一种制冷射频接收前端的研究

概述了制冷射频前端的组成,对其中关键器件真空窗及隔热波导组件、低温低噪声放大器和超导滤波器的设计进行描述。给出了真空窗及隔热波导组件、低温低噪声放大器和超导滤波器主要性能测试实例,制冷射频前端主要指标噪声温度≤10 K,带外抑制≥120 dB。     

X波段高灵敏度超导前端组件

X波段超导前端组件应用于高灵敏度接收机,选频放大微弱信号,抑制发射泄露信号干扰,能够显著提高接收机的灵敏度和抗干扰能力。该组件主要包括三种器件:高温超导滤波器、低温低噪声放大器和低温隔离器。组件在15K温度平台下,主要性能指标为:等效噪声温度小于13K,增益31dB,发射频率抑制度大于110dB,承受阻带连续波功率3W,输入输出驻波比均小于1.25。     

L波段低温低噪声滤波放大组件设计研究

仿真和设计了一种以超导滤波器和低温低噪声放大器为核心的滤波放大组件,在77K温度下,该组件带外抑制大于100d B,在工作频段内,噪声系数优于0.44d B,增益为29.9±0.4d B,输入回波损耗优于-13.8d B,满足设计指标要求。     

低温低噪声放大器测试平台的结构设计

本文介绍了低温低噪声放大器的应用情况,以及确保它正常工作所需的结构设计方面的一些问题。     

具有陷波电路结构的P波段低温低噪声放大器

该文的工作是设计和制作了一种具有陷波电路结构的P波段低温低噪声放大器。在低温75K环境下,工作频段为250-350MHz的范围内,该低温低噪声放大器具有优异的性能,噪声系数小于0.4dB,增益为14.4dB,增益平坦度小于0.05dB,输入反射损耗S11<-20dB,输出反射损耗S22<-20dB。同时在工作频段外的高温超导滤波器寄生通带内,该低温低噪声放大器成功实现了传输陷波响应,加强了系统对前端高温超导滤波器产生的寄生通带的衰减和抑制。     

低温低噪声放大器的发展概况及其结构设计综述

介绍了低温低噪声放大器的研制历史、现状及应用情况 ,举例分析了在该类放大器的结构设计中需要解决的关键技术 ,对军事和民用装备的有关领域有参考作用。     

超导量子干涉器件读出电路中匹配变压器的传输特性研究

在磁通调制超导量子干涉器件(SQUID)的读出电路中, 匹配变压器具有放大信号和阻抗匹配的功能, 是实现SQUID低噪声读出的关键元件. 利用模拟SQUID电路对匹配变压器进行性能测试, 研究了不同绕制匝数变压器的传输特性, 确定最佳绕制匝数比. 在变压器拾取SQUID电压信号的耦合网络中, 研究了不同电容对变压器传输特性的影响, 实现了变压器耦合网络参数的匹配和优化. 室温下匝数比为1:20的匹配变压器在匹配电容C=1μF时, 输出源电压增益为21.2, 带宽范围可达到210 kHz. 最后在基于磁通调制式DC SQUID读出电路中, 对匹配变压器的工作性能进行了评估与验证. 关键词： 超导量子干涉器件读出电路 匹配变压器 低噪声 传输特性     

基于电力电子低温应用的超导电力集成研究

本文探讨了基于电力电子低温应用的超导电力集成的基本概念,分析了集成设计的基本原理.提出了超导集成低温功率系统应用的三种基础单元:超导集成低温DC/DC单元、超导集成低温AC/DC单元以及超导集成低温整流桥单元.它们将电力电子低温应用与超导电力应用有机的集成了起来,实现了无引线磁体功率系统、电压补偿型超导限流器以及无需偏压源的超导限流器等新的超导电力应用.最后讨论了实现超导集成低温功率系统的关键技术.     

HEMT器件小信号等效电路低温模型的提取与分析

高电子迁移率晶体管(HEMT)的小信号等效电路模型是研制低噪声放大器与分析晶体管微波特性的基础.本文通过测量HEMT器件在低温环境下(10K、77K)直流参数与散射参数(S参数),提出了一种能够直接提取低温环境下HEMT器件小信号等效电路中各元件参数的方法,并且根据器件的I~V模型分析了低温下直流参数变化的原因.在覆盖10GHz以下频段分别提取栅长为0.15μm与0.3μm两款HEMT器件的小信号等效电路低温模型,实验显示理论计算结果与实测的S参数具有很好的吻合度.     

基于电力电子低温应用的超导电力集成研究

本文探讨了基于电力电子低温应用的超导电力集成的基本概念，分析了集成设计的基本原理．提出了超导集成低温功率系统应用的三种基础单元：超导集成低温DC／DC单元、超导集成低温AC／DC单元以及超导集成低温整流桥单元．它们将电力电子低温应用与超导电力应用有机的集成了起来，实现了无引线磁体功率系统、电压补偿型超导限流器以及无需偏压源的超导限流器等新的超导电力应用．最后讨论了实现超导集成低温功率系统的关键技术．     

基于STM32植物动态离子流信号检测系统设计

溶液中无机盐离子的定向流动会产生微弱的电压信号,通过检测电压信号可以计算离子的浓度、植物根系吸收离子的速度,进而获取植物的生理信息。对植物动态离子流信号检测系统进行设计,采用STM32F103ZET6作为主控芯片,利用极低偏置电流放大芯片和高共模抑制比差分放大芯片,给出了信号放大、滤波处理和数据采集电路,对系统噪声来源进行分析,提出了降低噪声的方法,并通过STM32进行A/D转换,把转换数据传输到上位机。该设计实现了植物动态离子流信号的检测,得到了离子在溶液中的流速。     

Weak laser pulse signal amplification based on a fiber Brillouin amplifier

We propose a high-gain and frequency-selective amplifier for a weak optical signal based on stimulated Brillouin scattering in a single mode fiber. To be able to satisfy the needs of high gain and high signal-to-noise ratio laser pulse amplification, different fiber lengths and core diameters are used to fulfill this experiment. In the experiment, a 430 nW(peak power) pulsed signal is amplified by 70 dB with a signal-to-noise ratio of 14 dB. The small size, high gain, low cost, and low noise of the fiber Brillouin amplifier make it a promising weak signal amplification method for practical applications such as lidar.     

