Создание малошумящих приемников коротковолновой части миллиметрового диапазона волн и их применение для исследований атмосферного озона радиоастрономическими методами

• Автор: Розанов, Сергей Борисович
• Шифр специальности: 01.03.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1998
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 175 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
1. РАДИОАСТРОНОМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ И АППАРАТУРА ДЛЯ СПЕКТРАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ АТМОСФЕРНОЕО ОЗОНА НА МИЛЛИМЕТРОВЫХ ВОЛНАХ (ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ)
1.1. Возможности исследования озона и других малых газовых составляющих атмосферы Земли по их спектрам в миллиметровом диапазоне волн
1.2. Основные требования к радиоастрономическому приемнику для наземных измерений вертикального распределения озона в атмосфере Земли
1.3. Современное состояние малошумящих приемников миллиметрового диапазона волн
1.4. Выбор спектральной линии и типа приемника для наземных исследований атмосферного озона
2. МАЛОШУМЯЩИЙ ОХЛАЖДАЕМЫЙ ПРИЕМНИК РАДИОСПЕКТРОМЕТРА ФИАН ДЛЯ ОЗОННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ НА ЧАСТОТЕ 142 ГГЦ
2.1. Общее описание спектрометра
2.2. Основные соотношения гауссовой оптики
2.3. Скалярные рупорные облучатели
2.4. Квазиоптический блок
2.5. Диплексер
2.6. Волноводный смеситель на диоде Шоттки с балочными выводами
2.7. Размещение узлов приемника в криостате
2.8. Поглощающие нагрузки и покрытия
3. ИССЛЕДОВАНИЯ ПРИЕМНИКОВ СО СМЕСИТЕЛЯМИ НА ПЛАНАРНЫХ ДИОДАХ ШОТТКИ В ДИАПАЗОНЕ ВОЛН 2 ММ
З Л. Основные соотношения
3.2. Параметры смесительных диодов
3.3. Методика исследований приемников и смесителей
3.4. Результаты измерений
4. МЕТОДИКА И НЕКОТОРЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ НАБЛЮДЕНИЙ АТМОСФЕРНОГО ОЗОНА НА ЧАСТОТЕ 142 ГГЦ НАД МОСКОВСКИМ РЕГИОНОМ
4.1. Методика спектральных наблюдений атмосферного озона
4.2. Восстановление вертикального распределения озона по измеренным спектрам
4.3. Некоторые результаты озонных наблюдений над Москвой в 1996-98 гг
4.4. Одновременные исследования атмосферного озона в обсерваториях Пущино и Онсала
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЕ. Список использованных сокращений

ВВЕДЕНИЕ
Исследования в миллиметровом (ММ) диапазоне волн в последние годы все более широко проводятся в различных областях науки и техники: в радиоастрономии, радиолокации, связи, физике атмосферы и природных покровов Земли, военной технике, медицине, экологии, навигации, физике плазмы, материаловедении и др. В большинстве приложений в ММ диапазоне с увеличением частоты возрастает роль задач радиометрии (измерения шумовых излучений). Как правило, эти задачи требуют предельно высокой чувствительности используемых для их решения приемников (радиометров) [1-6].
Наиболее высокие требования к чувствительности приемников предъявляются в радиоастрономии, многие объекты изучения которой имеют низкую температуру и, соответственно, низкую интенсивность собственного радиотеплового излучения в ММ диапазоне. Радиоастрономические исследования на ММ волнах дают ценную информацию о физических условиях и процессах в молекулярных и газопылевых облаках, включая области звездообразования, а при использовании радиоинтерферометрии со сверхдлинными базами, в т.ч. космической, открывают возможности изучения различных объектов в Галактике и за ее пределами с очень высоким угловым разрешением [7-9]. Быстрое развитие и совершенствование приемников ММ волн, чувствительность которых в различных участках диапазона за последние два десятилетия возросла на 1-2 порядка, в большой мере стимулировалось именно задачами радиоастрономии.
Радиоастрономические методы исследований и аппаратура могут быть с успехом использованы для решения ряда других важных задач, среди которых следует отметить дистанционное зондирование природной среды, контроль загрязнений и др. Работы в этих направлениях успешно проводятся в ведущих отечественных организациях (ИРЭ РАН, ИПФ РАН, НИРФИ, ФИАН, ИКИ РАН, ЦАО и др.) и за рубежом. Одной из наиболее актуальных задач этого круга является дистанционное зондирование атмосферы Земли на ММ волнах с целью определения пространственного распределения ее малых газовых составляющих (МГС), в т.ч. озона, молекулы которых имеют в ММ диапазоне многочисленные спектральные линии [2, 3, 13-15, 19-21]. Озон и другие МГС атмосферы, поглощающие излучение Солнца, в большой степени определяют энергетический баланс

Таблица 4. Основные характеристики спектрометров ММ диапазона волн для наземных исследований атмосферного озона
Институт: место /, ГГц Смеси тель Три, К Ре- жим Тя, К ГГц Вг, МГц Год Ссыл ка
НАСА: Тейбл Маунтин (США) 110,8 109,5 ДБШ 1с 15 8БВ 340 3,85 630 1994 [15]
Обсерватория Бордо (Франция) 110,8 ДБШ 1с 20 БЯВ 480 4,76 128 1994 [21]
Обсерватория Онсала (Швеция) 110,8 ДБШ 1с 15 ББВ 360 4,0 640 1997 [114, 115]
Технол. Ун-т Хельсинки (Фин.) 110,8 ДБШ 2п 20 ББВ ББВ 530 230 3,6 1000 1993 [78]
ИПФ РАН: ДБШ Б/2п
Н.Новгород 110,8 295 ББВ 2000 0,75 113 1996 [13]
Мирный (Ан- ДБШ Б/2п [13, 116]
тарктида) и Кируна (Швеция) 142,2 295 ББВ 2700 0,8 60 1990
Университет 110,8і СИС 8 4,2 ББВ 23 1,5 51 1990 [54, 117]
Нагойи (Япония) 110,8 СИС 8 4,2 ББВ 34 1,5 51 1994 [54, 118]
Университет 110,8 ДБШ 1с 13 ББВ 690 - 950 1993 [119]
Бремена (ФРГ) 142,2 ДБШ Б/2п 13 Б8В 590 7,2 950 1994 [120]
Университет Берна (Швейц.) 142,2 ДБШ Г/1 с 295 25 Б8В Б8В 1300 700 - 1200 1991 [121]
ФИАН: 142,2 ДБШ 1п 295 85 88В 88В 1500 660 3,7 283 1994 1996 [16,
Москва 142,2 ДБШ 1п 85 85 88В БвВ 6402 2502 1,5 - 1996 72, 113]
НРАО: Китт Пик (США) 249,8і СИС 1 4 88В Б8В 340 70 1,5 33,5 1994 [122]