CN114597618A - 高温超导滤波器低温系统 - Google Patents

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段燕波
王维
李来风
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Abstract

本发明涉及低温科学技术领域，尤其涉及高温超导滤波器低温系统，包括两组超导滤波器装置，每组超导滤波器装置包括制冷组件、真空腔和超导滤波器，超导滤波器设置于真空腔内，制冷组件穿入真空腔与超导滤波器连接。本发明的高温超导滤波器低温系统输出信号连续稳定、所需冷量稳定，可连续稳定运行，针对特殊工作环境可持续工作，大幅提高了系统的稳定性和寿命。相比于传统的两个系统才能具有两套超导滤波器装置，能够达到系统整体体积小，质量轻，结构紧凑，外部影响小的目的，同时满足降温时间快的要求，极大地推动了超导滤波器系统的小型化进程。

Description

高温超导滤波器低温系统
技术领域
本发明涉及低温科学技术领域，尤其涉及高温超导滤波器低温系统。
背景技术
在低温科学技术领域，即温度在120K以下的技术领域，其中临界温度高于77K的材料称为高温超导体，高温超导滤波器即利用高温超导体进行信号传输，因此，工作环境温度为60～90K的滤波器系统称之为高温超导滤波器系统，其控温系统即为高温超导滤波器的低温系统。随着高温超导滤波器理论和制造工艺的成熟，以及移动通讯业在全球范围内的迅猛发展，高温超导滤波器有望为全球移动通信领域带来革命性的变化。高温超导滤波器最佳工作环境温度为60～90K，目前在此温区，小型低温机械制冷机作为冷源，可以很好的满足高温超导滤波器冷量要求，考虑到高温超导滤波器恶劣的工作环境，除冷量要求外，还需要制冷机具有稳定、高效、低干扰、长寿命、小体积、轻重量等特点。斯特林制冷机在高温超导滤波器系统中是非常重要的组成部分，由于此次斯特林制冷机频率为95Hz，具有结构紧凑、工作温度范围宽、启动快、效率高、操作简便等优点，已经广泛应用于各个领域。
高温超导滤波器系统是提供连续稳信号的设备，且使用环境要求该系统具有体积小、重量轻的特点。但是在现有的设计中，一台高温超导滤波器系统仅有一套高温超导滤波器和斯特林制冷机，一旦出现故障，输出信号将得不到保证。与此同时，相对于传统制冷机冷头处真空室来说，高温超导滤波器系统所使用的斯特林制冷机的真空室体积更小，接线难度更大，目前大部分斯特林制冷机冷头处的真空室采用传统的航空插头，虽然拆卸方便，但是由于其体积较大，会增大真空腔不必要的体积；且航空插头采用橡胶O圈密封，安装孔位较大，导致密封效果下降。
发明内容
本发明提供一种高温超导滤波器低温系统，用以解决现有技术中普遍采用的单套超导滤波器装置导致的信号稳定性差的缺陷，实现超导滤波器系统输出信号连续稳定、所需冷量稳定，可连续稳定运行，针对特殊工作环境可持续工作，大幅提高了系统的稳定性和寿命的效果。
本发明提供一种高温超导滤波器低温系统，包括两组超导滤波器装置，每组所述超导滤波器装置包括制冷组件、真空腔和超导滤波器，所述超导滤波器设置于所述真空腔内，所述制冷组件穿入所述真空腔与所述超导滤波器连接。
根据本发明提供的一种高温超导滤波器低温系统，所述制冷组件包括压缩机和冷指，所述压缩机与所述冷指的热端通过连接管连通，所述冷指的冷端在所述真空腔内与所述超导滤波器连接。
根据本发明提供的一种高温超导滤波器低温系统，所述冷指的冷端与所述超导滤波器通过冷盘连接。
根据本发明提供的一种高温超导滤波器低温系统，所述真空腔上设有多个安装孔，每个所述安装孔处通过真空密封胶安装绝缘子，所述超导滤波器通过内引线与所述绝缘子位于所述真空腔内的部分连接，所述绝缘子位于所述真空腔外的部分连接有外引线。
根据本发明提供的一种高温超导滤波器低温系统，还包括控制器，所述外引线与所述控制器连接。
