Криостатируемые приемники для спектральных астрономических и атмосферных исследований в миллиметровом и субмиллиметровом диапазонах длин волн

• Автор: Вдовин, Вячеслав Федорович
• Шифр специальности: 01.04.01
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 351 с. : ил.

Список принятых сокращений и обозначений:

ММ- миллиметровые (волны),

СубММ- субмиллиметровые (волны),

СМ- сантиметровые (волны);

ДБ111- диод с барьером Шоттки;

СИС - сверхпроводник-изолятор-сверхпроводник,

ГДГ- генератор на диоде Ганна;

ЛПД- лавинно-пролетный диод (генератор);

ВТСП- высокотемпературная сверхпроводимость;

СВЧ - сверхвысокие частоты;

ПЧ- промежуточная частота;

ФАПЧ- фазовая автоподстройка частоты;
НЧ (DC)- низкая частота, постоянный ток;
АЧХ - амплитудно-частотная характеристика;
ВАХ - вольтамперная характеристика;
УПЧ- усилитель промежуточной частоты;
УВЧ- усилитель высокой (входной) частоты;
МС- микросхема;
ЛОВ- лампа обратной волны,
ГТУ- параметрический усилитель,
НЕВ- болометр на горячих электронах (hot electron bolometer);
Сп - собственная емкость смесительных диодов;
h- постоянная Планка;
со = 2ttv - круговая частота;
v,/-частота
А/- полоса частот;
г- постоянная интегрирования выходной цепи;
Я - длина волны
кв - постоянная Больцмана.
Т0- температура окружающей среды.
Тп- шумовая температура приемника (прибора)
СКВИД- сверхпроводниковое квантовое интерференционное устройство на эффекте Джозефсона.

Криостатирование приемников электромагнитного излучения миллиметровых и субмиллиметровых волн
ГЛАВА 1
Обзор. Исследования и создание криоэлектронных приемников излучения ММ и СубММ волн.
1.1. Разработка супергетеродинных охлаждаемых приемников 28 излучения ММ и СубММ диапазонов длин волн со смесителями на входе и достижение предельно высокой чувствительности.
1.2 Охлаждаемые приемники со смесителями на диодах с барьером 35 Шоггки.
1.3. Сверхпроводниковые приемники
1.4 Перспективные направления развития криоприемников ММ и
СубММ волн.
1.5. Системы криостатирования приемников
1.6. Проблемы ввода-вывода сигналов криоприемников. уд
1.7. Проблемы погрешностей измерений и эталонов криоприемников,

1.3. Сверхпроводниковые супергетеродинные приемники
С 70-х г XX века [97, 98, 21] активную конкуренцию охлаждаемым ДБШ приемникам составили сверхпроводниковые супергетеродинные приемники, начавшие историю от известной работы Живера [140] 1960 г., последовавшей за открытием эффекта Джозефсона [159].
Группы отечественных разработчиков [5, 99-102], практически одновременно с первыми разработчиками сверхпроводниковых устройств в мире [21, 42, 96, 97], а с конца 80-х в тесном сотрудничестве с группой автора [А22, А25], разработала серию сверхпроводниковых приборов в ММ и СубММ диапазонах длин волн. Заметим также, что весьма активно велись разработки в этом направлении и в ФИАНе [177] на Украине (Харьковское ИРЭ, НИИ Сатурн, г.Киев) [102, 141]. В рамках упоминавшегося проекта, руководимого Д.В.Корольковым, в 80-х годах был создан приемник на точечном Джозефсоновском контакте для радиоастрономии [141], однако не успевший найти практического применения. С распадом же СССР эти работы на Украине практически прекратились, также как работы по созданию мазеров [104, 105], которые будут рассмотрены в следующем параграфе.
Помимо СИС создавались и другие типы сверхпроводниковых приборов, например: супер-Шоттки (ДБШ со сверхпроводниковыми
контактами) или СИН (сверхпроводник-изолятор-нормальный металл) [101] и т.п. Однако, наиболее стабильные и высокие результаты были получены с СИС переходами, изготовленными с помощью интегральной технологии, где слабая связь реализуется за счет туннельного барьера из диэлектрика толщиной в несколько атомных слоев. В СИС - переходах равный интерес представляет сильная нелинейность тока нормальных электронов. Эта нелинейность на сегодня считается наиболее сильной нелинейностью в природе [94]. Фоновый ток СИС детектора чрезвычайно мал и определяется его физической температурой. Это позволяет использовать СИС- переход в