ЖУРНАЛ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ. eISSN 1684-1719. 2025. №2

Оглавление выпуска

Текст статьи (pdf)

English page

 

 

DOI: https://doi.org/10.30898/1684-1719.2025.2.5  

УДК: 51-37; 537.9; 53.05

 

 

Исследование интегрального

гармонического смесителя

на основе ВТСП джозефсоновского перехода

 

Е.А. Матрозова 1,2, Л.С. Ревин 1,2

 

1 ИФМ РАН, 603087, Нижний Новгород, ул. Академическая, 7.

2 Нижегородский технический университет им. Р.Е. Алексеева

603155, Нижний Новгород, ул. Минина, 24.

 

Статья поступила в редакцию 25 декабря 2024 г.

 

Аннотация. В работе исследован интегральный смеситель на основе ВТСП YBCO джозефсоновского перехода, расположенный полностью на чипе. Благодаря компактности такой смеситель должен обладать большей эффективностью передачи сигнала по сравнению со смесителями с разнесенными элементами. Кроме того, малые размеры смесителя могут иметь критическое значение для ряда прикладных задач. В представленной работе проведено электромагнитное моделирование интегрального смесителя, дана оценка его эффективности преобразования на основе аналитического подхода, предложенного авторами, а также приведено сравнение полученных результатов с экспериментальными данными. Показано, что исследуемый смеситель обладает достаточным значением эффективности преобразования для использования его на практике и позволяет производить смешение высокочастотного 600 ГГц сигнала с низкочастотным опорным сигналом с частотой менее 10 ГГц.

Ключевые слова: интегральный смеситель, ВТСП сверхпроводник, джозефсоновский переход, ТГц частота.

Финансирование: Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда (проект № 20-79-10384-Р).

Автор для переписки: Ревин Леонид Сергеевич, rls@ipmras.ru

 

 

 

Литература

1. Kleine-Ostmann T., Nagatsuma T. A review on terahertz communications research. J. Infrared Millim. Terahz. Waves. 2011. V.32. P.143-171. https://doi.org/10.1007/s10762-010-9758-1

2. Du J., Bai D.D., Zhang T., Guo Y.J., He Y.S., Pegrum C.M. Optimised conversion efficiency of a HTS MMIC Josephson down-converter. Supercond. Sci. Technol. 2014. V.27. №10. P.105002. https://doi.org/10.1088/0953-2048/27/10/105002

3. Malnou M., Feuillet-Palma C., Ulysse C., Faini G., Febvre P., Sirena M.,  Olanier L., Lesueur J., Bergeal N. High-T c superconducting Josephson mixers for terahertz heterodyne detection. J. of Appl. Phys. 2014. V.116. P.074505. https://doi.org/10.1063/1.4892940

4. Gao X., Zhang T., Du J., Weily A.R., Guo J.J., Foley C.P. A wideband terahertz high-Tc superconducting Josephson-junction mixer: electromagnetic design, analysis and characterization. Supercond. Sci. Technol. 2017. V.30, P.095011. https://doi.org/10.1088/1361-6668/aa7cc1

5. Cunnane D., Kawamura J.H., Acharya N., Wolak M.A., Xi X.X., Karasik B.S. Low-noise THz MgB2 Josephson mixer. Appl. Phys. Rev. 2016. V.109. P.112602. https://doi.org/10.1063/1.4962634

6. Gao X., Zhang T., Du J., Guo Y.J. Design, modelling and simulation of a monolithic high-Tc superconducting terahertz mixer. Supercond. Sci. Technol. 2018. V.31. P.115010. https://doi.org/10.1088/1361-6668/aade5b

7. Anfertev V.A., Masterov D.V., Parafin A.E., Revin L.S. Experimental study of a harmonic mixer based on a series chain of YBaCuO bicrystal Josephson junctions in zero-bias operation. Physics of the Solid State. 2024. V.66, №6. URL: https://journals.ioffe.ru/articles/viewPDF/58690

