ЖУРНАЛ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ. eISSN 1684-1719. 2025. №11

УДК: 537.86.029 543.42

СПЕКТРОМЕТР ВЫСОКОГО РАЗРЕШЕНИЯ ДИАПАЗОНА 75-110 ГГЦ
ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ ГАЗОВЫХ СМЕСЕЙ

В.Л. Вакс¹, В.А. Анфертьев¹, Е.Г. Домрачева¹, С.И. Приползин¹,
М.Б. Черняева^1,2, А.А. Яблоков¹, А.С. Черняева¹

¹Институт физики микроструктур Российской академии наук
603950, г. Нижний Новгород, ГСП-105

²Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского
603022, Нижний Новгород, пр. Гагарина, 23

Статья поступила в редакцию 21 октября 2025 г.

Аннотация. Использование измерений в нескольких диапазонах приводит к повышению достоверности определения веществ в составах многокомпонентных газовых смесей различного происхождения (детектирование вещества в нескольких диапазонах достоверно подтверждает наличие его в исследуемой смеси), что актуально для различных приложений, в том числе актуальных для медицинской диагностики и контроля лечения метаболитов-маркеров заболеваний и патологий. Кроме того, появляется возможность детектирования веществ в более удобном для измерений диапазоне. Целью работы является разработка и реализация нестационарного газового спектрометра диапазона 75-110 ГГц с фазовой манипуляцией воздействующего на газ излучения. Концепция спектрометра основана на использовании коммерчески доступных приборов и узлов. Тестовые измерения проведены на примере ацетонитрила, имеющего сильные линии поглощения в рабочем диапазоне спектрометра. Разработанный и реализованный спектрометр дополняет спектроскопический комплекс, включающий в себя газовые спектрометры высокого разрешения на основе эффекта быстрого свипирования частоты и фазовой манипуляции воздействующего на газ излучения диапазонов частот 18-26 ГГц, 118-175 ГГц, а также вблизи 2 ТГц и 3,78 ТГц. Кроме того, помимо разработанного программного обеспечения для проведения измерений и обработки полученных результатов, написана программа, позволяющая проводить идентификацию экспериментально измеренных линий поглощения с использованием спектроскопических баз данных свободного доступа.

Ключевые слова: спектрометр высокого разрешения, субтерагерцовый диапазон частот, устройства полупроводниковой электроники, многокомпонентная газовая смесь, спектр поглощения.

Финансирование: Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда (проект 24-19-00623, https://rscf.en/project /24-19-00623/).

Автор для переписки: Домрачева Елена Георгиевна, elena@ipmras.ru

Литература

1. Cuisset A. et al. Terahertz rotational spectroscopy of greenhouse gases using long interaction path-lengths //Applied Sciences. – 2021. – Т. 11. – №. 3. – С. 1229. https://doi.org/10.3390/app11031229

2. Rothbart N., Glück A., Hübers H. W. Terahertz gas spectroscopy applied to medicine and metrology //IEEE Transactions on Terahertz Science and Technology. – 2024. - Т. 14. - №. 5. - С. 613. https://doi.org/10.1109/TTHZ.2024.3430107

3. Elmaleh C. et al. THz cavity ring-down quantitative gas phase spectroscopy //Talanta. – 2023. – Т. 253. – С. 124097. https://doi.org/10.1016/j.talanta.2022.124097

4. JPL Catalog search form. https://spec.jpl.nasa.gov/ftp/pub/catalog/catform.html

5. Cologne Database for Molecular Spectroscopy. https://cdms.astro.uni-koeln.de/cdms/portal/queryForm

6. Вакс В.Л. и др. Спектроскопия высокого разрешения терагерцевого частотного диапазона для аналитических приложений //Успехи физических наук. – 2020. – Т. 190. – №. 7. – С. 765-776. https://doi.org/10.3367/UFNr.2019.07.038613

7. Вакс В.Л. и др. О возможности продвижении метода нестационарной газовой спектроскопии, реализованного путем быстрого свипирования частоты, вверх по ТГц диапазону //Известия высших учебных заведений. Радиофизика. – 2022. – Т. 65. – №. 10. – С. 835-852. https://doi.org/10.52452/00213462_2022_65_10_835

8. Вакс В.Л. и др. Терагерцовая спектроскопия высокого разрешения для анализа многокомпонентных газовых смесей различного происхождения. // Глава коллективной монографии «Терагерцовая фотоника» (к 300-летию Российской академии наук (РАН)) М.: Издательство РАН. - 2023. - Т. 1. - С. 576. ISBN 978-5-907645-40-0

9. Sharma N. et al. 85-to-127 GHz CMOS transmitter for rotational spectroscopy // Proceedings of the IEEE 2014 Custom Integrated Circuits Conference. - 2014. - P. 1. ISBN: 978-1-4799-3286-3 https://doi.org/10.1109/CICC.2014.6946140

10. Zhang J. et al. 85-to-127 GHz CMOS signal generation using a quadrature VCO with passive coupling and broadband harmonic combining for rotational spectroscopy //IEEE Journal of Solid-State Circuits. – 2015. – Т. 50. – №. 6. – С. 1361-1371. https://doi.org/10.1109/JSSC.2015.2416312

11. Tang A. et al. 95–105 GHz 352 mW all-silicon cavity-coupled pulsed echo rotational spectroscopy system in 65 nm CMOS //IEEE Transactions on Terahertz Science and Technology. – 2017. – Т. 7. – №. 3. – С. 244-249. https://doi.org/10.1109/TTHZ.2017.2692041

12. Chitarra O. et al. Rotational and vibrational spectroscopy of 1-cyanoadamantane and 1-isocyanoadamantane //Journal of Molecular Spectroscopy. – 2021. – Т. 378. – С. 111468. https://doi.org/10.1016/j.jms.2021.111468hal-03228610

13. pycatsearch PyPi. https://pypi.org/project/pycatsearch/

14. QT | Tools for Each Stage of Software Development Lifecycle. https://www. qt.io/

15. pycatsearch-qt PyPi. https://pypi.org/project/pycatsearch-qt/

Для цитирования:

Вакс В.Л., Анфертьев В.А., Домрачева Е.Г., Приползин С.И., Черняева М.Б., Яблоков А.А., Черняева А.С. Спектрометр высокого разрешения диапазона 75-110 ГГц для исследования многокомпонентных газовых смесей. // Журнал радиоэлектроники. – 2025. – №. 11. – https://doi.org/10.30898/1684-1719.2025.11.45