這篇論文主要介紹的是射電天文RFI中超導(dǎo)濾波器的作用的內(nèi)容，本文作者就是通過對(duì)射電天文RFI中超導(dǎo)濾波器的運(yùn)用的內(nèi)容做出詳細(xì)的闡述與介紹，特推薦這篇優(yōu)秀的文章供相關(guān)人士參考。

　　關(guān)鍵詞：超導(dǎo)濾波器，射電天文，干擾

　　1引言

　　射電天文學(xué)對(duì)射電望遠(yuǎn)鏡的靈敏度提出了非常高的要求，一方面不斷增大接收天線的口徑，另一方面致力于降低接收機(jī)系統(tǒng)的噪聲引入.射電天體輻射信號(hào)到達(dá)地球時(shí)已經(jīng)非常微弱，在如圖1所示的超外差電路形式中，要實(shí)現(xiàn)接收機(jī)系統(tǒng)的超低噪聲溫度，降低射頻放大器的噪聲是首要的.由于常溫射頻放大器自身電子運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的熱噪聲，其噪聲指標(biāo)難以滿足極高靈敏度的應(yīng)用場(chǎng)合.數(shù)據(jù)顯示在20K(-253℃)環(huán)境溫度下射頻放大器的等效噪聲溫度只有常溫的十分之一，通過制冷射頻放大器的手段，可以極為有效地降低接收機(jī)引入的噪聲.隨著通信領(lǐng)域的高速發(fā)展，移動(dòng)信號(hào)對(duì)測(cè)站射電望遠(yuǎn)鏡S波段的干擾越來越嚴(yán)重，圖2為射頻放大器之前的信號(hào)頻譜圖，看出2.018GHz、2.143GHz、2.330GHz，2.437GHz和2.595GHz五個(gè)頻帶出現(xiàn)了干擾，尤其是兩個(gè)低端頻帶幅度明顯;在試驗(yàn)中，我們?cè)谥评浣邮諜C(jī)的中頻信號(hào)輸出口進(jìn)行了測(cè)試，如圖3，看出接收機(jī)系統(tǒng)對(duì)2.018GHz以下信號(hào)有著很好地抑制，但是對(duì)鄰近2.143GHz幾乎沒有抑制，隨著天線方位和俯仰的變化發(fā)現(xiàn)會(huì)超出更多，最高超出通帶信號(hào)45dB以上，導(dǎo)致交調(diào)干擾、放大器飽和等問題的出現(xiàn)，已經(jīng)嚴(yán)重影響到接收機(jī)的靈敏度要求和后級(jí)信號(hào)處理設(shè)備的工作，故急需找到一種工程的解決措施.

　　2技術(shù)要求

　　測(cè)站使用的S波段制冷接收機(jī)，被冷部件如極化器、射頻放大器和過渡波導(dǎo)等工作在15K溫度平臺(tái)，超導(dǎo)濾波器工作的溫度條件已經(jīng)具備，而且經(jīng)測(cè)量，杜瓦內(nèi)部尺寸有一定的余量，故如圖4所示，計(jì)劃在極化網(wǎng)絡(luò)之后左、右旋同時(shí)加裝高溫超導(dǎo)濾波器，并將安裝冷板進(jìn)行簡(jiǎn)單改造.按照測(cè)站對(duì)工作頻段、2.143GHz處抑制度、保證設(shè)備正常工作的要求，分解提出超導(dǎo)濾波器的指標(biāo)需求如下：工作頻率：2.18GHz-2.42GHz阻帶抑制：≥110dB@2.143GHz，≥100dB@2.48GHz插入損耗：≤-0.15dB駐波比：≤1.3工作溫度：15K溫區(qū)。

　　3超導(dǎo)濾波器研制

　　3.1基片介電常數(shù)確定

　　高溫超導(dǎo)薄膜濾波器基片的介質(zhì)特性，尤其介電常數(shù)是決定電路特性阻抗和信號(hào)相速度的重要因素，本濾波器基于成熟的YBCO高溫超導(dǎo)薄膜，選用氧化鎂(MgO)基片作為電路襯底，15K溫度時(shí)基片的介點(diǎn)常數(shù)值是準(zhǔn)確設(shè)計(jì)濾波器的輸入，故采用了如圖5所示的環(huán)形諧振器測(cè)量方法，在環(huán)的兩對(duì)稱端通過小縫隙耦合到輸入、輸出微帶線，從而構(gòu)成串聯(lián)諧振結(jié)構(gòu).用網(wǎng)絡(luò)分析儀掃頻測(cè)出其諧振特性，如諧振頻率和品質(zhì)因數(shù)，進(jìn)而計(jì)算出基片的介電常數(shù)εr和損耗角正切tanδ.在實(shí)際試驗(yàn)中，將掃頻測(cè)試的諧振曲線和ADS軟件仿真曲線進(jìn)行了擬合，可以快速準(zhǔn)確地得出當(dāng)前所用批次MgO基片在15K時(shí)的介點(diǎn)常數(shù)為9.667.

　　3.2濾波器設(shè)計(jì)

　　依據(jù)指標(biāo)需求，確定選用契比雪夫函數(shù)設(shè)計(jì)，在給定通帶波紋和阻帶特定頻率上的衰減后，濾波器的階數(shù)n由下面公式求出近似值：考慮到計(jì)算的近似性，保證帶外抑制指標(biāo)有一定的冗余，實(shí)際取了n=27，由此計(jì)算諧振器間的耦合系數(shù)、輸入輸出外部Q值，通過電磁仿真軟件，建立在MgO基片上的濾波器模型和仿真曲線如圖6和7所示.

　　3.3測(cè)試及應(yīng)用

　　最終封裝的超導(dǎo)濾波器如圖8所示，SMA接口，提供冷板安裝孔位，在低溫測(cè)試平臺(tái)中對(duì)濾波器指標(biāo)進(jìn)行了測(cè)試，如圖9所示在2.143GHz處抑制度達(dá)到了114dB，滿足實(shí)際使用的需要.隨后，將濾波器安裝在測(cè)站使用的制冷接收機(jī)中進(jìn)行了驗(yàn)證，如圖10所示，為加裝超導(dǎo)濾波器后的制冷接收機(jī)中頻輸出口測(cè)試曲線(本振為2GHz)，針對(duì)原來2.143GHz附近的干擾信號(hào)的濾除非常干凈，接收機(jī)在各個(gè)方位角及仰角情況下正常工作.

　　4結(jié)語(yǔ)

　　通訊頻率的不斷拓展，對(duì)極高靈敏度射電天文觀測(cè)造成了嚴(yán)重的干擾，本論文研制的S波段高溫超導(dǎo)濾波器以其異常優(yōu)異的性能、與制冷接收機(jī)一體集成的優(yōu)勢(shì)，在該領(lǐng)域體現(xiàn)了明顯的改善效果，已經(jīng)應(yīng)用在測(cè)站的觀測(cè)中;同時(shí)針對(duì)干擾更多更強(qiáng)的低頻頻率，如L波段和P波段，我們已同步開展了相關(guān)研究.

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　　[5]Delayen，J.R，andC.L.Bohn，Phys.Rev.B，40(1989)，5151.

　　作者：王生旺 王賢華 劉洋 何川 丁曉杰 單位：中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第十六研究所