В.О. Гладышев1, П.П. Николаев2

1, 2 Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана (Москва, Россия)
1 gladyshev@bmstu.ru, 2 ppn@bmstu.ru

Постановка проблемы. Самые чувствительные радиометры W-диапазона (в частности, установленный на космической обсерватории «Планк») обладают температурной чувствительностью около 100 мкК и чувствительностью по спектральной мощности около 10 мЯн. Интерес вызывают перспективы повышения чувствительности радиометров. Актуальность работы связана с использованием высокочувствительных радиометров W-диапазона для решения прикладных и фундаментальных астрофизических задач.

Цель. Определить предельную величину температурной чувствительности и чувствительности по спектральной мощности радиосигнала на приемной антенне для радиометров W-диапазона на существующем уровне развития науки и технологий.

Результаты. Расчетно-экспериментальным путем выявлена предельная температурная чувствительность современных радиометров W-диапазона – 65 мкК, а чувствительность по спектральной мощности – 22 мкЯн.

Практическая значимость. Радиометры W-диапазона обладают серьезным потенциалом увеличения чувствительности, что открывает большие возможности их использования в решении перспективных прикладных (создание систем ориентации и навигации по реликтовому фону) и фундаментальных (измерение поляризации реликтового излучения, наблюдение холодной материи Вселенной) задач.

Гладышев В.О., Николаев П.П. Предельная чувствительность радиометров W-диапазона // Нанотехнологии: разработка, применение – XXI век. 2026. Т. 18. № 1. С. 28–39. DOI: https://doi.org/10.18127/j22250980-202601-03

