CN203192922U

CN203192922U - 一种高温超导滤波设备

Info

Publication number: CN203192922U
Application number: CN 201320205046
Authority: CN
Inventors: 周艳; 李亚林; 孙成松
Original assignee: HUBEI GUANGXING COMMUNICATION TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: HUBEI GUANGXING COMMUNICATION TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2013-04-20
Filing date: 2013-04-20
Publication date: 2013-09-11
Anticipated expiration: 2023-04-20

Abstract

本实用新型涉及一种高温超导滤波设备，属移动通信、雷达、卫星通信用滤波器技术领域。它由高温超导滤波放大电路、深度低温冷却系统、精确控制电路、真空绝热系统构成，其特点是：真空绝热系统通过管道分别与深度低温冷却系统和精确控制电路连接，真空绝热系统内安装的高温超导滤波放大电路包括高温超导滤波器、低温低噪声放大器。具有边带陡峭、带外抑制好的优点，能减少信道间防护频带宽度，降低噪声系数及由低噪声造成的容量损失，增加可用频带带宽，提高了频谱利用率和接收灵敏度。经实际检测，手机发射功率可降低50%以上，有效减小辐射危害，改善系统噪声，基站覆盖距离增大20％左右，覆盖面积增大40％左右。

Description

一种高温超导滤波设备

技术领域

本实用新型涉及一种高温超导滤波设备，属移动通信、雷达、卫星通信用滤波器技术领域。

背景技术

通常在有用信号通带相邻处会产生较强的干扰信号，该干扰信号进入基站接收机后，使得基站接收机中的低噪放（LNA）和混频器产生非线性互调失真，该互调产物落在接收机有用信号频带内，轻者会增大接收机带内噪声，使信号传输质量下降，重者将会导致通信中断。而现有基站配置的常规腔体滤波器由于过渡频带不够陡峭，因此抑制邻频干扰效果差。且为了提高抗干扰能力，不得不在两相邻频带间预留一定宽度的保护频带，使得防护频带挤占可用频带，浪费了宝贵的频率资源。

发明内容

本实用新型的目的在于，提供一种可降低带内互调干扰和低噪声，提高信号传输质量和容量，且能配合低噪放改善基站接收机的灵敏度和噪声系数，解决现有腔体滤波器由于过渡频带不够陡峭，必须增加保护频带带宽，使得抑制邻频干扰能力差，且挤占可用频带造成频率资源浪费问题的高温超导滤波设备。

本实用新型是通过如下的技术方案来实现上述目的的：

该高温超导滤波设备由高温超导滤波器、低温低噪声放大器、深度低温冷却系统、精确控制电路、真空绝热系统构成，其特征在于：底盘上安装有真空绝热系统、深度低温冷却系统、精确控制电路；所述真空绝热系统内安装有高温超导滤波器、低温低噪声放大器；所述真空绝热系统通过管道与深度低温冷却系统连接；所述精确控制电路通过导管分别与真空绝热系统、深度低温冷却系统的工作电压端连接；所述高温超导滤波器由超导介电基片、谐振器、输入馈线、输出馈线组成，所述超导介电基片上安装有十六个平行排列的谐振器，所述谐振器的输入端安装有输入馈线，所述谐振器的输出端安装有输出馈线；所述谐振器由单根微带线折叠而成。

本实用新型与现有技术相比的有益效果在于：

该高温超导滤波设备采用在真空绝热系统内安装高温超导滤波器和低温低噪声放大器，辅以深度低温冷却系统及精确控制电路，高温超导滤波器特有的边带陡峭、带外抑制好的优点，在不增加其他设备情况下，就能减少信道间防护频带宽度，增加可用频带带宽。同时也可解决目前“TD”对“WCDMA”以及“CDMA”对“GSM”的邻频干扰等问题，有效降低基站接收机的噪声系数，大大提高了接收灵敏度。经实际检测，一是使手机发射功率降低50%以上，减小手机辐射对人体的危害。二是在系统噪声改善3dB的情况下，基站覆盖距离可增大20％左右，覆盖面积增大40％左右，而且提高了移动信号对室内的渗透率。三是降低了低噪声造成的容量损失，可充分利用频率资源，提高频谱利用率，从而增加原有基站的容量。彻底解决了现有腔体滤波器由于过渡频带不够陡峭，必须增加保护频带带宽，使得抑制邻频干扰能力差，且挤占可用频带造成频率资源浪费的问题。

