Твердотільний підсилювач

Изобретение относится к усилителям СВЧ с применением сверхпроводников и может быть использовано во входных при Изобретение относится к усилителям СВЧ с использованием сверхпроводников и может быть использовано DO ВХОДНЫХ приемных радиоэлектронных устройствах в качестве предварительного малошумящего усилителя СВЧ. Известны конструкции твердотельных усилителей, в которых электроны и дырки, дрейфующие в полупроводниковом стержне или пленке под воздействием приложенного внешнего электрического поля, взаимодействуют с синхронно-бегущим по замедляющей системе полем усиливаемого сигнала СВЧ Недостатком такого усилителя является небольшой коэффициент усиления и сравнительно большой коэффициент шума (я*7 + 10 дБ), что неприемлемо для высокочувствительных приемных устройств. Известен твердотельный усилитель, который представляет собой аналог вакуумной лампы бегущей волны (ЛБВ) и содержит токонесущий полупроводниковый стержэнь (или пластину) с контактами на концах для создания дрейфа зарядов, расположенный в замедляющей системе, которая электриче емных радиоэлектронных устройствах в качестве предварительного малошумящего усилителя СВЧ. Устройство содержит токо-. несущий элемент с контактами на концах, установленный в систему замедления, соединенную с входной и выходной передающими линиями. Новым является применение в качестве токонесущего элемента тонкой сверхпроводящей пленки толщиной не более глубины проникновения поля в сверхпроводник, нанесенной на диэлектрическое основание. 2 з.п.ф-лы, 4 ил. ски соединена с входной и выходной линиями передачи. Недостатком известного усилителя является наличие в полупроводниковом стержне донорных (или акцепторных) примесей, на которых происходит рассеяние дрейфующих электронов и дырок, причем чем выше частота соударений v носителей тока с примесями, тем больше носителей тока выходит из сихронизм с бегущей волной, тем меньше становится коэффициент усиления и тем больше коэффициент шума усилителя. Целью изобретения является повышение коэффициента усиления и получение предел ьно низкого v ооффициента шума усилителя за счет исключения соударений носителей тока с неоднородностями н токопроводящем элементе усилителя. Указанная цель достигается тем, что в известной конструкции твердотельного усилителя, содержащего токонесущий элемент с контактами на концах, расположенный в замедляющей системе, которая электрически соединена с входной и выходной линиями передачи, токонесущий элемент изготавливается из сверхпроводящей пленi«3h J лггьяв 1755339 *и толщиной не Солее глубины проникновекондуктивно или электрически соединен с ния поля в сверхпроводник и изолируется от выходной линией 8 передачи и нагрузкой 9. замедляющей системы слоем диэлектрика. Средняя часть спирали 5 и диэлектрический слой А покрыты реэистивным споем 10. Предлагаемый твердотельный усилиУсилитель (фиг 1) работает следующим тель отличается тем, что в нем токонесущий 5 образом. элемент выполнен D виде гонкой сверхпроводящей пленки толщиной не более глубиИсточник Е внешней электрической цены проникновения поля в сверхпроводник, пи, электрически соединенный через перев результате чего во вззимодействии с поменный резистор R с контактами 2 на лем бегущей волны принимают участие ку- 10 концах сверхпроводящей пленки 1. находяперовские электронные пары, не щейся в сверхпроводящем состоянии, соиспытывающие соударений при движении. здает в последней направленное движение куперовских пар сверхпроводящих электроНа фиг. 1 изображен усилитель, ббщий нов, причем движение электронных пар навид; на фиг, 2 - вольтампернзя характериправлено от входа (входной передающей стика сверхпроводящей пленки усилителя, 15 линии 7) усилителя к его выходу на фиг, 3 - пример конструктивного исполнения усилителя, на фиг. 4 - разрез А-А на Сверхпроводящие электронные пары в фиг. 3. пленке 1 при движении вообще не испытывают соударений с примесями и решеткой Твердотельный усилитель (фиг. ^содержит тонкую пленку сверхпроводника 1, на- 20 пленки 1, причем скорость движения пар определяется следующим соотношением: ходящегося в сверхпроводящем состоянии, два контакта 2 на концах сверхпроводника, e через которые на пленку 1 подается напря2-n-e-t-h 2-n-e-t-U-R1 жение ог источника Є где Ve - скорость движения электронных Пленка 1 через слой диэлектрика 3 сое- 25 пар; динена с плоским металлическим экраном А I = -п ~ ток, текущий через пленку 1; и через слой диэлектрика 5 - е зигзагообразным проводником 6. Проводник 6 с диэлекп - концентрация сверхпроводящих трическими слоями 3 и 5 и металлическим электронов в пленке 1; экраном 4 образуют несимметричную поло- 30 е - заряд электрона; сковую замедляющую систему для снижеt, h - ширина и толщина пленки 1 соотния фазовой скорости усиливаемого ветственно; сигнала СВЧ до скорости движения купеЕ - ЭДС источника питания; ровских электронных пар в пленке 1. R- суммарное сопротивление электриКонцы проводника 6 электрически сое- 35 ческой цепи (источника питания, резистора и подводящих проводов). динены с входной передающей линией 7, по которой на усилитель подается усиливаеЭлектромагнитная волна, подлежащая мый сигнал от источника СВЧ 8, а с другой усилению, подается от источника 8 через стороны - с выходной передающей линией