INFLUENCE OF CRITICAL CURRENT AND PARAMETERS OF JOSEPHSON JUNCTION ON FREQUENCY STABILITY OF OSCILLATOR

Autor: Maksym Huz, Dmytro S. Hromovyi, Vasyl Kychak
Jazyk: angličtina
Rok vydání: 2016
Předmět:
Zdroj: Information and Telecommunication Sciences; № 2 (2016); 54-61
Information and telecommunication sciences : international research journal, 2016, Vol. 7, N. 2(13)
ISSN: 2312-4121
2411-2976
Popis: Проблематика. Однією із важливих характеристик генераторів на базі переходів Джозефсона є спектральна щільність потужності фазових шумів. В ряді теоретичних та експериментальних праць показано, що спектральна форма лінії генерації є лоренцевою, а її ширина становить десятки та навіть сотні мегагерц. Така форма лінії генерації і відносно велика її ширина ускладнюють застосування джозефсонівських переходів в приймальних пристроях високої чутливості та цифрових радіотехнічних пристроях з частотно-імпульсним кодуванням інформації. Мета досліджень. Актуальною є задача дослідження можливості зменшення ширини лінії генерації та підвищення вихідної потужності. У зв’язку з цим, метою даної праці є дослідження залежності ширини лінії генерації від геометричних розмірів переходу Джозефсона та величини критичного струму. Методика реалізації. Ця стаття була написана за допомогою використання методів операторного обчислення і математичного аналізу для побудови математичних моделей і отримання графічних залежностей. Результати досліджень. Дослідження показали, що ширина лінії генерації зменшується зі збільшенням ширини переходу Джозефсона за рахунок зниження диференціального опору переходів. Збільшення величини критичного струму призводить до розширення ширини лінії генерації, оскільки струм нормальних електронів і куперівських пар зростає, і ця залежність носить лінійний характер. Висновки. Вперше була отримана аналітична залежність ширини лінії генерації переходу Джозефсона від його геометричних розмірів і струму нормальних електронів та куперівських пар. Порівняння отриманих залежностей з експериментальними результатами, описаними в інших роботах, підтвердили достовірність розроблених математичних моделей. Background. One of the important characteristics of generators based on Josephson junctions is the power spectral density of phase noises. A number of theoretical and experimental studies showed the spectral shape of generation line is Lorentzian and its width is tens or even hundreds of megahertz. Such form of generation line and its relatively large width complicate usage of JJ in high sensitivity receivers and digital radio engineering devices with frequency-pulse coding of information. Objective. Problem of investigation the possibility to reduce generation linewidth and increase an output power is of current interest. In this context, the aim of this work is to study the dependence of Josephson junction generation linewidth from its geometrical dimensions and critical current. Methods. This article was written by means of usage the operator calculation method and mathematical analysis to construct mathematical models and obtain graphical dependencies. Results. Studies showed the generation linewidth decreases with an increase of Josephson junction width due to reduction in differential resistance of junctions. A magnification of critical current value leads to enlargement of generation linewidth since current of both normal electrons and Cooper pairs grows and this dependence is linear. Conclusions. The analytical dependence of Josephson junction generation linewidth from its geometrical dimensions and currents of normal electrons and Cooper pairs were first obtained. Comparison of obtained dependencies with experimental results described in other works confirmed an authenticity of developed mathematical models. Проблематика. Одной из важных характеристик генераторов на основе переходов Джозефсона является спектральная плотность мощности фазовых шумов. В ряде теоретических и экспериментальных работ показано, что спектральная форма линии генерации является лоренцевой, а ее ширина составляет десятки и даже сотни мегагерц. Такая форма линии генерации и относительно большая ее ширина затрудняют применение джозефсоновских переходов в приемных устройствах высокой чувствительности и цифровых радиотехнических устройствах с частотно-импульсным кодированием информации. Цель исследований. Актуальной является задача исследования возможности уменьшения ширины линии генерации и повышение выходной мощности. В связи с этим, целью данной работы является исследование зависимости ширины линии генерации от геометрических размеров перехода Джозефсона и величины критического тока. Методика реализации. Эта статья была написана с помощью использования методов операторного исчисления и математического анализа для построения математических моделей и получения графических зависимостей. Результаты исследований. Исследования показали, что ширина линии генерации уменьшается с увеличением ширины перехода Джозефсона за счет снижения дифференциального сопротивления переходов. Увеличение величины критического тока приводит к расширению ширины линии генерации, поскольку ток нормальных электронов и куперовских пар растет, и эта зависимость носит линейный характер. Выводы. Впервые была получена аналитическая зависимость ширины линии генерации перехода Джозефсона от его геометрических размеров и тока нормальных электронов и куперовских пар. Сравнение полученных зависимостей с экспериментальными результатами, описанными в других работах, подтвердили достоверность разработанных математических моделей.
Databáze: OpenAIRE
Externí odkaz: