Субмиллиметровые сверхпроводниковые Nb СИС и NbN HEB смесители

• Автор: Чжан Вэнь
• Шифр специальности: 01.04.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 159 с. : ил.

Глава I. Обзор литературы и постановка задачи

1.1. Полупроводниковые смесители на основе диодов с барьером Шоттки

1.2. Смесители на основе туннельных переходов сверхпроводник - изолятор -сверхпроводник

1.3. Смесители на электронном разогреве с фононным каналом охлаждения

1.4. Схемы согласования с высокочастотным излучением для волноводных СИС смесителей и квазиоптических НЕВ смесителей

1.5. Выбор объекта исследования и постановка задачи

Глава II. Методики исследования характеристик СИС и НЕВ приемников

2.1. Методика моделирования волноводного СИС смесительного блока посредством программного пакета Н!^
2.2 Методика измерения импеданса волноводного СИС смесительного блока с использованием масштабированного макета
2.3. Экспериментальная установка для измерения шумовой температуры СИС и НЕВ приёмников
2.4. Методика исследования поляризации планарной спиральной антенны МЬЫ НЕВ смесителей
Глава III. Характеристики волноводных СИС смесителей
3.1. Моделирование волноводного СИС смесительного блока посредством программного пакета
3.2. Исследование импеданса волноводного СИС смесительного блока с использованием масштабированного макета
3.3 Характеристики волноводных №> СИС смесителей в диапазоне частот
0.6-0.7 ТГц
3.4 Выводы

Глава IV. Характеристики квазиоптических NbN HEB смесителей
4.1 ВАХ и выходная мощность шумового сигнала ПЧ NbN HEB смесителей, охлаждаемых в машине замкутого цикла
4.2 Шумовая температура квазиоптических NbN HEB смесителей на частотах
0.5 и 0.85 ТГц, охлаждаемых в машине замкнутого цикла
4.3 Шумовая температура квазиоптических NbN HEB смесителей в зависимости от частоты гетеродина в диапазоне 0.5-2.5 ТГц
4.4 Характеристики NbN HEB смесителей по постоянному току и улучшение шумовой температуры при помощи сеточного фильтра
4.5 Поляризация планарной спиральной антенны NbN HEB смесителей на частоте гетеродина 0.5 ТГц
4.6 Выводы
Заключение
Список публикаций автора
Литература

Освоение субмиллиметрового и терагерцового частотных диапазонов относится к наиболее актуальным задачам технических нововведений. Причины этого обусловлены как практическими задачами современной наноэлектроники, радиосвязи, экологии, медицины, так и фундаментальными научными проблемами биологии, химии, физики конденсированных сред, астрофизики. По мере развития области терагерцовых технологий появилась возможность проводить астрономические измерения в терагерцовом диапазоне, где излучение Вселенной включает в себя около 40 тысяч отдельных спектральных линий элементов и молекул, при этом провести наблюдения удалось только нескольких тысяч линий [1]. Характерные спектральные линии элементов и молекул, таких как С+ (1.9 ТГц), могут дать исчерпывающую информацию об областях формирования звезд. Причем в этом частотном диапазоне вращательные переходы молекул некоторых газов, находящихся в атмосфере и верхней тропосфере Земли, таких как вода, кислород, хлор, соединения азота могут служить для мониторинга целостности и причин разрушения озонового слоя, глобального потепления и загрязнения атмосферы [2].
Проведение радиоастрономических наблюдений с поверхности Земли затруднено сильным поглощением терагерцового излучения в атмосфере парами воды [1]. Для проведения исследований с поверхности Земли на частотах выше 1 ТГц возможно использовать только так называемые окна прозрачности с относительно высоким коэффициентом пропускания [3]. На сегодняшний день только начинается освоение окон прозрачности около 1.03, 1.35 и 1.5 ТГц, коэффициент пропускания атмосферы в которых не больше 40 %, например, в высокогорных областях Чили [4]. Условия проведения наблюдений вынуждают создавать радиообсерватории в труднодоступных высокогорных районах (SMA [5], ALMA [6], APEX [7]) или с базированием на самолете (SOFIA [8]), воздушном шаре (BSMILES [9], TELIS [10]) или

изготовленной на той же подложке, что и смесительный элемент [106-107]. Отсутствие прецизионных механических деталей следует отнести к преимуществам квазиоптических систем наряду с отсутствием ограничений на размер самой подложки.
Квазиоптическая схема состоит из фокусирующей линзы и широкополосной планарной антенны [108]. В качестве приемной антенны была выбрана эквиугольная спиральная антенна, которая представляет собой двухветвевую осесимметричную планарную структуру, отдельная ветвь которой ограничена двумя экспоненциально заданными в полярных координатах кривыми:
где р, (р - полярные координаты, р0, К, а - положительные константы, вторая
значении параметра а = 0.3 антенна имеет осесимметричную диаграмму направленности. При конечных размерах антенны, минимальная частота определяется длинной плеча антенны, а максимальная - отклонением в форме антенны в ее центре, и при соответствующем выборе топологии возможно достижение широкополосное около декады. При этом, однако, следует учитывать что, во-первых, слишком широкая полоса антенны может привести к насыщению смесителя на горячих электронах и, во-вторых, так как смесительный элемент включается в центральную часть антенны, его размеры могут ограничить диапазон антенны со стороны высоких частот.
Используемая антенна являлась самокомплементарной, т.е. площадь ее металлической части равна площади щелевой, в этом случае импеданс антенны является чисто активным и, в пренебрежении поверхностным сопротивлением металла, составляет:
что для кремния дает 75 Ом.
Направленность и эффективность согласования с гауссовым пучком
(1.4.1)
ветвь - на 180° повернутая первая. При числе витков 1.25-1.5 и оптимальном