[發明專利]液氦和液氮溫區的C波段隔離器及應用

有效

• 申請號: 201310069089.2
• 申請日: 2013-03-05
• 公開（公告）號: CN103107397A
• 公開（公告）日: 2013-05-15
• 發明（設計）人: 劉潔;單文磊;謝道偉
• 申請（專利權）人: 中國科學院紫金山天文臺
• 主分類號: H01P1/36
• 分類號: H01P1/36;H01P1/383
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 汪旭東

技術領域

本發明屬于無線通信領域，具體為一種基于低溫鐵氧體技術的非互易液氦和液氮溫區的C波段隔離器及其在低噪聲接收機前端、衛星通訊及超導雷達接收機系統中的應用。

背景技術

微波隔離器是一種實現單向傳輸的無源器件，廣泛應用于雷達接收機、無線通信領域，是接收機前端系統的關鍵器件。為了降低熱噪聲，射電天文接收機需要在液氮溫區以下到液氦溫區的低溫環境工作，然而常溫隔離器在低溫下其特性發生嚴重惡化，隨著環境溫度的降低，其工作頻段發生偏移，帶寬越來越窄，甚至在低溫下完全失去隔離特性，所以常溫隔離器不能直接用于低溫環境，不能滿足低溫隔離器的要求，且其溫度特性在低溫下并沒有可預測性。國內低溫隔離器的研制目前尚屬空白，通常對常溫隔離器采取溫度補償措施，在偏置永磁體和器件基座之間添加鎳合金補償片等方法，以求隔離器在較寬工作溫度內保持較好的工作狀態，但這種溫度補償的方法，也只能實現工作溫度最大范圍為233K~353K，這仍無法滿足液氦和液氮溫區工作環境的需求。

國外對低溫隔離器研究比較早，當微波帶線結型隔離器理論發展起來之后，R.?L.?Comstock和C.?E.?Fay就開始了低溫隔離器的研究，其基于微波鐵氧體單晶和多晶YIG材料，實現了低溫4K窄帶隔離器研制，工作頻率為3.9GHz~4.1GHz，（R.?L.?Comstock，C.?E.?Fay,?“Performance?and?Ferrimagnetic?Material?Considerations?in?Cryogenic?Microwave?Devices,”?J.?Appl.?Phys.?vol.?36,?1965,?pp.?1253-1258.），然而單晶和多晶YIG材料其飽和磁化強度4πM_s值比較固定，限制了其他工作頻率隔離器的設計。D.?H.?ROTH等人使用微波鐵氧體CVB材料進行了低溫隔離器的設計（D.?H.?ROTH,?etc.,?“Investigation?of?Ferrimagnetic?Materials?at?Low?Temperatures?and?Some?Applications?in?Low-Noise?Receivers,”?IEEE?Transactions?on?Magnetics,?vol.?Mag-2,?No.?3,?1966,?pp.?256-259.），也實現了低溫4K窄帶隔離器研制，工作頻率為3.3GHz~4.3GHz，但是CVB材料飽和磁化強度4πMs值覆蓋范圍較小，無法覆蓋更寬的微波頻率。近年來，隨著更高靈敏度低噪聲射電天文接收機、衛星通訊及超導雷達接收機的日益發展與廣泛應用，低溫隔離器的需求也日益劇增，寬帶化要求也越來越高。對于超導混頻接收機來說，低溫隔離器可以應用于超導混頻器和低溫低噪聲放大器之間；對半導體低溫接收機中可用于天線和放大器之間或第一級放大器后，實現級間隔離、阻抗匹配的作用。低溫隔離器可以大大抑制級間失配引起的駐波對混頻器等器件的影響，這對接收機整體性能有著重要的作用，所以低溫隔離器，尤其是低溫寬帶隔離器對于低噪聲接收機而言是非常必要的。目前國內對低溫隔離器的研究尚屬空白，因而對低溫寬帶隔離器的研制成為低噪聲接收機領域迫切需要解決的問題。

發明內容

本發明針對現有技術不足，提供了一種低溫4K~90K下具有隔離度高，插入損耗小，可以滿足低噪聲接收機系統前端需求的低溫微波隔離器。

本發明具體技術方案如下：

一種液氦和液氮溫區的C波段隔離器，包括鐵氧體，其特征在于所述鐵氧體采用YAlIG-6A制成，其中Al₂O₃含量為5.24％，該材料300K時，飽和磁化強度為4πM_s＝590Gauss，?4K時4πM_s＝980Gauss。

上述液氦和液氮溫區為4K~90K之間。

上述隔離器的工作頻率范圍為5.35GHz~6.65GHz。

本發明所述的隔離器為本領域常規使用的類型和結構，包括波導型或微帶型的諧振式隔離器或場移式隔離器以及法拉第旋轉式隔離器等，優選Y結型環行器，進一步優選Y結型帶線中心導體圓直徑為8mm，鐵氧體直徑為14mm，厚度為0.85mm，可以實現低溫4K~90K下相對工作帶寬大于21%。

本發明還提供了上述隔離器在低噪聲接收機前端、衛星通訊及超導雷達接收機系統中的應用。