at 142 GHz // Int. J. Infrared and Millimeter Waves. 1998. - V.19, No.2. - P. 195-222.

66. Розанов С.Б., Божков В.Г., Перфильев В.И., Турыгин С.Ю. Исследование смесителя на планарном диоде Шоттки в диапазоне волн 1,5 мм. // Изв. вузов. Радиофизика. 2003. Т. 46, № 8-9. С. 771.

67. Raisanen А. V., Lehto А. О., Lamb J. К, Cryogenic 75 95 GHz front end for the Metsahovi radio telescope: Report № 145 / Helsinki university of technology. Otaniemi, Finland, 1983.

68. Лубяко Л.В. Исследование электромагнитных свойств в диапазоне миллиметровых и субмиллиметровых волн. // Изв. вузов. Радиофизика. 1971,Т. 14,№ 1.С. 133- 137.

69. Божков В.Г., Геннеберг В.А., Романовская В.Н. и др. Исследование монолитного балансного смесителя 1,5-миллиметрового диапазона. // Радиотехн. и электрон. 1996. - Т.41, №7. - С.876-881.

70. Божков В.Г., Геннеберг В.А., Куркан К.И., Перфильев В.Н. Монолитные и квазимонолитные модули и устройства миллиметрового диапазона длин волн. //Электронная промышленность. 2001. - №5. - С.77-97

71. Torrey Н.С., Whitmer С.A. Crystal Rectifiers. // МТТ Radiation Lab. Series, 1948, V. 15, McGraw-Hill, N.Y.

72. YoungD.T., Irvin J.C. // Proc. IEEE, 1965, V.53., p.2130.

73. Божков В.Г. Полупроводниковые детекторы, смесители и умножители частоты терагерцового диапазона длин волн. // Изв. вузов. Радиофизика. 2003. Т. 46, № 8-9. С. 702 731.

74. Криворучко В.И. Приемный радиометрический модуль 5 мм диапазона длин волн с малошумящим усилителем на входе.// Изв. вузов. Радиофизика. 2003. Т. 46, № 8-9. С. 782

75. Tanskanen J.M., Kangaslahti P., Ahtola К, et. al. Cryogenic Indium Phosphate HEMT Low- Noise Amplifiers at V-band.// IEEE transactions on MTT. / Vol. MTT-48, N 4, Jul. 2000. P.1283-1286.

76. Шитое С.В. Интегральные устройства на сверхпроводниковых туннельных переходах для приемников миллиметровых и субмиллиметровых волн.// Диссертация на соискание ученой степени доктора физ.-мат. Наук. М.: ИРЭ РАН, 427 е., (на правах рукописи).

77. G. V. Prokopenko, S. V. Shitov, D. V. Balashov, P. N. Dmitriev, V.P. Koshelets J. Mygind, "Low-noise S-band DC SQUID amplifier" // IEEE Trans, on Appl. Supercond., vol. 11, No 1, pp. 1239-1242 (2001).

78. Tucker J.R. Quantum limited detection in tunnel junction mixers. I I IEEE J. Quantum Electron., 1979, V. QE-15, No. 11, P. 1234-1258.

79. Tucker J. R., Feldman M. J. Quantum detection at millimeter waves // Rev. Mod. Phys. 1985. V. 57. P. 1055 1113.

80. ВолковА.Ф., Заварицкий Н.В., Надь Ф.Я. Электронные устройства на основе слабосвязанных сверхпроводников. Под ред. Н.В. Заварицкого. М.: Сов. радио, 1978.

81. Лихарев К.К., Ульрих Б.Т. Системы с джозефсоновскими контактами. М.: Изд-во МГУ, 1978.юо Лихарев КК Введение в динамику джозефсоновских переходов. М.: Наука, 1985.

82. Ю1 Голубое А.А., Куприянов М.Ю., Лукичев В.Ф. Теория эффекта Джозефсона в туннельных структурах SNIS и SNINS. // ФНТ, 1984, Т. 10, С. 789-795.

