А.Р. Бестугин1, А.А. Погорелов2, С.В. Дворников3, С.С. Дворников4, И.А. Киршина5

1, 3-5 Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения
(Санкт-Петербург, Россия)

2-4 Военная академия связи имени Маршала Советского Союза С.М. Буденного (Санкт-Петербург, Россия)

1 fresguap@mail.ru; 2 anpog@yandex.ru; 3 practicdsv@yandex.ru; 4 dvornic92@mail.ru; 5 ikirshina@mail.ru

Постановка проблемы. В оптических приемниках для реализации процедур гетеродинирования сигнала и на этапе формирования, и при приеме, как правило, используются диоды. Диоды как электронные приборы характеризуются внутренними шумами, которые ограничивают чувствительность приема. Природа внутренних шумов электронных приборов определяется тепловыми процессами и дробовым эффектом, которые, в свою очередь, обусловлены не только температурой окружающего фона, но частотой принимаемых излучений.

Цель. Оценить пороговую чувствительность диодных смесителей в трактах гетеродинирования оптических приемников.

Результаты. Представлены выражения для расчета уровня внутренних шумов оптического смесителя. Предложен подход оценки дробового шума, характеризующего пороговую чувствительность с позиций с позиций шумовой температуры. Получены упрощенные выражения зависимости пороговой чувствительности как функции частоты излучения при заданной температуре. Рассчитаны значения шума в терминах температуры для различных частот. Обоснован практический способ измерения шумовой температуры, характеризующий чувствительность приема, основанный на измерении выходного напряжения при приеме сигналов от источников с известными температурами излучателей. Приведены значения отношения сигнал/шум пороговой чувствительности для различных диапазонов частот и выполнена оценка чувствительности оценки смесителей гетеродинных приемников.

Практическая значимость. Из представленных аналитических выражений следует, что целесообразно выбирать диапазон частот 0,1–1 ТГц, так как он характеризуется относительно низкой шумовой температурой, но при этом способен обеспечить высокую скорость передачи сообщений.

Бестугин А.Р., Погорелов А.А., Дворников С.В., Дворников С.С., Киршина И.А. Оценка чувствительности смесителей оптических приемников // Радиотехника. 2024. Т. 88. № 6. С. 170−177. DOI: https://doi.org/10.18127/j00338486-202406-20

1. Митрохин В., Строгонов А., Гуров А., Лялин Д. Фотопьезоэлектрический приемник оптических сигналов на поверхностных акустических волнах // Электроника: Наука, технология, бизнес. 2023. № 6(227). С. 60-65. DOI 10.22184/1992-4178.2023.227.6.60.62.
2. Залесский В.Б., Гулаков И.Р., Зеневич А.О. и др. Исследование пропускной способности оптического канала с приемником информации в виде кремниевого фотоэлектронного умножителя // Известия высших учебных заведений. Сер. Электроника. 2022. Т. 27. № 1. С. 50-58. DOI: 10.24151/1561-5405-2022-27-1-50-58.
3. Козирацкий А.Ю., Гревцев А.И., Буров Р.И. Подход к определению величины динамического диапазона оптического приемника, реализующего методы прямого и гетеродинного детектирования // Вестник Воронежского государственного технического университета. 2020. Т. 16, № 5. С. 86-91. DOI: 10.36622/VSTU.2020.16.5.012.
4. Малин Т.В., Гилинский А.М., Мансуров В.Г. и др. Синтез AlGaN/GaN-гетероструктур для ультрафиолетовых фотоприемников методом молекулярно-лучевой эпитаксии // Журнал технической физики. 2015. Т. 85. № 4. С. 67-73.
5. Андриянова В.А., Дроздова К.А., Никитин В.А. и др. Исследование интегрального смесителя на основе многомодовой интерференции излучения // Интернаука. 2022. № 10-3(233). С. 15-19.
6. Протопопов В.В., Устимов Н.Д. Лазерное гетеродинирование: монография. М.: Наука. 1985. 228 с.
7. Гудков А.Г., Тихомиров В.Г., Чижиков С.В. Гетероструктурный транзистор для энергоэффективного малошумящего усилителя радиотермографа на основе монолитных интегральных схем // Радиотехника. 2023. Т. 87. № 3. С. 166-173. DOI: 10.18127/j00338486-202303-16.
8. Мацаев А.С., Мацаев А.А. Фликер-шум или флуктуационный дрейф рабочей точки // Успехи современной радиоэлектроники. 2022. Т. 76. № 7. P. 51-73. DOI: 10.18127/j20700784-202107-05.
9. Бурлаков И.Д., Гринченко Л.Я., Дирочка А.И., Залетаев Н.Б. Детекторы коротковолнового ИК-диапазона на основе InGaAs (обзор) // Успехи прикладной физики. 2014. Т. 2. № 2. С. 131-162.
10. Лебедев В.В., Петров В.М., Ильичев И.В. и др. Источник квантового шума на основе детектирования дробового шума балансного фотоприемника с управляемым интегрально-оптическим светоделителем // Письма в Журнал технической физики. 2021. Т. 47. № 21. С. 10-12. DOI: 10.21883/PJTF.2021.21.51620.18870.
11. Левин Г.Г., Лясковский В.Л., Самойленко А.А., Миньков К.Н. О квантовой эффективности приемников малофотонного оптического излучения // Законодательная и прикладная метрология. 2019. № 2(159). С. 10-13.
12. Халили Ф.Я. Квантовые измерения в детекторах гравитационных волн // Успехи физических наук. 2016. Т. 186. № 10. С. 1059-1089. DOI: 10.3367/UFNr.2016.07.037866.
13. Лебедев В.В., Петров А.Н., Парфенов М.В. и др. Сопоставление методов компенсации поляризационного фединга волоконно-оптических линий передачи аналоговых широкополосных сигналов по вносимым шумам и достижимому динамическому диапазону // Журнал технической физики. 2021. Т. 91. № 11. С. 1738-1743. DOI: 10.21883/JTF.2021.11.51537.94-21.
14. Исаев В.И. Дж. Рэлей и история открытия закона теплового излучения Рэлея-Джинса // Вестник Московского государственного областного университета. Сер. Физика-математика. 2019. № 2. С. 96-105. DOI: 10.18384/2310-7251-2019-2-96-105.
15. Дворников С.В. Метод обнаружения на основе посимвольного перемножения реализаций спектра наблюдаемого процесса с автоматическим расчетом порога принятия решения // Научное приборостроение. 2004. Т. 14. № 4. С. 92-97.
16. Овсянников В.А., Овсянников Я.В. О пороговой чувствительности несканирующих тепловизионных приборов, работающих по наклонным атмосферным трассам // Оптический журнал. 2022. Т. 89. № 10. С. 13-25. DOI: 10.17586/1023-5086-2022-89-10-13-25.
17. Дворников С.В., Кудрявцев А.М. Теоретические основы частотно-временного анализа кратковременных сигналов: монография. СПб: ВАС. 2010. 240 с.