В лаборатории квантовой криогенной электроники Новосибирского государственного технического университета НЭТИ разработана серия усилителей, способных работать при температурах в несколько кельвинов. Устройства применяются в радиоастрономии, системах космической связи, квантовых вычислениях и криогенной электронике.
Разработанные усилители обеспечивают высокое усиление при минимальном добавочном шуме в широких диапазонах частот. Их характеристики формируются не только выбором активных элементов (HEMT-транзисторы или SiGe-структуры), но и методологией проектирования — формированием целевых частотных зависимостей импедансов, при которых усилитель работает вблизи оптимума по шуму и передаче мощности.
«Коллектив лаборатории объединяет специалистов в области СВЧ-электроники, криогенной физики, схемотехники и численного моделирования. Их работа — это постоянный диалог между экспериментом и теорией. Каждое решение проверяется в реальных условиях, каждый результат переосмысливается и доводится до состояния, в котором он может стать частью сложной измерительной системы. Усилитель — это не просто изделие, а зафиксированный результат коллективного опыта», — рассказал руководитель лаборатории, профессор кафедры конструирования и технологии радиоэлектронных средств НГТУ НЭТИ Алексей Вострецов.
Практическая значимость разработок подтверждена экспериментально в ряде исследовательских лабораторий России. Усилители уже применяются для регистрации сверхслабых сигналов, включая системы считывания квантовых объектов и приемные тракты с гетеродинным преобразованием.
Одна из последних разработок лаборатории — широкополосный усилитель диапазона 5 кГц — 500 МГц. Он рассчитан на работу при температуре 4 К, имеет коэффициент усиления более 30 дБ, шумовую температуру менее 5 К и потребляемую мощность менее 6 мВт. По своим параметрам устройство конкурентоспособно с мировыми аналогами.
«Коллектив рассматривает создание малошумящих криогенных усилителей как этап в более широком процессе. Ведется работа по дальнейшему снижению шумовой температуры, расширению рабочих диапазонов и созданию комплексных криогенных СВЧ-модулей, объединяющих усиление, коммутацию и фильтрацию. Это позволит перейти от отдельных компонентов к целостным решениям», — отметил Алексей Вострецов.
Работа выполнена в рамках программы Минобрнауки России «Приоритет-2030» (нацпроект «Молодежь и дети»).