Nothing Special   »   [go: up one dir, main page]

RU191803U1 - SUPERCONDUCTING PROTECTIVE RADIO RECEIVER DEVICE WITH AUTOCOMPENSOR - Google Patents

SUPERCONDUCTING PROTECTIVE RADIO RECEIVER DEVICE WITH AUTOCOMPENSOR Download PDF

Info

Publication number
RU191803U1
RU191803U1 RU2019114608U RU2019114608U RU191803U1 RU 191803 U1 RU191803 U1 RU 191803U1 RU 2019114608 U RU2019114608 U RU 2019114608U RU 2019114608 U RU2019114608 U RU 2019114608U RU 191803 U1 RU191803 U1 RU 191803U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
antenna
superconducting
radio receiver
film
auto
Prior art date
Application number
RU2019114608U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Алексей Иванович Харланов
Ирина Алексеевна Кружилина
Николай Васильевич Чернявский
Original Assignee
Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-Морского Флота "Военно-морская академия им. Адмирала Флота Советского Союза Н.Г. Кузнецова"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-Морского Флота "Военно-морская академия им. Адмирала Флота Советского Союза Н.Г. Кузнецова" filed Critical Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-Морского Флота "Военно-морская академия им. Адмирала Флота Советского Союза Н.Г. Кузнецова"
Priority to RU2019114608U priority Critical patent/RU191803U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU191803U1 publication Critical patent/RU191803U1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N60/00Superconducting devices
    • H10N60/30Devices switchable between superconducting and normal states

Landscapes

  • Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)

Abstract

Использование: для защиты устройств радиоэлектронной аппаратуры. Сущность полезной модели заключается в том, что сверхпроводящее защитное устройство радиоприемных устройств с автокомпенсатором состоит из тонкой пленки высокотемпературного сверхпроводника в виде микрополосковой линии передачи, которая подключается к коаксиальному кабелю входной цепи антенно-фидерного устройства последовательно при помощи коаксиально-полосковых переходов и помещается в термостат с жидким азотом, при этом переход из сверхпроводящего в нормальное состояние ускоряется внешним подмагничиванием, источником внешнего магнитного поля является цепь автокомпенсатора, состоящая из независимой от радиоприемного устройства вспомогательной антенны, последовательно соединенной с катушкой подмагничивания, способной функционировать при переменных токах, наводимых мощными электромагнитными излучениями на вспомогательной антенне с техническими характеристиками и условиями установки идентичными основной антенне радиоприемника. Технический результат: обеспечение возможности эффективной защиты от мощного электромагнитного излучения. 2 ил.Usage: to protect devices of electronic equipment. The essence of the utility model is that the superconducting protective device of radio receivers with auto-compensator consists of a thin film of a high-temperature superconductor in the form of a microstrip transmission line, which is connected to the coaxial cable of the input circuit of the antenna-feeder device in series using coaxial-strip junctions and placed in a thermostat with liquid nitrogen, while the transition from the superconducting to the normal state is accelerated by external magnetization, an external source A magnetic field is an auto-compensator circuit, consisting of an auxiliary antenna independent of the radio receiver, connected in series with a magnetizing coil, capable of operating at alternating currents induced by powerful electromagnetic radiation on an auxiliary antenna with technical characteristics and installation conditions identical to the main antenna of the radio receiver. Effect: providing the possibility of effective protection against powerful electromagnetic radiation. 2 ill.

Description

Настоящая полезная модель относится к области ограничения мощных электромагнитных помех в радиоэлектронной аппаратуре (РЭА) защитными устройствами, построенными на основе тонкопленочных высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП).This utility model relates to the field of limiting powerful electromagnetic interference in electronic equipment (CEA) by protective devices built on the basis of thin-film high-temperature superconductors (HTSC).

Одной из особенностей радиоприемных устройств является высокая чувствительность входных цепей для обеспечения приема радиосигналов, обладающих сверхмалой энергией. В случае воздействия мощными электромагнитными излучениями (МЭМИ), во входных цепях будет наводиться энергия, уровень которой превышает уровень критической энергии. Превышение критической энергии приведет к деструктивным необратимым нарушениям чувствительных элементов радиоприемных устройств. [1-7].One of the features of radio receivers is the high sensitivity of the input circuits to ensure the reception of ultra-low energy radio signals. In the case of exposure to powerful electromagnetic radiation (MEMI), energy will be induced in the input circuits, the level of which exceeds the level of critical energy. Exceeding critical energy will lead to destructive irreversible violations of the sensitive elements of radio receivers. [1-7].

Наряду с этим следует отметить тенденцию увеличения плотностей, частотного спектра и уровней электромагнитных излучений естественного (разряд молнии грозового разряда) и искусственного (мощные радиопередающие средства, высоковольтные линии электропередач, контактная сеть железных дорог и др.) происхождения в условиях которых функционирует современная РЭА. [1-2, 5, 7-8].Along with this, there should be noted a tendency to increase densities, frequency spectrum and levels of electromagnetic radiation of natural (lightning discharge) and artificial (powerful radio transmitting means, high-voltage power lines, contact rail network, etc.) origin in which modern CEA functions. [1-2, 5, 7-8].

В настоящее время для защиты РЭА от воздействия МЭМИ различного происхождения существует необходимость использования защитных устройств входных цепей, способных снизить уровни энергий, наводимых МЭМИ до допустимого значения.Currently, to protect REA from the effects of MEMI of various origins, there is a need to use protective devices of input circuits that can reduce the energy levels induced by MEMI to an acceptable value.

