[發明專利]一種超導接收前端分區制冷結構及其實現方法

有效

• 申請號: 201710118379.X
• 申請日: 2017-03-01
• 公開（公告）號: CN107062672B
• 公開（公告）日: 2022-06-21
• 發明（設計）人: 孫文娟;陸勤龍;賓峰;楊時紅;阮曉明;鄭婷;劉洋
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第十六研究所
• 主分類號: F25B9/14
• 分類號: F25B9/14
• 代理公司: 合肥天明專利事務所(普通合伙) 34115
• 代理人: 梁美珠;奚華保

本發明涉及一種超導接收前端分區制冷結構及其實現方法。該制冷結構包括氣缸、設置在氣缸頂部的一級冷頭、設置在一級冷頭上方的一級冷板、套設在氣缸中段外側且與氣缸緊配合的金屬環以及通過支撐冷頭與金屬環外側壁相連的二級冷板；所述金屬環包括同軸且從內向外依次設置的第一金屬環部和第二金屬環部；所述第一金屬環部的材質與氣缸的材質相同；所述第二金屬環部的材質與支撐冷頭及二級冷板的材質相同。本發明能夠解決現有技術中存在的不足，對杜瓦內不同器件進行分區制冷，使超導濾波器及開關等器件均能正常工作，且能獲得較低的系統噪聲系數指標。

技術領域

本發明涉及超導接收前端技術領域，具體涉及一種超導接收前端分區制冷結構及其實現方法。

背景技術

高溫超導接收前端是基于超導電子技術的一項重要應用系統。超導接收前端由超導濾波器、低噪聲放大器等器件組成，多通道超導接收前端還包含開關等器件。超導濾波器必須工作在液氮溫區（77K），該工作環境由密封杜瓦和制冷機提供。低噪聲放大器、開關工作在低溫環境下可以大大降低器件的噪聲溫度、插入損耗，從而提高系統的接收靈敏度。微波開關通常采用PIN管或者開關單片進行電路設計，對于需要譯碼電路的單刀多擲微波開關，無論采用哪種實現方式，其低溫承受能力都有限，當環境溫度低于120K時，開關穩定性變差，其插入損耗、通道間隔離度等指標會惡化。

目前，由于高溫超導接收前端所使用的一體式小型化斯特林制冷機只有一個冷頭，因此，對于工作在同一杜瓦內需要降溫的微波器件，通常的安裝方式有以下兩種：

一、將超導濾波器、低噪聲放大器、低溫隔離器與開關等器件都安裝在一級冷頭上方的冷板上，即將超導濾波器、開關等器件都冷卻到77K。該方式存在以下缺陷：1、降溫時間長：杜瓦內器件（包含濾波器、放大器、前后級開關等）及冷板同步降溫至液氮溫區（77K），降溫熱容大，時間長。2、溫度梯度不宜實現：實驗測試表明冷板上不同位置溫度相差不高于2K。開關與超導濾波器均安裝在冷板上，當冷頭溫度達到設定的液氮溫度，濾波器進入超導態后，開關也工作在液氮溫區附近，其插入損耗、帶外抑制等指標會惡化，甚至存在不能穩定工作現象。3、對制冷機冷量需求大：杜瓦內低溫環境由斯特林制冷機提供，所有器件均降溫至液氮溫區，加大了對制冷機的冷量需求，熱損耗過高的情況下，甚至達不到所需工作溫度。

二、將超導濾波器和低噪聲放大器安裝在一級冷頭上方的冷板上，使冷板溫度控制在77K（即超導濾波器進入超導態的溫度）；開關由固定在杜瓦底板上的絕熱支撐結構支撐在杜瓦內，即開關工作在接近常溫溫度的真空環境中。這兩種方法都沒有達到降低開關插入損耗的目的，從而會降低接收前端噪聲性能，增大接收機的接收靈敏度。該方式存在開關引入噪聲增大的缺陷：開關雖然安裝在杜瓦內部，但開關固定在絕熱支撐結構上，其工作環境溫度與杜瓦底板溫度相當，接近常溫，因而開關作為射頻前級，對整個接收前端的噪聲溫度貢獻增大，影響了系統的總噪聲系數指標。

因此，這兩種方式都沒有達到降低開關插入損耗的目的，從而會降低超導接收前端的噪聲性能，影響接收機的接收靈敏度。

發明內容

本發明的目的在于提供一種超導接收前端分區制冷結構及其實現方法，該結構及其實現方法能夠解決現有技術中存在的不足，對杜瓦內不同器件進行分區制冷，使超導濾波器及開關等器件均能正常工作，且能獲得較低的系統噪聲系數指標。

為實現上述目的，本發明采用了以下技術方案：

一種超導接收前端分區制冷結構，包括氣缸、設置在氣缸頂部的一級冷頭、設置在一級冷頭上方的一級冷板、套設在氣缸中段外側且與氣缸緊配合的金屬環以及通過二級支撐冷頭與金屬環外側壁相連的二級冷板；所述金屬環包括同軸且從內向外依次設置的第一金屬環部和第二金屬環部；所述第一金屬環部的材質與氣缸的材質相同；所述第二金屬環部的材質與二級支撐冷頭及二級冷板的材質相同。

進一步的，所述氣缸和第一金屬環部均采用不銹鋼材料。

進一步的，所述一級冷板、二級冷板、二級支撐冷頭和第二金屬環部均采用無氧銅材料。