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A Compact Heterodyne Millimeter-Wave/Terahertz Spectrometer for Remote Sensing

Jehna, Lukas (2025) A Compact Heterodyne Millimeter-Wave/Terahertz Spectrometer for Remote Sensing. Masterarbeit, Humboldy-Universität zu Berlin.

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Kurzfassung

Heterodyne spectroscopy using millimeter-wave/terahertz heterodyne receivers is a very suitable method for remote sensing of gases in space and in the atmospheres of Earth and other planets. Compact and lightweight receivers are essential for applications on small satellites. We have utilized an integrated SiGe BiCMOS receiver front-end with a local oscillator (LO) tunable from 225 GHz to 255 GHz, along with a compact back-end spectrometer based on a digital Fast Fourier Transform Spectrometer (dFFTS) and characterized it for heterodyne spectroscopy. For the front-end, an integrated SiGe BiCMOS receiver with a tunable LO is already available. Previously, we demonstrated gas spectroscopy with a lab-scale dFFTS as a back-end, but that system was not suitable for a compact instrument [1]. In this contribution, we present measurements of the spectra using a newly available compact dFFTS from Pacific MicroCHIP Corp. with dimensions of (11 × 10.5 × 1.5) cm3,a weight of 200 g and a power consumption of 2.5 W. We measured a DSB noise temperature of around 15 000 K and an Allan time of 17 s at an LO frequency of 239.2 GHz and an intermediate frequency around 240 MHz. We also demonstrated that this setup is capable of measuring rotational transitions of acetonitrile ( CH3CN ) around 239 GHz in a laboratory setup. As a next step, we plan to launch this receiver on a compact weather balloon to measure ozone O3 at a frequency of 235.710 GHz in the atmosphere up to an altitude of 40 km.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/218346/
Dokumentart:Hochschulschrift (Masterarbeit)
Titel:A Compact Heterodyne Millimeter-Wave/Terahertz Spectrometer for Remote Sensing
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Jehna, Lukaslukas.jehna (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
DLR-Supervisor:
BeitragsartDLR-SupervisorInstitution oder E-Mail-AdresseDLR-Supervisor-ORCID-iD
Thesis advisorHübers, Heinz-WilhelmHeinz-Wilhelm.Huebers (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERT
Thesis advisorRothbart, NickNick.Rothbart (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:21 Mai 2025
Erschienen in:A Compact Heterodyne Millimeter-Wave/Terahertz Spectrometer for Remote Sensing
Open Access:Nein
Seitenanzahl:89
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Heterodyne Spectroscopy, Gas Spectroscopy, Millimeter-Wave, Terahertz, Remote Sensing, SiGe BiCMOS, Ozone, Acetonitrile
Institution:Humboldy-Universität zu Berlin
Abteilung:Institut für Physik
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Erdbeobachtung
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R EO - Erdbeobachtung
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Terahertz-Spektrometer für atomaren Sauerstoff in der Mesosphäre/Thermosphäre
Standort: Berlin-Adlershof
Institute & Einrichtungen:Institut für Optische Sensorsysteme > Terahertz- und Laserspektroskopie
Hinterlegt von: Jehna, Lukas
Hinterlegt am:13 Nov 2025 08:53
Letzte Änderung:13 Nov 2025 08:53

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