Основными элементами, которые используются для создания современных защитных устройств (ЗУ), являются полупроводниковые и газоразрядные приборы. Однако данные ЗУ не способны обеспечить надежную защиту в случае воздействия МЭМИ ультракоротких длительностей, ввиду инерционности их срабатывания превышающей длительность воздействующих МЭМИ. Поэтому необходимо применение ЗУ, обладающих меньшим временем срабатывания. [1, 7]The main elements that are used to create modern protective devices (memory) are semiconductor and gas-discharge devices. However, these memory devices are not able to provide reliable protection in case of exposure to ultrashort duration MEMIs, due to the inertia of their operation exceeding the duration of the acting MEMIs. Therefore, it is necessary to use memory devices with shorter response times. [1, 7]

Анализ существующих публикаций [7-14] показывает, что обеспечить необходимое время срабатывания и стойкость к высоким уровням энергии могут защитные устройства на основе высокотемпературных сверхпроводников. Также следует отметить, что применение высокотемпературной сверхпроводимости на данном этапе технически реализуемо. [7, 9-11]Analysis of existing publications [7-14] shows that protective devices based on high-temperature superconductors can provide the necessary response time and resistance to high energy levels. It should also be noted that the use of high-temperature superconductivity at this stage is technically feasible. [7, 9-11]

Известен модуль сверхпроводящего ограничителя тока и ограничитель тока (Патент RU 2576243. Опубликовано 27.02.2016. Бюл. №6), характеризующийся тем, что модуль ограничителя тока на основе высокотемпературной сверхпроводящей ленты второго поколения включен в электрическую цепь и помещен в контейнер с криогенной теплопроводящей средой в виде спирали. Данное устройство обладает критическим током порядка 160 А, что позволяет применять его в силовых электрических цепях, но его применение недопустимо во входных цепях радиоприемных устройств, обладающих высоким уровнем чувствительности из-за специфики их функционирования.A known module of a superconducting current limiter and current limiter (Patent RU 2576243. Published on 02.27.2016. Bull. No. 6), characterized in that the current limiter module based on the second-generation high-temperature superconducting tape is included in the electrical circuit and placed in a container with a cryogenic heat-conducting medium in the form of a spiral. This device has a critical current of about 160 A, which allows it to be used in power electrical circuits, but its use is unacceptable in the input circuits of radio receivers with a high level of sensitivity due to the specifics of their functioning.

Наиболее близким техническим решением, выбранным как прототип, является активный датчик-ограничитель на основе тонкой высокотемпературной сверхпроводящей пленки [12], главный защитный элемент которого выполнен в виде микрополосковой линии (МПЛ) передачи, подключаемой к коаксиальному кабелю входной цепи антенно-фидерного устройства последовательно при помощи коаксиально-полоскового перехода и помещается в термостат с жидким азотом, при этом ускорение начала перехода из сверхпроводящего S в нормальное N состояние инициируется внешним магнитным полем, источником которого служит катушка с независимым источником постоянного тока, при этом тонкая ВТСП пленка расположена на диэлектрической подложке меандром.The closest technical solution, selected as a prototype, is an active sensor-limiter based on a thin high-temperature superconducting film [12], the main protective element of which is made in the form of a microstrip transmission line (MPL) connected to the coaxial cable of the input circuit of the antenna-feeder device in series with using a coaxial-strip transition and is placed in a thermostat with liquid nitrogen, while the acceleration of the beginning of the transition from the superconducting S to the normal N state is initiated by an external m an magnetic field, the source of which is a coil with an independent DC source, while a thin HTSC film is located on the dielectric substrate by a meander.

Данное устройство функционирует в автоматизированном режиме, то есть уровень чувствительности варьируется оператором вручную или корректирующим устройством, при заданных оператором условиях внешнего подмагничивания катушкой с независимым источником постоянного тока. Что не всегда способно обеспечить выбор оптимального уровня чувствительности защитного условия.This device operates in an automated mode, that is, the sensitivity level is varied manually by the operator or by a correction device, under the conditions set by the operator of external magnetization by a coil with an independent DC source. Which is not always able to provide the choice of the optimal level of sensitivity of the protective condition.

Также данное устройство утратит возможность варьирования внешнего тока подмагничивания в случае выхода из строя независимого источника питания постоянного тока, управляющего катушкой внешнего подмагничивания, и, как следствие, время срабатывания ЗУ может превысить длительность воздействующего МЭМИ, что недопустимо для защиты входных цепей радиоприемных устройств, так как это может привести к деструктивным необратимым нарушениям чувствительных элементов.Also, this device will lose the ability to vary the external bias current in the event of failure of an independent DC power supply that controls the external magnetization coil, and, as a result, the response time of the memory device can exceed the duration of the acting MEMI, which is unacceptable for protecting the input circuits of radio receivers, since this can lead to destructive irreversible violations of sensitive elements.

Защитные свойства датчика-ограничителя прототипа определяются:The protective properties of the sensor limiter of the prototype are determined:

1) геометрическими размерами тонкой ВТСП пленки, определяющими величину критического тока, при котором защитное устройство срабатывает.1) the geometric dimensions of a thin HTSC film, which determine the critical current at which the protective device operates.

Изменение величины критического тока для ЗУ возможно двумя способами:Changing the critical current for the memory is possible in two ways:

изменив геометрические размеры пленки, что в ходе эксплуатации невозможно;changing the geometric dimensions of the film, which is impossible during operation;

воздействием внешнего подмагничивания тонкой ВТСП пленки, величина критического тока пленки напрямую зависит от величины внешнего магнитного поля (при увеличении величины магнитного поля снижается величина критического тока в пленке), для варьирования величиной критического тока в устройстве-прототипе применяется катушка подмагничивания.the external magnetization of a thin HTSC film, the critical current of the film directly depends on the magnitude of the external magnetic field (with an increase in the magnetic field, the critical current in the film decreases), a magnetization coil is used to vary the critical current in the prototype device.

2) параметрами тока, протекающего через тонкую ВТСП пленку (ток наводится от антенны и напрямую зависит от параметров МЭМИ, при этом параметры МЭМИ (тока) заранее неизвестны, но они напрямую влияют на время срабатывания ЗУ).2) the parameters of the current flowing through a thin HTSC film (the current is induced from the antenna and directly depends on the parameters of the MEMI, while the parameters of the MEMI (current) are not known in advance, but they directly affect the response time of the memory).

