Дослідження резонансних властивостей пристроїв перемикання на основі високотемпературного надпровідника

Анотація

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.