根据本发明提供的一种高温超导滤波器低温系统，还包括SMA信号接头，所述SMA信号接头一端位于所述真空腔外，另一端位于真空腔内，并与所述超导滤波器通过内引线连接。
根据本发明提供的一种高温超导滤波器低温系统，还包括散热组件，所述散热组件用于对所述制冷组件进行散热。
根据本发明提供的一种高温超导滤波器低温系统，所述散热组件包括第一翅片和风扇，所述第一翅片设置于所述压缩机的外侧面上，所述风扇位于所述压缩机的下部，用于对所述压缩机进行风冷。
根据本发明提供的一种高温超导滤波器低温系统，所述散热组件还包括第二翅片，所述第二翅片设置于所述冷指的热端。
根据本发明提供的一种高温超导滤波器低温系统，所述冷指的热端设置减震件。
本发明提供的高温超导滤波器低温系统，采用两组超完整的超导滤波器装置安装在同一个系统内，每组超导滤波器装置均包括制冷组件、真空腔和超导滤波器，超导滤波器在真空腔内工作产生信号输出，制冷组件为超导滤波器提供冷源冷却降温。系统运行时，两组超导滤波器装置同时工作，但只有一组进行信号最终输出，另一组作为备份信号输出，即在进行信号输出的一组超导滤波器装置出现故障无法正常工作时，另一组进行备份信号的超导滤波器装置将立刻信号输出，使超导滤波器系统的信号输出保持相对连续稳定。
本发明通过额外添加一组备用的超导滤波器装置，解决了目前普遍采用的单套超导滤波器装置导致的信号稳定性差等问题，使得超导滤波器系统能维持在液氮温区下连续稳定的工作，与传统的单套系统相比，本发明的超导滤波器系统输出信号连续稳定、所需冷量稳定，可连续稳定运行，针对特殊工作环境可持续工作，大幅提高了系统的稳定性和寿命。本发明将两套超导滤波器装置整合在一个系统中，相比于传统的两个系统才能具有两套超导滤波器装置，能够达到系统整体体积小，质量轻，结构紧凑，外部影响小的目的，同时满足降温时间快的要求，极大地推动了超导滤波器系统的小型化进程。
除了上面所描述的本发明解决的技术问题、构成的技术方案的技术特征以及有这些技术方案的技术特征所带来的优点之外，本发明的其他技术特征及这些技术特征带来的优点，将结合附图作出进一步说明，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提供的高温超导滤波器低温系统的结构示意图之一；
图2是本发明提供的高温超导滤波器低温系统的结构示意图之二；
图3是本发明提供的高温超导滤波器低温系统的真空腔的结构示意图；
附图标记：
1：超导滤波器装置；11：制冷组件；12：真空腔；13：超导滤波器；14：冷盘；15：真空密封胶；16：绝缘子；17：内引线；18：外引线；111：压缩机；112：冷指；113：调相活塞；114：连接管；121：真空连接管；122：真空阀芯；1121：冷端；1122：热端；1123：减震件；
2：控制器；3：SMA信号接头；
4：散热组件；41：第一翅片；42：风扇；
5：直流电源；6：外壳。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。
在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
如图1和图2所示，本发明实施例提供的高温超导滤波器低温系统，包括两组超导滤波器装置1，每组超导滤波器装置1包括制冷组件11、真空腔12和超导滤波器13，超导滤波器13设置于真空腔12内，制冷组件11穿入真空腔12与超导滤波器13连接。
本发明实施例的高温超导滤波器低温系统，采用两组超完整的超导滤波器装置1安装在同一个系统内，每组超导滤波器装置1均包括制冷组件11、真空腔12和超导滤波器13，超导滤波器13在真空腔12内工作产生信号输出，制冷组件11为超导滤波器13提供冷源冷却降温。系统运行时，两组超导滤波器装置1同时工作，但只有一组进行信号最终输出，另一组作为备份信号输出，即在进行信号输出的一组超导滤波器装置1出现故障无法正常工作时，另一组进行备份信号的超导滤波器装置1将立刻信号输出，使超导滤波器系统的信号输出保持相对连续稳定。