Тактико-технические характеристики устройства-прототипа напрямую зависят от источника питания постоянного тока, подключенного в цепь катушки подмагничивания, вследствие этого данный датчик-ограничитель имеет ряд существенных недостатков:The performance characteristics of the prototype device directly depend on the DC power source connected to the magnetization coil circuit, as a result of this, this limiter sensor has a number of significant disadvantages:

1. невозможность обеспечения защиты входных цепей радиоприемника при воздействии МЭМИ ультракороткой длительности в случае выхода из строя независимого блока питания катушки подмагничивания;1. the inability to protect the input circuits of the radio receiver when exposed to ultra-short duration MEMI in the event of failure of an independent bias coil power supply unit;

2. применение постоянного тока в катушке подмагничивания не обеспечивает адаптивность к воздействующим МЭМИ при срабатывании ЗУ;2. the use of direct current in the magnetization coil does not provide adaptability to the acting MEMI when the memory is triggered;

3. выбор режима защиты определяет только оператор, ошибка при выборе режима может внести нежелательные шумы в основной тракт при приеме полезного сигнала;3. the choice of protection mode is determined only by the operator, an error when choosing a mode can introduce unwanted noise into the main path when receiving a useful signal;

4. автоматическая регулировка чувствительности ЗУ невозможна.4. automatic adjustment of the memory sensitivity is not possible.

Для устранения вышеперечисленных технических недостатков в ходе эксплуатации, при защите РЭА в условиях негативного воздействия на нее мощными электромагнитными излучениями естественного и искусственного происхождения предлагается сверхпроводящее защитное устройство радиоприемных устройств с автокомпенсатором.A superconducting protective device for radio receivers with auto-compensation is proposed to eliminate the above-mentioned technical shortcomings during operation, while protecting REA under the conditions of negative impact on it by powerful electromagnetic radiation of natural and artificial origin.

Целью полезной модели является повышение эффективности защитного устройства от токовых перегрузок входных цепей радиоприемных устройств путем автокомпенсации внешним магнитным полем сопротивления тонкой пленки высокотемпературного сверхпроводящего элемента в режиме срабатывания.The purpose of the utility model is to increase the efficiency of the protective device against current overloads of the input circuits of radio receivers by automatically compensating the external magnetic field of the resistance of a thin film of a high-temperature superconducting element in the operation mode.

Поставленная цель достигается тем, что предлагаемое сверхпроводящее защитное устройство радиоприемных устройств с автокомпенсатором, состоящее из тонкой пленки высокотемпературного сверхпроводника в виде микрополосковой линии передачи, которая подключается к коаксиальному кабелю входной цепи антенно-фидерного устройства последовательно при помощи коаксиально-полосковых переходов и помещается в термостат с жидким азотом, при этом переход из сверхпроводящего в нормальное состояние ускоряется внешним подмагничиванием, отличающееся тем, что источником внешнего магнитного поля является цепь автокомпенсатора, состоящая из независимой от радиоприемного устройства вспомогательной антенны последовательно соединенной с катушкой подмагничивания, способной функционировать при переменных токах, наводимых мощными электромагнитными излучениями на вспомогательной антенне с техническими характеристиками и условиями установки идентичными основной антенне радиоприемника.This goal is achieved by the fact that the proposed superconducting protective device of radio receivers with auto-compensator, consisting of a thin film of a high-temperature superconductor in the form of a microstrip transmission line, which is connected to the coaxial cable of the input circuit of the antenna-feeder device in series using coaxial-strip transitions and placed in a thermostat with liquid nitrogen, while the transition from the superconducting to the normal state is accelerated by external magnetization, distinguishing I in that the source of the external magnetic field is an automatic compensator circuit consisting of independent radio receiver auxiliary antenna sequentially connected to the bias coil capable of operating at varying currents induced by powerful electromagnetic radiation in the auxiliary antenna with the technical characteristics and installation conditions identical primary antenna radio.

Суть полезной модели поясняется схемой построения сверхбыстродействующего защитного устройства входных цепей радиоприемных устройств, представленной на фиг. 1, на которой обозначены: 1 - высокотемпературное сверхпроводящее защитное устройство; 2 - термостат; 3 - жидкий азот; 4 - антенна радиоприемного устройства, 5 - катушка внешнего подмагничивания; 6 - клапан для заливки жидкого азота и стравливания давления; 7 - отверстия ввода и вывода коаксиального кабеля; 8 - отверстия для цепи автокомпенсатора; 9 - вспомогательная антенна.The essence of the utility model is illustrated by the construction scheme of the ultrafast protective device of the input circuits of the radio receiving devices shown in FIG. 1, on which are indicated: 1 - high-temperature superconducting protective device; 2 - thermostat; 3 - liquid nitrogen; 4 - antenna of the radio receiving device; 5 - coil of external bias; 6 - valve for pouring liquid nitrogen and pressure relief; 7 - hole input and output coaxial cable; 8 - holes for the auto-compensator circuit; 9 - auxiliary antenna.

На фиг. 2 представлен главный защитный элемент устройства 1, представленного на фиг. 1, который содержит: 10 - тонкую высокотемпературную сверхпроводящую пленку; 11 - подложку; 12 - металлический экран.In FIG. 2 shows the main protective element of the device 1 of FIG. 1, which contains: 10 - a thin high-temperature superconducting film; 11 - substrate; 12 - a metal screen.

Указанный технический результат достигается тем, что в отличие от прототипа [12] вместо независимого источника питания с измерительными приборами, вводится вспомогательная антенна, которая подключается к катушке подмагничивания, которая имеет стойкость к высоким уровням энергии [7]. Полоса пропускания и чувствительность вспомогательной антенны должны быть идентичны основной антенне приемника.The specified technical result is achieved by the fact that, in contrast to the prototype [12], instead of an independent power source with measuring instruments, an auxiliary antenna is introduced, which is connected to a magnetization coil, which is resistant to high energy levels [7]. The bandwidth and sensitivity of the auxiliary antenna should be identical to the main antenna of the receiver.

