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射电天文RFI中超导滤波器的作用

作者: 中文核心期刊2019-04-03阅读:文章来源:中文核心期刊咨询网

  这篇论文主要介绍的是射电天文RFI中超导滤波器的作用的内容,本文作者就是通过对射电天文RFI中超导滤波器的运用的内容做出详细的阐述与介绍,特推荐这篇优秀的文章供相关人士参考。

射电天文RFI中超导滤波器的作用

  关键词:超导滤波器,射电天文,干扰

  1引言

  射电天文学对射电望远镜的灵敏度提出了非常高的要求,一方面不断增大接收天线的口径,另一方面致力于降低接收机系统的噪声引入.射电天体辐射信号到达地球时已经非常微弱,在如图1所示的超外差电路形式中,要实现接收机系统的超低噪声温度,降低射频放大器的噪声是首要的.由于常温射频放大器自身电子运动产生的热噪声,其噪声指标难以满足极高灵敏度的应用场合.数据显示在20K(-253℃)环境温度下射频放大器的等效噪声温度只有常温的十分之一,通过制冷射频放大器的手段,可以极为有效地降低接收机引入的噪声.随着通信领域的高速发展,移动信号对测站射电望远镜S波段的干扰越来越严重,图2为射频放大器之前的信号频谱图,看出2.018GHz、2.143GHz、2.330GHz,2.437GHz和2.595GHz五个频带出现了干扰,尤其是两个低端频带幅度明显;在试验中,我们在制冷接收机的中频信号输出口进行了测试,如图3,看出接收机系统对2.018GHz以下信号有着很好地抑制,但是对邻近2.143GHz几乎没有抑制,随着天线方位和俯仰的变化发现会超出更多,最高超出通带信号45dB以上,导致交调干扰、放大器饱和等问题的出现,已经严重影响到接收机的灵敏度要求和后级信号处理设备的工作,故急需找到一种工程的解决措施.

  2技术要求

  测站使用的S波段制冷接收机,被冷部件如极化器、射频放大器和过渡波导等工作在15K温度平台,超导滤波器工作的温度条件已经具备,而且经测量,杜瓦内部尺寸有一定的余量,故如图4所示,计划在极化网络之后左、右旋同时加装高温超导滤波器,并将安装冷板进行简单改造.按照测站对工作频段、2.143GHz处抑制度、保证设备正常工作的要求,分解提出超导滤波器的指标需求如下:工作频率:2.18GHz-2.42GHz阻带抑制:≥110dB@2.143GHz,≥100dB@2.48GHz插入损耗:≤-0.15dB驻波比:≤1.3工作温度:15K温区。

  3超导滤波器研制

  3.1基片介电常数确定

  高温超导薄膜滤波器基片的介质特性,尤其介电常数是决定电路特性阻抗和信号相速度的重要因素,本滤波器基于成熟的YBCO高温超导薄膜,选用氧化镁(MgO)基片作为电路衬底,15K温度时基片的介点常数值是准确设计滤波器的输入,故采用了如图5所示的环形谐振器测量方法,在环的两对称端通过小缝隙耦合到输入、输出微带线,从而构成串联谐振结构.用网络分析仪扫频测出其谐振特性,如谐振频率和品质因数,进而计算出基片的介电常数εr和损耗角正切tanδ.在实际试验中,将扫频测试的谐振曲线和ADS软件仿真曲线进行了拟合,可以快速准确地得出当前所用批次MgO基片在15K时的介点常数为9.667.

  3.2滤波器设计

  依据指标需求,确定选用契比雪夫函数设计,在给定通带波纹和阻带特定频率上的衰减后,滤波器的阶数n由下面公式求出近似值:考虑到计算的近似性,保证带外抑制指标有一定的冗余,实际取了n=27,由此计算谐振器间的耦合系数、输入输出外部Q值,通过电磁仿真软件,建立在MgO基片上的滤波器模型和仿真曲线如图6和7所示.

  3.3测试及应用

  最终封装的超导滤波器如图8所示,SMA接口,提供冷板安装孔位,在低温测试平台中对滤波器指标进行了测试,如图9所示在2.143GHz处抑制度达到了114dB,满足实际使用的需要.随后,将滤波器安装在测站使用的制冷接收机中进行了验证,如图10所示,为加装超导滤波器后的制冷接收机中频输出口测试曲线(本振为2GHz),针对原来2.143GHz附近的干扰信号的滤除非常干净,接收机在各个方位角及仰角情况下正常工作.

  4结语

  通讯频率的不断拓展,对极高灵敏度射电天文观测造成了严重的干扰,本论文研制的S波段高温超导滤波器以其异常优异的性能、与制冷接收机一体集成的优势,在该领域体现了明显的改善效果,已经应用在测站的观测中;同时针对干扰更多更强的低频频率,如L波段和P波段,我们已同步开展了相关研究.

  参考文献

  [1]何川,王生旺,李斌,低温物理学报,2(2014),3.

  [2]王贤华,张士刚,吴志华,低温与超导,2(2015),88.

  [3]清华大学编写组,微带电路[M].北京:人民邮电出版社,(1976).

  [4]彭沛夫,微波技术与实验[M].北京:清华大学出版社,(2007).

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

  作者:王生旺 王贤华 刘洋 何川 丁晓杰 单位:中国电子科技集团公司第十六研究所

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