Сверхпроводниковые усилители СВЧ на основе сквидов постоянного тока

• Автор: Прокопенко, Георгий Васильевич
• Шифр специальности: 01.04.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 188 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ

ПРЕДИСЛОВИЕ: П. 1. Объекты исследования.

П.2. Постановка задачи. Научная значимость

и новизна результатов.

П.З. План изложения.

П.4. Вопросы авторства и публикация

полученных результатов

П. 5. Основные положения, выносимые на

защиту.

П. 6. Аннотация

Глава 1.

ВВЕДЕНИЕ
(Обзор литературы)
Сквиды как элементы сверхпроводниковой
электроники. Области применения.
Физические основы работы сквидов. Принцип
квантовой интерференции. Флуктуации и предельная чувствительность.
Усилители на основе сквидов постоянного
тока. Особенности тестирования сквид-усилителя. Предельные параметры: шумы, полоса, уровень насыщения
Постановка задачи исследования.
Глава 2.

Применение принципов масштабного моделирования в конструировании сквид-усилителя на частоту 4 ГГц.
Выбор параметров сквида как отправная

Глава 3.

3.5 Глава 4.

точка моделирования. Таблица параметров. Принцип масштабного моделирования. Теоретические основы и условия применимости.
Конструкция масштабной модели и ее варианты. Схема СВЧ эксперимента. Оптимизированная модель и ее параметры, пересчитанные к реальному прибору.
Выводы по Главе 2.
Численное моделирование сквид-усилителя. Известные модели сквид-усилителя, обоснование выбора.
Программное обеспечение и численные методы исследования.
Общая эквивалентная схема сквид-усилителя на 4 ГГц и ее особенности. Принцип замещения. Роль выходных фильтров. Результаты численного моделирования. Усиление, полоса, шумы.
Выводы по Главе 3.
Конструкция сквид-усилителя на частоту 4 ГГц.
Концепция однокаскадного и двухкаскадного усилителей с интегрированным источником шума.
Особенности конструкции входных и выходных цепей. Вложенная катушка, ее

параметры. Конденсаторы, их конструкция и параметры. Выходные фильтры.
Технология изготовления. Существующие
ограничения (компромиссные решения). Технологическая карта.
Корпусной вариант усилителя ПЧ в стандарте 105 БМА.
Выводы по Г лаве 4.
Глава 5.

Экспериментальное исследование сквид-
усилителя
Экспериментальная установка для измерения
параметров СКУ. Схема эксперимента.
Методика обработки полученных результатов.
Диапазон, усиление, шумы, согласование
входа и выхода (в зависимости от параметров сквид а и конструкции выходных цепей).
Измерение мощности насыщения (в
зависимости от параметров сквид а).
Возможность параметрического
преобразования в сквид-усилителе.
Сравнение полученных результатов с
результатами масштабной модели и численными расчетами (определение параметров). Оценка паразитных параметров. Выводы по Г лаве 5.
Глава 6.
Сравнительный анализ сквид-усилителя и

16,5±0,5 дБ, шумовая температура - 3,8±0,9 К. При физической
температуре 1,5 К усиление увеличилось до 19,5±0,5 дБ, а шумовая температура уменьшилась до 0,9±0,4 К. Резонансный усилитель на частоте 93 МГц и 4,2 К имел усиление 18,6±0,5дБ и шумовую температуру 1,7±0,5 К.
В 1989 г. был предложен сквид-усилитель с новой входной резонансной схемой [6], которая может быть легко согласована с источником сигнала, имеющим импеданс 50 Ом (см. рис. 1.7). Этот сквид-усилитель также работал на основе вышеупомянутой топологии (рис. 1.4). Он настраивался с помощью конденсаторов Сі и С2, и его входной импеданс Ъ-х можно рассчитать по формуле
ZтъR{C]/(Cl+C2)] (1.22)
Сквид-усилитель был спроектирован на сигнальную частоту 150 Мгц. Измеренные коэффициент усиления и шумовая температура составили: 20 дБ и 0,7 К (при физической температуре 4,2 К). Шумовая температура насыщения, приведенная ко входу сквид-усилителя, достигла 200 К при ширине полосы по уровню -3 дБ «5 МГц.
Динамический диапазон О сквида в режиме разомкнутой обратной связи, в общем виде можно определить как отношение максимального входного сигнала, когда еще сквид работает в линейном режиме, к уровню его шумов [50]:
Э « ^2Ф02/<Фы2> (1-23)
где 4 обычно порядка 10"'. Типичное среднеквадратичное значение шумов сквида составляет <Фк2> » Ю'6хФ0Гц|/2 и соответственно, максимальный динамический диапазон равен ^105 дБ/ГГц - для ширины полосы в 1 Гц или 25 дБ для ширины полосы в 100 МГц. Другой величиной, представляющей динамический диапазон сквида как усилителя СВЧ, является уровень насыщения (по мощности) определяемый по входному сигналу, когда коэффициент усиления уменьшается на 1 дБ. (1 <ІВ