CN102263567A - 波导输入输出的低温接收机 - Google Patents

Abstract

本发明有关于一种波导输入输出的低温接收机，包括：前级滤波器、与所述前级滤波器连接的低温低噪声放大器，所述低温低噪声放大器通过电源线连接到工作电源，其特征在于，还包括：波导输入端、波导缝隙耦合结构；所述波导缝隙耦合结构，设置于所述波导输入端、所述前级滤波器之间，用于实现所述波导输入端、所述前级滤波器之间的波导法兰对接，并在两波导法兰之间设置一缝隙。本发明通过一种高热阻低损耗的结构，在保证较好的电性能的前提下，最大限度地将低温器件和输入输出接口之间进行绝热，减小波导法兰的面积以及加入波导缝隙耦合结构，从而减小了从真空室内向真空室外的漏热。

Description

波导输入输出的低温接收机

技术领域

本发明涉及低温电子领域，具体地说，是涉及用于波导输入输出低温接收机系统内对低温器件和输入输出接口之间进行绝热的同时保持较好的电性能的技术。

背景技术

低温接收机是指接收机的主要器件，如滤波器、放大器等工作于低温(如77K)的接收机。低温接收机相对于常规的接收机可以有效的降低其噪声系数，提高其灵敏度，从而提高接收机的性能。比如在无线通信领域，提高基站的灵敏度就意味着可以扩大基站的覆盖范围，在获得同样覆盖范围的情况下，可以减小基站的发射功率。

正因为低温接收机的优点，近年来，结合高温超导技术的发展，低温接收机得到了广泛的应用，如移动通信、雷达以及卫星等领域。而现有的低温接收机大多工作在10GHz频率以下，其输入输出采用一段较长的电缆来达到一定的绝热效果，其基本结构如图1所示。整个系统安装在真空室101中的冷板上109，微波信号一般由微波SMA接头102输入，经由输入电缆103依次通过滤波器104和放大器105，最后再由连接较长一段输出电缆107的输出微波SMA接头108输出，其中放大器105的电源线106需要连接工作电源才能使放大器105正常工作。但是随着频率的升高，电缆的损耗就越大，比如，一段长为100mm半柔性电缆在1GHz的频率下的插入损耗约为0.1dB，但是在20GHz时，它的插入损耗就增加到了0.5dB左右。根据噪声系数的级联公式，接收机输入端电缆的插入损耗会显著影响接收机的噪声系数，使低温接收机的优势不能显现出来。

为了解决在较高频率下(如10GHz以上)输入端电缆损耗很大的问题，工程上常采用波导输入的方式，例如天线的输出端口采用波导，而接收机的输入端采用与天线相匹配的波导接口。如果将采用波导连接的方式应用于低温接收机中，可以带来如下优势：低温下，低噪声放大器的噪声系数会显著降低；对于前级滤波器，如果采用高温超导滤波器来降低滤波器的插入损耗，如果采用的是常规滤波器，在低温下其插入损耗也可以明显降低。但是同样会带来一个问题：波导是热的良导体，如果直接将其与真空室中的器件连接，会极大地增加制冷机的制冷压力，严重时会导致制冷机降低到需要的工作温度，致使系统无法正常工作。因此本发明就是在保证波导输入的低温接收机的电性能的前提下，着力解决其导热性能。

发明内容

本发明的一目的在于提供一种波导输入输出的低温接收机，用于通过提供一种高热阻低损耗的结构，使得波导输入(或输出)的低温接收机系统可以在保证电性能的情况下，有效地减小系统漏热问题。

为了实现上述目的，本发明提供了一种波导输入输出的低温接收机，包括：前级滤波器、与所述前级滤波器连接的低温低噪声放大器，所述低温低噪声放大器通过电源线连接到工作电源，其特征在于，还包括：波导输入端、波导缝隙耦合结构；

