X/Ka双频低温接收前端设计

低温接收机是深空探测地面应用系统的重要组成部分,深空测控距离遥远,需要挖掘一切潜力提高地面设备的接收能力。带圆极化网络制冷技术对改善深空系统接收品质因素G/T作用明显。提出了圆极化网络制冷的X/Ka双频低温接收前端设计的若干关键技术,并给出样品研制测试结果。测试结果表明,X频段低温接收前端噪声温度小于20K,Ka频段低温接收前端噪声温度小于30K。     

大口径低损耗微波真空窗设计

微波真空窗是宽频带低温接收机的关键部件,直接影响接收机的噪声温度。本文对馈源辐射张角、材料介电常数、大气压力等关键参数进行分析研究。通过理论设计、计算仿真、实验测试,完成了1.2～9 GHz宽频低温接收系统的大口径低损耗微波真空窗的研制,插损≤0.2 dB。突破了大口径馈源制冷的关键技术,解决了宽频低温接收系统噪声温度≤50 K的技术难题。     

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。     

Ka波段低温低噪声放大器的研制

介绍了Ka波段低温低噪声放大器的设计和试验结果。在物理温度小于20K的环境下,噪声温度小于23K,输入输出回波损耗小于-12dB,0¹00GHz内无条件稳定。该组件将用于接收系统中的低温接收前端,能提高雷达的灵敏度和有效作用距离。     

深空测控系统X波段低温接收组件

为满足探月工程及火星探测等深空测控的需求,开展具有极低噪声和发射频率功率强抑制双重要求的X波段低温接收组件的研制。采用隔热技术和阻抗匹配技术实现了隔热传输线从常温(300K)到低温(12K)的良好隔热和极低损耗;采用超导滤波器实现低的引入噪声的同时实现对发射频率的强抑制,避免其对接收频段的干扰;通过场效应管参数提取及源极负反馈等电路设计方法实现了极低噪声低温放大器的研制。通过热仿真设计将低温工作部件降至所需温度,以降低其引入的噪声温度。通过以上关键技术的解决,实现了接收组件在8.4-8.5GHz频率范围内:噪声温度≤11.4K;增益≥56.1dB;发射频率抑制≥141dB。很好满足了深空测控系统极低噪声和发射频率强抑制的需求。     

低温放大器极低噪声温度测试技术研究

概述了低温低噪声放大器噪声温度两种测试的方法,一种是可变负载温度测试方法,另一种是低温衰减器测试方法。对可变负载温度测试方法和低温衰减器测试方法进行了误差分析。给出了各种方法测试实例,且与国外低温低噪声放大器噪声温度测试指标进行对比,误差很小。     

0.34 THz无线通信收发前端

描述了一种基于肖特基二极管技术的0.34 THz无线通信收发前端。该前端采用超外差结构,由0.34 THz谐波混频器、0.17 THz本振8倍频链和偏置电路组成。0.34 THz谐波混频器基于反向并联肖特基二极管,可以实现信号的上变频发射和下变频低噪声检测。0.17 THz本振8倍频链由三级二倍频及驱动放大链路组成,可将20~22.5 GHz信号倍频至0.16~0.18 THz,为混频器提供5~10 dBm左右的本振信号。实验测试结果表明:该前端用于信号发射时,在0.34 THz频点的饱和输出功率为-14.58 dBm;用于信号检测时,最低单边带(SSB)变频损耗为10.0 dB,3 dB中频带宽约30 GHz。限于测试条件,未能测试前端接收噪声温度,仿真得到的双边带噪声温度数值低于1000 K。在该前端基础上,完成了首次基于16QAM 数字调制体制的0.34 THz无线通信实验,传输速率达3 Gb/s。     

S波段高灵敏度低温接收机的研制

主要介绍研制的S波段高灵敏度低温接收机,该低温接收机具有噪声温度低、动态范围大等特点,保证了系统接收灵敏度,并对设计过程进行了阐述,特别是关键技术的分析,继而给出了样品研制测试结果。在物理温度小于20K的环境下,噪声温度小于13K。     

7mm波段制冷接收机用低温微波单元

简要介绍了7mm波段制冷接收机的系统组成,详细分析了低温微波单元的设计思路与指标要求,给出了真空微波窗口、馈源极化网络、低温隔离器与低温放大器的设计过程与指标分配;最后对低温微波单元所需的杜瓦进行了热分析、密封性分析与结构设计。     

一种多信道高温超导接收前端

介绍了一种多信道高温超导接收前端的设计方案。首先阐述了多信道高温超导接收前端的使用领域和实际意义,以及设计所要考虑的因素及总体方案构成;针对多信道高温超导接收前端的微波部分、制冷部分、以及电源与控制系统的设计,同时结合系统中关键件的建模设计和仿真,并结合验证结果,联试试验验证了多信道高温超导接收前端良好的工程应用前景。     

低温接收机电源及监控系统的研制

针对低温接收机的功能特点和应用需求,对工程化低温接收机电源及监控系统的研制进行了详细论述,阐述了其从系统到各功能模块的具体研制设计方法。采用模块化板卡设计,使低温接收机监控系统有很强的通用性、扩展性和兼容性。该系统目前成功应用于射电天文、国家深空观测网等多个领域的低温接收机上,性能满足需求,对保障国家射电天文观测和深空测控任务具有重要作用。     

