CN103730710B - 一种x波段制冷极化器冷却结构装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种X波段制冷极化器冷却结构装置。包括极化器、波导上腔和波导下腔。极化器一端通过导热带和制冷机冷头相连，另一端和波导下腔相对波导上腔的另一端相连。缝隙波导、极化器和制冷机冷头位于真空腔内。波导上腔与波导下腔相对的另一端和真空腔相连。导热带为多片端部压焊的铜箔。真空腔包括腔体和与腔体固定相连的盖板。缝隙波导外周设有隔热筒，隔热筒一端与腔体内壁固定相连，另一端与极化器连有波导下腔的一端固定相连。波导上腔与盖板固定相连，波导上腔与盖板之间设有密封薄膜。隔热筒与极化器之间设有垫片。本发明通过使极化器工作在真空低温环境中，实现了极化器等效噪声温度的降低和接收信号质量的提高。
Description
技术领域
本发明具体涉及一种X波段制冷极化器冷却结构装置。
背景技术
在远距离探测和射电天文等领域中，虽然采用大面积天线接收信号，但接收到的信号却十分微弱，所以必须在信号调解和数据处理之前进行信号放大。因为信号接收质量取决于信噪比，所以为了获得较高信噪比，需要进一步降低地面接收系统的噪声水平，获得尽可能高的天线的品质因数G/T值。
目前，通常采用低温制冷低噪声放大器技术来降低接收系统的噪声。但因为与低噪声放大器相连的前级链路的极化器工作在常温环境，所以极化器损耗引入的噪声将直接叠加到接收系统噪声上，使地面接收系统的噪声水平提高，进而使信号接收质量降低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种X波段制冷极化器冷却结构装置，该冷却结构装置能够使极化器工作在低温环境中，在低温环境下，极化器损耗引起的等效噪声温度会随温度的降低成比例下降，从而降低了地面接收系统的噪声水平，提高了信号接收质量。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种X波段制冷极化器冷却结构装置，包括极化器和缝隙波导，所述的缝隙波导包括波导上腔和波导下腔，所述的波导上腔与波导下腔相对的端口间有缝隙。所述的极化器一端通过导热带和制冷机冷头固定相连，另一端和波导下腔相对波导上腔的另一端固定相连。所述的缝隙波导、极化器和制冷机冷头位于真空腔内。所述的波导上腔与波导下腔相对的另一端和真空腔固定相连。通过使极化器与制冷机冷头相连，可通过导热带将制冷机冷头上的冷量传导到极化器上，使极化器工作在低温环境下。通过使缝隙波导、极化器和制冷机冷头位于真空腔内，真空腔能保证腔体内低温环境的稳定性，防止热量在腔体内外的传递。
所述的导热带为多片端部压焊的铜箔。所述的导热带为弧形。所述的导热带数量为2个。具体地说，所述的铜箔厚度范围为0.15mm~0.25mm，所述的铜箔片数为4~7片。优选的，将5片厚度为0.2mm的铜箔端部压焊制成导热带。通过将5片厚度为0.2mm的铜箔端部压焊制成导热带，既能够满足在X波段下使制冷机冷头的冷量有效传递到极化器，又因其柔性能有效避免外界因素引起的极化器形变，保证极化器结构的稳定性。
所述的真空腔包括腔体和与腔体固定相连的盖板。
所述的缝隙波导外周设有隔热筒，所述的隔热筒一端与腔体内壁固定相连，另一端与极化器连有波导下腔的一端固定相连。通过在缝隙波导外周设有隔热筒，可以实现极化器与外界环境的良好隔热，保证极化器工作在低温环境下。
所述的波导上腔与所述的盖板固定相连，所述的波导上腔与所述的盖板之间设有密封薄膜。具体地说，所述的密封薄膜为2层，所述的密封薄膜的厚度范围为0.07mm~0.08mm。优选的，所述的密封薄膜厚度为0.075mm。经过大量实验及仿真测试可知，将密封薄膜的厚度设为0.075mm，能够使极化器在X波段低温真空环境下产生最少的噪声，从而减少了地面接收系统噪声的叠加量，提高了地面接收系统的信噪比及接收信号质量。
所述的密封薄膜与腔体上壁之间设有密封圈。通过在密封薄膜与真空腔腔体上壁之间设有密封圈，对真空腔体的密封性能做了更进一步的保证，保证极化器工作在超真空低温环境中。
所述的隔热筒与极化器之间设有用于缝隙隔热的垫片。具体地说，所述的用于缝隙隔热的垫片为环形，所述的用于缝隙隔热的垫片的厚度范围为0.05mm~0.3mm。通过在隔热筒与极化器之间设有用于缝隙隔热的垫片，可以通过调节垫片的厚度及数量，来调节缝隙波导上腔与下腔之间的缝隙距离，使其缝隙距离既能够满足信号低损耗传输，又能够满足隔热需求。经过大量实验及仿真实验可知，通过调节垫片的厚度及数量，使波导上腔与波导下腔之间的缝隙距离范围为0.05mm~0.1mm，这样就既能使极化器在X波段低温真空环境下实现信号低损耗传输，又能实现有效隔热，保证低温环境稳定性。