1. Payne J.M. Millimeter and Submillimeter Wavelength Radioastronomy. Proceedings of the IEEE. 2002. V. 77. № 7. P. 993–1017.
2. Van Berlo B. et al. Millimeter Wave Sensing: A Review of Application Pipelines and Building Blocks. IEEE Sensors Journal. 2021. V. 21. № 9. P. 10332–10368.
3. Tauber J.A. et al. Planck Pre-Launch Status: The Planck Mission. Astronomy & Astrophysics. 2010. V. 520. P. A1.
4. Crill B.P. et al. SPIDER: a Balloon-Borne Large-Scale CMB Polarimeter. Space Telescopes and Instrumentation 2008: Optical, Infrared, and Millimeter. SPIE. 2008. V. 7010. P. 800–811.
5. Matsumura T. et al. Mission Design of LiteBIRD. Journal of Low Temperature Physics. 2014. V. 176. № 5. P. 733–740.
6. Saintonge A., Catinella B. The Cold Interstellar Medium of Galaxies in the Local Universe. Annual Review of Astronomy and Astrophysics. 2022. V. 60. № 1. P. 319–361.
7. Новиков И.Д. и др. Задачи научной программы космической обсерватории Миллиметрон и технические возможности её реализации // Успехи физических наук. 2021. Т. 191. № 4. С. 404–443.
8. Westwater E.R., Crewell S., Mätzler C. A Review of Surface-Based Microwave and Millimeter-Wave Radiometric Remote Sensing of the Troposphere. URSI Radio Science Bulletin. 2004. V. 2004. № 310. P. 59–80.
9. Kuchler N. et al. A W-band Radar–Radiometer System for Accurate and Continuous Monitoring of Clouds and Precipitation. Journal of Atmospheric and Oceanic Technology. 2017. V. 34. № 11. P. 2375–2392.
10. Gopalsami N. et al. Application of Millimeter-Wave Radiometry for Remote Chemical Detection. IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 2008. V. 56. № 3. P. 700–709.
11. Сидоров И.А. и др. Радиометрический метод измерения температуры и влажности почвы // Нанотехнологии: разработка, применение – XXI век. 2024. Т. 16. № 1. С. 50–60.
12. Viegas C. et al. Active Millimeter-Wave Radiometry for Nondestructive Testing/Evaluation of Composites – Glass Fiber Reinforced Polymer. IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 2016. V. 65. № 2. P. 641–650.
13. Nanzer J.A. Microwave and Millimeter-Wave Remote Sensing for Security Applications. Norwood: Artech House. 2012. 372 p.
14. Гордин М.В. и др. Использование реликтового излучения для построения новой системы навигации // Пространство, время и фундаментальные взаимодействия. 2023. Т. 3-4. С. 108–116.
15. Большаков О.С. и др. Мобильный полноповоротный радиометрический комплекс для астрономических и атмосферных исследований // Приборы и техника эксперимента. 2023. Т. 1. С. 112–119.
16. Condon J.J., Ransom S.M. Essential Radio Astronomy. Princeton: Princeton University Press. 2016. 376 p.
17. Wilson T.L., Rohlfs K., Hüttemeister S. Tools of Radio Astronomy. Berlin: Springer. 2009. 518 p.
18. Mauskopf P.D. Transition Edge Sensors and Kinetic Inductance Detectors in Astronomical Instruments. Publications of the Astronomical Society of the Pacific. 2018. V. 130. № 990. P. 082001.
19. Zmuidzinas J., Richards P.L. Superconducting Detectors and Mixers for Millimeter and Submillimeter Astrophysics. Proceedings of the IEEE. 2004. V. 92. № 10. P. 1597–1616.
20. Irwin K.D., Hilton G.C. Transition-Edge Sensors. Cryogenic particle detection. Berlin, Heidelberg: Springer Berlin Heidelberg. 2005. 510 p.
21. Baselmans J. Kinetic Inductance Detectors. Journal of Low Temperature Physics. 2012. V. 167. № 3. P. 292–304.
22. Booth N.E., Goldie D.J. Superconducting Particle Detectors. Superconductor Science and Technology. 1996. V. 9. № 7. P. 493.
23. Allys E. et al. Probing Cosmic Inflation with the LiteBIRD Cosmic Microwave Background Polarization Survey. Progress of Theoretical and Experimental Physics. 2023. V. 2023. № 4. P. 042F01.
24. Lamarre J.M. et al. Planck Pre-Launch Status: The HFI Instrument, from Specification to Actual Performance. Astronomy & Astrophysics. 2010. V. 520. P. A9.
25. Simons Observatory: Characterization of the Large Aperture Telescope Receiver. The Astrophysical Journal Supplement Series. 2025. V. 279. № 2. P. 34.
26. Ade P.A.R. et al. Antenna-Coupled TES Bolometers Used in BICEP2, Keck Array, and SPIDER. The Astrophysical Journal. 2015. V. 812. № 2. P. 176.
27. Yates S.J.C. et al. Photon Noise Limited Radiation Detection with Lens-Antenna Coupled Microwave Kinetic Inductance Detectors. Applied Physics Letters. 2011. V. 99. № 7. P. 073505.
28. Hailey-Dunsheath S. et al. Low Noise Titanium Nitride KIDs for SuperSpec: A Millimeter-Wave On-Chip Spectrometer. Journal of Low Temperature Physics. 2016. V. 184. № 1. P. 180–187.
29. Flanigan D. et al. Photon Noise from Chaotic and Coherent Millimeter-Wave Sources Measured with Horn-Coupled, Aluminum Lumped-Element Kinetic Inductance Detectors. Applied Physics Letters. 2016. V. 108. № 8. P. 083504.
30. Kerr A.R. et al. Development of the ALMA Band-3 and Band-6 Sideband-Separating SIS Mixers. IEEE Transactions on Terahertz Science and Technology. 2014. Т. 4. № 2. С. 201–212.
31. Carter M. et al. The EMIR Multi-Band mm-wave Receiver for the IRAM 30-m Telescope. Astronomy & Astrophysics. 2012.
    V. 538. P. A89.
32. Chenu J.Y. et al. The Front-End of the NOEMA Interferometer. IEEE Transactions on Terahertz Science and Technology. 2016.
    V. 6. № 2. P. 223–237.
33. Gardner J.P. et al. The James Webb Space Telescope. Space Science Reviews. 2006. V. 123. № 4. P. 485–606.
34. Prestage R.M. et al. The Green Bank Telescope. Proceedings of the IEEE. 2009. V. 97. № 8. P. 1382–1390.
35. Wielebinski R., Junkes N., Grahl B.H. The Effelsberg 100-m Radio Telescope: Construction and Forty Years of Radio Astronomy. Journal of Astronomical History and Heritage. 2011. V. 14. P. 3–21.
36. Hojaev A., Shanin G.I., Artyomenko Y.N. Suffa Radio Observatory in Uzbekistan: Progress and Radio-Seeing Research Plans. Proceedings of the International Astronomical Union. 2006. V. 2. № SPS5. P. 177–182.
37. Bolli P. et al. Sardinia Radio Telescope: General Description, Technical Commissioning and First Light. Journal of Astronomical Instrumentation. 2015. V. 4. № 03n04. P. 1550008.
38. Hughes D.H. et al. The Large Millimeter Telescope (LMT) Alfonso Serrano: Current Status and Telescope Performance. Ground-based and Airborne Telescopes VIII. SPIE. 2020. V. 11445. P. 447–468.
39. Durrer R. The Cosmic Microwave Background. Cambridge: Cambridge University Press. 2020. 500 p.
40. Recommendation ITU-R P.676-13. Attenuation by Atmospheric Gases and Related Effects. August 2022.