Быстродействие срабатывания защитного устройства обеспечивается изменением чувствительности тонкой пленки высокотемпературного сверхпроводника, путем воздействия на нее внешним магнитным полем, наводимым в катушке подмагничивания. Магнитное поле в катушке индуцируется переменным током, который наводится в цепи вспомогательной антенны за счет ее реакции на воздействие МЭМИ. Ток в катушке подмагничивания напрямую зависит от параметров МЭМИ. Чем интенсивней степень воздействующего МЭМИ на основную антенну, тем интенсивней степень воздействия внешнего магнитного поля катушки подмагничивания, что будет определять скорость аннигиляции сверхпроводящих носителей в тонкой ВТСП пленке и появление нормальнопроводящих носителей зарядов, определяющих скорость срабатывания. [7-8, 9-12]The response time of the protective device is provided by changing the sensitivity of a thin film of a high-temperature superconductor by exposing it to an external magnetic field induced in the magnetization coil. The magnetic field in the coil is induced by alternating current, which is induced in the auxiliary antenna circuit due to its reaction to the influence of MEMI. The current in the bias coil directly depends on the MEMI parameters. The more intense the degree of MEMI acting on the main antenna, the more intense the degree of influence of the external magnetic field of the magnetization coil, which will determine the annihilation rate of superconducting carriers in a thin HTSC film and the appearance of normally conducting charge carriers that determine the response speed. [7-8, 9-12]

Необходимо отметить, что цепь автокомпенсатора (вспомогательной антенны и катушки подмагничивания) обладает некоторой инерционностью реакции, поэтому необходимо выбирать вспомогательную антенну из расчета, что время задержки вспомогательной линии должно быть меньше времени задержки антенно-фидерного тракта основной антенны приемного устройства.It should be noted that the circuit of the autocompensator (auxiliary antenna and magnetization coil) has a certain reaction inertia, therefore, it is necessary to choose the auxiliary antenna on the basis that the delay time of the auxiliary line should be less than the delay time of the antenna-feeder path of the main antenna of the receiving device.

Автоматический режим подстройки ЗУ, определяющий скорость его срабатывания, обеспечивается за счет реакции вспомогательной и основной антенн на воздействующее МЭМИ. [7-8, 12]The automatic adjustment mode of the memory, which determines the speed of its operation, is provided due to the reaction of the auxiliary and main antennas to the acting MEMI. [7-8, 12]

ВТСП являются сверхпроводниками второго рода. Это значит, что для них существуют два значения критического тока Ic1 и Iс2.HTSCs are superconductors of the second kind. This means that for them there are two values of the critical current I c1 and I c2 .

Iс1 - величина тока при которой в сверхпроводящей полоске начнется переходный процесс из сверхпроводящего состояния в нормальнопроводящее (фазовый S-N переход).I c1 is the current value at which the transition process from the superconducting state to the normally conducting state begins in the superconducting strip (SN phase transition).

Ic2 - величина тока при которой в сверхпроводящей полоске переходный процесс завершается и пленка полностью переходит в нормальное состояние N.I c2 is the current at which the transition process in the superconducting strip is completed and the film is completely transferred to the normal state N.

Принцип работы защитного устройства, построенного на основе ВТСП, связан с возможностью осуществления в нем обратимого фазового S-N перехода, в случае, если значение протекающего через защитное устройство тока, превышает значения первого (Ic1) и второго (Ic2) критических токов, характерных для данного устройства.The principle of operation of a protective device based on HTSC is associated with the possibility of making a reversible phase SN transition in it if the value of the current flowing through the protective device exceeds the values of the first (I c1 ) and second (I c2 ) critical currents characteristic of this device.

Таким образом, тонкая ВТСП пленка, которая находится в сверхпроводящем состоянии способна без искажений пропускать ток (транспортный ток), величина которого меньше Ic1.Thus, a thin HTSC film that is in the superconducting state is capable of transmitting a current (transport current) without distortion, the value of which is less than I c1 .

В случае достижения транспортным током величины Ic1 проникновение магнитного поля данного тока в пленку увеличивается, что вызывает увеличение объема областей нормальной проводимости на ее краях и инициирует разрушение сверхпроводимости, следовательно, уменьшается зона сверхпроводящих носителей заряда в тонкой ВТСП пленке. При достижении током значения Ic2 переходный процесс завершается и пленка полностью переходит в нормальное состояние N.If the transport current reaches the value of I c1, the penetration of the magnetic field of this current into the film increases, which causes an increase in the volume of normal conductivity regions at its edges and initiates the destruction of superconductivity, therefore, the area of superconducting charge carriers in a thin HTSC film decreases. When the current reaches the value of I c2, the transition process is completed and the film completely switches to the normal state N.

В работах [7, 12-14] экспериментально установлено, что длительность фазового S-N перехода в тонких ВТСП пленках под воздействием входных сигналов не превышает 10-11-10-12 с, что определяет скорость срабатывания ЗУ построенного на основе тонкой ВТСП пленки.It was experimentally established in [7, 12-14] that the duration of the phase SN transition in thin HTSC films under the influence of input signals does not exceed 10 -11 -10 -12 s, which determines the response speed of the memory built on the basis of a thin HTSC film.

Микрополосковая линия передачи, основным элементом которой является тонкая высокотемпературная сверхпроводящая пленка 10 ленточного типа прямоугольного сечения (тонкая пленка) располагается на подложке 11 с диэлектрической проницаемостью εr2, на обратной стороне которой располагается металлический экран 12. Сопротивление ВТСП в нормальнопроводящей фазе определяется по формуле:A microstrip transmission line, the main element of which is a thin high-temperature superconducting film 10 of a rectangular ribbon type (thin film) is located on a substrate 11 with a dielectric constant ε r2, on the reverse side of which there is a metal shield 12. The resistance of an HTSC in a normally conducting phase is determined by the formula:

Figure 00000001
Figure 00000001

где ρ - удельное сопротивление ВТСП, Ом×м;where ρ is the resistivity of the HTSC, Ohm × m;

Figure 00000002
- длина тонкой пленки ВТСП, м;
Figure 00000002
- the length of the thin film of HTSC, m;

S- площадь поперечного сечения тонкой пленки ВТСП, м2.S is the cross-sectional area of a thin HTSC film, m 2 .

