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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

TipoPrincipioRange di FrequenzaSensibilità (NEP/Tangenziale)VelocitàRaffreddamentoUso 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 ambienteMisuratori 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 dBmnsTemperatura ambienteMonitoraggio Alta Potenza, Protezione Limitatore, Controllo Interruttore/Attenuatore
Bolometro (Barretter / Termistore)RF riscalda elemento → variazione R(T) → Sbilanciamento ponteDC – 100+ GHz-60 a -70 dBm (DC sub)ms–µs (τ termico)Ambiente / Raffreddamento TEStandard Potenza (NIST), Calorimetria, Ponti Legacy
Cella Golay / PiroelettricoEspansione gas / Variazione polarizzazione da riscaldamentoTHz / Infrarosso Lontano-80 a -90 dBm (Pirol)ms (Golay) / µs (Pirol)Temperatura ambienteSpettroscopia THz, FTIR, Rilevamento Gas
Superconduttore (TES / MKID / SNSPD / HEB)Generazione quasiparticelle / Induttanza cinetica / Hotspot30 GHz – 10+ THzSingolo Fotone / -110 dBmµs–ns (TES/MKID) / ps (SNSPD)mK (Frigorifero di diluizione) / 4 KCMB (Cosmic Microwave Background), Ottica Quantistica, Materia Oscura, Lidar Singolo Fotone
Ricevitore Eterodina (Mixer Schottky / SIS / HEB)LO + Segnale → IF (Conversione verso il basso) → Amplifica → Rileva50 GHz – 2+ THzLimite 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 RFDC – 200+ GHz-40 a -50 dBmnsAmbiente / 77 K / 4 KLNA, Radiometri, Test 5G/6G, Array di Immagini

Criteri di Selezione Chiave

  1. Coerente vs Incoerente: Serve Fase? → Eterodina (Mixer + LO). Solo Potenza? → Rilevatore Diretto (Diodo/Bolometro).
  2. Gamma Dinamica: Schottky (Legge del Quadrato) ~20-30 dB. PIN (Lineare) ~50 dB. Log-Amp estende a 80+ dB.
  3. Banda Larghezza Video: Radar a impulsi necessita ns (Diodo/HEMT). Radiometria necessita DC (Bolometro/TES).
  4. Ambiente: Spazio (Criogenico ok) vs Campo (Solo temperatura ambiente).

"Rilevatore" Pratico per Ingegneri (Non Fisici)

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**.

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