超导滤波器在射电天文RFI的应用 本文关键词：射电，超导，滤波器，天文，RFI
超导滤波器在射电天文RFI的应用 本文简介：【摘要】针对射电天文测站急需解决通信频率对制冷接收机严重干扰的问题，本论文研制了一款Ｓ波段的高温超导滤波器，并将其应用在射电望远镜中，对通讯干扰频率的抑制作用进行了验证，表明在对原接收机性能指标不影响的情况下，对测站干扰点最强的２．１４３ＧＨｚ以下频段抑制度达到了１１４ｄＢ，取得了很好的应用效果．关
超导滤波器在射电天文RFI的应用 本文内容：
【摘要】针对射电天文测站急需解决通信频率对制冷接收机严重干扰的问题，本论文研制了一款Ｓ波段的高温超导滤波器，并将其应用在射电望远镜中，对通讯干扰频率的抑制作用进行了验证，表明在对原接收机性能指标不影响的情况下，对测站干扰点最强的２．１４３ＧＨｚ以下频段抑制度达到了１１４ｄＢ，取得了很好的应用效果．
关键词：超导滤波器，射电天文，干扰
１引言
射电天文学对射电望远镜的灵敏度提出了非常高的要求，一方面不断增大接收天线的口径，另一方面致力于降低接收机系统的噪声引入．射电天体辐射信号到达地球时已经非常微弱，在如图１所示的超外差电路形式中，要实现接收机系统的超低噪声温度，降低射频放大器的噪声是首要的．由于常温射频放大器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．数据显示在２０Ｋ（－２５３℃）环境温度下射频放大器的等效噪声温度只有常温的十分之一，通过制冷射频放大器的手段，可以极为有效地降低接收机引入的噪声．随着通信领域的高速发展，移动信号对测站射电望远镜Ｓ波段的干扰越来越严重，图２为射频放大器之前的信号频谱图，看出２．０１８ＧＨｚ、２．１４３ＧＨｚ、２．３３０ＧＨｚ，２．４３７ＧＨｚ和２．５９５ＧＨｚ五个频带出现了干扰，尤其是两个低端频带幅度明显；在试验中，我们在制冷接收机的中频信号输出口进行了测试，如图３，看出接收机系统对２．０１８ＧＨｚ以下信号有着很好地抑制，但是对邻近２．１４３ＧＨｚ几乎没有抑制，随着天线方位和俯仰的变化发现会超出更多，最高超出通带信号４５ｄＢ以上，导致交调干扰、放大器饱和等问题的出现，已经严重影响到接收机的灵敏度要求和后级信号处理设备的工作，故急需找到一种工程的解决措施．
２技术要求
测站使用的Ｓ波段制冷接收机，被冷部件如极化器、射频放大器和过渡波导等工作在１５Ｋ温度平台，超导滤波器工作的温度条件已经具备，而且经测量，杜瓦内部尺寸有一定的余量，故如图４所示，计划在极化网络之后左、右旋同时加装高温超导滤波器，并将安装冷板进行简单改造．按照测站对工作频段、２．１４３ＧＨｚ处抑制度、保证设备正常工作的要求，分解提出超导滤波器的指标需求如下：工作频率：２．１８ＧＨｚ－２．４２ＧＨｚ阻带抑制：≥１１０ｄＢ＠２．１４３ＧＨｚ，≥１００ｄＢ＠２．４８ＧＨｚ插入损耗：≤－０．１５ｄＢ驻波比：≤１．３工作温度：１５Ｋ温区。
３超导滤波器研制
３．１基片介电常数确定
高温超导薄膜滤波器基片的介质特性，尤其介电常数是决定电路特性阻抗和信号相速度的重要因素，本滤波器基于成熟的ＹＢＣＯ高温超导薄膜，选用氧化镁（ＭｇＯ）基片作为电路衬底，１５Ｋ温度时基片的介点常数值是准确设计滤波器的输入，故采用了如图５所示的环形谐振器测量方法，在环的两对称端通过小缝隙耦合到输入、输出微带线，从而构成串联谐振结构．用网络分析仪扫频测出其谐振特性，如谐振频率和品质因数，进而计算出基片的介电常数εｒ和损耗角正切ｔａｎδ．在实际试验中，将扫频测试的谐振曲线和ＡＤＳ软件仿真曲线进行了拟合，可以快速准确地得出当前所用批次ＭｇＯ基片在１５Ｋ时的介点常数为９．６６７．
３．２滤波器设计
依据指标需求，确定选用契比雪夫函数设计，在给定通带波纹和阻带特定频率上的衰减后，滤波器的阶数ｎ由下面公式求出近似值：考虑到计算的近似性，保证带外抑制指标有一定的冗余，实际取了ｎ＝２７，由此计算谐振器间的耦合系数、输入输出外部Ｑ值，通过电磁仿真软件，建立在ＭｇＯ基片上的滤波器模型和仿真曲线如图６和７所示．
３．３测试及应用
最终封装的超导滤波器如图８所示，ＳＭＡ接口，提供冷板安装孔位，在低温测试平台中对滤波器指标进行了测试，如图９所示在２．１４３ＧＨｚ处抑制度达到了１１４ｄＢ，满足实际使用的需要．随后，将滤波器安装在测站使用的制冷接收机中进行了验证，如图１０所示，为加装超导滤波器后的制冷接收机中频输出口测试曲线（本振为２ＧＨｚ），针对原来２．１４３ＧＨｚ附近的干扰信号的滤除非常干净，接收机在各个方位角及仰角情况下正常工作.
４结语
通讯频率的不断拓展，对极高灵敏度射电天文观测造成了严重的干扰，本论文研制的Ｓ波段高温超导滤波器以其异常优异的性能、与制冷接收机一体集成的优势，在该领域体现了明显的改善效果，已经应用在测站的观测中；同时针对干扰更多更强的低频频率，如Ｌ波段和Ｐ波段，我们已同步开展了相关研究．
参考文献
［１］何川，王生旺，李斌，低温物理学报，２（２０１４），３．
［２］王贤华，张士刚，吴志华，低温与超导，２（２０１５），８８．
［３］清华大学编写组，微带电路［Ｍ］．北京：人民邮电出版社，（１９７６）．
［４］彭沛夫，微波技术与实验［Ｍ］．北京：清华大学出版社，（２００７）．
［５］Ｄｅｌａｙｅｎ，Ｊ．Ｒ，ａｎｄＣ．Ｌ．Ｂｏｈｎ，Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｂ，４０（１９８９），５１５１．
作者：王生旺 王贤华 刘洋 何川 丁晓杰 单位：中国电子科技集团公司第十六研究所
超导滤波器在射电天文RFI的应用 来源：网络整理
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