Для того чтобы свести к минимуму искажения в линии, необходимо тонкую ВТСП пленку располагать на подложке 11 без дефектов. Технологически в настоящее время возможно вырастить данную подложку с площадью 1×2 см2.In order to minimize distortion in the line, it is necessary to place a thin HTSC film on the substrate 11 without defects. Technologically, it is currently possible to grow this substrate with an area of 1 × 2 cm 2 .

Для того, чтобы в нормальной фазе получить максимально возможное сопротивление, тонкую ВТСП пленку располагают в виде меандра, что позволит увеличить длину тонкой пленки ВТСП с 2 см до 25 см. При этом сверхпроводник длиной

Figure 00000002
=25 см и шириной W=40⋅10-6 м компактно размещается на подложке площадью а×b=2 см2, что позволяет достичь сопротивления в сотни кОм в нормальной фазе.In order to obtain the maximum possible resistance in the normal phase, a thin HTSC film is placed in the form of a meander, which will increase the length of a thin HTSC film from 2 cm to 25 cm. In this case, the superconductor is
Figure 00000002
= 25 cm and a width of W = 40⋅10 -6 m is compactly placed on a substrate with an area of a × b = 2 cm 2 , which allows us to achieve resistance of hundreds of kOhms in the normal phase.

Реализация механизма быстрого токового разрушения сверхпроводимости, обеспечивающая малую длительность существования смешанного состояния, становится возможной в случае, если толщина тонкой ВТСП пленки h не превышает 0,2⋅10-6 м.The implementation of the mechanism of fast current destruction of superconductivity, which provides a short duration of the existence of the mixed state, becomes possible if the thickness of the thin HTSC film h does not exceed 0.2⋅10 -6 m.

Устройство 1 (состоящее из элементов изображенных на фиг. 2) подключается к коаксиальному кабелю входной цепи антенны 4 (фиг. 1) последовательно при помощи коаксиально-полоскового перехода и помещается в термостат 2 с жидким азотом 3, температура кипения которого составляет 77 К. В термостате обязательно предусматриваются технологические отверстия, а именно: клапан для заливки жидкого азота и стравливания давления 6, а также отверстия ввода и вывода кабелей 7.The device 1 (consisting of the elements shown in Fig. 2) is connected to the coaxial cable of the input circuit of the antenna 4 (Fig. 1) in series using a coaxial-stripe junction and placed in thermostat 2 with liquid nitrogen 3, the boiling point of which is 77 K. the thermostat must have technological holes, namely: a valve for pouring liquid nitrogen and bleeding pressure 6, as well as holes for the input and output of cables 7.

Для снижения опасных уровней энергии необходимо ускорить переход из сверхпроводящего в нормальнопроводящее состояние (S-N переход), поместив ВТСП пленку во внешнее магнитное поле, источником которого является автокомпенсатор. Автокомпенсатор состоит из вспомогательной антенны 9, которая подключена последовательно к катушке внешнего подмагничивания 5. Катушка помещается в термостат в котором предусмотрены технологические отверстия для цепи автокомпенсатора 8. Катушка внешнего подмагничивания 5 и будет являться источником внешнего магнитного поля, индуцированного переменным током, наводимым мощными электромагнитными излучениями в цепи вспомогательной антенны 9.To reduce dangerous energy levels, it is necessary to accelerate the transition from the superconducting to the normally conducting state (S-N transition) by placing the HTSC film in an external magnetic field, the source of which is an auto-compensator. The autocompensator consists of an auxiliary antenna 9, which is connected in series to the external bias coil 5. The coil is placed in a thermostat which has technological holes for the auto-compensator circuit 8. The external bias coil 5 will be the source of the external magnetic field induced by alternating current induced by powerful electromagnetic radiation in the auxiliary antenna circuit 9.

Таким образом, при работе в штатном режиме, полезный сигнал через антенну приемника 4 практически без искажений поступает на его входную цепь Rн. Полезный сигнал также будет поступать на антенну автокомпенсатора 9, однако уровень магнитного поля, наводимого на катушке внешнего подмагничивания 5, существенного влияния на прохождение полезного сигнала в антенно-фидерном тракте (антенна 4, высокотемпературное сверхпроводящее защитное устройство 1, входная цепь приемника Rн) оказывать не будет.Thus, when operating in the normal mode, the useful signal through the antenna of the receiver 4 practically without distortion enters its input circuit R n . A useful signal will also be supplied to the antenna of the autocompensator 9, however, the level of the magnetic field induced on the external magnetization coil 5 will have a significant effect on the passage of the useful signal in the antenna-feeder path (antenna 4, high-temperature superconducting protective device 1, receiver input circuit R n ) will not be.