83. Ю4.Черпак Н.Т. Квантовые усилители миллиметрового диапазона длин волн. // Известия ВУЗов. Радиофизика. 1984, т 27 № 7 с 815

84. Bledo J., Bresson A., Papaular R., Wegrowe I. G. II L'onde electrique. 1964. V. 44, №8. P. 142.

85. Ю6 Molodnyakov S.P., Shashkin V.I. Paveliev D.G. et. al. II Proc. of Int. Device Res. Symp., V.2, Charlottesville, VA, 1993, P.377.

86. Божков В.Г. О природе «низкотемпературной аномалии» в контактах металл- полупроводник с барьером Шоттки // Радиофизика. Изв. ВУЗов, 2002, Т.45, № 5, С.416-425.

87. Ю8 Archer J. W., Lai R., Gough R. Ultra-Low-Noise Indium-Phosphide MMIC Amplifiers for 85-115 GHz.// IEEE transactions on MTT. / Vol. MTT-49, N 11, Nov. 2001. P.2080-2085.

88. Свечников С.И. "Широкополосные NBN терагерцового диапазона на электронном разогреве с фононным каналом охлаждения".

89. Автореферат дисс. на соискание степени канд. физ.-мат. наук. М.:-МГПУ, 2000 г.

90. Меледин Д.В. «Когерентные и некогерентные сверхпроводниковые терагерцовые детекторы на основе тонких пленок NbN и YBaCuO». // Автореферат дисс. на соискание степени канд. физ.-мат. наук. М.:-МГПУ, 2003 г., 16 с.

91. A.H. Выставкин, Сверхвысокочувствительный микроболометр с андреевским отражением на горячих электронах для субмиллиметровой радиоастрономии, // Радиотехника и электроника, 2001, т. 46, № 7, сс. 806-815.

92. Tuovinen J., Mallat J Research activities of MilliLab 2001-2002.// Millimetre Wave Laboratory of Finland, VTT & Helsinki Univ. of Technology, 2003, 45 p.

93. Криворучко В.И., Куликов А.В. Разработка когерентной многоэлементной радиометрической приемной матрицы миллиметрового диапазона. // Сборник отчётов по научным проектам МНТП России «Физика микроволн». Н.Новгород, ИПФ РАН, 1999 г., с. 299-307.

94. Беляева А. К, Литвишкова Т. Г., Марушко С.Н. и др. Проблемы охлаждения и измерения температуры исследуемого объекта при криогенных оптических исследованиях: Препринт Физико-технического института низких температур АН УССР № 48-88. Харьков, 1988. 32 с.

95. С.Т. Stelzried //Microwave thermal noise standards. IEEE Trans, vol. MTT-16, P.646-655, 1968.

96. A. A. Fraerman, S. A. Gusev, L. A. Mazo et al. Rectangular lattices of permalloy nanoparticles: Interplay of single-particle magnetization distribution and interparticle interaction // PHYSICAL REVIEW B, VOLUME 65, 064424, 2002.

97. Королев A.M. Шумы в усилителях с MESFET и НЕМТ структурами и методы их снижения. // Диссертация на соискание степени кандидата физико-математических наук. Харьков, 2004, 150 с.

98. Pospieszalski M.W. Extremly Low-Noise Amplification with cryogenic FETs and HEMTs: 1970-2004. // IEEE Microwave magazine. Vol.6, N 3, Sep. 2005, p. 62.

99. Heinrich W. The flip-Chip Approach for Millimeter -Wave Packaging // IEEE Microwave magazine. Vol.6, N 3, Sep. 2005, p. 36.

100. Q.Hu Terahertz Quantum Cascade Lasers. // 2005 Terahertz Systems

101. Ракуть И.В., Пелюшенко С.А., Пелюшенко А.С., Железняков Ю.А. Исследование неоднородностей протяженных сред методом пассивно-активной радиометрии в миллиметровом диапазоне длин волн. // Изв. вузов «Радиофизика». 2005. Том XLVIII .№10-11. С.890.

102. Зражевский А.Ю., Голунов В.А., Смирнов М. Т. и др. Поляризационные радиотепловые портреты различных объектов в миллиметровом диапазоне длин волн. // Изв. вузов «Радиофизика». 2005. Том XLVIII . №10-11. С.917.

