Розанов Б.А., Розанов С.Б. Приемники миллиметровых волн (1989) (1095357), страница 28
Текст из файла (страница 28)
Степень компенсации емкостной проводимости переходов определяется технологическим разбросом их площади. Оригинальная квазиоптическая конструкция смесителя, позволяющая без каких-либо перестроек принимать сигналы в полосе не менее двух октав (115... 466 ГГц), предложена в 11491 (рис. 3.21). Основные ее элементы — две линзы и кварцевая пластинка с переходом СИС и антенной — «бабочкой», приклеенная к малой линзе. Антенна типа «бабочка», помещенная в плоскости разде- 136 Рнс.
3.20. Конструкция смесителя 3-мм диапазона (а) н подложки с переходом СИС (б)! ! — медный волнонодный блок! 2 — подвнм ные контактные поршни! 3 — выход. ной разъем: б — мварцевая подложка толщиной 0.15 мм1 5 — нндневые контакты; б— контактный сильфон: 7. В. !О. !1 — пленочные электро. лы: 7. 1! — РЬ вЂ” 1п — Ац на подолее ХЬ! Ю вЂ” то же. но СВЕРХУ Спей З101  — РЬ-Вз !заштрнхаван!! Р— переход СИС в окне в слое З10 азв в! в! ла плавленого кварца (п = )7 еж 2) и вакуума, рассматриваемая как излучающая, передает около 801)(7 мощности в кварцевую линзу и остальные 201)ь — в вакуум, где расположен охлажденный поглотитель.
В таком же соотношении мощность принимается антенной. Небольшая часть принимаемой мощности теряется нз-за отражений от линз. Выход к УПЧ, присоединяемый к верхнему крылу «бабочки», и соединение с корпусом нижнего крыла в этой конфигурации не нуждаются в ФНЧ, если крылья з Впб й Вмз, З зшсршсшбусш) Рис. 3.21. Кназноптическнй смеснтель диапазона 2.6 ...
0,65 мм: ! — фторооластовая линза; 2 — квмрцевая лииза; 3, 7 — пружйнные контакты; б — кварцевая пластивка тохщнвой а,! мм; б — переход СНС; б — «антенна-бабочка*;  — потло- титель в ! сж 6 — 162 137 «бабочки» имеют длину !~)ь/п. Рассмотренная конструкция особенно перспективна в СММ диапазоне, где волноводные элементы вносят большие потери. 3.7. ДЕТЕКТОРЫ НА ОСНОВЕ ЭФФЕКТА Д»КОЗЕФСОНА До сих пор практически не рассматривалось взаимодействие с излучением джозефсоновского тока в сверхпровод)рщих переходах. Это взаимодействие также имеет необычный характер и может быть использовано в приемных устройствах ММ диапазона для регистрации слабых сигналов, Как отмечалось в $ 3.2, для описания свойств джозефсоновских переходов с безгистерезисной ВАХ: ДТК и переходов СПС и СНС вЂ” наиболее подходящей является резистивная модель.
Качественно она хорошо объясняет влияние различных параметров на характеристики джозефсоновских приемников, однако теоретические значения чувствительности детекторов и потерь преобразования смесителей часто отличаются от экспериментальных в 2 ... 3 раза; для шумовых характеристик эта разница может быть значительно болыпе. Рассмотрим джозефсоновский переход (см. рис. 3.8), через который внешним источником заданы постоянный /о и переменный 1м51п о» ! Токи: ! (1) = !5 (!) + /р) (!) + С + 1р (1) = 1о+ 1 ь 51п о» !, (3.73) 6(( Аналитическое решение (3.73) возможно только в рамках резистивиой модели, когда /л — — У//?п, 1,(У) =сонэ(=1„и пРи ! «1„, С=О, !У=О. С учетом этих упрощающих предположений и соотношений (3.7), (3.8), считая разность фаз )р не зависящей от координат на переходе, получаем !, 5)п (р (!) + (Ь/ (2(//!л)) — = !о+ 1„5)п о» !.
(3 74) Решение уравнения (3.74) показывает, что внешний высокочастотный сигнал 1 5)по» ! приводит к появлению на автономной ВАХ /а(Р), определяемой (3.25), маленькой ступеньки тока высотой 2!1=11„//о(У)) при напряжении У»=Ь(о/2(7 (рис. 3.22). (ВАХ (3.25) симметрична относительно начала координат, поэтому все дальнейшее изложение ведется для положительных значений постоянного напряжения и тока.) Эта особенность на ВАХ связана с тем, что при напряжении У» частота джозефсоновской генерации ьв»=2(/У»/Ь равна частоте о» внешнего сигнала, который синхронизирует джозефсоновские колебания. Форма ВАХ н окрестности напряжения У» описывается соотношением (3.25).
в котором Р надо заменитьна У вЂ” У», 1о — на ! — 1о((1,), а 1,— на 1,; она асимптотически приближается к исходной ВАХ при удалении от Уь При большой амплитуде сигнала 1„уравнение (3.74) приходится решать численно. Увеличение 1„приводит к последовательному появлению ступенек тока прн напряжениях $1п»» лЬ о»/2(/ (3.75) 133 ду 6!с )и "и Рнс.
3.22. Расчетные зависимости Г .26» дан джозефсоиоаского детектора 4~'Хи при частоте оие»диего сигнала о»= =а»с: 1 — ВАХ 1~(У) при у О; ВАХ со ссупенькой сока от инеюнега сигнала прн Ус О (2) и У„е,аа (и): лиисйнан ааеи- 1,6 симость 1, У1мк (6)". импеданс пеР хода ам(ю при у,-о (6) и у„-о»3 (6): отклик перехода ау»у при у О П) н у,-о.м (в» (5 с увеличивающимися значениями л=1, 2, 3, ..., возрастанию, а затем осцилляциям их амплитуды (см. кривую 2 на рис. 3.23). Одновременно уменьшается и потом осциллирует критический ток 1, при У=О, который можно рассматривать как ступеньку тока с п=О (124). Ступеньки с номерами л) 1 со- в ответствуют синхронизации джозефсоновской генерации на частотах 56„=2»?У /Ь гармониками ло» внешнего й) сигнала, возникающими из- 0,5 1.