根据无源器件损耗引起的等效噪声温度随温度降低成比例下降的原理可知，极化器工作在常温环境下，缝隙波导的等效噪声温度为7K，极化器的等效噪声温度为10K，合计为17K；极化器工作在20K低温下，缝隙波导的等效噪声温度为7K，极化器的等效噪声温度为0.7K，合计为7.7K。所以可以看出，工作在低温环境下的极化器的等效噪声温度下降了50%以上，从而可获得更高的天线品质因数G/T值，提高地面站接收系统的信号质量。
本发明的优点：
（1）本发明通过真空腔、隔热筒、缝隙隔热垫片、导热带的相互配合，使极化器工作在真空低温环境下，从而降低了极化器的等效噪声温度，使天线的品质因数G/T值增大，从而提高了地面接收系统的信号接收质量。
（2）本发明通过将真空腔分为腔体和盖板，并在盖板与波导之间设有密封薄膜，在密封薄膜与腔体上壁之间设有密封圈，从而保证了真空腔的密封性。这不仅满足了极化器工作在超真空环境下的需求，还有利于极化器低温工作环境的稳定性。
（3）本发明在缝隙波导外周设有隔热筒，且在隔热筒与极化器之间设有用于缝隙隔热的垫片。通过在缝隙波导外周设有隔热筒，可以实现极化器与外界环境的良好隔热，保证极化器工作在低温环境下。通过在隔热筒与极化器之间设有用于缝隙隔热的垫片，可以通过调节垫片的厚度及数量，来调节缝隙波导上腔与下腔之间的缝隙距离，使其缝隙距离既能够满足信号低损耗传输，又能够满足隔热需求。
（4）本发明采用的导热带为多片端部压焊的铜箔，通过将铜箔端部压焊制成导热带，既能够满足在X波段下使制冷机冷头的冷量有效传递到极化器，又因其柔性能有效避免外界因素引起的极化器形变，保证极化器结构的稳定性。
综上所述，本发明所述的冷却结构装置能够使极化器工作在低温环境中，在低温环境下，极化器损耗引起的等效噪声温度会随温度的降低成比例下降，从而降低了地面接收系统的噪声水平，提高了信号接收质量。
附图说明
图1是本发明的原理框图；
图2是本发明的结构示意图。
其中：
1、盖板，2、密封薄膜，3、密封圈，4、腔体，5、隔热筒，6、波导下腔，7、极化器，8、导热带，9、制冷机冷头，10、波导上腔，11、波导上腔与波导下腔间的缝隙，12、垫片。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明：
如图1、图2所示的一种X波段制冷极化器冷却结构装置，包括极化器7和缝隙波导，所述的缝隙波导包括波导上腔10和波导下腔6，所述的波导上腔10与波导下腔6相对的端口间有缝隙11。所述的极化器7一端通过导热带8和制冷机冷头9固定相连，另一端和波导下腔6相对波导上腔10的另一端固定相连。所述的缝隙波导、极化器7和制冷机冷头9位于真空腔内。所述的波导上腔10与波导下腔6相对的另一端和真空腔固定相连。通过使极化器7与制冷机冷头9相连，可通过导热带8将制冷机冷头9上的冷量传导到极化器7上，使极化器7工作在低温环境下。通过使缝隙波导、极化器7和制冷机冷头9位于真空腔内，真空腔能保证腔体内低温环境的稳定性，防止热量在腔体内外的传递。
进一步的，所述的导热带8为多片端部压焊的铜箔。所述的导热带8为弧形。所述的导热带8的数量为2个。具体地说，所述的铜箔厚度范围为0.15mm~0.25mm，所述的铜箔片数为4~7片。优选的，将5片厚度为0.2mm的铜箔端部压焊制成导热带8。通过将5片厚度为0.2mm的铜箔端部压焊制成导热带8，既能够满足在X波段下使制冷机冷头9的冷量有效传递到极化器7，又因其柔性能有效避免外界因素引起的极化器形变，保证极化器结构的稳定性。
进一步的，所述的真空腔包括腔体4和与腔体4固定相连的盖板1。所述的缝隙波导外周设有隔热筒5，所述的隔热筒5的一端与腔体4的内壁固定相连，另一端与极化器7连有波导下腔6的一端固定相连。通过在缝隙波导外周设有隔热筒5，可以实现极化器7与外界环境的良好隔热，保证极化器7工作在低温环境下。
进一步的，所述的波导上腔6与所述的盖板1固定相连，所述的波导上腔6与所述的盖板1之间设有密封薄膜2。具体地说，所述的密封薄膜2为2层，所述的密封薄膜2的厚度范围为0.07mm~0.08mm。优选的，所述的密封薄膜2的厚度为0.075mm。经过大量实验及仿真测试可知，将密封薄膜2的厚度设为0.075mm，能够使极化器7在X波段低温真空环境下产生最少的噪声，从而减少了地面接收系统噪声的叠加量，提高了地面接收系统的信噪比及接收信号质量。