附图说明

附图1为高温超导滤波设备的整体方框示意图；

附图2为高温超导滤波设备的高温超导滤波器的结构示意图。

图中：1、真空绝热系统， 2、深度低温冷却系统，3、精确控制电路， 4、高温超导滤波器，5、低温低噪声放大器，6、底盘，7、谐振器，8、微带线，9、输入馈线，10、输出馈线，11、介电基片。

具体实施方式

该高温超导滤波设备由真空绝热系统1、深度低温冷却系统2、精确控制电路3、高温超导滤波器4、低温低噪声放大器5、底盘6构成；底盘6上安装有真空绝热系统1、深度低温冷却系统2、精确控制电路3；所述真空绝热系统1内安装有高温超导滤波器4、低温低噪声放大器5；所述真空绝热系统1通过管道与深度低温冷却系统2连接；所述精确控制电路3通过导管分别与真空绝热系统1、深度低温冷却系统2的工作电压端连接；所述高温超导滤波器4由介电基片、谐振器、输入馈线、输出馈线组成，所述介电基片上安装有十六个平行排列的谐振器，所述谐振器的输入端安装有输入馈线，所述谐振器的输出端安装有输出馈线；所述谐振器由单根微带线折叠而成。（参见附图1～2）

一种高温超导滤波设备，由高温超导滤波器4(HTS Filter)和低温低噪声放大器5(LNA) 组成的高温超导滤波放大电路是整个系统的核心部分。其中，高温超导滤波器4以介电常数为9.9、厚度为0.43mm、大小不超过两英寸的Sapphire蓝宝石为介电基片11，沉积在介电基片11上的超导材料为双面YBa2Cu3O7-d（YBCO）超导薄膜。

高温超导滤波器4是由谐振器7、输入馈线9、输出馈线10组成，是通过切比雪夫低通原型函数设计制作，中心频率为830MHz，相对带宽为1.2%的十六个平行排列的谐振器7组合而成的带通滤波器。所述谐振器7是用单根微带线8折叠而成，每根微带线8的长度均为半波长70mm。（如果采用前端耦合型滤波器或发卡型滤波器的结构设计，滤波器尺寸会非常大，同时，由于上述两种滤波器的谐振器之间存在非常强的非相邻耦合，也会极大地增加设计的复杂性。）采用单根微带线8折叠而成的谐振器7结构紧凑，这样，在同样的介电基片11上就能够容纳更多的谐振器7，且该谐振器7的非相邻耦合非常弱，基本不会产生相互干扰。

由于微带线8的折弯、间隙和开口端等处存在微波不均匀性，所以谐振器7的微带线8的总长度并不严格等于半波长，而是有一定的偏差。在实际制作中，需要不断调整单个谐振器7的尺寸，用EM分析软件Sonnet模拟其响应，直到高温超导滤波器4谐振于中心频率830MHz为止，这样就确定了单个谐振器7的尺寸为1.5mm×21mm。此外，需要确定的参数还包括各谐振器7之间的距离S和输入馈线9、输出馈线10的位置L，由于输入馈线9与输出馈线10相对于高温超导滤波器4是对称的，故输入馈线9、输出馈线10的位置L是相同的。各谐振器7之间的距离S和输入馈线9、输出馈线10的位置L等参数均通过切比雪夫低通原型函数确定。

切比雪夫低通原型函数各原件参数值g可以通过查表或通过公式求得。根据变换关系，高温超导滤波器5相邻谐振器7间耦合强度以及外部Q值可由式（1）（2）求得。

（1）

（2）

其中：

—第i个谐振器和第i+1个谐振器之间的耦合系数；

—切比雪夫低通原型函数的第i个参数；

FBW—滤波器的相对带宽；

—输入馈线的外部Q值；

—输出馈线的外部Q值。

当两个谐振器7发生耦合时，其谐振频率会分开，得到两个谐振峰，这两个谐振器7间的耦合系数M由公式（3）确定。谐振器7之间的距离S不同，对应的耦合系数M也不同。EM分析软件可模拟计算不同距离S下两个耦合谐振器7的响应曲线，进而得到耦合系数M与谐振器7之间的距离S的关系曲线。