В случае прихода МЭМИ, в цепи антенны 4 наведется ток (транспортный ток), который будет нарастать. Достигнув значения первого критического тока (Ic1) в тонкой ВТСП пленке 10 магнитное поле транспортного тока, проникая в сверхпроводник, инициирует разрушение сверхпроводимости на краях пленки, формируя нормальнопроводящие области. С дальнейшим ростом транспортного тока будет увеличиваться величина магнитного поля и нормальнопроводящие области с краев пленки будут соответственно увеличиваться к ее середине. При достижении транспортным током значения второго критического тока (Iс2) ВТСП пленка полностью перейдет в нормальнопророводящее состояние. Параллельно с этим МЭМИ в цепи автокомпенсатора на антенне 9 также будет наводить ток, магнитное поле которого, проникая в тонкую пленку 10 будет выталкиваться на ее края. При этом на краях пленки магнитное поле транспортного тока и автокомпенсатора будут суммироваться, инициируя ускорение нарастания нормальнопроводящих областей в пленке, в следствие чего возрастает скорость срабатывания самого устройства. При этом, скорость переключения будет тем быстрее, чем круче скорость нарастания воздействующего МЭМИ.In the case of the arrival of MEMI, a current (transport current) will be induced in the antenna 4 circuit, which will increase. Having reached the value of the first critical current (I c1 ) in a thin HTSC film 10, the magnetic field of the transport current, penetrating the superconductor, initiates the destruction of superconductivity at the edges of the film, forming normally conducting regions. With a further increase in the transport current, the magnitude of the magnetic field will increase, and the normally conducting regions from the edges of the film will accordingly increase toward its middle. When the transport current reaches the value of the second critical current (I c2 ) of the HTSC, the film will completely go into a normally conducting state. In parallel with this, the MEMI in the auto-compensator circuit on the antenna 9 will also induce a current whose magnetic field penetrating into the thin film 10 will be pushed to its edges. At the same time, at the edges of the film, the magnetic field of the transport current and the auto-compensator will be summed up, initiating the acceleration of the growth of normally conducting areas in the film, as a result of which the response speed of the device itself increases. At the same time, the switching speed will be the faster, the steeper the slew rate of the acting MEMI.

Технический результат достигается за счет того, что сверхпроводящее защитное устройство радиоприемных устройств с автокомпенсатором в режиме срабатывания за счет высокого значения сопротивления в линиях антенно-фидерных устройств будет препятствовать прохождению больших токов и напряжений, наводимых негативными мощными электромагнитными излучениями. Защита осуществляется за счет рассогласования линии передачи с волновым сопротивлением. Данное защитное устройство в качестве схемотехнических элементов защиты не только значительно уменьшает воздействие высоких энергий МЭМИ на РЭА, но и обладает значительно меньшим временем срабатывания, чем у полупроводниковых и газоразрядных приборов. Кроме того, время срабатывания защитного устройства напрямую будет зависеть от параметров внешнего магнитного поля, индуцируемого в катушке автокомпенсатора переменным током на вспомогательной антенне наводимого мощными электромагнитными излучениями.The technical result is achieved due to the fact that the superconducting protective device of radio receivers with auto-compensation in the operation mode due to the high resistance value in the lines of the antenna-feeder devices will prevent the passage of large currents and voltages induced by negative powerful electromagnetic radiation. Protection is carried out due to the mismatch of the transmission line with the impedance. This protective device as circuit protection elements not only significantly reduces the effect of high energy MEMI on REA, but also has a significantly shorter response time than semiconductor and gas-discharge devices. In addition, the response time of the protective device will directly depend on the parameters of the external magnetic field induced in the auto-compensator coil by alternating current on the auxiliary antenna induced by powerful electromagnetic radiation.

Современный уровень развития элементной базы, на основе которой предлагается данная полезная модель: высокотемпературные сверхпроводящие элементы (наиболее широкое распространение получили YВа2Сu3O7); возможность получения температуры, при которой ВТСП переходит в сверхпроводящее состояние (применение жидкого азота); технологическая возможность получения ВТСП в виде пленок с размерами в микроны - позволяют заявить, что данная полезная модель технически реализуема. Поэтому техническое применение рассмотренных высокотемпературных сверхпроводниковых устройств для осуществления быстродействующей защиты РЭА от МЭМИ является перспективным.The current level of development of the element base, on the basis of which this utility model is proposed: high-temperature superconducting elements (the most widespread are YВа 2 Сu 3 O 7 ); the possibility of obtaining a temperature at which the HTSC passes into a superconducting state (the use of liquid nitrogen); the technological possibility of obtaining HTSC in the form of films with micron sizes allows us to state that this utility model is technically feasible. Therefore, the technical application of the considered high-temperature superconducting devices for the implementation of high-speed protection of REA from MEMI is promising.

ЛИТЕРАТУРАLITERATURE

1. Кравченко В.И., Болотов Е.А., Летунова Н.И. Радиоэлектронные средства и мощные электромагнитные помехи. - М.: Радиосвязь, 1987. - 251 с.1. Kravchenko V.I., Bolotov E.A., Letunova N.I. Electronic equipment and powerful electromagnetic interference. - M .: Radio communication, 1987. - 251 p.

2. Мырова Л.О., Чепиженко А.З. Обеспечение стойкости аппаратуры связи к ионизирующим и электромагнитным излучениям. М.: Радио и связь, 1988. - 296 с.2. Myrova L.O., Chepizhenko A.Z. Ensuring the resistance of communication equipment to ionizing and electromagnetic radiation. M .: Radio and communications, 1988 .-- 296 p.

3. Чумаков В.И. Методы моделирования тепловых повреждений полупроводниковых приборов // Радиоэлектроника и информатика, 1999. №2, с. 31-37.3. Chumakov V.I. Methods for modeling thermal damage to semiconductor devices // Radioelectronics and Informatics, 1999. No. 2, p. 31-37.

4. Антипин В.В., Годовицын В.А., Громов Д.В., Кожевников А.С., Раваев А.А. Влияние мощных импульсных микроволновых помех на полупроводниковые приборы и интегральные микросхемы // Зарубежная радиоэлектроника, 1995, №1. - С. 37-53.4. Antipin V.V., Godovitsyn V.A., Gromov D.V., Kozhevnikov A.S., Ravaev A.A. The effect of powerful pulsed microwave interference on semiconductor devices and integrated circuits // Foreign Radio Electronics, 1995, No. 1. - S. 37-53.