高灵敏度电晕放电辐射信号探测方案

为了实现复杂电磁环境下电晕放电辐射信号的探测,从信号特征入手,通过对电晕电流的计算和模拟实验,揭示了电晕放电的时、频域特征。在分析自然环境下噪声频率分布规律的基础上,设计了窄频段探测技术,通过设计特定频段的定向天线、增加高频宽带低噪声放大器、应用数字处理终端等方式,搭建了高灵敏度的微弱信号探测系统,成功探测到自然环境中600m外的电晕放电辐射信号。实验结果充分证明了电晕放电辐射信号的远距离探测的可行性,为电晕放电目标探测提供了重要的技术手段。     

天文观测相机低噪声CCD视频处理电路的分析与设计

在讨论天文观测相机低噪声视频处理电路的基础上,对前置放大、差分放大、可编程增益放大、相关双采样及16bit模数转换等关键组成部分进行了分析,给出各组成部分的设计方法。对所设计的低噪声视频处理电路进行了PSPICE仿真和实验测试,仿真和实验结果表明,该视频处理电路在本身引入噪声较小的同时,有效地抑制了CCD的复位噪声和1/f等低频噪声,使天文观测相机的整机噪声<15e-,达到了指标要求。     

3cm接收前端的小型化设计

介绍了3 cm低噪声接收前端的设计方法及为使其小型化应用使用了芯片GaAS MMIC混频器,并使用MWO软件对低噪声放大器电路进行了仿真。仿真数据和实测结果都表明,所设计的放大器具有较低的噪声和带内起伏,接收前端具有较高的镜像抑制度及良好的带外抑制。     

具有Washer型输入线圈的超导量子干涉放大器的制备与表征

超导量子干涉仪(SQUID)放大器具有低输入阻抗、低噪声、低功耗等优点, 目前被广泛用于微弱信号的检测领域. 与其他工艺相比, Nb/Al-AlO_x/Nb结构的约瑟夫森结具有相对较高的转变温度(T_c)、高的磁通电压调制系数以及良好的热循环能力、较宽的临界电流范围, 因此是制备SQUID放大器的很好选择. 设计并制作了欠阻尼、过阻尼约瑟夫森结以及具有Washer型输入线圈的单SQUID放大器, 通过在He³制冷机3 K温区下对器件电流-电压特性进行测量, 得到良好的结I-V特性曲线、SQUID调制特性, 初步实现利用SQUID进行放大作用, 并计算了SQUID的电流分辨率. 此项工作对于超导转变边沿传感器读出电路的实现具有重要的意义.     

极低温散粒噪声测试系统及隧道结噪声测量

介观体系输运过程中载流子的离散性导致了散粒噪声.通过测量散粒噪声可以得到传统的基于时间平均值的电导测量无法得到的随时间涨落信息,因而作为一种重要手段在极低温量子输运研究中得到了一定的应用.极低温环境下的噪声测量是一种难度很大的极端条件下的微弱信号测量,通常需要在低温端安装前置放大器并且尽量靠近待测器件以提高测量信噪比和带宽,因此对放大器的噪声水平和功耗都有严格的要求.提出了在稀释制冷机内搭建的散粒噪声测量系统,以及利用此套系统得到了在mK温区超导隧道结散粒噪声的测量结果.自行研制的高电子迁移率晶体管低温前置放大器采用整体封装,便于安装在商用干式稀释制冷机的4 K温区,本底电压噪声为0.25 nV/√Hz,功耗仅为0.754 mW.通过对隧道结进行散粒噪声测量,得到的Fano因子和理论计算吻合.     

X波段放大混频组件的研制

介绍了X波段放大混频组件的研制情况。该组件由限幅器、低噪声放大器、镜像抑制混频器及中频放大器四部分组成。该组件具有噪声系数低、镜频抑制度高、输出功率1dB压缩点大、抗烧毁功率大等特点。     

Image formation using stimulated raman scattering gain

Theoretical analysis of the spatial, noise, and energy characteristics of an amplifier has been performed in the mode of spectral and time selection using subnanosecond stimulated Raman Scattering gain of weak echo signals in crystalline active media that are known for high (up to 10^–1 cm/MW) gain coefficients. The possibility to reach high gain values has been demonstrated for weak signals from objects at acceptable angular sizes of the field of vision of an amplifier. To provide a signal-to-noise ratio that exceeds unity over the entire field of vision, the number of photons at the input to an amplifier that is required has to exceed the number of its resolution elements. Accurate determination of the possibilities of recording of weak echo signals and quality of images of targets that are obtained using amplifiers under stimulated Raman Scattering requires additional special experiments.     

High gain double-pass L-band EDFA with dispersion compensation as feedback loop

We demonstrate an efficient double-pass L-band erbium-doped fiber amplifier (EDFA) incorporating chirped fiber Bragg grating (CFBG). The amplifier structure exploits the characteristics of CFBG to reflect the amplified signal back into the gain medium, filter out the recycled forward amplified spontaneous emission and block the residual 1480 nm pump power. The amplifier configuration has high gain and low noise figures as compared to double-pass EDFA using broadband mirror. The demonstrated amplifier has gain of more than 48 dB and low noise figure of less than 4 dB at low input signal power of −40 dBm.