我国自研“二维超导天线”可实现对1微瓦的电磁波信号的探测

分类：商机 2020-11-27 17:45:59 3747阅读次数

超导材料是具有在一定的低温条件下呈现出电阻等于零以及排斥磁力线的性质的材料。已发现有28种元素和几千种合金和化合物可以成为超导体。超导材料处于超导态时电阻为零，能够无损耗地传输电能。

如果用磁场在超导环中引发感应电流，这一电流可以毫不衰减地维持下去。这种“持续电流”已多次在实验中观察到。超导材料处于超导态时，只要外加磁场不超过一定值，磁力线不能透入，超导材料内的磁场恒为零。

超导材料具有的优异特性使它从被发现之日起，就向人类展示了诱人的应用前景。但要实际应用超导材料又受到一系列因素的制约，这首先是它的临界参量，其次还有材料制作的工艺等问题(例如脆性的超导陶瓷如何制成柔细的线材就有一系列工艺问题)。

到80年代，超导材料的应用主要有：

①利用材料的超导电性可制作磁体，应用于电机、高能粒子加速器、磁悬浮运输、受控热核反应、储能等;可制作电力电缆，用于大容量输电(功率可达10000MVA);可制作通信电缆和天线，其性能优于常规材料。

②利用材料的完全抗磁性可制作无摩擦陀螺仪和轴承。

③利用约瑟夫森效应可制作一系列精密测量仪表以及辐射探测器、微波发生器、逻辑元件等。利用约瑟夫森结作计算机的逻辑和存储元件，其运算速度比高性能集成电路的快10～20倍，功耗只有四分之一。

在国家重点研发计划“量子调控与量子信息”重点专项等科技计划的支持下，复旦大学的研究团队制备了高质量的单晶二硒化铌块材，并用胶带机械剥离法成功解离出厚度在1-5nm的高质量二维单晶超导二硒化铌。修发贤课题组设计制备了纳米尺度超导二硒化铌天线器件。该器件可以实现对小到1微瓦的电磁波信号的探测，器件的探测频谱宽度可达5MHz-900Mhz。

超导天线利用超导材料在低于临界温度时电阻接近于零的特性，可使天线损耗减小几个数量级，从而可使辐射效率提高上百倍或更多。

超导天线的特点是：

1.最主要的优点是有可能使天线小型化;

2.电尺寸小的超导天线比同样尺寸的普通天线效率要高得多，但它频带窄，这使得高效率天线在某些应用中有很大局限性;

3.电尺寸小的超导接收天线在损失带宽的情况下，可提高信噪比，而信噪比提高所得的好处远远超过带宽变窄的损失。

现在还不能用电尺寸小的超导天线取代常规的大天线，但可用来代替常温非超导小天线。由于常温小天线性能低劣，所以这种代替是有意义的。

由于超导体往高频下有交流损耗，因此在天线中，制造大功率超导发射天线是有困难的;但作为接收天线，其最隹频率也不超过10千兆赫，因为超过时损耗就很显著，而到达红外波段时超导电性则完全消失。在低频或甚低频范围内(10千赫左右)，由于某些超导体交流损耗甚微，所以制造电尺寸小的超导磁偶极子天线，能提供高信噪比或进一步减小天线结构尺寸。

超导电子技术是指采用超导材料产生新一类电子器件及其应用的技术。超导电子技术主要包括：

1、超导材料技术。在一定温度下，物体的电阻完全消失，这～现象称为“超导”。超导材料分为“低温”(即温度小于一250℃)超导材料和高温(即温度大于一250℃)超导材料两类。利用超导材料制作电子器件，具有体积小、重量轻、损耗低、功率高、灵敏度高等许多优点。

2、超导电子器件加工技术。超导电子器件是超导电子技术的主要应用领域，主要包括无源电子器件和有源电子器件。无源电子器件包括：高温超导滤波器、超导微带谐振器、高超导转变温度延迟线、超导天线等;有源电子器件包括：超导混频器、超导模数转换器、超导红外探测器、超导量子干涉器和其他超导有源微波器件(如检测器、放大器、转换开关等)。

3、超导计算机。超导计算机是超导电子技术的一个十分重要的高技术应用领域。

标签：二维超导天线

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