5. Риккетс Л.У., Бриджес Дж., Майлетта Дж. Электромагнитный импульс и методы защиты. Пер. с англ. / Под ред. Н.А. Ухина - М.: Атомиздат, 1979. - 328 с.5. Ricketts, L.W., Bridges, J., Miletta, J. Electromagnetic impulse and methods of protection. Per. from English / Ed. ON. Ukhina - M .: Atomizdat, 1979. - 328 p.

6. Алешин И.Н., Андрющенко М.С. Стойкость систем вооружения к воздействию электромагнитного оружия - требование сегодняшнего дня // Труды XX Всероссийской научно-практической конференции «Актуальные проблемы защиты и безопасности». Т. 3. «Бронетанковая техника и вооружение». СПб.: РАРАН. 2017. С. 104-108.6. Aleshin I.N., Andryushchenko M.S. The resistance of weapons systems to the effects of electromagnetic weapons is a requirement of today // Proceedings of the XX All-Russian Scientific and Practical Conference "Actual Problems of Protection and Security". T. 3. "Armored vehicles and weapons." SPb .: RARAN. 2017.S. 104-108.

7. Кучер Д.Б. Мощные электромагнитные излучения и сверхпроводящие защитные устройства. - Севастополь: Ахтиар, 1997. - 188 с.7. Kucher DB Powerful electromagnetic radiation and superconducting protective devices. - Sevastopol: Akhtiar, 1997 .-- 188 p.

8. Bardeen J., Cooper L.N., Schriffer J.R. Microscopie theory of superconductiveity //Phys. Rev., 1957.8. Bardeen J., Cooper L.N., Schriffer J.R. Microscopie theory of superconductiveity // Phys. Rev. 1957.

9. Кучер Д.Б., Харланов А.И., Степанова M.B. Особенности применения высокотемпературных сверхпроводников для защиты линий передачи информации от влияния мощных электромагнитных излучений // Сборник научных трудов. - Евпатория, Крым, 2006. - Том 3. - С. 32-379. Kucher DB, Harlanov A.I., Stepanova M.B. Features of the use of high-temperature superconductors to protect information transmission lines from the influence of powerful electromagnetic radiation // Collection of scientific papers. - Evpatoria, Crimea, 2006. - Volume 3. - P. 32-37

10. Кучер Д.Б., Зайцев С.А., Харланов А.И., Степанова М.В. Основные аспекты повышения чувствительности сверхпроводящих датчиков-ограничителей // Сборник научных трудов. - Харьков: ХУПС. - 2006. - Вып. 6(55). - С. 88-93.10. Kucher D.B., Zaitsev S.A., Harlanov A.I., Stepanova M.V. The main aspects of increasing the sensitivity of superconducting limiters // Collection of scientific papers. - Kharkov: HUBS. - 2006. - Vol. 6 (55). - S. 88-93.

11. Кучер Д.Б., Зайцев С.А., Харланов А.И., Степанова М.В. Особенности варьирования чувствительности сверхпроводниковых датчиков-ограничителей // Сборник научных трудов. - Севастополь: СВМИ. - 2006. - Вып. 1(9). - С. 112-117.11. Kucher D.B., Zaitsev S.A., Harlanov A.I., Stepanova M.V. Features of varying the sensitivity of superconducting limiters // Collection of scientific papers. - Sevastopol: SVMI. - 2006. - Vol. 1 (9). - S. 112-117.

12. Д.Б. Кучер, А.И. Харланов, М.В. Степанова Экспериментальная оценка влияния внешнего подмагничивания тонкой высокотемпературной сверхпроводящей пленки на характеристики активных датчиков-ограничителей / Сборник научных трудов «Радиотехника, радиолокация, электроника, связь». Харьков: ХУПС им. И. Кожедуба. - 2007. - Вып. 1(13). - С. 36-39.12.D.B. Kucher, A.I. Harlanov, M.V. Stepanova An experimental assessment of the effect of external magnetization of a thin high-temperature superconducting film on the characteristics of active limit sensors / Collection of scientific papers "Radio engineering, radar, electronics, communications." Kharkiv: KhPS them. I. Kozheduba. - 2007. - Issue. 1 (13). - S. 36-39.

13. Юдин П.Н., Вендик И.Б. Извлечение параметров модели поверхностного импеданса ВТСП из экспериментальных характеристик микрополоскового резонатора // Письма в ЖТФ, 2003. - Т. 29. - Вып. 10. - С. 62-69.13. Yudin P.N., Wendik I.B. Extraction of the HTS surface impedance model parameters from the experimental characteristics of a microstrip resonator // Letters in ZhTF, 2003. - V. 29. - Issue. 10. - S. 62-69.

14. И.А. Капура, Г.Ф. Коняхин, А.М. Сотников. Результаты экспериментальных исследований защитного устройства на основе ВТСП-линий передачи / Системы обработки информации. Харьков.: ХУПС, 2010. - Вып. 9 (90). - С. 47-50.14. I.A. Kapura, G.F. Konyakhin, A.M. Sotnikov. The results of experimental studies of a protective device based on HTSC transmission lines / Information processing systems. Kharkov .: HUPS, 2010. - Issue. 9 (90). - S. 47-50.

Claims (1)

