CN103746712B - 一种空间用高温超导接收前端装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种空间用高温超导接收前端装置。包括制冷机、真空杜瓦和设在真空杜瓦内的超导滤波器及低温放大器。超导滤波器一端通过绝热支撑结构固设在真空杜瓦内，另一端与低温放大器相连。超导滤波器与低温放大器间设有导热带，导热带一端位于超导滤波器与放大器之间，另一端和制冷机冷头相连。超导滤波器与低温放大器呈上下排列。绝热支撑结构包括绝热支板和绝热支杆，绝热支杆一端与绝热支板固定相连，另一端与真空杜瓦底部固定相连。导热带为多层铜箔。超导滤波器和低温放大器外周均设有绝热层。本发明不仅减少了接收前端的体积，还保证了接收前端结构的稳定性和系统的低热容及低漏热，提高了接收前端的性能及工作稳定性。

Description

一种空间用高温超导接收前端装置

技术领域

本发明涉及微波技术领域，具体涉及一种空间用高温超导接收前端装置。

背景技术

在远距离探测和空间天文等领域中，高温超导接收前端因具有低损耗、高带外抑制的特性得到广泛应用。高温超导接收前端不仅能有效提高接收机的接收能力与信号处理能力，还可减少大功率对周边生物环境及电子设备的影响，提高自身的抗干扰能力。现有的高温超导接收前端都采用平面式安装结构，将超导滤波器与低温放大器并排安装在冷板上，再将冷板耦合在制冷机冷头上。这种安装结构不仅占用空间大、热容高，系统漏热大，还对制冷机提出了更高的要求。当高温超导前端接受到较大的振动冲击时，比如30G加速度冲击，制冷机冷指变形量就会超过最大限度5mm，造成制冷机损坏，影响空间信号的接收及处理。

发明内容

本发明的目的在于提供一种空间用高温超导接收前端装置，该装置采用超导滤波器与低温放大器呈上下排列，减少了接收前端的体积，并用绝热支撑结构和柔性导热带保证接收前端结构的稳定性和系统的低热容及低漏热，从而提高了接收前端的性能及工作稳定性。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种空间用高温超导接收前端装置，包括制冷机、真空杜瓦和设在真空杜瓦内的超导滤波器及低温放大器。制冷机包括压缩机和与压缩机电连接的膨胀机，膨胀机与真空杜瓦相连，膨胀机与真空杜瓦连接处采用O型橡胶圈密封。超导滤波器一端通过绝热支撑结构固设在真空杜瓦内，另一端与低温放大器相连。超导滤波器与低温放大器间设有导热带，导热带一端位于超导滤波器与低温放大器之间，另一端和制冷机冷头相连。通过螺钉将真空杜瓦和制冷机固定在支撑底板上。具体地说，超导滤波器与低温放大器呈上下排列。导热带为柔性导热带，柔性导热带不仅能够将制冷机冷头的冷量传递到超导滤波器与低温放大器，还能够缓解外界冲击力对制冷机冷头的冲击。

所述的真空杜瓦是为超导滤波器与低温放大器提供真空环境，由不锈钢拼焊而成。真空杜瓦采用圆筒式结构，在侧壁上设有膨胀机接口、SMA信号输入接口、SMA信号输出接口、电源接口。通过SMA射频电缆与SMA信号输入、输出接口相连进行信号的传输。真空杜瓦的上下端面均可拆卸，且上下端面与腔体之间均采用O型橡胶圈进行密封。本发明所述的接收前端装置所采用的SMA射频电缆为低损耗微波电缆，电缆直径范围为φ2~φ4mm，长度范围为100mm~150mm，采用该规格的射频电缆，能够保证接收前端信号传输性能。

通过将超导滤波器与低温放大器采用上下重叠式排列的方式，可以大大减少超导滤波器与低温放大器占用的空间体积，从而降低了接收前端的系统热容和系统的漏热，加快降温时间。通过用导热带连接制冷机冷头和超导滤波器及低温放大器，可以减少制冷机冷头受冲击造成的应力变形，提高制冷机的性能稳定性。通过采用绝热支撑结构对上下排列的超导滤波器与低温放大器进行支撑，可保证接收系统在收到外接冲击力时，不会对制冷机造成损坏，提高了接收前端结构的稳定性。