входную передающую линию 7 на вход уси9, по которой усиленный сигнал-от усилите- 40 лителя и, распространяясь по проводникуб, ля подается в нагрузку 10. В средней части создает между ним и металлическим экрана проводник 6 с диэлектрическим слоем 5 ном 4 электромагнитное поле, пронизываюнанесен резистивный слой 11. Все проводящее тонкую сверхпроводящую пленку 1. щие и изолирующие слои усилителя могут Сверхпроводящие электронные пары, двибыть изготовлены методом ваку/много на- 45 гающиеся вдоль пленки 1, под воздействиішления, а проводник 6 - методом фотолием СВЧ~поля бегущей вдоль проводника 6 тографии. электромагнитной волны группируются в сгустки, точно так же, как это происходит с Пример выполнения усилителя показан электронным пучком в вакуумной ЛБВ. на фиг. 3 и 4. Усилитель содержит тонкую пленку 1 5С Далее так же, как и в ЛБВ, сгруппиросверхпроводника, два контакта 2 на концах ванные в сгустки электронные пары в пленсверхпроводника, через которые на пленку ке 1 начинают тормозиться в поле бегущей 1 подастся напряжение от источника Е. волны и отдают ей часть своей кинетической Пленка 1 нанесена на диэлектрический энергии, вызывая экспоненциальное нарастержень 3 и сверху покрыта слоем дизлек- 55 стание распространяющейся по проводнитрика 4, на который навита спираль 5. Спику 6 электромагнитной волны. При этом раль 5 ча входном конце усилителя аналогично ЛБВ условием усиления являеткондуктивно или электрически соединена с ся равенство скорости электронных нар Ve входной линией 6 передачи и источником и фазовой скорости распространения волны СВЧ 7. Выходной конец спирали 5 также по проводника б \/ф, те Ve ^ Уф. Г/о5339 усилителя, вызывает их группировку СгрупУсиленная электромагнитная волна чепированные сгустки электронных пар, торрез выходную передающую линию усилитемозясь @ электромагнитном поле бегущей ля 9 направляется в нагрузку 10 Пленочный волны по спирэли 5, усиливает ее Усиленпоглотитель СВЧ-энергии 11 предотвращаная электромагнитная волна с выхода спиет самовозбуждение усилителя рали 5 через выходную передающую линию Изменяя ток !. текущий через сверхпро8 направляется в нагрузку 9. водящую пленку 1 в пределах от 0 до критического значения 1С (участок О А Использование D усилителе купероввольтамперной характеристики пленки 1 на ских сверхпроводящих электронных пар в фиг. 2) с помощью переменного резистора 10 качестве носителей зарядов, которые вообR, можно изменять D широких пределах скоще при дрейфе не испытывают соударений рость дрейфа электронных nap Ve в пленке с решеткой и ее примесями, позволяет до1 и тем самым выбирать оптимальный рестичь максимального коэффициента усилежим работы усилителя. При увеличении тока ния усилителя и снизить температуру шума I пленки 1 больше критического значения 'с, 15 усилителя до криогенных температур. Расчет показал, что коэффициент усилевольтвмпернйч характеристика пленки терния предлагаемого усилителя больше коэфпит разоыв (участок АВ на фиг. 2) и пленка 1 фициента усилителя-прототипа на 16дБ при скачкообразно переходит в нормальное репрочих равных условиях и имеет температуэистивное состояние (участок ВС на фиг. 2). Оптимальная толщина сверхпроводя- 20 ру шума х15 К. щей пленки h усилителя не должна превыФормула изобретения шать глубины проникновения электромагнитного поля в сверхпроводник 1. Твердотельный усилитель, содержаА, так как в противном случае до электронщий токонесущий элемент с двумя контакных пар, находящихся глубже, поле элект- 25 тами на концах и замедляющую систему, ромагнитной волны, распространяющейся которая электрически соединена с входной по проводнику 6, не проникает и они дрейи выходной линиями передачи и отделена фуют в пленке 1 с постоянной скоростью, не диэлектрическим слоем от токонесущего участвуя в группировке пар и усилении, приэлемента, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с водя к ненужным потерям мощности источ- 30 целью повышения коэффициента усиления ника на резисторе R. и снижения коэффициента шума, токонесущий элемент выполнен в виде тонкой сверхУсилитель, изображенный на фиг 3 и 4, проводящей пленки, нанесенной на работает следующим образом. диэлектрическое основание и толщиной не Источник Е, электрически связанный со сверхпроводящей пленкой 1 через пере- 35 более глубины проникновения поля в сверхпроводник. менный резистор R и контакты 2, создает в ней движение сверхпроводящих электрон2. Усилитель по п. 1 , о т л и ч а ю щ и й ных пар, направленное от входной передас я тем, что диэлектрическое основание выющей линии 6 к выходной линии 8. полнено в виде цилиндра, при этом система Сигнал СВЧ, подлежащий усилению, 40 замедления навита на него в виде спирали. подается от источника 7 через входную пе3. Усилитель по п. 1, о т л и ч а ю щ и йредающую линию 6 на вход спирали 5. Элекс я тем, что диэлектрическое основание вытромагнитное поле сигнала СВЧ проникает полнено в виде пластины, при этом замедчерез диэлектрик 4 в пленку 1 и, двигаясь ляющая система нанесена на него в виде синхронно с электронными парами к выходу 45 зигзагообразного проводника. 1755339 З 2 фие1 с. Фиг. Z 1755339 ФаеЛ Редактор Е Копча Составитель В Онушко Техред М Моргентал Корректор И. Шулла Заказ 2897 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101