CN201584481U - 低温低损耗波导同轴传输线组件 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种低温低损耗波导同轴传输线组件，包括同轴内导体和同轴外导体，所述同轴内导体伸入同轴外导体中，两者构成硬同轴线结构；SMA固定座安装在同轴外导体上，SMA插座安装于SMA固定座；在同轴外导体前端上固接玻璃密封罩，通过O型密封圈与波导连接，波导法兰面为输入，SMA插座为输出。本实用新型进一步地降低了接收机系统的噪声温度，有效地改善了低温接收机杜瓦的高真空度的长期保持，联机实测真空度小于10^-7Pa，15K制冷机平台噪声贡献小于0.5K。

Description

低温低损耗波导同轴传输线组件

技术领域

本实用新型涉及微波工程领域，具体地说，本实用新型涉及低温低损耗波导同轴传输线组件。

背景技术

目前，国内外在低温接收机上的相关典型结构如图1所示。其主要结构分为两个部分：前端密封窗口和缝隙隔热波导。

此类密封隔热组件，其前端密封部分使用的是平面薄膜材料，考虑到对微波驻波和插损的影响，该材料不能太厚，低温接收机杜瓦的高真空度的长期保持是一个特别的难题。

此类密封隔热组件，其隔热部分采用的是缝隙技术，但缝隙安装时很难调节，同时在泄露功率较大时会对真空室内器件产生干扰，不能应用在收发共用大功率的场合。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种低温低损耗波导同轴传输线组件，其既具有真空密封的作用，又有隔热功能；组件射频传输损耗低，工作温度低。

本实用新型为实现其目的所采取的技术方案：低温低损耗波导同轴传输线组件，包括同轴内导体和同轴外导体，所述同轴内导体伸入同轴外导体中，两者构成硬同轴线结构；SMA固定座(SMA为同轴连接器缩写)安装在同轴外导体上，SMA插座安装于SMA固定座；在同轴外导体前端上固接玻璃密封罩，通过O型密封圈与波导连接，波导法兰面为输入，SMA插座为输出。

所述同轴外导体为不锈钢管，同轴内导体为铜棒，内外导体之间的填充媒质为空气，每隔40mm-180mm距离设支撑，使内外导体同轴。所述支撑采用高频介质环聚四氟乙烯材料。所述不锈钢管内径为5.5mm-16.5mm，壁厚0.15mm-0.8mm，长度40mm-200mm，内壁电镀银层，镀层厚度为8-12微米。所述玻璃密封罩的固接方式为粘接，采用环氧胶将其粘接在同轴外导体前端上。

本实用新型的有益效果：进一步地降低了接收机系统的噪声温度，有效地改善了低温接收机杜瓦的高真空度的长期保持。

附图说明

以下结合附图和具体实施方式对本实用新型进一步详细说明。

图1为现有低温接收机密封隔热典型结构图；

图2为单变频超外差接收机框图；

图3为本实用新型的构造主视示意图；

图4为本实用新型的剖视结构示意图；

图5为本实用新型的反射特性图。

图中1.同轴内导体，2.SMA固定座，3.SMA插座，4.同轴外导体，5.同轴外导体前端，6.O型密封圈，7.同轴探针，8.玻璃密封罩，9.波导法兰面，10.波导，11.支撑。

具体实施方式

如图2所示，为一种典型单变频超外差接收机，现在分析示于图2中的天线-传输线-接收机前端整个系统的噪声特性。在这一系统中，接收机输出处的总噪声功率N_o是由天线辐射图、天线的损耗、传输线的损耗以及来自接收机元件的损耗引起的。这一噪声功率将决定接收机的可检测的信号电平，对于给定的发射机功率，它将决定通信链路的最大距离。

图2中的接收机部件包括增益为G_RF和噪声温度为T_RF的射频放大器、射频到中频的变换损耗因子为L_M和噪声温度为T_M的混频器，以及增益为G_IF和噪声温度为T_IF的中频放大器。后几级的噪声影响可以忽略，因为总噪声系数主要取决于前几级的特性。

接收机的等效噪声温度为：

$T_{\mathrm{REC}}=T_{\mathrm{RF}}+\frac{T_M}{G_{\mathrm{RF}}}+\frac{T_{\mathrm{IF}}{L}_M}{G_{\mathrm{RF}}}$

连接天线和接收机的传输线具有损耗为L_T，并处于物理温度为T_P的环境。

它的等效噪声温度为：

T_TL＝(L_T-1)T_P

定义在天线的终端(传输线的输入处)的噪声温度：

T_TL+REC＝T_TL+L_TT_REC＝(L_T-1)T_P+L_TT_REC

因此，如果在系统中暂不考虑天线，那么子系统的噪声温度只取决于三个因素：传输线损耗L_T、传输线物理温度T_P和接收机等效噪声温度T_REC。

要实现接收机的超低噪声温度，降低射频放大器的噪声是首要的，由于常温放大器不可能克服器件自身电子运动产生的热噪声，其噪声指标难以满足极高灵敏度的应用场合，故采用降低射频放大器的工作温度，来得到器件在常温下所得不到的噪声值。一般在20K(-253℃)的环境温度下射频放大器的噪声系数可以减小到常温的十分之一以上。但是，由于天线的馈源输出口大多为波导输出，在低温平台内外的连接时，由于冷板(20K)与真空窗口(300K左右)温差很大，采用波导传输会有很大冷量损失同时引起真空窗口结霜和结冰，影响低温接收机的使用。

