超导电子技术

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目录

什么是超导电子技术[1]

  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

超导电子技术的内容[2]

  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。日本富士通公司最先开发出约瑟夫森计算机的心脏部件一计算机处理装置,该装置用铌作超导材料,芯片大小为5毫米,有1841个逻辑电路,集成了5011个元件;放人一269℃的液氦中,一次计算所需时间为1.3纳秒,比硅的时间33纳秒和砷化镓的时间14纳秒快了10倍多;而它的功耗只为砷化镓的1/200。1989年底日本研制出世界第一台超导巨型计算机,将22000个芯片封装在4块存储器芯片上,该计算机工作在-269℃温度,其运算速度为lO亿次/秒,比一般微电子计算机快了10倍以上,而功耗仅为硅芯片计算机功耗的1/1000。

超导电子技术的应用[1]

  基于超导电子器件的种种优点以及迄今已有的应用实例,联系当前及未来信息作战技术领域的情况,可以设想,超导电子技术在信息作战中的应用将有以下几个主要方面:

  一是高灵敏度探测器(传感器)。例如:利用超导量子干涉器(SQUID)制造的磁强计,可以通过探测磁异常现象快速精确地测定潜艇、舰船、坦克等大型钢铁平台的位置;由此可以制成装备于飞机或部署于水下以至海底的反潜探测器。预计在21世纪初将出现低温超导材料的SQUID反潜探测系统,稍后可出现工作于液氮温区的高温超导材料SQUID反潜探测网。根据同样原理,这一技术还可制成SQUID磁制导系统以装备机载或舰载灵巧武器。此外,在红外探测方面,超导红外探测器被列为下一代星载红外焦平面阵列的优选器件之一。预计在2l世纪前半期,高温超导材料红外焦平面阵列将在导弹等各种武器系统中得到广泛应用。

  二是微波毫米波器件。超导微波毫米波无源器件主要包括滤波器、谐振器、天线等,其微波特性、重量、体积等都大大优于同类常规器件。超导微波毫米波有源器件主要包括混频器、检测器、模数转换器等。上述器件在通信雷达、电子对抗等领域用途广泛。在实用中已有常规器件为超导器件所取代的情况。

  三是高速数字信号处理和计算机。例如超导高速模数变换器可以在10GHz甚至更高频率进行模数变换,直接把微波模拟信号转换成为数字信号。这对于星载红外焦平面成像系统、软件无线电通信系统等等信息作战装备都是不可缺少的技术。日本研制出了一种采用约瑟夫森结的巨型计算机,所谓约瑟夫森结,由两个超导层之间夹一个很薄的绝缘隔板构成,能以很低的功耗实现高速开关作用。该计算机采用22000个约瑟夫森结芯片封装在4块存储器芯片上,工作于4K温度,运算速度每秒10亿次,功耗仅6.2mW。

参考文献

  1. 1.0 1.1 赵积梁主编.信息作战技术.解放军出版社,2004.7.
  2. 杨继武主编.最新部队战斗力与战斗作风建设实务全书 二.人民日报音像出版社,2006.01.
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