高温超导滤波器国内外研究进展.pdf

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1、空间电子技术SPACEELECTRONlCTECHNOLOGY2010年第1期高温超导滤波器国内外研究进展汤宇龙张祥昆(空军工程大学电讯工程学院，西安710077)摘要近年来，国际上高温超导微波器件的应用取得了重大突破，国内的高温超导微波应用也取得了重要进展。文章介绍了高温超导滤波器的工作原理及其显著特点，回顾了国外高温超导滤波器的研究历史，详细叙述了国内近年在移动通信、卫星微波接收机和气象雷达三方面的应用情况。关键词高温超导微波滤波器移动通信星地接收机气象雷达指标有可能超过各种金属滤波器(包括三维滤波0引言器)。1995年，美国的Zhang等人研制成19阶切比雪夫(Chebyshev)

2、高温超导滤波器。2001年，日本高温超导材料的发现，是20世纪基础研究的最的Ueno等研制成32阶切比雪夫滤波器，堪称高温重要的成果之一。人们发现，低温下高温超导材料超导切比雪夫滤波器的代表作，其性能远非常规金微波表面电阻极小。利用表面电阻极小的高温超导属滤波器可比。高温超导滤波器典型原型图如图1材料制成的滤波器与常规(例如铜材料)滤波器相所示O比较，具有五大优势：(1)通带损耗很小；(2)阻带抑高温超导滤波器具有插入损耗小(0．1dB左制很大；(3)边带陡峭；(4)可制成极窄带滤波器，例右)、噪声系数低(0．5dB左右)、通带带边极其陡如，超导滤波器的相对带宽可达0．2％(常规滤波器峭

3、(好于一10dB／MHz)等特点。从图2中可以看约2％)；(5)自身的体积小、质量轻。由于具有上述出，高温超导滤波器的带通性能要远优于传统滤波优势，美、日、欧等先进工业国家都投入研究力量，积器。经过精心设计和调谐后的高温超导滤波器，还极开展各种超导滤波器的研究工作，经过十多年的可以得到更加优越的微波性能。时间，已经取得了长足的进步，部分项目已经进入实用阶段。1高温超导滤波器子系统构成及工作原理高温超导滤波器的设计大多继承了传统的平面微带滤波器的理论和方法，研究者一开始就意识到，通过增加谐振器的个数，超导滤波器的性能和技术图1高温超导滤波器器件实物图收稿El期：2008—04—28；修回E

4、t期：2008—05—282010年第1期汤字龙等：高温超导滤波器国内外研究进展温度是60K，制冷功率3W，连续无故障工作寿命可营避嚣波系统境影达到3年以上。与美国、欧洲不同，日本移动通信先超导游波系娩渡形进技术研究所(AMTEL)在2000年报道的子系统使用小型脉冲管制冷机。该脉冲管制冷机在输入功率140W时，在70K下制冷量达3W，据称寿命为5万小时，显示出优异的性能。图2高温超导滤波器和传统滤波器的传输性能比较高温超导滤波器由于工作温度低，需要深度制冷，因此外围部件较多，结构较复杂。主要包括高温超导滤波放大电路、深度制冷系统、精确控制系统、真空绝热系统四部分J，如图3所示。其中，高

5、温超导滤波放大电路是系统的核心部分，包括高温超导滤波器和低温低噪声放大器，滤波器微带电路由高温超导薄膜材料制作，工作温度在液氮温区图3实用的高温超导滤波器子系统结构图(77K)，为降低系统的噪声，将低噪声放大器也放置于低温区。深度制冷系统为高温超导滤波器提供实2国外研究历史现超导特性的低温工作环境，一般常用斯特林制冷机或脉冲管制冷机，是系统的另一关键部件。真空1998年，英国的洪嘉生和Lancaster首先把准椭绝热系统是将工作于液氮温区的超导滤波放大电路圆函数用于超导滤波器的设计，这种设计的特征是与外界的室温环境隔开，尽可能降低两者间的热量在通带附近设置一对或多对零点，这样就可以用较传

6、递，真空度的保持状况将直接影响制冷机的状态，少的谐振单元获得十分陡峭的边带。2003年，日本影响超导滤波器系统的工作稳定性。精确控制系统Tsuzuki等利用准椭圆函数理论制作了具有5对零可实时测试高温超导滤波放大电路的实际工作温点的超导滤波器，作为极窄带滤波器，其各项指标都度，随时对制冷系统发出指令，保持冷区温度恒定，达到了崭新的高度。至此，准椭圆函数滤波器已成同时对系统的相关参数进行监控和预警。为一类常见的超导滤波器形式。国内典型的高温超导滤波器均是设计在二维平在超导滤波器不断向应用发展的过程中，人们面结构介质基片(0．5mm厚)的双面高温超导薄膜很自然地想到将超导滤波器放在小型机械制

7、冷机上的，面积在百平方毫米量级。如清华大学最近设内，用这种简便、快捷的方法确保超导器件正常工作计的一种由H型环带谐振器组成的高温超导滤波必需的低温环境。人们还想到，如果把前置放大器器尺寸为38．6mm×25．8mm，而中科院物理所研也集成在制冷机内，由于工作在低温，放大器的噪声制的某种特殊用途的、将带通与带阻滤波器集成一系数将大幅度地降低，就可以在提高系统抗干扰能体的滤波器面积也仅为45mmx20mm。高温超力的同时，提高其接收灵敏