Rev. Phys. Appl. (Paris) 9, 79-109 (1974)
DOI: 10.1051/rphysap:019740090107900

S-c-S junctions as nonlinear elements of microwave receiving devices

A.N. Vystavkin¹, V.N. Gubankov¹, L.S. Kuzmin¹, K.K. Likharev², V.V. Migulin² et V.K. Semenov<sup>2

1</sup>  Institute of Radioengineering and Electronics of the Academy of Sciences of the USSR, Marx avenue 18, Moscow K-9, USSR
²  Moscow State University, Physics department, Moscow B-234, USSR

Abstract
The analysis of possible phenomena in the superconductor-constriction-superconductor (S-c-S) junctions inserted into microwave circuits is carried out. The results of experiments in which properties of the junctions making them different in comparison with usual nonlinear microwave elements were studied are discussed. The characteristics of receiving devices such as amplifiers, detectors and converters operating on the basis of these phenomena are obtained. The limit characteristics of these devices in different regimes of operation are analysed and compared with experimentally achieved characteristics. It is shown that the noise properties of the receiving devices utilizing the S-c-S junctions close to ideal can be obtained for the frequencies lower than characteristic frequency of the junction. This frequency for known realizations of the S-c-S junctions (point contacts and thin film bridges of small dimensions) can reach of order of 500-1 000 GHz or in other words of the middle of the submillimeter waveband range.

Résumé
On analyse les phénomènes qui peuvent se produire dans une jonction S-c-S (supraconducteur-constriction-supraconducteur), couplée à un circuit hyperfréquence. On étudie et on discute les propriétés des jonctions, comparées à celles des éléments non linéaires usuels en hyperfréquence. On obtient les caractéristiques des récepteurs (amplificateurs, détecteurs, ou changeurs de fréquence) utilisant ces phénomènes. Les caractéristiques limites de ces dispositifs dans différents régimes de fonctionnement sont analysées et comparées avec les caractéristiques obtenues expérimentalement. On montre que les propriétés de bruit de ces dispositifs utilisant des jonctions S-c-S quasi idéales, peuvent être obtenues pour des fréquences inférieures à la fréquence caractéristique de la jonction. Cette fréquence est de l'ordre de 500 à 1 000 GHz pour les contacts à pointes ou les microponts en couche mince.

PACS
8525P - Superconducting infrared, submillimeter and millimeter wave detectors.
0757K - Bolometers; infrared, submillimeter wave, microwave, and radiowave receivers and detectors.

Key words
Microwave receivers -- Superconducting devices -- Josephson junctions -- IV characteristic -- Parametric conversion -- Response functions -- Microwave circuits -- ScS junctions -- Nonlinear elements