[发明专利]基于极化调控与修正网络的高温超导镜像抑制建模方法

说明书

本发明涉及基于极化调控与修正网络的高温超导镜像抑制建模方法，属于微波与太赫兹通信、高温超导技术领域。所述方法，包括：1)设计极化调控太赫兹混合电路，该混合混合电路，包括极化转换器、分束器和双极化集成透镜天线，且透镜天线的设计包括MgO衬底、金膜、圆环缝天线、两个约瑟夫森结及五阶扼流滤波器设计；2)设计单片高温超导镜像抑制接收机电路，包括设计偏置三通网络和中频正交耦合网络；3)对高温超导镜像抑制接收机建模包括建立模型等效电路与解析表达式推导。所述方法依托的低温设施更加小型及廉价化，不易受镜像干扰且易实现；有助于减少连接损耗、模块体积和热负载，解决了三端口网络模型两侧网络关系建立难度大及公式推导复杂的难题。

技术领域

本发明涉及基于极化调控与修正网络的高温超导镜像抑制建模方法，属于微波与太赫兹通信、高温超导技术领域。

背景技术

相比常规半导体太赫兹接收机，超导接收机具有低噪声、极宽中频带宽、高频率上限、低功率需求等优点；而与低温超导接收机相比，高温超导接收机需要采用的低温设施更加小型化、廉价化，作为太赫兹通信系统前端器件具有良好的应用前景。然而，现有的高温超导接收机都是单约瑟夫森结双边带混频器，如果应用在太赫兹通信系统中，则容易受到镜像干扰。对于太赫兹无线通信，一种常见的方法是利用带通滤波器来抑制信号的镜像边带。然而，考虑到太赫兹波段中频和射频信号频率之间的比例较小，实现这种插入损耗低、抑制斜率大的镜像抑制太赫兹滤波器难度非常大，成本昂贵。

鉴于以上情况，急需开发一种高温超导镜像抑制及建模方法，其电路具有多个约瑟夫森结和特殊的耦合网络，能够使各路中频信号同相叠加的同时，相干消除镜像干扰；高温超导镜像抑制接收机的建模可以分析预测高温超导镜像抑制接收机的性能，从而得到满足接收机噪声温度尽量小与转换增益尽量大的条件下，最优的直流偏置与本振能量。然而，考虑到高温超导约瑟夫森结的低阻抗特性，以及与阻抗匹配和射频传播损耗相关的问题显著增加了电路设计的难度，也进一步导致了建模方面的空白。到目前为止，具有镜像抑制能力的高温超导太赫兹接收机及其建模从未被提出过。

发明内容

本发明的目的在于针对现有的高温超导接收机存在无镜像抑制能力的技术缺陷与相关理论的空白，设计了基于极化调控与修正网络的高温超导镜像抑制建模方法，该方法依托于设计的一种极化调控太赫兹混合电路以及单片高温超导镜像抑制接收机电路。

为了达到上述目的，本发明采取如下技术方案。

所述基于极化调控与修正网络的高温超导镜像抑制建模方法，包括极化调控太赫兹混合电路设计、单片高温超导镜像抑制接收机电路设计以及高温超导镜像抑制接收机建模，具体包括如下步骤：

步骤1设计极化调控太赫兹混合电路；

其中，极化调控太赫兹混合电路，包括极化转换器、分束器和由两个高温超导约瑟夫森结馈电的双极化集成透镜天线；

其中，极化集成透镜天线包括MgO衬底、金膜、圆环缝天线、两个约瑟夫森结及五阶扼流滤波器，且该集成透镜天线的详细设计步骤如下：

步骤1.1设计MgO衬底，并在MgO衬底一端设计高电阻率硅透镜；

步骤1.2在MgO衬底另一端表面生长金膜，然后在金膜上设计圆环缝天线并保证该圆环缝天线在射频信号与本振信号处有良好的方向图增益以及辐射效率；

步骤1.3圆环缝天线的顺时针90°与180°的位置设计两个高温超导约瑟夫森结与相应的共面波导线为圆环缝天线馈电，确保两个约瑟夫森结在射频信号与本振信号频率处有较好的隔离特性；

步骤1.4圆环缝天线的顺时针0°与270°的位置设计两个短路共面波导，以保证良好的辐射对称性，并建立直流和中频信号接地；

步骤1.5两个约瑟夫森结的另一端设计五阶扼流滤波器；

其中，五阶扼流滤波器用来防止太赫兹信号泄漏到直流偏置和中频输出端口；