Ka频段低温限幅放大器设计

通过对核心低温器件进行低温参数测试的方式进行选型和设计,制作了一款MMIC集成结构的Ka频段低温限幅放大器,测试结果表明,在物理环境温度20 K下,工作频带32 GHz~38 GHz范围内,其噪声温度T_e≤73 K,增益≥16.8 dB,限幅耐功率电平≥2 W,能够有效提升接收机系统灵敏度和抗烧毁能力。     

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。     

X波段宽带极低噪声低温放大器

介绍了8～9GHz极低噪声低温放大器的研制。在≤15K的工作温度下,实测放大器的主要性能指标如下:等效噪声温度≤7.9K;增益>31dB,带内起伏≤1dB;输入反射损耗<-21dB;输出反射损耗<-23dB。它的研制成功,实现了深空探测、天文观测等X波段宽带低温接收机的核心器件国产化。     

移动通信基站用智能化多路超导接收系统设计及试验

随着高温超导技术和低温制冷技术的发展,对超导接收的研究已成为近些年超导应用的热点。介绍了一种移动通信基站用智能化多路超导接收系统的构成和工作原理,并从真空杜瓦模块、低温制冷模块、微波旁路切换模块、故障报警模块和系统控制流程方面重点阐述其设计方法。还进一步介绍了基于此方案完成的样机及试验。     

环境友好型聚氨酯泡沫低温热物性测试装备的开发

为了保护臭氧层,用于生产聚氨酯泡沫的CFC-11发泡剂已经被淘汰,新开发的环境友好型聚氨酯泡沫用于低温设计时缺乏热物理性质数据的支持。文中介绍了开发的三套实验测试系统,以对热导率、线性膨胀系数和比热容这三大热物性在从室温到低温一个宽广的制冷及低温温度区间内进行测试。测试系统采用多项措施保证低温测试所需要的真空环境及漏热问题,保证了测试的顺利进行,以期提供制冷工程设计急需的低温热物性数据,并对泡沫的生产工艺进行优化。     

超导接收前端用制冷HEMT低噪放电控组件设计

超导接收前端以超导滤波器和高电子迁移率晶体管(HEMT)低温放大器构成核心微波电路,其HEMT放大器在低温下拥有极低的工作噪声,但对偏置供电的要求很高,只有在特定偏置下,系统才拥有最佳的工作稳定度、高增益和低噪声。本文针对多信道超导接收前端,设计了一种多通道、模块化,带程控通讯的超导接收前端用HEMT低噪放电控组件,为设备核心射频通道提供供电、切换和远程控制。其供电偏置可调、供电纹波≤3 mV,并提供多路TTL电平接口,支持RS485数据通讯控制,便于模块化安装,在超导接收前端分机中工作状况良好。     

金属材料低温深冷拉伸试验装置的研制

以氦气作为冷媒,利用G-M制冷机作为冷源,可实现室温至-269℃(4.2K)全范围内的低温环境。将其与常规材料拉伸试验机相结合,建立了金属材料深冷低温拉伸测试系统。解决好深冷环境下试验系统的密封与漏热问题,是实现低温拉伸测试的关键技术环节。在-196℃(77K)以上温度区间,采用液氮辅助预冷的方法,可显著提高系统的降温速率,相比于常规直接以液氮或液氦为冷源的制冷方式,利用制冷机制冷进行低温拉伸测试的方法,不仅适用温度范围广,且可极大地降低试验成本,兼具实用性与经济性。     

4～20 K温区固体界面导热填料接触热阻实验研究

超导量子干涉仪、超导光子探测器等深空探测器需要液氦温区制冷技术提供极低温温度,固体界面接触热阻的存在会增大耦合界面温度差,进而增加制冷机系统冷损.为定量探究4～20 K深低温区固体接触热阻,采用GM作为冷源,设计了一台可同时调节压力和低温温度的固体界面接触热阻测试实验台.利用感压纸进行接触界面压力校核,并对温度重复性进行验证.实验测试了不同导热介质填充情况下,温度和压力变化时固体接触热阻的变化规律.基于最小二乘法对实验数据进行半经验公式拟合,获得4～20 K温区不同压力加载条件下的接触热阻的定量参考.     

高灵敏度高温超导接收机前端

概述了高温超导接收机前端在地面移动通信、为卫星有效载荷星上通信机和其它电子系统方面的应用.介绍了超导接收机中决定灵敏度最关键的器件高温超导带通滤波器和低噪声放大器的近年发展情况,进而介绍了高温超导接收机前端的技术发展开发.电子科技大学应用高温超导薄膜研制了X波段低插损(L=0.3dB)窄带通滤波器(BPF)和中频带通滤波器(IFBPF),同时研制了X波段工作于77K液氮温区的NF为0.36dB的低噪声放大器(LNA).引进了工作于77K液氮温区的插损为6dB的混频器(MIX)和中频放大器(IFA).从而研制成功国内第一台高温超导高灵敏度接受机前端系统.为尽可能提高接收机灵敏度,采用低插损、低导热的薄壁不锈钢电缆为输入端电路,组建了用液氮制冷的BPF-LNA-MIX-IFBPF-IFA电路型式的接收机前端电路.获得的主要指标为:工作频率:f=9500MHz;中频带宽:BIF=5MHz;工作温度:T=77K;灵敏度:S=-106.18dBm(24.1μμW);噪声温度:Te=58K.