(3.77) Л =/7»ь (ыт — ьвх!о/б)/(о»У — ьса), где для компактности записи использованы нормированные значения тока )о=/о/1, и напряжения б=Р/У, (У,=1,/7»у — характерное напряжение перехода, зависящее главным образом от материала электродов и их температуры). Сопротивление перехода действительно при всех частотах, кроме о»=0=2(/У/Ь, где оно обращается в бесконечность (см. рис. 3.22). В области частот 16(о»<Р((б+1) »л/б] Х„=О.
это означает, что джозефсоновский 3» 139 за нелинейности ВАХ /о(Р). "с е»с В спектре напряжения У(!) на переходе наряду с гармониками внешнего сигнала п(о и джозефсоновской генерации л)ьв появляются составляющие с комбинационными частотами ло»+л)ав. При 1 «1„остаются только составляющие с п=1, и вызванное малым сигналом переменное напряжение при РФУ( + У (!) = 1гп 2; У ~ „я ехр () (о» + л) ьс) !), (3.?6) м —— гле У„+ И=У .р в/„, СоотношениЯ длЯ комплексных коэффициентов 3„.р я преобразования сигнала с частоты о» на комбинационную частоту о»+тьв приведены в (Пб).
Коэффициент 2м (л)= =0) представляет собой входное сопротивление джозефсоновского перехода: Г ° г Ряс. 3.23. Экспериментальные навяснности для смесителя иа ДТК )ЧЬ— (ЧЬ яа частоте 136 ГГц 1!6(]: ВЛХ прн Р, О Оз ° ЄР(Уи саумпаая температура Гм, ямясда смеснтмтя пря температуре нсточняяа сменяла гга К гаа (р! ° уу и и( (.мы аа га гяс переход может перекачивать а энергию в малый сигнал на частоте ьу, что позволяет создать м детектор, работающий в регенеративном режиме 1116]. Дифференциальное сопротивя( ление /(и ВАХ перехода при этом всегда положительно, Линейный отклик (3.76) на малый сигнал не содержит компоненты с нулевой частотой; изменение ВАХ наблюдается только в непосредственной близости к точке У= Уь При произвольном значении среднего напряжения на переходе его изменение г)7( оказывается эффектом второго порядка малости по 1: АУ = /ейпУс/[4/а(У( — У)] =/мй(у(а/(41 й(оР— й)] (3.78) где ат,=2дУ,/й — характерная частота перехода.
Таким образом, отклик АУ пропорционален мощности входного сигнала Рм пя =(1/2)/ямам. В случае низких частот (и кй (при У»У() из (3.78) получаем — г г АУ= — 1 )7 ыс/(41.~) = — 1 —— 4 йг — обычное классическое соотношение для детекторного отклика нелинейного элемента (ср. с (3.45)). В области (пжй отклик сильно возрастает и меняет свой знак, т. е. носит резонансный характер и является селективным, избирательным по частоте (см.
рис. 3.22). На этом основано действие селективных джозефсоновских детекторов„позволяющих проводить спектральный анализ принимаемого сигнала (153, 154]. Вольт-ваттиая чувствительность джозефсоновского перехода определяется при 2 »О как ра (/а) = ) = ' . (3.79) а„(, .„„, 2(О(Р О., ) В случае высоких частот (п»й (при У«У,) из (3.79) получаем р,(1а) =(пг,/(2!,й(ог) =Дуя(пг,/(2ры~), (3.80) Отсюда видно, что для повышения р (1а) выгодно увеличивать )7(т.
Однако при увеличении )7(т джозефсоновский критический ток 1, уменьшается (У,=1,агу=сонэ(), и возрастает роль тепловых 140 флуктуаций, которые до сих пор считались пренебрежимо малыми. Вызываемое ими уширение линии джозефсоновской генерации согласно (3.30) Айт2Тты, где Ту=2(/АТ/ й/о Оно приводит к сглаживанию острых углов ступенек тока и особенностей в Ям АУ. Соотношение (3.78) принимает внд ггй г ат+ О вг,и 1(сп — О)я+(туа,) (ет+О) +(т, ц) 1 (3.81) (см.
рис. 3.22). Интенсивные флуктуации (Ттж1) полностью размывают ступеньки тока на ВАХ, и отклик перестает быть селективным. В [154] показано, что прн приеме джозефсоновским детектором, отклик которого определяется (3.81), широкополосного сигнала со спектром Яу((э) + Зу (ы) АУ(У)ос — Р ~ йа, и «т — Я т. е. отклик связан со спектром источника излучения преобразованием Гильберта.
Следовательно, измерив А(г(]У), можно восстановить 5у(оу) с помощью обратного преобразования Гильберта. Важной особенностью джозефсоновских детекторов является возможность их использования для приема сигналов с весьма широкой полосой, составляющей десятки процентов несущей частоты. Минимальное значение НЕП широкополосного джозефсоновского детектора для частот ы»й достигается при сопротивлении )7(т, равном нескольким сотням ом (утж 0,1), обеспечивающем компромисс между повышением чувствительности р„при увеличении Йя согласно (3.81) и возрастанием при этом интенсивности тепловых флуктуаций 1124]: НЕП = 2АТ( В/((/Ус) ]ы'(а'Пны'.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
