[發明專利]一種超低損耗制冷高通濾波器

在審

• 申請號: 201510853850.0
• 申請日: 2015-11-30
• 公開（公告）號: CN105337585A
• 公開（公告）日: 2016-02-17
• 發明（設計）人: 劉鴻飛;溫瑞博·尚德;金乘進
• 申請（專利權）人: 中國科學院國家天文臺
• 主分類號: H03H1/00
• 分類號: H03H1/00;H03H7/01
• 代理公司: 北京中創陽光知識產權代理有限責任公司 11003
• 代理人: 尹振啟

技術領域

本發明涉及天文接收機前端和低噪聲通訊系統領域，尤其涉及一種超低損耗制冷高通濾波器。

背景技術

在中國貴州黔南地區興建的國家大科學工程500米口徑球面射電望遠鏡（FAST工程）需要研制一套覆蓋260MHz~1620MHz頻率范圍的寬帶單波束制冷接收機，以滿足FAST工程早期科學、中性氫和脈沖星等天文觀測需求。傳統制冷天文接收機的饋源喇叭之后直接連接第一級低噪聲制冷放大器，以期最大限度的降低連接部件的熱損耗，從而降低接收機系統噪聲。低噪聲制冷放大器為追求超低噪聲和高增益等指標，其動態范圍往往很低，很容易被較強的干擾信號干擾，產生非線性的諧波和交調輸出信號。盡管工程師們會對射電望遠鏡自身電子設備采取電磁屏蔽處理，也會在臨近臺址的一定地理范圍內建立電磁保護區，但這是一個龐大的工程，耗資巨大，也不可能完全屏蔽、清除干擾信號，特別是電子設備會大量產生的低頻干擾信號。近來，越來越多的天文望遠鏡在饋源喇叭和第一級低噪聲放大器之間安裝低損耗濾波器以濾除低頻干擾信號，以防止第一級低噪聲放大器產生非線性輸出。商用高通濾波器并不適合應用于此，有兩個原因：一是無法在超低溫溫度下（10K~20K）長期穩定工作；其二是其插入損耗并不足夠低，會造成接收機系統溫度大幅升高。高溫超導濾波器由于具備低插損、陡斜邊和高阻帶抑制等特性，是一種可行的選擇，也被一些天文臺采用。高溫超導濾波器的缺點是：昂貴的、長周期的薄膜制備工藝（包括薄膜生長、光刻和離子束刻蝕等）限制了高溫超導濾波器的大量使用，尤其是那些需要元器件較多的陣列望遠鏡，如平方公里陣列望遠鏡等工程。此外，超導濾波器超導材料較為脆弱，在濾波器的端口焊裝、工作的長期穩定性等方面都有潛在的不穩定因素。

因此，如何解決上述問題成為本領域技術人員亟需解決的技術問題。

發明內容

針對背景技術中存在的問題，本發明的目的在于提供一種超低損耗制冷高通濾波器，該濾波器可工作在從300K至10K的環境溫度下，可滿足FAST工程260MHz-1620MHz寬帶單波束接收機需求，濾除低頻干擾信號；其在20K溫度下，其帶內噪聲溫度低于0.55K，帶內插入損耗小于0.2dB；此外，本濾波器帶內反射損耗大于20dB；在95MHz處的阻帶抑制高達43.4dB；可有效地抑制低頻干擾對其后端低噪聲制冷放大器的非線性干擾。

本發明的目的是通過以下技術方案來實現的：

一種超低損耗制冷高通濾波器，所述濾波器包括兩級串聯電容、三級并聯電感、微帶電路板和金屬盒體；其中，所述兩級串聯電容和三級并聯電感構成五級契比雪夫電路；所述兩級串聯電容和三級并聯電感被焊接在所述微帶電路板的焊盤上；所述微帶電路板的下金屬面和所述金屬盒體的安裝平面均勻焊接；所述金屬盒體還設置有導熱安裝孔，所述導熱安裝孔將金屬盒體與冷頭固定、連接。

進一步，所述金屬盒體的材質為黃銅，所述金屬盒體的表面做鍍金處理，以降低信號傳輸過程中的歐姆損耗。

進一步，所述微帶電路板上設置有若干個金屬過孔，若干個所述金屬過孔構成了微帶電路板上下面之間導熱和導電的通道。

進一步，配合所述金屬過孔在所述金屬盒體的對應位置設置有若干個導熱安裝孔；若干個不銹鋼螺絲從所述微帶電路板的上表面穿過所述金屬過孔與金屬盒體上的所述導熱安裝孔，將微帶電路板和金屬盒體固定；所述不銹鋼螺絲進一步提升了金屬盒體與微帶電路板的上表面之間的熱傳導效率。

進一步，所述金屬盒體的兩端分別設置有信號輸入孔和信號輸出孔，兩個低損耗SMA接頭分別被安裝在所述信號輸入孔和信號輸出孔內。

進一步，所述微帶電路板采用Rogers3003超低損耗電路板制成，厚度為0.508mm。

本發明具有以下積極的技術效果：

本發明的濾波器可工作在從300K至10K的環境溫度下，可滿足FAST工程260MHz-1620MHz寬帶單波束接收機需求，濾除低頻干擾信號；其在20K溫度下，其帶內噪聲溫度低于0.55K，帶內插入損耗小于0.2dB；此外，本濾波器帶內反射損耗大于20dB；在95MHz處的阻帶抑制高達43.4dB；可有效地抑制低頻干擾對其后端低噪聲制冷放大器的非線性干擾。

附圖說明

圖1是本申請的五級契比雪夫電路的電路原理圖；

圖2是本發明的超低損耗制冷高通濾波器的S參數仿真波形圖；

圖3是本發明的超低損耗制冷高通濾波器在室溫下的S參數仿真波形圖；