所述波导缝隙耦合结构，设置于所述波导输入端、所述前级滤波器之间，用于实现所述波导输入端、所述前级滤波器之间的两波导法兰对接，并在两波导法兰之间设置一缝隙。

所述的波导输入输出的低温接收机，其中，所述波导缝隙耦合结构又包括：

波导耦合结构，用于在所述波导输入端与所述前级滤波器之间进行波导法兰对接；

波导缝隙结构，用于在所述波导输入端的波导法兰与所述前级滤波器的两波导法兰之间设置该缝隙。

所述的波导输入输出的低温接收机，其中，所述波导耦合结构通过减少波导法兰对接的面积来减少所述低温接收机的辐射面积。

所述的波导输入输出的低温接收机，其中，所述波导缝隙结构根据所述低温接收机的制冷机的制冷功率和输入信号的频率调整所述缝隙的宽度。

所述的波导输入输出的低温接收机，其中，所述波导输入端为薄壁波导管。

所述的波导输入输出的低温接收机，其中，所述前级滤波器的输入端、输出端为波导接口。

所述的波导输入输出的低温接收机，其中，所述前级滤波器为金属腔体滤波器或采用高温超导材料的腔体滤波器。

所述的波导输入输出的低温接收机，其中，所述低温低噪声放大器的输入输出端口为波导端口或同轴端口。

所述的波导输入输出的低温接收机，其中，所述低温低噪声放大器通过输出电缆与一输出微波密封接头或一后级滤波器连接。

所述的波导输入输出的低温接收机，其中，所述低温低噪声放大器工作于液氮温区。

与现有技术相比，本发明的有益技术效果在于：本发明所提供的波导输入(或输出)的低温接收机通过一种高热阻低损耗的结构，在保证较好的电性能的前提下，最大限度地将低温器件和输入输出接口之间进行绝热，减小波导法兰的面积以及加入波导缝隙耦合结构，从而减小了从真空室内向真空室外的漏热，因此进行了较好的绝热。

附图说明

图1为传统的低温接收机的示意图；

图2为本发明的波导输入的低温接收机示意图；

图3为常规波导端端面法兰示意结构；

图4为本发明的波导的耦合端端面法兰示意结构；

图5为本发明的波导缝隙耦合结构示意图。

其中，附图标记：

101    真空室

102    输入微波SMA接头

103    输入电缆

104    滤波器

105    放大器

106    放大器电源线

107    输出电缆

108    输出微波SMA接头

109    冷板

201    真空室

202    波导输入端

203    波导缝隙耦合结构

204    前级滤波器

205    低温低噪声放大器

206    放大器电源线

207    输出电缆

208    输出微波SMA接头

209    冷板

301    波导口

302    波导定位透孔

401    波导口

402    波导定位透孔

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

如图2所示，为本发明的波导输入的低温接收机示意图。该低温接收机200为波导输入的低温接收机，主要包括真空室201、波导输入端202、波导缝隙耦合结构203、前级滤波器204、低温低噪声放大器205、放大器电源线206、输出电缆207、输出微波SMA接头208、冷板209。该低温接收机200也可以是波导输出的低温接收机。

与传统低温接收机一样，整个系统安装在真空室201中的冷板209上。

微波信号通过波导输入端202输入，经波导缝隙耦合结构203耦合通过前级滤波器204的滤波处理和低温低噪声放大器205的去噪处理，最后再由输出微波SMA接头208输出，低温低噪声放大器205与输出微波SMA接头208之间连接有输出电缆207，其中低温低噪声放大器205的电源线206需要连接工作电源才能使低温低噪声放大器205正常工作。

其中前级滤波器204、低温低噪声放大器205、冷板209属于低温接收机200的低温器件。放大器电源线206、输出电缆207、输出SMA接头208属于低温接收机200的低温连接件。低温器件和低温连接件工作于低温(如77K)。

波导输入端202与前级滤波器204通过一个波导缝隙耦合结构203将信号耦合至后级滤波器及其他模块，波导输入端202为薄壁波导管。

前级滤波器204的输入端一般为波导接口，输出端根据系统要求可以是波导接口也可以是其他接口，前级滤波器204可以是常规的金属腔体滤波器，也可以是采用了高温超导材料的新型腔体滤波器。

低温低噪声放大器205与前级滤波器204连接，低温低噪声放大器205可以工作在液氮温区(77K左右)，也可以工作在更低的温度，其特点是低温低噪声放大器205在低温下具有比常温更好的低噪声性能，低温低噪声放大器205的输入输出端口可以是波导端口，也可以是同轴等其他端口。

低温低噪声放大器205通过输出电缆207与真空室201壁上的密封接头(即输出微波SMA接头208)连接，将信号放大后输出，也可以根据系统需要在低温低噪声放大器205的后级引入额外的后级滤波器及其他元器件，如混频率等，来提高低温接收机200的整体性能。

本发明有效地降低了在微波频率下，尤其在K波段及更高频率下低温接收机系统200的噪声系数，同时创新地提出采用窄缝耦合的方式来实现了真空室201的内接收机各部件与外界的高热阻，降低制冷机的制冷功率，另外调整缝隙的宽度可以实现插入损耗与绝热性能的平衡。

