基于高温超导约瑟夫森结的毫米波天线的研究

摘要

毫米波和太赫兹波技术位于电子学和光子学的边界领域，它们有潜力在通信，测量，医疗，生化以及其他各领域得到广泛的应用。高温超导约瑟夫森结具有高度的非线性和灵敏的微波响应，同时具有理想的超导能隙，能很好的工作在亚太赫兹到太赫兹频段，所以超导约瑟夫森结与毫米波天线或太赫兹天线的结合，在高频辐射源的领域内具有相当大的竞争力。
　　本文主要针对基于高温超导约瑟夫森结的毫米波天线的辐射特性展开了深入研究，首先在CST MWS中建立了微波辐照系统的仿真模型，从而分析了约瑟夫森结和外部电磁场的耦合机制。在设计的仿真模型中，对介质谐振天线和喇叭天线的近场和远场的特性进行了仿真分析，说明了它们之间的极化匹配。对蝶形天线和介质基片的主要参数进行了参数扫描，探究出了毫米波辐照系统中的最佳参数，并且重点研究了基于本征约瑟夫森结阵列的蝶形天线在毫米波辐照下的频率性质。设计了几种平面对数周期天线和螺旋天线，对其近场和远场辐射性质进行了仿真研究，并且利用光刻和离子束刻蚀工艺，制备出了一些基于双晶结的对数周期天线，并研究了其毫米波辐照特性。

目录

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摘要

第一章 绪论

第一节 高温超导材料高频应用简介与背景概述

第二节 毫米波及太赫兹技术简介与发展现状

1．2．1 基本介绍

1．2．2 发展现状

第三节 本论文的内容结构和意义

第二章 约瑟夫森效应与约瑟夫森结

第一节 约瑟夫森效应的相关概念

2．1．1 约瑟夫森效应

2．1．2 约瑟夫森方程

2．1．3 Shapiro台阶

2．1．4 Fiske台阶

2．1．5 约瑟夫森穿透深度

2．1．6 约瑟夫森电流的宏观量子衍射现象

2．1．7 等离子频率

第二节 高温超导约瑟夫森结

2．2．1 非本征约瑟夫森结

2．2．2 本征约瑟夫森结

第三节 实际约瑟夫森结的等效电路模型

2．3．1 RSJ模型和RCSJ模型

2．3．2 RCLSJ模型

2．3．3 Ambegaokar-Halperin模型

第三章 约瑟夫森结的制备和毫米波辐照特性测试系统

第一节 双晶约瑟夫森结的制备

第二节 本征约瑟夫森结阵列的制备

3．2．1 斜切衬底

3．2．2 斜切衬底上的本征约瑟夫森结阵列

第三节 基于准光学谐振腔的约瑟夫森结毫米波辐照特性测试系统

3．3．1 介质谐振天线

3．3．2 Fabry-Perot准光学谐振腔

3．3．3 约瑟夫森结毫米波辐照特性测试系统

第四章 基于约瑟夫森结阵列的毫米波天线的设计和仿真

第一节 毫米波天线的简介和研究进展

第二节 几种简单毫米波天线的设计和分析

4．2．1 蝶形天线和槽线天线

4．2．2 平面对数周期天线和等角螺旋天线

第三节 毫米波系统中本征约瑟夫森结阵列与外部微波的电磁耦合

第五章 基于约瑟夫森结的毫米波天线的辐照研究

第一节 几种实验参数对毫米波辐照特性的影响

第二节 本征约瑟夫森结阵列的频率特性

第三节 基于双晶结的毫米波天线的辐照特性研究

第六章 总结与展望

参考文献

致谢

个人简历