Mikrofale w teleinformatyce Janusz Typek Instytut Fizyki Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny Wykład zrealizowany w ramach projektu „UNIWERSYTET SZCZECIŃSKI – Lider przyszłości” i współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

Plan wykładu Mikrofale jako fale elektromagnetyczne Fizyczne charakterystyki mikrofal Układy mikrofalowe (falowody, komory rezonansowe, źródła i detektory mikrofal) Wykorzystanie mikrofal w konstrukcji komputerów kwantowych

Mikrofale na tle widma fal EM

Urządzenia pracujące w zakresie GHz

Spektrometr Elektronowego Rezonansu Paramagnetycznego na pasmo X

Mikrofale – fale elektromagnetyczne Podstawowe właściwości

Skala dB i dBm

Problem z reaktancją indukcyjną przewodów

Problem ze skończonym czasem przelotu przez tranzystor

Źródło mikrofal - klistron

Klistron – zasada działania

Dioda Gunna – efekt Gunna Efekt Gunna został odkryty przez J.B. Gunna (IBM) w 1963 r. badającego diodę na półprzewodniku GaAs typu n.

Dioda Gunna – zasada działania

Dioda Gunna – zasada działania Częstotliwość oscylacji= (prędkość dryfu domeny)/(grubość diody)

Źródło mikrofal - magnetron

Mikrofalowe linie transmisyjne Falowody (+) duża moc przenoszenia (+) małe tłumienie (-) duże rozmiary (-) wąskie pasmo przenoszenia Kable koaksjalne (+) niewielkie rozmiary (+) szerokie pasmo przenoszenia (-) duże tłumienie (-) niska moc przenoszona Taśmy mikrofalowe (+) różnorodne kształty (-) duże tłumienie

Długość fali i impedancja linii

Falowody mikrofalowe Fale TE: Ez=0; Bz≠0 Fale TM: Ez≠0; Bz=0 Prędkość grupowa w falowodzie mniejsza niż c

Falowody mikrofalowe W falowodzie propagują się jedynie fale o częstotliwości powyżej pewnej granicznej wartości Indeks m – zmiany pola wzdłuż wysokości Indeks n – zmiany pola w poprzek falowodu Dłuższa fala w falowodzie niż w próżni

Pola elektryczne w falowodzie prostokątnym

Falowody - tłumienie mikrofal Efekt naskórkowy Grubość ścianek falowodów ~10 grubości naskórkowych

Mikrofalowe falowody Magic tee

Mikrofalowe komory rezonansowe

Komora rezonansowa TM010 Pole elektryczne zeruje się na ściance

Prostokątna komora rezonansowa TE102

Detektory mikrofal Termopara - efekt cieplny, powolne, moc musi być większa niż μW Termistor – efekt cieplny, powolne, moc musi być większa niż μW Dioda Schottky’ego – zamiana sygnału AC na DC, szybka, moc nW I=I0=[1-exp(eV/kT)] V(t)=V0sin (t) I ~ V02

Dioda Schottky’ego

Komputery kwantowe – mikrofalowe kwantowe bramki logiczne spułapkowanych jonów

Komputery kwantowe – mikrofalowe kwantowe bramki logiczne spułapkowanych jonów

Komputery kwantowe – mikrofalowe kwantowe bramki logiczne spułapkowanych jonów

Komputery kwantowe – pamięć kwantowa z mikrofalowym rezonatorem

Komputery kwantowe – pamięć kwantowa z mikrofalowym rezonatorem

Komputery kwantowe – pamięć kwantowa z mikrofalowym rezonatorem

Komputery kwantowe – chłodzenie mikrofalowe

Diamond’s Quantum State Transferred to Microwaves Komputery kwantowe – kwantowy chip Diamond’s Quantum State Transferred to Microwaves The Quantum Chip: In the center, there is the microwave resonator and the dark diamond

Komputery kwantowe – w temperaturze pokojowej?

Komputery kwantowe – w temperaturze pokojowej?