基于高温超导约瑟夫森结的太赫兹天线设计

发布时间：2021-11-23 10:21

　　太赫兹由于具有相当大的绝对带宽,在通信领域具有传输速率高、容量大、方向性强、安全性高、穿透性好等优点。太赫兹技术在太赫兹的产生、检测、混频器、成像等方面已有了很大的发展。然而,由于太赫兹波段在大气中衰减严重,太赫兹超灵敏接收机的有效探测面临着更高的挑战。高温超导约瑟夫森结检测器和混频器因其优越的灵敏度、宽频带、低噪声、低功率耗散等优点而成为太赫兹接收机前端的理想选择。高温超导γBa2Cu3O7-δ（YBCO）具有较高的临界温度和较大的能隙,利用此材料制备的约瑟夫森结的截止频率较高,是太赫兹波段理想的探测器件。YBCO双晶结具有良好的高频响应特性,但由于自身材料结构的限制,它的正常态电阻很小,这就使得和信号的耦合较差,造成检测器灵敏度降低等问题。本文从阻抗匹配的角度入手进行了多种太赫兹天线的设计、提出多结串联结构,并加载到高温超导YBCO双晶结的检测器中。通过这些方法,器件的灵敏度得到了很大提升,为太赫兹检测和接收做出了新的贡献。其主要的研究成果如下:1.针对210GHz大气窗口,结合太赫兹准光系统,设计了新型的蝶形加载蜿蜒线天线（Bowtieloadedmeanderantenna,B... 

【文章来源】：南京大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：142 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图１．２太赫兹技术在各个领域的典型应用［６，?１３，１５，?１６】??２??

图１．２列举了一些常见??的太赫兹应用

。??此外，还有多种类型的超导检测器，如Ｎｂ基超导ＳＩＳ?（Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｏｒ－??ｉｎｓｕｌａｔｏｒ－?Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）?检测器?［２５］?、?热电子测热?福射计?（?Ｈｏｔ?ｅｌｅｃｔｒｏｎ?ｂｏｌｏｍｅｔｅｒ，??ＨＥＢ）?［２６－２８］、高温超导?ＹＢａ２Ｃｕ３０７—ｓ?（ＹＢＣ０）双晶结［２９，?３０］等。??Ｇａｓ＇ｅｌｌ?Ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ?Ｑｒｊｄ?Ｌｅｎｓ?ｓｙｓｔｅｍ??截＊＆??Ａｂｓｏｒｂｉｎｇ?Ｌｅａｋ?ｍｉｒｒｏｒ??ｆｉｌｍ??图１．４?Ｇｏｌａｙ?ｃｅｌｌ探测器的基本原理图［３１］??１．２．２外差检测器概述??外差检测器，又称混频器，通过本振信号，将入射信号的频谱搬移至中频（ＩＦ），??保留了入射信号的幅度和相位信息。主要应用于高分辨率光谱系统、成像系统和??射电天文观测等。超外差检测器（Ｓｕｐｅｒ?ｈｅｔｅｒｏｄｙｎｅ?ｄｅｔｅｃｔｏｒ，?ＳＨＤ）最早由??Ａｒｍｓｔｒｏｎｇ在１９１８年提出［３２］，本振信号和入射信号通过混频器产生较低频率的??ＩＦ信号，经ＩＦ放大器和检波器输出到终端。外差检测器具有较高的灵敏度和频??率分辨率，可以全面检测入射信号的幅度和相位信息，其详细的混频器原理介绍??见４．３节。??目前常见的太赫兹混频器有肖特基二极管（Ｓｃｈｏｔｔｋｙ－ｂａｒｒｉｅｒｄｉｏｄｅ，ＳＢＤ）?［３３，??３４］、ＨＥＢ［３５－３７］、超导ＳＩＳ结［３８－４０］和高温超导约瑟夫森结混频器Ｋｌ－４３］。ＳＢＤ可??以工作在室温，但灵敏度较低。ＳＩＳ结在频率小于ＩＴＨｚ的检测时，性能最好，其??噪声接近于量子噪声；频率高于ＩＴＨｚ后，内禀噪声急剧增加。Ｂｌａｎ

【参考文献】：
期刊论文
[1]太赫兹通信技术的研究与展望[J]. 姚建铨,迟楠,杨鹏飞,崔海霞,汪静丽,李九生,徐德刚,丁欣.  中国激光. 2009(09)
[2]扇形微带短截线型滤波器的设计[J]. 魏新泉,张绍洲.  现代电子技术. 2007(23)
[3]太赫兹科学技术的新发展[J]. 刘盛纲.  中国基础科学. 2006(01)

博士论文
[1]高温超导太赫兹检测器[D]. 安德越.南京大学 2015
[2]基于多层柔性超材料的THz器件[D]. 梁兰菊.南京大学 2014

硕士论文
[1]高温超导THz混频检测器的噪声性能分析[D]. 李大春.南京大学 2012
[2]太赫兹通信天线设计与仿真[D]. 张翠萍.电子科技大学 2012



本文编号：3513683