Низкошумящие усилители на борту Арктического метеорологического спутника

16 августа 2024 года Арктический метеорологический спутник (AWS) Европейского космического агентства (ESA) был выведен на полярную орбиту высотой 600 км. На его борту находятся четыре низкошумящих усилителя (LNA), разработанных Институтом прикладной физики твердого тела общества Фраунгофера во Фрабурге. Эти компоненты критически важны для работы пассивного микроволнового радиометра, который позволит спутнику измерять температуру и влажность в Арктике с беспрецедентной точностью, что улучшит понимание как самой Арктики, так и особенно заметного там изменения климата.

Если миссия будет успешной, ESA планирует развернуть на орбите целую группировку из идентичных малых спутников для обеспечения более точных краткосрочных прогнозов погоды (nowcasting) и климатических наблюдений в глобальном масштабе. Задача LNA в таких системах — усиливать чрезвычайно слабые сигналы естественного микроволнового излучения Земли, внося минимальный собственный шум, что значительно повышает чувствительность и надежность сбора данных.

«Чем мощнее низкошумящий усилитель, тем точнее и надежнее система может собирать данные. Они играют большую роль в спутниковом наблюдении Земли, поскольку микроволновое излучение, достигающее спутникового радиометра, очень слабое», — объясняет д-р Фабиан Томе, заместитель руководителя бизнес-подразделения высокочастотной электроники в институте Фраунгофера.

Институт предоставил четыре модуля LNA для трех из четырех групп каналов радиометра, работающих в диапазонах около 54, 89 и 170 ГГц. В основе технологий лежат усовершенствованные метаморфные транзисторы с высокой подвижностью электронов (mHEMT) на основе арсенида индия-галлия (InGaAs), интегрированные в монолитные микроволновые интегральные схемы (MMIC). Например, усилитель для диапазона 54 ГГц в испытаниях показал рекордно низкий коэффициент шума 1.0–1.2 дБ при усилении 28–31 дБ.

Миссия AWS, реализованная по принципам New Space (малый вес в 150 кг, срок разработки 3 года, сниженная стоимость), станет прототипом для будущей глобальной группировки EUMETSAT Polar System—Sterna (EPS-Sterna). Планируется, что с 2029 года на орбите одновременно будут работать шесть спутников, обновляемые трижды в течение миссии, что обеспечит долгосрочный мониторинг погоды и климата в полярных регионах.