高温超导双晶结混频器噪声系数测量

噪声系数(Noise Figure,NF)是超导混频器的一个重要参数,是衡量超导混频器内部噪声、影响混频器灵敏度的一个重要指标.实验基于小型脉冲管制冷系统,搭建高温超导约瑟夫森双晶结混频器噪声系数自动测量系统,工作温度为60K.Ar离子刻蚀工艺技术制备高温超导YBa2Cu3O7-δ(YBCO)/MgO约瑟夫森双晶结,通过Y-因子噪声测量法,测量YBCO/MgO约瑟夫森双晶结混频器的噪声系数.实验成功制备了特征电压约1mV的YBCO/MgO约瑟夫森双晶结,在650GHz信号辐照下,有明显的夏皮罗(Shapiro)台阶.在210GHz信号辐照下,进行30次谐波混频,约瑟夫森双晶结在不同偏置电压点中频输出信噪比变化范围约为30dB.在77K与300K不同输入噪声功率下,测得双晶结混频器噪声系数最小值为10dB,偏置电压在300μV.     

约瑟夫逊结基波和谐波混频器的模拟实验

采用约瑟夫逊结RSJ模拟器,对约瑟夫逊结的基波和谐波混频器进行了研究。用辅助电路和微型计算机系统在不同工作参数下测量了混频器中频输出(V_(IF))和结微分电阻(R_D)值,得到了谐波混频器的最大变频效率(η)与谐波次数(N)、本振电流(i_(LO))变化的关系。文中还给出了基波和二次谐波的最大变频效率随归一化本振频率(Ω(LO))变化的关系。实验结果表明,约结谐波混频器的工作状态取决于N是偶数还是奇数,偶次谐波混频器可以工作在零偏置和一定偏置这2种状态,而奇次谐波混频器仅能工作在一定偏置状态。在Ω(LO)≤0.36区域,二次谐波混频器的零偏置状态比一定偏置状态有较大的变频效率;而对Ω(LO)≤0.31,零偏置状态的二次谐波混频器比基波混频器有较大的变频效率。     

采用单极子微带天线耦合的SIS结混频器变频效率的研究

本文描述了一种单极子微带天线耦合的SIS结混频器。给出了确定单极子天线参数的实验方法,据此设计的混频器,在4.2K上用校正的单色信号源测得了其单边带变频效率为0.62。     

高温超导混频器变频效率的特性分析

我们研究了基于YBCO/MgO,YBCO/YSZ约瑟夫森超导结的谐波混频器.利用小型脉冲管制冷机以及小型G-M制冷机的高温超导混频测量系统,进行了亚毫米波段谐波混频的实验研究.通过实验,测量和分析了高温超导谐波混频器的变频效率的特性及其与耦合系数、本征信号功率、直流偏置和谐波次数等参数的关系.     

HEB太赫兹混频器使用微波补偿的稳定方法

我们对氮化铌(NbN)热电子测热辐射计(Hot Electron Bolometer,简称:HEB)的太赫兹(Terahertz,简称:THz)混频器的稳定性进行了研究,并探讨了相应的简易稳定方法.我们测量了HEB THz混频器在4.2K温度下使用0.65THz本振源(Local Oscillator,简称:LO)的中频输出.为了稳定混频器的工作点,我们采用了一个具有微波补偿功能的反馈回路.在这个反馈回路里,我们使用的微波补偿频率(10GHz)远远低于NbN HEB混频器的工作频率(0.65THz),以补偿混频器的THz LO功率波动.这使系统的艾伦时间(Allan time)增加到22s以上,从而改善了系统的稳定性.     

实用高温超导混频器3mm锁相稳频源

基于小型脉冲管制冷机,设计并改善了与其配套的锁相混频系统,用约瑟夫森颗粒边界结实现了高温超导3mm波段96次谐波混频,完成了60次谐波下压控振荡器的锁相稳频实验.首次实现了基于小型脉冲管制冷机的实用高温超导混频器3mm锁相稳频源.     

碳纳米管光混频器产生太赫兹功率的理论分析

以光混频器电路模型为基础,理论分析了碳纳米管(CNT)材料光混频器产生太赫兹功率的大小.通过对光混频器电导、天线的阻抗和外加偏置电压的模拟结果表明:提高光混频器电导、天线阻抗和外加偏置电压都能够提高输出太赫兹波功率,在小信号输入条件下,输出功率理论上能够达到数十微瓦.     

像差及湍流对90°空间光混频器性能的影响研究

光信号在大气湍流中发生畸变,畸变光信号经过有缺陷的光学天线和空间光混频器后,存在混频效率低及抖动的问题.针对空间输出型和单模输出型的90°空间光混频器,推导了带初级像差的90°空间光混频器模型,并研究了湍流对混频效率的影响.仿真结果表明,对于探测器靶面半径为50μm的空间输出型混频器,像差量为0.2λ的倾斜、球差、离焦...     

500GHz超导SIS混频器的设计

超导SIS(Superconductor-Insulator-Superconductor)混频技术是新兴的低噪声检测技术,其卓越的低噪声性能使其成为太赫兹波段理想的接收技术之一.如何提高太赫兹波和SIS超导结之间的信号耦合是设计超导SIS混频器的一个关键问题.本文依据准光耦合技术,研究了两种改善两者间信号的耦合方法:一是设计工作于500GHz波段的对数周期天线,二是设计微带阻抗变换器以实现对数周期天线和SIS超导结之间的阻抗匹配.     

一体化VCO混频器组件的研制

介绍一体化VCO混频器组件的研制,在有限的体积中集成低噪声放大器、混频器、VCO等几个功能模块,实现射频到中频便捷变换。VCO电路采用反馈型介质稳频场效应管振荡器,通过介质和变容管,实现机械及电压调谐功能,混频器采用一级低噪声放大器和单片混频器来满足低损耗和低驻波的变频要求。该组件在X波段,实现噪声小于2.3dB、驻波小于1.19,隔离度大于50dB,自频调带宽大于±50MHz,机械调谐范围大于±93MHz,本振频率温度系数小于0.22MHz/℃的指标。     

基于二极管精确电路模型的183GHz分谐波混频器设计

针对亚毫米波混频二极管管对电路模型不够精确的问题,采用场路结合协同分析,将进出二极管的频率信号分类处理,建立了一种应用于亚毫米波分谐波混频器电路的反向并联二极管对精确电路模型。基于获取的管对精确电路模型,建立了全局性的分谐波混频器电路的集总元件等效电路模型,设计并实现了一款183GHz分谐波混频器。测试结果表明混频器在本振频率为92GHz、功率为2mW,射频频率176~192GHz范围内,双边带变频损耗小于6.8dB,等效噪声温度小于800K,在182GHz测得最小双边带变频损耗为4.9dB,与仿真数据吻合较好。     

采用平面天线改善高Tc超导Josenhson结与信号源之间的耦合

为了加强微波信号与Ｊｏｓｅｐｈｓｏｎ结的耦合，我们设计制作了平面对数周期和等角螺旋天线．在Ｊｏｐｈｓｏｎ结上接有天线和不接天线时，分别测量零电压超流被微波功率压缩的情况，结果表明，该天线有效地提高了信号源与Ｊｏｓｈｓｏｎ结的耦合程度．这一方法可以应用到毫米波与亚毫米波段的谐波混频器上．     

采用平面天线改善高Tc超导Josephson结与信号源之间的耦合

为了加强微波信号与Ｊｏｓｅｐｈｓｏｎ结的耦合，我们设计制作了平面对数周期和等角螺旋天线，在Ｊｏｓｅｐｈｓｏｎ结上接有天线和不接天一时，分别测量零电压超流被微波功能压缩的情况，结果表明，该天线有效地提高了信号源与Ｊｏｓｅｐｈｓｏｎ结的耦合程度，这一方法可以应用到毫米波与亚毫米波段的谐波混频器上。     

中国超导电子学研究及应用进展

超导体的发现距今已有近110年了,高温超导体的发现也已经有30多年了.超导材料的电子学应用在最近一二十年取得了突破性进展.高温超导微波器件显示了比传统微波器件更优越的性能,已经在移动通信、雷达和一些特殊通信系统中取得了规模化应用.超导量子干涉器件以其磁场和电流测量的超高灵敏度,成为地质勘探、磁共振成像和生物磁成像等领域不可替代的手段.包括超导隧道结混频器、超导热电子混频器、超导转变沿探测器及超导单光子探测器等在内的超导传感器/探测器可以探测全波段的电磁波及各种宇宙辐射,具有接近量子极限的超高灵敏度,在地球物理、天体物理、量子信息技术、材料科学及生物医学等众多前沿领域发挥越来越重要的作用.超导参量放大器已经成为实现超导量子计算的关键器件.超导集成电路技术已被列入国际器件与系统技术路线图,成为后摩尔时代微电子领域的前沿阵地之一.在计量科学中,超导约瑟夫森效应及约瑟夫森结阵器件被广泛应用于量子电压基准和国际单位制基本单位的重新定义中.在当前的量子信息技术热潮中,超导电子学扮演重要角色,同时量子热潮也大力推动了超导电子学的发展.本文主要对近几年我国超导电子学研究和应用的现状与进展进行概括总结.     