8. Huo Y., Taylor G.W., Bansal R. Planar Log-Periodic Antennas on Extended Hemishperical Silicon Lenses for Millimeter/Submillimeter Wave Detection Applications. Int. J. Infrared Millimeter Waves. 2002. V.23. P.819–839. https://doi.org/10.1023/A:1015738932198

9. Glushkov E.I., Chiginev A.V., Kuzmin L.S., Revin L.S. A broadband detector based on series YBCO grain boundary Josephson junctions. Beilstein J Nanotechnol. 2022. V.13. P.325-333. https://doi.org/10.3762/bjnano.13.27

10. Pozar D.M. Microwave Engineering. 4rd ed. Wiley: USA. 2011.

11. Cortez A.T., Cho E.Y., Li H., Cunnane D., Karasik B. Tuning Y-Ba-Cu-O Focused Helium Ion Beam Josephson Junctions for Use as THz Mixers. IEEE Transactions on Applied Superconductivity. 2019. V.29. №5. P.1-5. https://doi.org/10.1109/TASC.2019.2905166

12. Shimakage H., Uzawa Y., Tonouchi M., Wang Z. Noise temperature measurement of YBCO Josephson mixers in millimeter and submillimeter  waves. IEEE Trans. Appl. Supercond. 1997. V.7. P.2595–2598. https://doi.org/10.1109/77.621770

13. Matrozova E.A., Revin L.S. Operation With Terahertz Mixer Based on YBaCuO Josephson Junction: Analysis and Numerical Simulation. IEEE  Transactions on Applied Superconductivity. 2024. V.34. №9. P.1-8. https://doi.org/10.1109/TASC.2024.3409064

14. Likharev K.K., Ulrich B.T. Systems with Josephson junctions – Theoretical principles. Moscow Univ. Pub. 1978. P. 447.

15. Zavaleev V.P., Likharev K.K. Performance limits of the Josephson  junction microwave receivers. IEEE Trans. Magn. 1981. MAG-17.  P.830. https://doi.org/10.1109/TMAG.1981.1061122

16. Taur Y. Josephson-Junction Mixer Analysis Using Frequency Conversion and Noise-Correlation Matrices. IEEE Trans. Electron Devices. 1980. V.ED-27. P.1921-1928. https://doi.org/10.1109/T-ED.1980.20129

17. Schoelkopf R.J. Studies of noise in Josephson-effect mixers and their potential for submillimeter heterodyne detection. PhD Thesis. California Institutes of Technology. 1995.

18. Malnou M., Feuillet-Palma C., Ulysse C., Faini G., Febvre P., Sirena M.,  Olanier L., Lesueur J., Bergeal N. High-Tc superconducting Josephson mixers for terahertz heterodyne detection. J. of Appl. Phys. 2014. V.116. P.074505. https://doi.org/10.1063/1.4892940

19. Kita S., Fujizawa K. Performances of Josephson junction harmonic mixers with harmonic numbers 1-8 at 70 GHz. Jap. Journ. Appl. Phys. 1982. V.21. P.497-503. https://doi.org/10.1143/JJAP.21.497

20. Chen J., Myoren H., Nakajima K., Yamashita T. THz mixing properties of YBa2Cu3O7−δ grain boundary Josephson junctions on bicrystal substrates. Physica C. 1997. V.293. P.288-291. https://doi.org/10.1016/S0921-4534(97)01559-1

21. Du J., Pegrum C.M., Gao X., Weily A.R., Zhang T., Guo Y.J., Foley C.P. Harmonic mixing using a HTS step-edge Josephson junction at 0.6 THz frequency. IEEE Trans. Appl. Supercond. 2017. V.27. P.1500905. https://doi.org/10.1109/TASC.2016.2636081

Для цитирования:

Матрозова Е.А., Ревин Л.С. Исследование интегрального гармонического смесителя на основе ВТСП джозефсоновского перехода // Журнал радиоэлектроники. – 2025. – №. 2. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2025.2.5