Nobeyama Radio Observatory Report: Number 381

Abstract

A Superconductor-Insulator-Superconductor (SIS) mixer using two junctions connected in parallel through a stripline inductance has been studied. The essential point of the two-junctions device is that the capacitance of the junctions was tuned out by the inductance to obtain a broadband operation without mechanical tuning elements. It has been shown by theoretical analysis that the performance of this type of device is excellent and nearly quantum-limited performance of the mixer can be obtained. It has been demonstrated that the Double Sideband (DSB) noise temperature of a receiver employing this type of device was less than 40 K over the bandwidth of 90-120 GHz and that the lowest receiver noise temperature of approximately 18 K, which is only 3.2 times as large as the quantum limited photon noise was obtained around 118 GHz. Junctions used in the two-junctions device have significantly larger area, i.e. larger capacitance, and smaller normal resistance than conventional ones. In order to obtain a good impedance match between the source and the junctions, an impedance transformer made of a superconducting stripline was integrated with the junctions. This type of two-junctions device can easily be scaled to submillimeter frequency without using submicron-sized SIS junctions.

サファイア･インダクタンスを通して並列に接続された2個の接合素子を使用する超伝導体-絶縁体-超伝導体(SIS)ミクサについて研究した。2接合素子の特徴はインダクタンスによって同調をとることで、これによって機械的同調素子を使わずに広大域の動作を行わせることができる。理論的解析の結果、この型のデバイスの性能は優れており、ほぼ量子的限界に近いミクサを得ることができることがわかった。この型のデバイスを用いた受信機の2重側波帯(DBS)雑音温度は90?120GHzの帯域幅に対して40K以下であること、また量子限界光子雑音の僅か3.2倍に相当する約18Kという最低受信機雑音温度が118GHz付近で得られることが実証された。2接合デバイスde使用される接合素子の面積はかなり大きい。すなわち、静電容量は比較的大きく、抵抗は通常のものより小さい。ソースと接合部のインピーダンス整合をうまく行うために超伝導ストリップ線で構成されるインピーダンス変圧器を接合部に組み込んだ。この型の2接合デバイスはサブミクロン･サイズのSIS接合素子を使わなくともサブミリ波周波数まで容易に拡張することができる。