0.38 THz混频器关键器件设计和仿真优化北大核心CSCD

太赫兹混频器是太赫兹波收发系统中的关键器件,是将信号频率从一个量值变换为另一个量值的电路器件,其中肖特基二极管是太赫兹混频器中的核心器件,除了肖特基二极管以外,低频滤波器、本振端口等也属于太赫兹混频器中的关键器件。对0.38THz混频器中的关键组件包括波导管、肖特基二极管、滤波器等在HFSS中进行了建模、仿真,最后通过对仿真结果的分析,实现了可以满足0.38THz太赫兹混频器的各个关键模块的模型,通过这些模型实现了混频器整体的优化。     

0.34 THz无线通信收发前端

描述了一种基于肖特基二极管技术的0.34 THz无线通信收发前端。该前端采用超外差结构,由0.34 THz谐波混频器、0.17 THz本振8倍频链和偏置电路组成。0.34 THz谐波混频器基于反向并联肖特基二极管,可以实现信号的上变频发射和下变频低噪声检测。0.17 THz本振8倍频链由三级二倍频及驱动放大链路组成,可将20~22.5 GHz信号倍频至0.16~0.18 THz,为混频器提供5~10 dBm左右的本振信号。实验测试结果表明:该前端用于信号发射时,在0.34 THz频点的饱和输出功率为-14.58 dBm;用于信号检测时,最低单边带(SSB)变频损耗为10.0 dB,3 dB中频带宽约30 GHz。限于测试条件,未能测试前端接收噪声温度,仿真得到的双边带噪声温度数值低于1000 K。在该前端基础上,完成了首次基于16QAM 数字调制体制的0.34 THz无线通信实验,传输速率达3 Gb/s。     

高温超导混频器在锁相稳频源中的应用

基于小型脉冲管制冷机,设计并改善了与其配套的锁相混频系统,用约瑟夫森颗粒边界结实现了高温超导3mm波段96次谐波混频,完成了60次谐波下压控振荡器的锁相稳频实验。首次实现了基于小型脉冲管制冷机的实用高温超导混频器3mm锁相稳频源。     

超高灵敏度太赫兹超导探测技术发展

太赫兹波段占有宇宙微波背景(CMB)辐射以后宇宙空间近一半的光子能量,该波段在天文学研究中具有不可替代的作用,因此太赫兹天文学的研究,具有极其重要的科学意义。本文系统介绍了基于超高灵敏度太赫兹超导探测技术的太赫兹相干探测器发展状况,包括超导隧道结混频器(SIS)和超导热电子混频器(HEB),以及以超导动态电感探测器(MKIDs)和超导相变边缘探测器(TES)为代表的非相干探测器的研究。在此基础上,展望了该领域未来发展趋势,对我国太赫兹天文探测技术的发展具有一定的参考意义。     

空间用倒装三结太阳能电池及其抗辐射性能研究

使用金属有机化学气相沉积技术,在4英寸GaAs衬底上获得了空间用GaInP/GaAs/In_(0.3)Ga_(0.7)As倒装三结太阳能电池.高分辨X射线衍射和阴极射线发光测试结果表明AlInGaAs应力渐变缓冲层的晶格弛豫度约100%,其整面平均穿透位错密度约5.4×10~6/cm~2.与GaInP/InGaAs/Ge常规三结太阳能电池相比,在AM0光谱、25℃测试条件下,面积24 cm~2的倒装三结太阳能电池转换效率达到32%,输出功率提高了5%.采用1 MeV高能电子对倒装三结电池进行粒子辐照测试,电池各项性能参数随不同辐照剂量发生改变,在1×10~(15)/cm~2辐照总剂量下电池转换效率衰降比例达到15%.     

氧化锌/金刚石薄膜异质结紫外光探测器

采用射频磁控溅射法在p型自支撑金刚石衬底上制备了高度c轴取向的n型氧化锌薄膜.研究了不同的溅射功率对氧化锌薄膜质量的影响.通过半导体特性分析系统测试了氧化锌/金刚石异质结的电流-电压特性,结果显示该异质结二极管具有良好的整流特性,开启电压约为1.6 V.在此基础上制备了结型紫外光探测器,并对其光电性能进行了研究.结果表...