本发明通过额外添加一组备用的超导滤波器装置1，解决了目前普遍采用的单套超导滤波器装置1导致的信号稳定性差等问题，使得超导滤波器系统能维持在液氮温区下连续稳定的工作，与传统的单套系统相比，本发明的超导滤波器系统输出信号连续稳定、所需冷量稳定，可连续稳定运行，针对特殊工作环境可持续工作，大幅提高了系统的稳定性和寿命。本发明将两套超导滤波器装置1整合在一个系统中，相比于传统的两个系统才能具有两套超导滤波器装置1，能够达到系统整体体积小，质量轻，结构紧凑，外部影响小的目的，同时满足降温时间快的要求，极大地推动了超导滤波器系统的小型化进程。
本实施例中，真空腔12为矩形真空腔，真空腔12可通过真空阀芯122抽取真空。制冷组件11可采用斯特林制冷机。
根据本发明的一个实施例，制冷组件11包括压缩机111和冷指112，压缩机111与冷指112的热端1122通过连接管114连通，冷指112的冷端1121在真空腔12内与超导滤波器13连接。本实施例中，压缩机111工作时，压缩机111内的高压气体通过连接管114进入冷指112，调相活塞113在冷指112内运动，使得冷指112与超导滤波器13连接的一端温度降低成为冷端1121，与连接管114连接的一端温度相应升高成为热端1122，冷指112通过冷端1121的冷量为超导滤波器13降温。
本实施例中，真空腔12的底部竖直连接真空连接管121，冷指112穿过真空连接管121后进入真空腔12。压缩机111采用0.5W斯特林型压缩机111。
根据本发明的一个实施例，冷指112的冷端1121与超导滤波器13通过冷盘14连接。本实施例中，冷盘14和超导滤波器13通过螺钉固定在冷指112的冷端1121上。冷指112的冷端1121通过冷盘14将冷量传递至超导滤波器13上，对超导滤波器13进行冷却，通过冷盘14增大冷指112的冷端1121对超导滤波器13的冷却面积，实现对超导滤波器13的充分冷却，提高冷却效果和冷却效率。
如图3所示，根据本发明的一个实施例，真空腔12上设有多个安装孔，每个安装孔处通过真空密封胶15安装绝缘子16，超导滤波器13通过内引线17与绝缘子16位于真空腔12内的部分连接，绝缘子16位于真空腔12外的部分连接有外引线18。本实施例中，为解决采用航空插头接线方式导致系统的体积大、密封性差等问题，在真空腔12上采用真空密封胶15与绝缘子16结合尽进行绝缘子16安装，连接真空腔12的内引线17和外引线18，从而大幅减小了用于接线部分的安装孔的尺寸和真空腔12体积，使超导滤波器系统整体体积有效的减小，同时可以达到输出信号连续稳定，真空腔12密封性好，真空度最高可维持4.5E-6Pa，适用性更广的效果。
本实施例中，真空腔12上设置6个绝缘子16的安装孔，其中4个φ2.5mm的安装孔、2个φ2.0mm的安装孔，真空腔12中的内引线17锡焊在绝缘子16上部，真空腔12的外引线18锡焊在绝缘子16下部，绝缘子16使用真空密封胶15固定在安装孔上，通过此方式完成真空腔12内超导滤波器13的内外接线。本实施例中，绝缘子16采用玻璃绝缘子16，真空密封胶15采用EACA真空胶。
根据本发明的一个实施例，本发明实施例的超导滤波器系统还包括控制器2，外引线18与控制器2连接。本实施例中，两套超导滤波器装置1分别集成后连接至同一个控制器2上。真空腔12内冷指112的冷端1121处的内引线17通过绝缘子16连接外引线18，外引线18再连接至控制器2，两套超导滤波器装置1通过一个控制面板进行控制。
根据本发明的一个实施例，本发明实施例的超导滤波器系统还包括SMA(SubMiniature version A)信号接头3，SMA信号接头3一端位于真空腔12外，另一端位于真空腔12内，并与超导滤波器13通过内引线17连接。本实施例中，超导滤波器13在真空腔12内工作，通过内引线17连接至SMA信号接头3上，SMA信号接头3设置在真空腔12上，一端连接内引线17，另一端连接外设的信号装置。
