[发明专利]一种基于高温超导约瑟夫森结的混频建模方法

说明书

本发明涉及一种基于高温超导约瑟夫森结的混频建模方法，属于微波与太赫兹通信、高温超导技术领域。包括基于寄生信号选择的建模、阻抗矩阵的混合求解、噪声矩阵求解以及噪声温度与转换增益表达式的求解：1)基于寄生信号选择，建立六端口模型；2)混合求解阻抗矩阵，包括单音电流激励、电流或电压的微扰；3)求解噪声矩阵；4)求解转换增益与噪声温度。所述混频建模方法设计的超导混频器具有低噪声、极宽中频带宽、高频率上限、低功率需求等优点；克服了现有方法计算速度非常慢且无法计算混频器噪声温度及无法给出转换增益的缺陷。且不仅能分析基波混频，还给出了谐波混频转换增益和噪声温度表达式，应用前景广阔；所建模型首次被提出，具有通用性。

技术领域

本发明涉及一种基于高温超导约瑟夫森结的混频建模方法，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混频器，超导混频器具有低噪声、极宽中频带宽、高频率上限、低功率需求等优点；而与低温超导混频器相比，高温超导混频器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，很多基于高温超导技术的太赫兹混频器都采用谐波混频，这样的好处是降低本振信号的频率，减小对混频器本振源的要求。但是目前由于高温超导约瑟夫森结的特殊性，其混频分析的理论推导与模型建立的难度非常大，还没有人给出正确可行的基于高温超导约瑟夫森结的谐波混频的建模分析方法。因此，急需开发一种基于高温超导约瑟夫森结的混频建模分析方法，能够分析预测高温超导约瑟夫森结的混频性能，尤其是谐波混频性能，性能主要包括噪声温度与转换增益等。

发明内容

本发明的目的在于针对目前高温超导约瑟夫森结谐波混频建模分析的空白，给出了一种确实可行的基于高温超导约瑟夫森结的混频建模分析方法，该方法既对高温超导约瑟夫森结进行基波混频分析，也进行谐波混频分析，是一种更加全面通用的方法。

为了达到上述目的，本发明的具体方法如下。

所述一种基于高温超导约瑟夫森结的混频建模方法，包括基于寄生信号选择的建模、混合求解阻抗矩阵、求解噪声矩阵以及求解噪声温度与转换增益表达式，具体包括如下步骤：

步骤1基于寄生信号选择建模，具体包括如下子步骤：

步骤1.1建立基于RSJ模型建立模型的等效电路；

其中，等效电路包括中间部分、上端以及其他部分；

其中，中间部分为约瑟夫森结的等效电路，该等效电路由一个独立的热噪声电流δI_nn驱动，且为电阻R并联结电路；

等效电路的上端是约瑟夫森结的直流偏置电路与加载的本振电路，包括直流电流I_dc、直流源电压V_{s_dc}、直流电压V_dc、直流阻抗R_dc、本振源电压V_{s_lo}、本振电压V_lo、本振阻抗Z_lo、本振电流I_lo；

等效电路的其他部分为镜像ω_l1＝ω_lo-ω_o、中频ω_o、射频ω_un＝n*ω_lo+ω_o、频率ω_u1＝ω_lo+ω_o、ω_u(n-1)＝(n-1)*ω_lo+ω_o、ω_u(n+1)＝(n+1)*ω_lo+ω_o处的电路，这些电路构成的端口都是小信号端口；