ДВУХЧАСТОТНАЯ ПЕРЕКРЕСТНО-ЩЕЛЕВАЯ АНТЕННА С РЕЗОНАНСНЫМИ БОЛОМЕТРАМИ НА ХОЛОДНЫХ ЭЛЕКТРОНАХ ДЛЯ ПРИМЕНЕНИЯ В КОСМИЧЕСКОЙ МИССИИ COrE

Измерение характеристик реликтового излучения является актуальной задачей современной радиоастрономии. Целью настоящей работы является расчет планарной двухчастотной перекрестно-щелевой антенны, предназначенной для работы в составе приемной системы орбитального радиотелескопа Cosmic Origins Explorer (COrE), разрабатываемого Европейским космическим агентством для измерения реликтового излучения.

Предлагаемая планарная антенна представляет собой металлический слой, нанесенный на диэлектрическую подложку и содержащий систему из четырех щелей, пересекающих друг друга под прямым углом. В состав антенны входит также система микрополосковых линий, предназначенных для передачи сигнала от щелей к резонансным болометрам на холодных электронах, и линза для формирования основного луча диаграммы направленности антенны. Расчет антенной системы проводился путем электродинамического моделирования в программном пакете CST Microwave Studio. В результате расчета получены диаграммы направленности антенны в двух частотных каналах, а также ее частотные характеристики.

В результате расчета получены следующие характеристики приемной системы на основе перекрестно-щелевой антенны: ширина основного луча диаграммы направленности – 24,3° и 19,5°, эллиптичность луча – 4,2 % и 0,3 %, ширина полосы частот – 14,9 ГГц и 19,0 ГГц, разрешение по поляризации – 23,4 дБ и 29,6 дБ, где всюду первое значение относится к каналу 75 ГГц, второе – к каналу 105 ГГц.

Предложено использование перекрестно-щелевой антенны в двухчастотном режиме совместно с резонансными болометрами на холодных электронах для работы в составе приемной системы орбитального радиотелескопа COrE. Сравнение рассчитанных характеристик антенны с требованиями, заданными Европейским космическим агентством, показало возможность использования антенны данного типа в составе миссии COrE.

1. Starobinskii A.A. Spectrum of relict gravitational radiation and the early state of the universe. Soviet Journal of Experimental and Theoretical Physics Letters, 1979, vol. 30, no. 11, pp. 682−685.

2. Linde A.D. A new inflationary universe scenario: A possible solution of the horizon, flatness, homogeneity,isotropy and primordial monopole problems. Physics Letters B, 1982, vol. 108, p. 389. doi:10.1016/0370-2693(82)91219-9

3. BICEP2 II: experiment and three-year data set. BICEP2 collaboration. P. Ade, et al., arXiv: 1403.4302v1 [astro-ph.CO] 17 Mar 2014.

4. Abbot B.P. et al. (LIGO Scientific Collaboration and Virgo Collaboration). Observation of Gravitational Waves from a Binary Black Hole Merger. Physical Review Letters, 2016, vol. 116, p. 061102. doi: 10.1103/PhysRevLett.116.061102

5. The ESA Tender ESTEC ITT AO/1-7256. Next Generation Sub-millimetre Wave Focal Plane Array Coupling Concepts, February 2013.

6. Kuzmin L. Optimization of the Hot-Electron Bolometer for Space Astronomy. SNED Proc., 2001, pp. 145−154.

7. Kuzmin L.S. A Resonant Cold-Electron Bolometer With a Kinetic Inductance Nanofilter. IEEE Transactions On Terahertz Science And Technology, 2014, vol. 4, pp. 314−320. doi: 10.1109/TTHZ.2014.2311321

8. Goutam Chattopadhyay, Jonas Zmuidzinas. A Dual Polarized Slot Antenna for Millimeter Waves. IEEE Transactions on Antennas and Propagation, 1998, vol. 46, no. 5, pp. 736−737. doi: 10.1109/8.668920

9. Goutam Chattopadhyay, David Miller, Henry G. LeDuc, Jonas Zmuidzinas. A dual-polarized quasi-optical SIS mixer at 550 GHz. IEEE Transactions On Microwave Theory And Techniques, 2000, vol. 48, no. 10, pp. 1680−1686. doi:10.1109/22.873895

10. DuHamel R.H. Dual polarized sinuous antennas. Patent U.S. no. 4658262, 1987.

11. Arthur C. Ludwig. The Definition of Cross Polarization. IEEE Transactions On Antennas And Propagation, 1973, vol. 21, issue 1, pp. 116−119.