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高温超导混频器是利用高温超导Josephson结良好的高频性能和高度的非线性效应来实现混频的。高温超导Josephson结谐波混频器具有许多独特的优点:灵敏度和谐波次数高、所需的本振和微波信号功率小、噪声低、工作频带宽等。
传统上高温超导器件工作于液氮环境中,不利于高温超导器件的实用化和商业化,因而便宜、高效、长寿命的小型制冷机制冷取代液氮制冷是高温超导器件实用化的必然要求。我们利用小型制冷机作为冷源,设计了高温超导谐波混频测量系统,对亚毫米波段谐波混频进行了研究。主要工作如下:
(1)在小型制冷机上,采取了一系列降低噪声和加强微波耦合的措施,利用YBCO/YSZ双晶结,在国内首次利用制冷机实现了3mm波段的谐波混频,最高在300GHz微波信号下得到100次谐波混频。同时研究了高温超导Josephson结谐波混频中频输出与本振功率、高温超导Josephson结偏置电流之间的关系、超导结临界电流I<,c>与温度T的关系。
(2)成功制备了具有制备工艺简单、高频特性好、性能稳定的YBCO/YSZ双晶结。通过对光刻机的改造,利用红色发光二极管打底光的办法能很准确找准晶界,解决了双晶结光刻时晶界难以辨认的难题,从而可使得我们的制备的YBCO/YSZ双晶结微桥桥区能达10μm×5/μm,有效提高了YBCO/YSZ双晶结的高频性能。
(3)材料介电常数是微波器件应用的重要参数,我们利用网络分析仪扫频测量S参数,进而推导了材料介电常数。
我们期望在以后的工作中进一步改善高温超导结与微波信号的耦合、抑制系统噪声,努力提高高温超导谐波混频中频输出信噪比,从而促进高温超导器件真正走上实用化之路。