103. А.Г.Кисляков. Известия вузов Радиофизика. Т.41.1998. С. 1141.

104. Proc. 14th Int. Symp. Space Terahertz Technology, C.K.Walker, Ed., 2003, http://soral.as.arizona. edu/STT03/index.html.

105. A.M.Baryshev. Superconductor- Isolator- Superconductor THz Mixer Integrated with a Superconducting Flux- Flow Oscillator// Ph.D.Thesis, Technishe Universitet Delft, Netherlands, 2005, 144 p.

106. Божков В.Г. Полупроводниковые детекторы, смесители и умножители частоты терагерцового диапазона длин волн. // Изв. вузов. Радиофизика. 2003. Т. 46, № 8-9. С. 702 731.

107. Titz R. U., Roser Н. P., Schwaab G. W. et al. II Int. J. of Infrared and Millimeter Waves, 1990, V.l 1, No.6, P.l.

108. Берштейн С.Л., Сибиряков B.JI. II Радиотехника и электроника, 1958, Т.З, с. 290.

109. Букингем М., Шумы в электронных приборах и системах. М:. Мир, 1986,399 с.

110. C.E.Groppi. Submillimeter heterodyne spectroscopy of star forming regions. // Ph.D.Thesis, The Universitet of Arizona, USA, 2003, 171 p.

111. ЛудковД.Н. «Терагерцовые смесители на горячих электронах из тонких сверхпроводниковых пленок NbN и NbTiN» // Автореферат дисс. на соискание степени канд. физ.-мат. наук. М.:- МГПУ, 2005 г., 18 с.

112. Кисляков А.Г., Пелюшенко С.А., Ракуть И.В. и др. // В сб.докладов международной конференции «Радиоэлектроника в медицинской диагностике». Москва. 17-19 октября 1995 г. 99 с.

113. Digest of Symposium on Micro- and Nanocryogenics. 1 3 August 1999, Jyvaskyla, Finland.

114. В.И Карагусов. Нанокриогенная техника. // Химическое и нефтегазовое машиностроение, №7, 2003, стр. 18-23.

115. Archer J. W., High performance 2,5 К - cryostat, incorporating a 100 -120 GHz dual polarization receiver// Rev. Sci. Instrum. 1985. V. 56, № 3. P. 449-458.

116. LambJ.W. Miscellaneous data on materials for millimetre and submillimetre optics.// Int. Journal of Infrared and Millimeter Waves, Vol. 17, No 12, 1996, p. 1997-2034.

117. LambJ.W. Cross-Polarization and Astigmatism in Matching Grooves.// Int. Journal of Infrared and Millimeter Waves, Vol. 17, No 12, 1996, p. 21592166.

118. Kerr A.R. and Pan S.-K, Some Recent Developments in the Design of SIS Mixers // Int. J. of Infrared and Millimeter Waves, 1990, V. 11, No. 10, P. 1169-1187.

119. Справочник по физико-техническим основам криогеники. Под ред. проф. М.П. Малкова. М.:Энергоатомиздат, 1985.

120. Чернушенко А. М., Майбородин А. В. Измерение параметров электронных приборов дециметрового и сантиметрового диапазонов волн / Под ред. A.M. Чернушенко. М.: Радио и связь, 1986. 336 с. (Измерения в электронике).

121. Измерения на миллиметровых и субмиллиметровых волнах: методика и техника / Р. А. Валитов, С. Ф. Дюбко, В. И. Макаренко и др.; Под ред. Р. А. Валитова и В. И. Макаренко. М.: Радио и связь, 1984. 296 с. (Измерения в электронике).

122. Р.Зигель, Дж.Хауэлл. Теплообмен излучением // М.: Мир, 1975, 936 с.

123. Теплопередача при низких температурах, под ред. У. Фроста. М.: Издательство «Мир», 1977.

124. Ч.Киттель. Квантовая теория твердых тел. М.: «Наука». 1967.492 с.