根据本发明的一个实施例，本发明实施例的超导滤波器系统还包括散热组件4，散热组件4用于对制冷组件11进行散热。本实施例中，超导滤波器系统还包括外壳6，两套超导滤波器装置1均设置于外壳6内，且控制器2设置于两套超导滤波器装置1之间，散热组件4也设置在外壳6内，保证制冷组件11工作过程中的良好散热。本实施例中，散热组件4可采用风冷、水冷等相应的散热结构。
根据本发明的一个实施例，散热组件4包括第一翅片41和风扇42，第一翅片41设置于压缩机111的外侧面上，风扇42位于压缩机111的下部，用于对压缩机111进行风冷。本实施例中，两个压缩机111固定在外壳6的面板上，且第一翅片41与压缩机111的外壳6连接，增大压缩机111的散热面积，压缩机111的底部设置正对的风扇42，风扇42对压缩机111进行风冷，进一步提高压缩机111的散热效率。
根据本发明的一个实施例，散热组件4还包括第二翅片，第二翅片设置于冷指112的热端1122。本实施例中，冷指112的热端1122还连接第二翅片，增大冷指112的散热面积，同时在风扇42的影响下，也能提高冷指112的散热效率，是冷指112获得更多冷量，提高对超导滤波器13的冷却效果。
根据本发明的一个实施例，冷指112的热端1122设置减震件。本实施例中，冷指112热端1122在底部设置减震件，一方面可抵抗外界震动对冷指112带来的影响，稳定冷指112本身结构安装，另一方面也能够减缓调相活塞113在运动过程中给冷指112带来的震动。本实施例中，减震件1123采用减震弹簧。
在一个实施例中，外壳6内还设有24V的直流电源5，为外壳6内部各设备供电使用。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种高温超导滤波器低温系统，其特征在于：包括两组超导滤波器装置，每组所述超导滤波器装置包括制冷组件、真空腔和超导滤波器，所述超导滤波器设置于所述真空腔内，所述制冷组件穿入所述真空腔与所述超导滤波器连接。
2.根据权利要求1所述的高温超导滤波器低温系统，其特征在于：所述制冷组件包括压缩机和冷指，所述压缩机与所述冷指的热端通过连接管连通，所述冷指的冷端在所述真空腔内与所述超导滤波器连接。
3.根据权利要求2所述的高温超导滤波器低温系统，其特征在于：所述冷指的冷端与所述超导滤波器通过冷盘连接。
4.根据权利要求2所述的高温超导滤波器低温系统，其特征在于：所述真空腔上设有多个安装孔，每个所述安装孔处通过真空密封胶安装绝缘子，所述超导滤波器通过内引线与所述绝缘子位于所述真空腔内的部分连接，所述绝缘子位于所述真空腔外的部分连接有外引线。
5.根据权利要求4所述的高温超导滤波器低温系统，其特征在于：还包括控制器，所述外引线与所述控制器连接。
6.根据权利要求2所述的高温超导滤波器低温系统，其特征在于：还包括SMA信号接头，所述SMA信号接头一端位于所述真空腔外，另一端位于真空腔内，并与所述超导滤波器通过内引线连接。
7.根据权利要求2至6任一项所述的高温超导滤波器低温系统，其特征在于：还包括散热组件，所述散热组件用于对所述制冷组件进行散热。
8.根据权利要求7所述的高温超导滤波器低温系统，其特征在于：所述散热组件包括第一翅片和风扇，所述第一翅片设置于所述压缩机的外侧面上，所述风扇位于所述压缩机的下部，用于对所述压缩机进行风冷。
9.根据权利要求8所述的高温超导滤波器低温系统，其特征在于：所述散热组件还包括第二翅片，所述第二翅片设置于所述冷指的热端。
10.根据权利要求2所述的高温超导滤波器低温系统，其特征在于：所述冷指的热端设置减震件。
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