所述的密封薄膜2与腔体4的上壁之间设有密封圈3。通过在密封薄膜2与真空腔腔体4的上壁之间设有密封圈3，对真空腔体的密封性能做了更进一步的保证，保证极化器工作在超真空低温环境中。
更进一步的，所述的隔热筒5与极化器7之间设有用于缝隙隔热的垫片12。具体地说，所述的用于缝隙隔热的垫片12为环形，所述的用于缝隙隔热的垫片12的厚度范围为0.05mm~0.3mm。通过在隔热筒5与极化器7之间设有用于缝隙隔热的垫片12，可以通过调节垫片12的厚度及数量，来调节缝隙波导上腔与下腔之间的缝隙11的距离，使其缝隙11的距离既能够满足信号低损耗传输，又能够满足隔热需求。经过大量实验及仿真实验可知，通过调节垫片12的厚度及数量，使波导上腔6与波导下腔10之间的缝隙11的距离范围为0.05mm~0.1mm，这样就既能使极化器在X波段低温真空环境下实现信号低损耗传输，又能实现有效隔热，保证低温环境稳定性。
本发明的具体使用过程如下：
根据无源器件损耗引起的等效噪声温度随温度降低成比例下降的原理可知，极化器工作在常温环境下，缝隙波导的等效噪声温度为7K，极化器的等效噪声温度为10K，合计为17K；极化器工作在20K低温下，缝隙波导的等效噪声温度为7K，极化器的等效噪声温度为0.7K，合计为7.7K。所以可以看出，工作在低温环境下的极化器的等效噪声温度下降了50%以上，从而可获得更高的天线品质因数G/T值，提高地面站接收系统的信号质量。
如图2所示，首先将波导下腔6与极化器7的上端固定到一起，同时使环形垫片12夹在极化器7与隔热筒5之间，用螺钉将其固定成一个整体，再将这个整体固定到腔体4的内壁上。其次，将双层密封薄膜2和密封圈3夹在盖板1与波导上腔10之间，用螺钉将其固定成一个整体，再将这个整体从真空腔腔体4上方的圆孔放入，用螺钉将这个整体与腔体4固定到一起。此时要保证波导上腔10与波导下腔6的端口要对齐。再次，用螺钉将导热带8与制冷机冷头9和极化器7固定到一起。
综上所述，本发明所述的冷却结构装置能够使极化器工作在低温环境中，在低温环境下，极化器损耗引起的等效噪声温度会随温度的降低成比例下降，从而降低了地面接收系统的噪声水平，提高了信号接收质量。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (10)
1.一种X波段制冷极化器冷却结构装置，包括极化器和缝隙波导，所述的缝隙波导包括波导上腔和波导下腔，所述的波导上腔与波导下腔相对的端口间有缝隙，其特征在于：所述的极化器一端通过导热带和制冷机冷头固定相连，另一端和波导下腔相对波导上腔的另一端固定相连；所述的缝隙波导、极化器和制冷机冷头位于真空腔内；所述的波导上腔与波导下腔相对的另一端和真空腔固定相连。
2.根据权利要求1所述的一种X波段制冷极化器冷却结构装置，其特征在于：所述的导热带为多片端部压焊的铜箔。
3.根据权利要求1所述的一种X波段制冷极化器冷却结构装置，其特征在于：所述的真空腔包括腔体和与腔体固定相连的盖板。
4.根据权利要求2所述的一种X波段制冷极化器冷却结构装置，其特征在于：所述的铜箔厚度范围为0.15mm~0.25mm，所述的铜箔片数为4~7片。
5.根据权利要求3所述的一种X波段制冷极化器冷却结构装置，其特征在于：所述的缝隙波导外周设有隔热筒，所述的隔热筒一端与腔体内壁固定相连，另一端与极化器连有波导下腔的一端固定相连。
6.根据权利要求3所述的一种X波段制冷极化器冷却结构装置，其特征在于：所述的波导上腔与所述的盖板固定相连，所述的波导上腔与所述的盖板之间设有密封薄膜。
7.根据权利要求5所述的一种X波段制冷极化器冷却结构装置，其特征在于：所述的隔热筒与极化器之间设有用于缝隙隔热的垫片。
8.根据权利要求6所述的一种X波段制冷极化器冷却结构装置，其特征在于：所述的密封薄膜为2层，所述的密封薄膜的厚度范围为0.07mm~0.08mm。
9.根据权利要求6所述的一种X波段制冷极化器冷却结构装置，其特征在于：所述的密封薄膜与腔体上壁之间设有密封圈。
10.根据权利要求7所述的一种X波段制冷极化器冷却结构装置，其特征在于：所述的用于缝隙隔热的垫片为环形，所述的用于缝隙隔热的垫片的厚度范围为0.05mm~0.3mm。
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