125. Розанов С.Б., Собельман И.И., Божков В.Г. и др. Создание радиоспектрометров в 1,5- и 2- миллиметровом диапазонах длин волндля атмосферных исследований с оптимизированными характеристиками. // Изв. вузов «Радиофизика». 2005. Том XLVIII . №10-11. С.857

126. Little W. A. Microminiature refrigerators // Rev. Sci. Instrum. 1984. V. 5, № 55. P.661.

127. Божков В.Г., Геннеберг В.А., Кузяков Д.Ю., Куркан К.И., Федосеев Л.И. Разработка терагерцовых смесителей и исследование их характеристик // Изв. вузов «Радиофизика». 2005. Том XLVIII. №10-11. С.971.

128. Холодилов Н.Н., Плющаев В.И. //Влияние отражений на погрешность аттестации тепловых генераторов шума. «Техника средств связи», серия «Радиоизмерительная техника». 1977, вып. 5.

129. Калинушкин В.П., Юрьев В.А., Ляпунов С.И. Фотоприемники на основе силицида платины и твердого раствора кремний-германий. Н.Новгород, доклад- презентация на семинаре ИПФ РАН, июнь 2005.

130. Розанов С. Б Джозефсоновский смеситель диапазона 2,2 мм на сверхпроводящем точечном контакте // Радиоастрономическая аппаратура: 17-я Всесоюзн. конф. по радиоастрономической аппаратуре: Тезисы докл. Ереван: Изд-во АН Ар.ССР, 1985. С. 171172.

131. Швецов А.А., Коротаев Д.В., Федосеев Л.И. Дистанционное зондирование земных покровов в линии излучения кислорода на длине волны 2,5 мм// Изв. вузов «Радиофизика». 2005. Том XLVIII . №10-11. С.905.

132. Волков А. А. Электродинамические свойства сверхпроводящей пленки Y-Ba-Cu-О в диапазоне субмиллиметровых волн // ЖЭТФ. 1989. Т. 95, вып. 1.

133. Чандрасекар С. Перенос лучистой энергии. М.: И. JL, 1953.

134. Юрчук Э. Ф., Петросян О. Г., Абрамова О. С. Криогенные генераторы шума миллиметрового диапазона // Исследования в области радиотехнических измерений: Сб. тр. / НПО ВНИИФТРИ. М., 1988. С. 146- 156.

135. Корякин Н. Д. Определение яркостной температуры тепловых широкоапертурных излучателей // 7-я Всесоюзн. науч.-техн. конф. «Метрология в радиоэлектронике»: Тезисы докл. / НПО ВНИИФТРИ. М, 1988.С. 152.

136. Демкин В. М., Куликов Ю. Ю., Рыскин В. Г., Юрков В. М. Наблюдения суточных вариаций излучения стратосферного озона на мм-волнах // Изв. вузов. Радиофизика. 1989. Т. 32, № 5. С. 642 644.

137. Molodnyakov S P., Shashkin V.I. Paveliev D.G. et. al. II Proc. of Int. Device Res. Symp., V.2, Charlottesville, VA, 1993, P.377.

138. Siegel P. #., Terahertz Technology, // Proc. IEEE, vol. 50, No. 3, March 2002, pp. 910-928.

139. A. Karpov, J. Blondel, M. Voss, К. H. Gundlach, A three photon noise SIS heterodyne receiver at submillimeter wavelength, // IEEE Trans. Appl. Supercond., vol. 9, pp. 4456-4459 (1999).

140. A.H. Выставкин, Сверхвысокочувствительный микроболометр с андреевским отражением на горячих электронах для субмиллиметровой радиоастрономии, // Радиотехника и электроника, 2001, т. 46, № 7, сс. 806-815.

141. А.Н. Выставкин, Д.В. LUyeaee, JI.C. Кузьмин, М.А. Тарасов, Э. Adepcmed, М. Вилландер, Т. Клаесон, Болометр на горячих электронах в нормальном металле с андреевским отражением в сверхпроводящих берегах, // ЖЭТФ, 1999, т. 115, вып. 3, сс. 1085-1092.

142. А.Ф. Андреев, Теплопроводность промежуточного состояния сверхпроводников, // ЖЭТФ, 1964, т. 46, вып.5, сс. 1823-1828.

