Rilevatori a Microonde: Tipi, Principi e Applicazioni
La rilevazione a microonde (300 MHz – 300 GHz) richiede la transduzione di energia EM in segnali elettrici misurabili. La scelta dipende da **Frequenza, Sensibilità, Velocità, Temperatura e Costo.**
Classificazione e Confronto dei Rilevatori
| Tipo | Principio | Range di Frequenza | Sensibilità (NEP/Tangenziale) | Velocità | Raffreddamento | Uso Tipico |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Diodo Schottky (Legge del Quadrato) | Curva I-V non lineare rettifica RF → DC (V ∝ P² a bassa P) | 1 GHz – 1+ THz | -50 a -60 dBm (Video) | ns (Video BW ~GHz) | Temperatura ambiente | Misuratori potenza, Analizzatori di Rete Scalare, Ricevitori Allarme Radar, Mixer Astronomia Sottomm |
| Diodo PIN (Lineare) | Regione intrinseca ad alta R → I lineare ∝ P (Alta potenza) | 100 MHz – 40 GHz | +10 a +30 dBm | ns | Temperatura ambiente | Monitoraggio Alta Potenza, Protezione Limitatore, Controllo Interruttore/Attenuatore |
| Bolometro (Barretter / Termistore) | RF riscalda elemento → variazione R(T) → Sbilanciamento ponte | DC – 100+ GHz | -60 a -70 dBm (DC sub) | ms–µs (τ termico) | Ambiente / Raffreddamento TE | Standard Potenza (NIST), Calorimetria, Ponti Legacy |
| Cella Golay / Piroelettrico | Espansione gas / Variazione polarizzazione da riscaldamento | THz / Infrarosso Lontano | -80 a -90 dBm (Pirol) | ms (Golay) / µs (Pirol) | Temperatura ambiente | Spettroscopia THz, FTIR, Rilevamento Gas |
| Superconduttore (TES / MKID / SNSPD / HEB) | Generazione quasiparticelle / Induttanza cinetica / Hotspot | 30 GHz – 10+ THz | Singolo Fotone / -110 dBm | µs–ns (TES/MKID) / ps (SNSPD) | mK (Frigorifero di diluizione) / 4 K | CMB (Cosmic Microwave Background), Ottica Quantistica, Materia Oscura, Lidar Singolo Fotone |
| Ricevitore Eterodina (Mixer Schottky / SIS / HEB) | LO + Segnale → IF (Conversione verso il basso) → Amplifica → Rileva | 50 GHz – 2+ THz | Limite Quantistico (hν/kB) | IF BW (MHz–GHz) | 4 K (SIS/HEB) / mK (TES) | Astronomia Radio (ALMA, SOFIA), Sonde Atmosferiche, Radar Coerente |
| Transistor a Effetto di Campo (HEMT / HEMT Power Det) | Modulazione conduttività canale da tensione di porta RF | DC – 200+ GHz | -40 a -50 dBm | ns | Ambiente / 77 K / 4 K | LNA, Radiometri, Test 5G/6G, Array di Immagini |
Criteri di Selezione Chiave
- Coerente vs Incoerente: Serve Fase? → Eterodina (Mixer + LO). Solo Potenza? → Rilevatore Diretto (Diodo/Bolometro).
- Gamma Dinamica: Schottky (Legge del Quadrato) ~20-30 dB. PIN (Lineare) ~50 dB. Log-Amp estende a 80+ dB.
- Banda Larghezza Video: Radar a impulsi necessita ns (Diodo/HEMT). Radiometria necessita DC (Bolometro/TES).
- Ambiente: Spazio (Criogenico ok) vs Campo (Solo temperatura ambiente).
"Rilevatore" Pratico per Ingegneri (Non Fisici)
- Sensore Potenza Keysight / Rohde-Schwarz: Basato su diodo (MA241xx), Termocoppia (serie E). USB/LAN. -70 a +20 dBm. Calibrato.
- Analizzatore di Spettro / VNA: Mixer armonici integrati (diodo) o sampler MMIC.
- Ricevitore Allarme Radar (RWR): Rilevatori Schottky canalizzati + DF (Direction Finding).
- Cercatore Missile / Radar: Comparatore Monopulse (Somma/Differenza) → Schottky / Mixer SIS IF.
Regola Pratica: Temperatura ambiente, Misura Potenza → **Sensore a Diodo**. Temperatura ambiente, Spettro → **SA/VNA**. Criogenico, Singolo Fotone / Rumore Quantistico → **TES / MKID / SNSPD**. Imaging THz → **Golay / Pirol / Mixer HEB**.