МАТРИЦА КОЛЬЦЕВЫХ АНТЕНН C КРИОГЕННЫМИ БОЛОМЕТРАМИ
ДИАПАЗОНА 345 ГГЦ В ИНТЕГРИРУЮЩЕЙ ПОЛОСТИ
М.А.
Тарасов1,2,3, С. Махашабде2, А.А. Гунбина4,6,
М.Ю. Фоминский1, Р.А. Юсупов1,5, А.Б. Ермаков1,
А.М. Чекушкин1,5, А.С. Соболев1,5, В.С. Эдельман3,
М.А. Мансфельд6, В.Ф. Вдовин4,6,7
1 Институт
радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН,
125009, Москва, ул. Моховая, 11-7
2
Чалмерский
технологический университет, 41296, Гётеборг, Швеция
3 Институт физических
проблем им. П.Л. Капицы РАН,
117334, Россия, Москва, ул. Косыгина, д. 2
4 Нижегородский
государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева,
603950, ул. Минина, д.24, Нижний Новгород, Россия
5 Московский
физико-технический институт (государственный университет),
141701, Московская область, г. Долгопрудный,
Институтский переулок, д.9
6 Институт
прикладной физики РАН, 603950, Нижний Новгород, ул. Ульянова, 46
7 Астрокосмический
центр Физического института им. П.Н. Лебедева РАН, Москва,
117997, Москва, ул. Профсоюзная,
д. 84/32
Статья поступила в редакцию 15 января 2018 г.
Аннотация.
Разработаны, изготовлены и измерены
последовательные и параллельные матрицы кольцевых антенн с болометрами
структуры сверхпроводник – изолятор – нормальный металл – изолятор – сверхпроводник
(СИНИС). Образцы согласованы с внешним излучением диапазона 250-380 ГГц входным коническим рупором,
круглым волноводом диаметром 0.9 мм и интегрирующей полостью в виде конического
рупора с контррефлектором. Проведен численный расчет и измерены спектральные
характеристики таких устройств. Применение антиотражающего покрытия на
кремниевой подложке позволило улучшить чувствительность и однородность
спектрального отклика. Измерения проведены в криостате растворения при
температурах 80-350 мК. Для
последовательной матрицы из 25 антенн с болометрами чувствительность по
напряжению на излучение черного тела достигает 3·109 В/Вт;
линейный отклик для входной мощности составляет более 5 пВт. Токовая чувствительность для матрицы из 25
параллельно соединенных антенн с болометрами составляет 2·104 A/Вт. Эквивалентная шуму мощность в обоих случаях составляла (3…5) ·10-17 Вт/Гц1/2.
Ключевые слова: СИН
переход, криогенный болометр, интегрирующая сфера, кольцевая антенна, матрица
антенн, распределенный абсорбер, ММ и СубММ волны, криогенные
приемники для радиоастрономии.
Abstract. Series and
parallel arrays of ring antennas with bolometers of
superconductor-insulator-normal metal-insulator-superconductor (SINIS)
structures are designed, manufactured and experimentally studied. The samples
are matched to the external radiation in the range of 250-380 GHz by an input
conical horn, a circular waveguide with a diameter of 0.9 mm and an integrating
cavity in the form of a conical horn with a counter-reflector (backshort). Spectral
characteristics of such devices are numerically modelled and measured using
Backward Wave Oscillator radiation source. The use of an antireflection coating
on a silicon substrate improves the sensitivity and uniformity of the spectral
response. The measurements were carried out in a dilution cryostat at
temperatures in the range of 80-350 mK. For a series array of 25 antennas with
bolometers, the voltage responsivity to blackbody radiation approaches 3·109
V/W; the linear response observed for the input power up to 5 pW. Current responsivity
for a matrix of 25 parallel antennas with bolometers is 2·104 A / W.
Noise equivalent power in both cases was in the range of (3…5) ·10-17
W/Hz1/2.
Keywords:
NIS junction, cryogenic bolometer, integrating sphere, annular antenna,
antenna array, distributed absorber, MM and SubMM waves, cryogenic receivers
for radio astronomy.
Для цитирования:
М.А. Тарасов, С. Махашабде, А.А. Гунбина, М.Ю. Фоминский,
Р.А. Юсупов, А.Б. Ермаков, А.М. Чекушкин, А.С. Соболев, В.С. Эдельман, М.А.
Мансфельд, В.Ф. Вдовин.
Матрица кольцевых антенн с криогенными болометрами диапазона 345 ГГц в интегрирующей полости. Журнал радиоэлектроники [электронный
журнал]. 2018. №1. Режим доступа:
http://jre.cplire.ru/jre/jan18/5/text.pdf
DOI
10.30898/1684-1719-2018-1-3