在图2中，波导输入端202和波导缝隙耦合结构203共同构成了本发明的波导输入的低温接收机200的绝热装置。

在波导输入端202通过波导缝隙耦合结构203与低温器件以及连接件相连接，即是在波导输入端202与低温器件连接处加入波导缝隙耦合结构203。

低温接收机200的输入端202为波导口，所以该输入端202又称为波导输入端，其形状为图3所示的常规波导端端面法兰示意结构。在图3中，示出了波导口301、波导定位透孔302。

波导输入端202与前级滤波器204之间为两波导法兰对接，在两个波导法兰之间留一定宽度的缝隙，在提高热阻的情况下，要求同时兼顾制冷机功率和信号的传输性能。同时减少对接法兰的面积，减少辐射，增大热阻。这就是波导缝隙耦合结构203。

具体地，波导缝隙耦合结构203分为两部分，如图5为本发明的波导缝隙耦合结构，一个为波导缝隙结构2031，另一个为波导耦合结构2032。

波导缝隙结构2031在波导输入端202与真空室201的低温器件(如前级滤波器204)之间留出一条缝隙，一方面为外界大气与真空室之间提供较大的热阻；另一方面，保证高频信号的传输性能，有效降低损耗。

缝隙的宽度需要兼顾热阻和信号的传输性能。其中缝隙越宽对应的热阻越大，而一般情况下，缝隙越宽信号的传输性能越差，插入损耗越大。在实际应用中缝隙宽度的选择要考虑制冷机的制冷功率和输入信号的频率。

波导耦合结构2032由于热辐射与辐射面积有关，所以可以通过减小波导耦合结构2032中波导法兰的对接面积来减小辐射面积，从而增加同样缝隙的情况下的热阻，如图4为本发明的波导的耦合端端面法兰示意结构。在图4中，示出了波导口401、波导定位透孔402。波导口401为波导管的波导口，波导定位透孔402为波导对接时的定位透孔，用于定位和固定。

本发明所提供的波导输入(或输出)的低温接收机通过一种高热阻低损耗的结构，实现了低温接收机的绝热技术，其具有高热阻低损耗的特点，可以在保证电性能的情况下，有效地减小系统漏热问题。该结构是通过波导缝隙结构2031在波导输入端和器件之间留下一定宽度的缝隙，兼顾热阻和传输性能。并由波导耦合结构2032通过减少法兰的对接面来减少辐射面积，从而增大热阻。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明做出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种波导输入输出的低温接收机，包括：前级滤波器、与所述前级滤波器连接的低温低噪声放大器，所述低温低噪声放大器通过电源线连接到工作电源，其特征在于，还包括：波导输入端、波导缝隙耦合结构；

所述波导缝隙耦合结构，设置于所述波导输入端、所述前级滤波器之间，用于实现所述波导输入端、所述前级滤波器之间的两波导法兰对接，并在两波导法兰之间设置一缝隙。

2.根据权利要求1所述的波导输入输出的低温接收机，其特征在于，所述波导缝隙耦合结构又包括：

波导耦合结构，用于在所述波导输入端与所述前级滤波器之间进行波导法兰对接；

波导缝隙结构，用于在所述波导输入端的波导法兰与所述前级滤波器的两波导法兰之间设置该缝隙。

3.根据权利要求2所述的波导输入输出的低温接收机，其特征在于，所述波导耦合结构通过减少波导法兰对接的面积来减少所述低温接收机的辐射面积。

4.根据权利要求2或3所述的波导输入输出的低温接收机，其特征在于，所述波导缝隙结构根据所述低温接收机的制冷机的制冷功率和输入信号的频率调整所述缝隙的宽度。

5.根据权利要求1、2或3所述的波导输入输出的低温接收机，其特征在于，所述波导输入端为薄壁波导管。

6.根据权利要求1、2或3所述的波导输入输出的低温接收机，其特征在于，所述前级滤波器的输入端、输出端为波导接口。

7.根据权利要求1、2或3所述的波导输入输出的低温接收机，其特征在于，所述前级滤波器为金属腔体滤波器或采用高温超导材料的腔体滤波器。

8.根据权利要求1、2或3所述的波导输入输出的低温接收机，其特征在于，所述低温低噪声放大器的输入输出端口为波导端口或同轴端口。

9.根据权利要求1、2或3所述的波导输入输出的低温接收机，其特征在于，所述低温低噪声放大器通过输出电缆与一输出微波密封接头或一后级滤波器连接。

10.根据权利要求1、2或3所述的波导输入输出的低温接收机，其特征在于，所述低温低噪声放大器工作于液氮温区。

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