所述的绝热支撑结构包括绝热支板和绝热支杆，绝热支杆一端与绝热支板固定相连，另一端与真空杜瓦底部固定相连。具体地说，所述的绝热支杆为玻璃纤维布棒，玻璃纤维棒是以玻璃纤维及其制品（玻璃布、带、毡、纱等）作为增强材料，以合成树脂作基体材料的一种复合材料。玻璃纤维棒具有轻质高强、耐腐蚀性能好、电性能好、热性能良好等特点。所述的绝热支杆包括2根顶撑支杆和2根拧压支杆。通过将2根顶撑支杆对角放置，将2根拧压支杆对角放置，从而保证了超导滤波器与低温放大器结构的稳定性。所述的绝热支杆一端为锥形结构，通过采用锥形结构，可以减少绝热支杆与绝热支板的接触面积，减少系统漏热。所述的绝热支板为玻璃纤维布板，是由玻璃纤维布棒制成的平面结构，绝热支板上设有用于固定连接超导滤波器、低温放大器及柔性导热带的安装孔和用于固定连接绝热支杆的安装孔。

所述的导热带为多层铜箔。优选的，所述的铜箔厚度为0.02mm。先将多层0.02mm的铜箔冷焊，再将冷焊后的多层铜箔进行镗孔折弯制成导热带，通过螺钉将成型后的导热带安装到制冷机冷头上。根据多次实验数据及仿真测试，选择了0.02mm厚的铜箔进行冷焊制成柔性导热带，这个铜箔厚度既能满足冷量传导的需求，又具有一定的柔性对外力有缓冲作用。

所述的超导滤波器和低温放大器外周均设有绝热层。具体地说，所述的绝热层为镀铝薄膜或玻璃纤维布。通过在超导滤波器和低温放大器外周用镀铝薄膜或玻璃纤维布包裹20层，可以减少系统辐射漏热。

本发明的优点：

（1）本发明通过将超导滤波器与低温放大器采用上下重叠式排列的方式，可以大大减少超导滤波器与低温放大器占用的空间体积，从而降低了接收前端的系统热容和系统的漏热，加快降温时间。

（2）本发明通过用导热带连接制冷机冷头和超导滤波器及低温放大器，可以减少制冷机冷头受冲击造成的应力变形，提高制冷机的性能稳定性。

（3）本发明通过采用绝热支撑结构对上下排列的超导滤波器与低温放大器进行支撑，可保证接收系统在收到外接冲击力时，不会对制冷机造成损坏，提高了接收前端结构的稳定性。

（4）本发明通过在超导滤波器和低温放大器外周用镀铝薄膜或玻璃纤维布包裹20层，可以减少系统辐射漏热。

根据多次试验结果可知，本发明在温度环境为65K下，插入损耗小于0.8dB，矩形系数小于2，抑制度大于70 dB，系统耐振动冲击速度为30G，体积和重量小于现有的接收前端装置。综上所述，本发明所述的高温超导接收前端装置不仅大大减少了超导接收前端的体积尺寸和漏热功耗，还提高了制冷机的稳定性和使用寿命，且安装简单方便，易于维护使用。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1的A-A剖视图；

图3是本发明的导热带的结构示意图。

其中：

1、真空杜瓦，2、支撑底板，3、压缩机，4、膨胀机，5、绝热支杆，6、射频电缆，7、低温放大器，8、绝热支板，9、超导滤波器，10、导热带，11、冷焊区域。

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所示的一种空间用高温超导接收前端装置，包括制冷机、真空杜瓦和1设在真空杜瓦1内的超导滤波器9及低温放大器7。制冷机包括压缩机3和与压缩机3电连接的膨胀机4，膨胀机4与真空杜瓦1相连，膨胀机4与真空杜瓦1连接处采用O型橡胶圈密封。超导滤波器9一端通过绝热支撑结构固设在真空杜瓦1内，另一端与低温放大器7相连。超导滤波器9与低温放大器7间设有导热带10，导热带10的一端位于超导滤波器9与低温放大器7之间，另一端和制冷机冷头相连。通过螺钉将真空杜瓦1和制冷机固定在支撑底板2上。具体地说，超导滤波器9与低温放大器7呈上下排列。导热带10为柔性导热带，柔性导热带不仅能够将制冷机冷头的冷量传递到超导滤波器与低温放大器，还能够缓解外界冲击力对制冷机冷头的冲击。

进一步的，所述的真空杜瓦1是为超导滤波器9与低温放大器7提供真空环境，由不锈钢拼焊而成。真空杜瓦1采用圆筒式结构，在侧壁上设有膨胀机接口、SMA信号输入接口、SMA信号输出接口、电源接口。通过SMA射频电缆6与SMA信号输入、输出接口相连进行信号的传输。真空杜瓦1的上下端面均可拆卸，且上下端面与腔体之间均采用O型橡胶圈进行密封。本发明所述的接收前端装置所采用的SMA射频电缆6为低损耗微波电缆，电缆直径范围为φ2~φ4mm，长度范围为100mm~150mm，采用该规格的射频电缆，能够保证接收前端信号传输性能。