143. Соломонов С.В., Кропоткина Е.П., Розанов С.Б. Исследование вертикального распределения озона в стратосфере и мезосфере на миллиметровых волнах.// Изв. вузов. Радиофизика. 2003. Т. 46, № 8-9. С. 764.

144. Спектральные исследования космического и атмосферного излучения. /Под ред Кислякова А.Г. Горький, Изд. ИПФ РАН, 1979 г.

145. Caves С.М. Quantum Limits on Noise in Linear Amplifiers. // Phys. Rev., 1982, V. D26, P. 1817-1839.

146. McGrath W.R., Raisanen A. V., and Richards P.L. Variable-temperature Loads for Use in Accurate Measurements of Cryogenically-coolled Microwave Amplifiers and Mixers. //Int. J. Infrared and MM Waves, 1986, V. 7, P. 543-553.

147. Lippens D. Electronic and photonic approach for generation in the Taraherz gap. // Proc. of 3-rd ESA Workshop on Millimetre Wave Technology and

148. Applications: circuit, systems, and measurement techniques. Ed. by J.Mallat, A.Raisanen, J.Tuovinen. MilliLab, Espoo, Finland, 21-23 May 2003, P 279.

149. IEEE transactions on MTT. Special issue on terahertz electronics / Vol. MTT-48, N 4, Apr. 2000. P.625.

150. Павельев Д.Г. Диоды с расширенными выводами для для ГИС ММ и СубММ диапазонов длин волн. // Электроника СВЧ: Тез X Всесоюзн. научн. конф. Минск, 1983, Т.2, стр 90.

151. Zhmudzinas J., II Proc. 30-th ESLAB Symp., "Submillimetre and Far-Infrared Space Instrumentation". The Netherlands, ESA SP- 388, 1996, p.151.

152. Solomonov S. V., Rozanov S.B., Kropotkina E.P., Lukin A.N. // Techniques of ground-based remote sensing of the ozone layer by millimeter-wave heterodyne spectroscopy. Proc.SPIE. 1998. V.3406, P. 135-157.

153. J. Zmuidzinas, P. L. Richards. Superconducting Detectors and Mixers for Millimeter and Submillimeter Astrophysics // Proc. of the IEEE, Vol. 92, NO. 10, Oct. 2004, p. 1597-2016.

154. А37. Барышев A.M., Вдовин В.Ф., Зинченко И.И. и др. Развитие методов приема миллиметровых и субмиллиметровых волн. В сб. отчетов по научным проектам МНТП "Физика микроволн", отчет по проекту 3.6. за1997 г./ Н.Новгород: изд. ИПФ РАН, 1998, стр. 127-131.

155. А39. А.В.Борисенко, В.Ф.Вдовин, А.И.Елисеев и др. "Проблемы криостатирования матриц ПЗС большой размерности" В сборнике тезисов 11 Международной школы по радиофизике и электронике СВЧ/ Саратов: изд. СарГУ, 1999г., стр. 17.

156. А55. Вдовин В.Ф, Буров А.Б, Дрягин, Ю.А., и др. Многочастотное радиотепловое зондирование атмосферы, природных образований и объектов // Сборник отчётов по научным проектам МНТП России «Физика микроволн». 2001. С.98-102.

157. А56. Вдовин В.Ф., Елисеев А.И., Зинченко ИИ. и др. Развитие методов приёма миллиметровых и субмиллиметровых волн // Сборник отчётов по научным проектам МНТП России «Физика микроволн». 2001. С. 126.

158. А58. А.Н. Борисенко, В. Ф. Вдовин, А. И. Елисеев, И. В. Лапкин, С.В. Маркелов. Криостатирование больших ПЗС матриц. // Петербургский журнал электроники, 3 (28) 2001. г. С. 39.

159. А72. В.Н.Трофимов, А.Н.Черников, В.Ф.Вдовин и др. // Оптический криостат с сорбционным рефрижератором НеЗ// Препринт ОИЯИ Р8-2005-41, Дубна, 2005, 12 с.

160. А76. Вдовин В.Ф., Елисеев А.И., Мансфельд М.А. Пробник для исследования ВТСП- микросхем //IX нижегородская сессия молодых учёных (технические науки). Н. Новгород, 2004. Тезисы докладов. С.96.