（3）

其中：

、为两个谐振峰的频率。

谐振器7外部Q值由公式（4）来确定，输入馈线9、输出馈线10的位置L不同，对应的外部Q值也不同。EM分析软件可模拟计算不同位置L下的响应曲线，进而得到外部Q值与输入馈线9、输出馈线10的位置L的关系曲线。

（4）

其中：

—滤波器的中心频率；

—谐振峰下降3dB时的带宽。

根据高温超导滤波器4的要求选取合适的谐振器7之间的距离S和输入馈线9、输出馈线10的位置L，并在此参数的基础上作一些微调即可得到很好的滤波特性。另外，加大微带线8的线宽可降低谐振器7微带线的边缘峰值电流。

深度低温冷却系统2可为高温超导滤波器4提供实现超导特性的低温工作环境，一般常采用斯特林制冷机或脉冲管制冷机。

真空绝热系统1用于将工作于液氮冷区的超导滤波放大电路与外界的室温环境隔离开来，尽可能降低两者间的热量传递。真空绝热系统1的真空度的保持状况将直接影响制冷机的工作状态，进而影响该高温超导滤波设备的工作稳定性。

精确控制电路3可实时测试高温超导滤波放大电路的实际工作温度，并随时对深度低温冷却系统2发出指令，以保持冷区温度恒定，同时，对该高温超导滤波设备的相关参数进行监控和预警。

高温超导滤波器4是在Sapphire介电基片11正面的YBCO超导膜上，采用光刻和Ar离子刻蚀的方法刻出微带滤波器图形，利用导体在-200℃时表面电阻近似为零且高温超导传输线色散极小的特性进行工作的。高温超导滤波器4被封装在无氧铜加工而成的屏蔽盒内，在500℃和400 压强Torr纯氧气压环境下，沉积滤波器输入输出信号线上的金焊点，以降低高温超导滤波器4的接触电阻。

高温超导滤波器4的Q值可达10万，高于目前所采用腔体滤波器的Q值20倍。在68K温度下，通带内的插入损耗小于0.27dB，纹波小于0.2dB，反射损耗小于14.7dB。通带高端和低端的带边陡峭度分别为47dB/MHz和51dB/MHz，阻带抑制大于80dB。该高温超导滤波器4应用到移动通信基站接收机的输入端，可有效抑制包括邻近通带边缘仅1.5MHz的各种类型的干扰信号，从而降低带内互调干扰和低噪声，提高信号的传输质量和容量。同时，高温超导滤波器4安装在基站主接收机和分集接收机上，不影响分集接收抗多径衰落的功能。

在高温超导滤波器4之后配备的低温低噪声放大器5（LNA）具有极低的噪声系数，其噪声系数<0.5dB，增益为12dB。用低温低噪声放大器5（LNA）作为基站接收机的射频前端设备，能彻底抑制基站接收机的各种干扰。提高了接收机的灵敏度，使移动通信的上行信号大大增强。

以上所述只是该实用新型的具体实施方式，上述举例说明不对本实用新型的实质内容构成限制，所属技术领域的普通技术人员在阅读了本说明书后可以对上述的具体实施方式做修改或变形，而不背离本实用新型的实质和范围。

Claims

1.一种高温超导滤波设备，它由真空绝热系统（1）、深度低温冷却系统（2）、精确控制电路（3）、高温超导滤波器（4）、低温低噪声放大器（5）、底盘（6）构成，其特征在于：底盘（6）上安装有真空绝热系统（1）、深度低温冷却系统（2）、精确控制电路（3）；所述真空绝热系统（1）内安装有高温超导滤波器（4）、低温低噪声放大器（5）；所述真空绝热系统（1）通过管道与深度低温冷却系统（2）连接；所述精确控制电路（3）通过导管分别与真空绝热系统（1）、深度低温冷却系统（2）的工作电压端连接；所述高温超导滤波器（4）由介电基片（11）、谐振器（7）、输入馈线（9）、输出馈线（10）组成，所述介电基片（11）上安装有十六个平行排列的谐振器（7），所述谐振器（7）的输入端安装有输入馈线（9），所述谐振器（7）的输出端安装有输出馈线（10）；所述谐振器（7）由单根微带线（8）折叠而成。