通过将超导滤波器9与低温放大器7采用上下重叠式排列的方式，可以大大减少超导滤波器9与低温放大器1占用的空间体积，从而降低了接收前端的系统热容和系统的漏热，加快降温时间。通过用导热带10连接制冷机冷头和超导滤波器9及低温放大器7，可以减少制冷机冷头受冲击造成的应力变形，提高制冷机的性能稳定性。通过采用绝热支撑结构对上下排列的超导滤波器9与低温放大器7进行支撑，可保证接收系统在收到外接冲击力时，不会对制冷机造成损坏，提高了接收前端结构的稳定性。

进一步的，所述的绝热支撑结构包括绝热支板8和绝热支杆5，绝热支杆5的一端与绝热支板8固定相连，另一端与真空杜瓦1的底部固定相连。具体地说，所述的绝热支杆5为玻璃纤维布棒，玻璃纤维棒是以玻璃纤维及其制品（玻璃布、带、毡、纱等）作为增强材料，以合成树脂作基体材料的一种复合材料。玻璃纤维棒具有轻质高强、耐腐蚀性能好、电性能好、热性能良好等特点。所述的绝热支杆5包括2根顶撑支杆和2根拧压支杆。通过将2根顶撑支杆对角放置，将2根拧压支杆对角放置，从而保证了超导滤波器9与低温放大器7结构的稳定性。所述的绝热支杆5的一端为锥形结构，通过采用锥形结构，可以减少绝热支杆5与绝热支板8的接触面积，减少系统漏热。所述的绝热支板8为玻璃纤维布板，是由玻璃纤维布棒制成的平面结构，绝热支板8上设有用于固定连接超导滤波器9、低温放大器7及柔性导热带10的安装孔和用于固定连接绝热支杆5的安装孔。

进一步的，如图3所示，所述的导热带10为多层铜箔。优选的，所述的铜箔厚度为0.02mm。先将多层0.02mm的铜箔冷焊，再将冷焊后的多层铜箔进行镗孔折弯制成导热带10，通过螺钉将成型后的导热带10安装到制冷机冷头上。图3中空白处为冷焊区域11。根据多次实验数据及仿真测试，选择了0.02mm厚的铜箔进行冷焊制成柔性导热带，这个铜箔厚度既能满足冷量传导的需求，又具有一定的柔性对外力有缓冲作用。

更进一步的，所述的超导滤波器9和低温放大器7外周均设有绝热层。具体地说，所述的绝热层为镀铝薄膜或玻璃纤维布。通过在超导滤波器和低温放大器外周用镀铝薄膜或玻璃纤维布包裹20层，可以减少系统辐射漏热。

根据多次实验结果可知，本发明在温度环境为65K下，插入损耗小于0.8dB，矩形系数小于2，抑制度大于70 dB，系统耐振动冲击速度为30G，体积和重量小于现有的接收前端装置。综上所述，本发明所述的高温超导接收前端装置不仅大大减少了超导接收前端的体积尺寸和漏热功耗，还提高了制冷机的稳定性和使用寿命，且安装简单方便，易于维护使用。

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 (8)

1.一种空间用高温超导接收前端装置，包括制冷机、真空杜瓦和设在真空杜瓦内的超导滤波器及低温放大器，所述的制冷机包括压缩机和与压缩机电连接的膨胀机，所述的膨胀机与真空杜瓦相连，其特征在于：所述的超导滤波器一端通过绝热支撑结构固设在真空杜瓦内，另一端与低温放大器相连；所述的超导滤波器与低温放大器间设有导热带，所述的导热带一端位于超导滤波器与低温放大器之间，另一端和制冷机冷头相连；

所述的超导滤波器与低温放大器呈上下排列；

所述的超导滤波器和低温放大器外周均设有绝热层。

2.根据权利要求1所述的一种空间用高温超导接收前端装置，其特征在于：所述的绝热支撑结构包括绝热支板和绝热支杆，所述的绝热支杆一端与绝热支板固定相连，另一端与真空杜瓦底部固定相连。

3.根据权利要求1所述的一种空间用高温超导接收前端装置，其特征在于：所述的导热带为多层铜箔。

4.根据权利要求2所述的一种空间用高温超导接收前端装置，其特征在于：所述的绝热支杆为玻璃纤维布棒。

5.根据权利要求2所述的一种空间用高温超导接收前端装置，其特征在于：所述的绝热支板为玻璃纤维布板。

6.根据权利要求3所述的一种空间用高温超导接收前端装置，其特征在于：所述的铜箔厚度为0.02mm。

7.根据权利要求1所述的一种空间用高温超导接收前端装置，其特征在于：所述的绝热层为镀铝薄膜或玻璃纤维布。

8.根据权利要求2或4所述的一种空间用高温超导接收前端装置，其特征在于：所述的绝热支杆包括2根顶撑支杆和2根拧压支杆，所述的绝热支杆端部为锥形结构。