Интегральные устройства на сверхпроводниковых туннельных переходах для приемников миллиметровых и субмиллиметровых волн

• Автор: Шитов, Сергей Витальевич
• Шифр специальности: 01.04.01
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 428 с. : ил

СОДЕРЖАН НЕ

ПРЕДИСЛОВИЕ

П1 Область исследования

П2 Порядок изложения материала

ПЗ Основные положения, выносимые на защиту

П4 Вопросы авторства и публикация результатов

Г15 Аннотация

Глава 1 Сверхпроводниковые туннельные переходы на СВЧ

1.1 Сверхпроводниковые туннельные переходы детекторы СВЧ

1.1.1 Электрофизические свойства

1.1.2 Импеданс на СВЧ и полоса частот
1.1.3 Эффективность и шумовая температура смесителя
1.2 Принципы построения СИС смесителей
1.2.1 Проблема согласования СИС перехода
1.2.2 Цепочки СИС переходов
1.2.3 Интегральные настроечные элементы
1.2.4 Линии передачи из сверхпроводников
1.2.5 Поверхностный импеданс
1.2.6 Волноводные и квазиоптические СИС смесители

1.2.7 Матричные приемники
1.2.8 Масштабное моделирование
1.3 Сверхпроводниковые осцилляторы
1.3.1 Эффект Джозефсона
1.3.2 Цепочки джозефсоновских переходов
1.3.3 Распределенные туннельные переходы
1.4 Выводы по Главе

Глава 2 Оптимизация СИС смесителей в квантовом режиме
2.1 Концепция оптимального включения
2.1.1 Оптимальное число переходов
2.1.2 Мощность насыщения
2.2 Волноводные СИС смесители
2.2.1 Приемники диапазонов 3, 6 и 8 мм
2.2.2 Преобразование с усилением
2.3 Выводы и рекомендации по Главе
Глава 3 Расчет и моделирование сверхпроводниковых микросхем
3.1 Сверхпроводящий микрополосок
3.2 Определение параметров экспериментальной схемы
3.3 Согласование смесительного элемента и антенны
3.4 Потери вблизи щелевой частоты
3.5 Аппроксимация ВАХ СИС перехода
3.6 СВЧ мощность, поглощенная СИС переходом
3.7 Импеданс ФФО
3.8 Выводы и рекомендации по Главе
Глава 4 Квазиоптические смесители на дипольных антеннах
4.1 Широкополосный квазиоптический смеситель
• 4.2 Сверхмалошумящий смеситель на частоту 450 ГГц
4.3 Мапошумящий смеситель на частоту 1 ТГц
4.4 Выводы и рекомендации по Главе

Глава 5 Исследование джозефсоновских осцилляторов
5.1 Совместимость, согласование и изоляция СИС детекторов
5.1.1 Локализация магнитного поля

5.1.2 Согласование импедансов
^ 5.1.3 Изоляция по постоянному току
5.2 Исследование распределенных туннельных переходов
5.2.1 Исследование ФФО типа ЫЬ-АЮх-ЫЬ
5.2.2 Исследование многослойных ФФО
5.2.3 Исследование ФФО типа ЫЬМ-АШ-ГЧЬЫ
5.3 Исследование двухмерных цепочек
5.4 Выводы и рекомендации по Главе
Глава 6 Электронно-управляемые аттенюаторы на СИС переходах
6.1 Физические основы и принцип работы
6.1.1 Управление импедансом квазичасгичного гока
6.1.2 Полоса частот
6.1.3 Диапазон регулирования
6.1.4 Уровень насыщения
6.1.5 Практические оценки
6.2 Экспериментальное исследование
6.2.1 Экспериментальные образцы
6.2.2 Результаты и их обсуждение
6.3 Выводы и рекомендации по Главе
* Глава 7 Сверхнроводниковые интегральные приемники
7.1 Принцип построения приемной микросхемы
7.2 Волноводный приемник диапазона 120-180 ГГц
7.2.1 Принцип работы и конструкция
7.2.2 Экспериментальное исследование
7.3 Квазиоптические приемники диапазона 400-700 ГГц
7.3.1 Принцип работы и конструкция
* 7.3.2 Смеситель на одиночном СИС переходе

является классической. Эта модель основывается на том практическом соображении, что собственная емкость СИС перехода, влияние которой характеризуется параметром у тКпСп о)(]{„А)сп »1, эффективно шунтирует высокочастотные комбинационные составляющие и, таким образом, их можно исключить из рассмотрения. Предположив равенство интенсивностей сигнала в основном и зеркальном каналах, его можно рассматривать как чисто амплитудную модуляцию уровня гетеродина с частотой и),,,, = co-colo- Такая модель отражает реальную экспериментальную ситуацию, в которой СИС смеситель тестируется с помощью широкополосного шумового сигнала, получаемого от антенной нагрузки с переменной физической температурой (метод холодной и горячей нагрузки) [91, 92]. Несмотря на упрощение, метод приводит к результатам, в точности совпадающим с получаемыми из квантовомеханического рассмотрения по трехчастотной модели [59, 60].
Для моделирования СИС смесителя удобно использовать линеаризованные эквивалентные схемы смесителя по входному и выходному сигналам [82], где источник сигнала представлен в виде параллельно включенных источника тока /, и проводимости (г.. Элемент С., представляет собой импеданс смесительной камеры, а (}„„„ - собственную входную проводимость СИС перехода (1.8). На выходном сигнале источником тока //, является сам смесительный элемент с выходной проводимостью (г/о, нагруженный на тракт ПЧ с входной проводимостью (Д.. Эффективность преобразования I.'1 записывается в следующем виде:
А 1 - -(±% , ■ , 4(':: , (1.15).
+СЛ )- (О, +Сти>У
Квантовые реактивные компоненты и влияние геометрической емкости перехода могут быть включены либо в (}„, либо в что не меняет