Дослідження резонансних властивостей пристроїв перемикання на основі високотемпературного надпровідника

Abstract

Результати експериментальних досліджень, викладених у відомих роботах, засвідчили, що у високотемпературному  надпровіднику під дією вхідного НВЧ-сигналу, коли створюється магнітне поле, рівень якого перевищує пороговий (Н>Hкр2), відбувається фазовий перехід надпровідника з надпровідного S в нормальний (резистивний) стан N (так званий процес  перемикання (переключення)). Встановлено, що можливо управляти амплітудно-частотною характеристикою надпровідника напругою або струмом, що  протікає. Тобто, можливо будувати перемикачі-обмежувачі на основі надпровідників, які знайдуть застосування у антенах,  вхідних колах охолоджуваних надвисокочастотних трактів тощо.Найбільш практичними є пристрої на основі високотемпературних надпровідників, тому що їх робоча температура − це температура рідкого азоту, а швидкість перемикання становить менше 1 наносекунди. Однак, використання надпровідних  систем потребує врахування питань сумісності їх зі штатними пристроями та урахування іншої низки особливостей будови  НВЧ систем. Тобто, є сенс спершу окремо проаналізувати функціонування таких перемикачів, а потім в структурі будови  штатної НВЧ системи.У статті проводиться дослідження властивостей лише окремих перемикачів (фільтрів вимикачів та обмежувачів) на основі  високотемпературних надпровідних тонких плівок з метою вироблення принципів та критеріїв, які можуть бути основою  здійснення автоматизованого проєктування розглянутих швидкодіючих надпровідних НВЧ-пристроїв.Для вирішення поставленої розрахункової задачі використовується алгоритм аналізу резонансних систем комутації та визначаються відповідні параме-три та критерії: коефіцієнти пропускання, модуляції, загасання; параметр якості; резонансні  характеристики (частота, смуга, добротність).Результати розрахунків свідчать про необхідність застосування в сучасних НВЧ системах високотемпературних надпровідних швидкодіючих широкосмугових пристроїв (фазообертачів, обмежувачів, ліній затримки, комутаторів, тощо),  що дозволить зменшити втрати енергії в приймально-передавальному тракті, збільшити швидкість управління променем  антени в просторі, збільшити відношення сигнал-шум, підвищити захисні властивості прийомних тракту від  електромагнітної поразки.У статті приведені результати розрахунків характеристик перемикачів, виконаних на основі надпровідникових мікрополоскових ліній передачі. Показана можливість побудови швидкодіючих (час спрацьовування менше одиниць  наносекунд) перемикачів на основі надпровідності плівок в діапазоні частот 1 – 10 ГГц з часовими (швидкодія  спрацьовування, час відновлення) енергетичними параметрами (енергії переключення 10-10 Дж) та резонансними  характеристиками (частота, смуга, добротність), які значно кращі відповідних параметрів аналогічних пристроїв на основі напівпровідників.