Сверхпроводящее защитное устройство радиоприемных устройств с автокомпенсатором, состоящее из тонкой пленки высокотемпературного сверхпроводника в виде микрополосковой линии передачи, которая подключается к коаксиальному кабелю входной цепи антенно-фидерного устройства последовательно при помощи коаксиально-полосковых переходов и помещается в термостат с жидким азотом, при этом переход из сверхпроводящего в нормальное состояние ускоряется внешним подмагничиванием, отличающееся тем, что источником внешнего магнитного поля является цепь автокомпенсатора, состоящая из независимой от радиоприемного устройства вспомогательной антенны, последовательно соединенной с катушкой подмагничивания, способной функционировать при переменных токах, наводимых мощными электромагнитными излучениями на вспомогательной антенне с техническими характеристиками и условиями установки идентичными основной антенне радиоприемника.A superconducting protective device for radio receivers with auto-compensation, consisting of a thin film of a high-temperature superconductor in the form of a microstrip transmission line, which is connected to the coaxial cable of the input circuit of the antenna-feeder device in series using coaxial-strip junctions and placed in a thermostat with liquid nitrogen, while the transition from superconducting to a normal state is accelerated by external magnetization, characterized in that the source of the external magnetic field is an autocompensator circuit consists of an auxiliary antenna independent of the radio receiver, connected in series with the magnetization coil, capable of operating at alternating currents induced by powerful electromagnetic radiation on an auxiliary antenna with technical characteristics and installation conditions identical to the main antenna of the radio receiver.
RU2019114608U 2019-05-13 2019-05-13 SUPERCONDUCTING PROTECTIVE RADIO RECEIVER DEVICE WITH AUTOCOMPENSOR RU191803U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019114608U RU191803U1 (en) 2019-05-13 2019-05-13 SUPERCONDUCTING PROTECTIVE RADIO RECEIVER DEVICE WITH AUTOCOMPENSOR

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019114608U RU191803U1 (en) 2019-05-13 2019-05-13 SUPERCONDUCTING PROTECTIVE RADIO RECEIVER DEVICE WITH AUTOCOMPENSOR

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU191803U1 true RU191803U1 (en) 2019-08-22

Family

ID=67734041

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019114608U RU191803U1 (en) 2019-05-13 2019-05-13 SUPERCONDUCTING PROTECTIVE RADIO RECEIVER DEVICE WITH AUTOCOMPENSOR

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU191803U1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0503447A2 (en) * 1991-03-09 1992-09-16 ABBPATENT GmbH Superconducting current limiter
RU2126568C1 (en) * 1994-09-29 1999-02-20 Абб Рисерч Лтд. Device limiting electric current
RU2221314C1 (en) * 2002-09-25 2004-01-10 Московский государственный институт электронной техники (технический университет) Weak magnetic field sensor
EP2945199A1 (en) * 2013-02-13 2015-11-18 Furukawa Electric Co., Ltd. Superconducting fault current limiter and cooling method for superconducting element within superconducting fault current limiter
RU2576243C1 (en) * 2014-12-25 2016-02-27 Закрытое акционерное общество "СуперОкс" (ЗАО "СуперОкс") Module of superconducting current limiter and current limiter

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0503447A2 (en) * 1991-03-09 1992-09-16 ABBPATENT GmbH Superconducting current limiter
RU2126568C1 (en) * 1994-09-29 1999-02-20 Абб Рисерч Лтд. Device limiting electric current
RU2221314C1 (en) * 2002-09-25 2004-01-10 Московский государственный институт электронной техники (технический университет) Weak magnetic field sensor
EP2945199A1 (en) * 2013-02-13 2015-11-18 Furukawa Electric Co., Ltd. Superconducting fault current limiter and cooling method for superconducting element within superconducting fault current limiter
RU2576243C1 (en) * 2014-12-25 2016-02-27 Закрытое акционерное общество "СуперОкс" (ЗАО "СуперОкс") Module of superconducting current limiter and current limiter

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Д.Б. Кучер, А.И. Харланов, М.В. Степанова, Экспериментальная оценка влияния внешнего подмагничивания тонкой высокотемпературной сверхпроводящей пленки на характеристики активых датчиков-ограничителей, Севастопольский военно-морской институт им. П.С. Нахимова, Радiотехнiка, радiолокацiя, електронiка, зв’язок, Збiрник наукових праць Харкiвського унiверситету Повiтряних Сил iм. I. Кожедуба, стр. 36-39, випуск 1(13), 2007. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Auston Picosecond photoconductors: Physical properties and applications
Kitaygorsky et al. Dark counts in nanostructured NbN superconducting single-photon detectors and bridges
Deng et al. PIN-diode-based high-intensity radiation fields (HIRF) protection of a printed dipole antenna
Booth et al. A self-attenuating superconducting transmission line for use as a microwave power limiter
Lita et al. Materials development for high efficiency superconducting nanowire single-photon detectors
Hammond et al. Intrinsic limits on the Q and intermodulation of low power high temperature superconducting microstrip resonators
RU191803U1 (en) SUPERCONDUCTING PROTECTIVE RADIO RECEIVER DEVICE WITH AUTOCOMPENSOR
Chernikova et al. Evaluating the influence of the magnetic permeability of the microstrip modal filter substrate on its frequency characteristics
Hueltes et al. Three-port frequency-selective absorptive limiter
Lyons et al. Passive microwave device applications of high Tc superconducting thin films
Auston Picosecond photoconductivity: High-speed measurements of devices and materials
Liu et al. Electromagnetic environment effects and protection of complex electronic information systems
Baiocchi et al. Pulse propagation in superconducting coplanar striplines
Dzurak et al. Transport measurements of in-plane critical fields in YBa 2 Cu 3 O 7− δ to 300 T
Belyaev et al. Reflective power limiter for X-band with HTSC Switching element
Vendik et al. Theory of digital phase shifters based on high-T/sub c/superconducting films
US6998929B1 (en) Low threshold power frequency selective limiter for GPS
Vertelis et al. Superconducting protector against electromagnetic pulses based on YBCO film prepared on an Al2O3 substrate with a CeO2 sublayer
Booth et al. A superconducting microwave power limiter for high-performance receiver protection
Hershenov All-garnet-substrate microstrip circulators
Huang et al. A photonic bandgap microstrip filter based on YBCO superconducting film
Belyaev et al. Receiver protecting device based on microstrip structure with high-temperature superconductor film
Culshaw Effect of carrier diffusion on operation of avalanche diodes
Padamsee et al. RF field emission in superconducting cavities
Woo et al. Design and Analysis of an Adjustable Diode-Integrated Waveguide-Based Electromagnetic Pulse Limiter for Microwave Receiver

Legal Events

Date Code Title Description
MM9K Utility model has become invalid (non-payment of fees)

Effective date: 20190730