所以要求天线馈源输出与射频放大器输入之间的传输线组件不仅要做到端口接口匹配。而且，为保持低温接收机的工作环境，必须用真空杜瓦封装低温接收机，所以要求该传输线既有真空密封的作用，又有隔热功能。最为重要的是，要求传输线的射频传输损耗低，工作温度低。

为了满足低插损的设计原则，本实用新型采用硬同轴线的结构，即外导体为一不锈钢管，内导体是一根铜棒，内外导体之间的填充媒质为空气，每间隔40mm-180mm距离用高频介质环聚四氟乙烯材料作支撑，使内外导体同轴。该种结构的硬同轴线有低插入损耗和功率容量大的优点，参见图3、4。

根据制冷机在15K平台冷量，要求不锈钢管漏热功率＜0.5W，根据单向等截面稳定导热的公式为：

$\mathrm{\Δ}{Q}_d=\frac{A}{L}{\∫}_{T_1}^{T_2}\mathrm{\λ}\left(T\right)\mathrm{dT}=\frac{A}{L}[{\∫}_{4K}^{T_2}\mathrm{\λ}\left(T\right)\mathrm{dT}-{\∫}_{4K}^{T_1}\mathrm{\λ}\left(T\right)\mathrm{dT}]$

A横截面积，L导热长度，λ(T)导热系数，T温度，T1，T2两端的温度。

已知不锈钢材料在300K和10K时的∫_4K ^Tλ(T)dT(W/cm)值分别为36.9和0.0345。

选取薄壁不锈钢管内径12.9mm，壁厚0.3mm，长度110mm，经计算：

$\mathrm{\Δ}{Q}_d=\frac{A}{L}[{\∫}_{4K}^{300}\mathrm{\λ}\left(T\right)\mathrm{dT}-{\∫}_{4K}^{10}\mathrm{\λ}\left(T\right)\mathrm{dT}]$

$=\frac{\frac{1}{4}\mathrm{\π}({1.35}^2-{1.29}^2)}{11}\·(36.9-0.0345)$

$=0.42W$

上述尺寸可在一定范围内变化，变化范围不锈钢管内径为5.5mm-16.5mm，壁厚0.15mm-0.8mm，长度40mm-200mm，均能够满足热损要求。由于不锈钢材料的电导率较低，必须在同轴线外导体内壁电镀银层，镀层厚度保证8-12微米左右。经验证，该厚度不明显降低不锈钢薄壁管的隔热性，且具有良好的微波特性。

在图3、4所示的实施例中，同轴内导体1伸入同轴外导体4中，SMA固定座2安装在同轴外导体4上，SMA插座3安装于SMA固定座2，使用环氧胶，在同轴外导体前端5上粘接玻璃密封罩8，通过O型密封圈6与波导10连接。波导法兰面9为输入，SMA插座3为输出。该结构能够保证整个同轴内导体1(包括波导中的同轴探针7)和同轴外导体4都处在一个热隔离的真空环境中。

本实用新型反射特性如图5所示，联机实测真空度小于10-7Pa，15K制冷机平台噪声贡献小于0.5K。

本实用新型是低温接收机的关键部件。既有真空密封的作用，又有隔热功能；组件射频传输损耗低，工作温度低。进一步地降低了接收机系统的噪声温度，非常有效地改善了低温接收机杜瓦的高真空度的长期保持。

Claims (5)

1.低温低损耗波导同轴传输线组件，其特征在于该组件包括同轴内导体(1)和同轴外导体(4)，所述同轴内导体(1)伸入同轴外导体(4)中，两者构成硬同轴线结构；SMA固定座(2)安装在同轴外导体(4)上，SMA插座(3)安装于SMA固定座(2)；在同轴外导体前端(5)上固接玻璃密封罩(8)，通过O型密封圈(6)与波导(10)连接，波导法兰面(9)为输入，SMA插座(3)为输出。

2.根据权利要求1所述的低温低损耗波导同轴传输线组件，其特征在于所述同轴外导体(4)为不锈钢管，同轴内导体(1)为铜棒，内外导体之间的填充媒质为空气，每隔40mm-180mm距离设支撑，使内外导体同轴。

3.根据权利要求2所述的低温低损耗波导同轴传输线组件，其特征在于所述支撑采用高频介质环聚四氟乙烯材料。

4.根据权利要求2所述的低温低损耗波导同轴传输线组件，其特征在于所述不锈钢管内径为5.5mm-16.5mm，壁厚0.15mm-0.8mm，长度40mm-200mm，内壁电镀银层，镀层厚度为8-12微米。

5.根据权利要求1所述的低温低损耗波导同轴传输线组件，其特征在于所述玻璃密封罩(8)的固接方式为粘接，采用环氧胶将其粘接在同轴外导体前端(5)上。

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