專利名稱：波導輸入輸出的低溫接收機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及低溫電子領域，具體地說，是涉及用于波導輸入輸出低溫接收機系統(tǒng)內對低溫器件和輸入輸出接口之間進行絕熱的同時保持較好的電性能的技術。
背景技術：
低溫接收機是指接收機的主要器件，如濾波器、放大器等工作于低溫(如77K)的接收機。低溫接收機相對于常規(guī)的接收機可以有效的降低其噪聲系數，提高其靈敏度，從而提高接收機的性能。比如在無線通信領域，提高基站的靈敏度就意味著可以擴大基站的覆蓋范圍，在獲得同樣覆蓋范圍的情況下，可以減小基站的發(fā)射功率。正因為低溫接收機的優(yōu)點，近年來，結合高溫超導技術的發(fā)展，低溫接收機得到了廣泛的應用，如移動通信、雷達以及衛(wèi)星等領域。而現(xiàn)有的低溫接收機大多工作在IOGHz頻率以下，其輸入輸出采用一段較長的電纜來達到一定的絕熱效果，其基本結構如圖1所示。 整個系統(tǒng)安裝在真空室101中的冷板上109，微波信號一般由微波SMA接頭102輸入，經由輸入電纜103依次通過濾波器104和放大器105，最后再由連接較長一段輸出電纜107的輸出微波SMA接頭108輸出，其中放大器105的電源線106需要連接工作電源才能使放大器 105正常工作。但是隨著頻率的升高，電纜的損耗就越大，比如，一段長為IOOmm半柔性電纜在IGHz的頻率下的插入損耗約為0. ldB，但是在20GHz時，它的插入損耗就增加到了 0. 5dB 左右。根據噪聲系數的級聯(lián)公式，接收機輸入端電纜的插入損耗會顯著影響接收機的噪聲系數，使低溫接收機的優(yōu)勢不能顯現(xiàn)出來。為了解決在較高頻率下(如IOGHz以上)輸入端電纜損耗很大的問題，工程上常采用波導輸入的方式，例如天線的輸出端口采用波導，而接收機的輸入端采用與天線相匹配的波導接口。如果將采用波導連接的方式應用于低溫接收機中，可以帶來如下優(yōu)勢低溫下，低噪聲放大器的噪聲系數會顯著降低；對于前級濾波器，如果采用高溫超導濾波器來降低濾波器的插入損耗，如果采用的是常規(guī)濾波器，在低溫下其插入損耗也可以明顯降低。但是同樣會帶來一個問題波導是熱的良導體，如果直接將其與真空室中的器件連接，會極大地增加制冷機的制冷壓力，嚴重時會導致制冷機降低到需要的工作溫度，致使系統(tǒng)無法正常工作。因此本發(fā)明就是在保證波導輸入的低溫接收機的電性能的前提下，著力解決其導熱性能。

發(fā)明內容
本發(fā)明的一目的在于提供一種波導輸入輸出的低溫接收機，用于通過提供一種高熱阻低損耗的結構，使得波導輸入(或輸出)的低溫接收機系統(tǒng)可以在保證電性能的情況下，有效地減小系統(tǒng)漏熱問題。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種波導輸入輸出的低溫接收機，包括前級濾波器、與所述前級濾波器連接的低溫低噪聲放大器，所述低溫低噪聲放大器通過電源線連接到工作電源，其特征在于，還包括波導輸入端、波導縫隙耦合結構；
所述波導縫隙耦合結構，設置于所述波導輸入端、所述前級濾波器之間，用于實現(xiàn)所述波導輸入端、所述前級濾波器之間的兩波導法蘭對接，并在兩波導法蘭之間設置一縫隙。所述的波導輸入輸出的低溫接收機，其中，所述波導縫隙耦合結構又包括波導耦合結構，用于在所述波導輸入端與所述前級濾波器之間進行波導法蘭對接；波導縫隙結構，用于在所述波導輸入端的波導法蘭與所述前級濾波器的兩波導法蘭之間設置該縫隙。所述的波導輸入輸出的低溫接收機，其中，所述波導耦合結構通過減少波導法蘭對接的面積來減少所述低溫接收機的輻射面積。所述的波導輸入輸出的低溫接收機，其中，所述波導縫隙結構根據所述低溫接收機的制冷機的制冷功率和輸入信號的頻率調整所述縫隙的寬度。所述的波導輸入輸出的低溫接收機，其中，所述波導輸入端為薄壁波導管。所述的波導輸入輸出的低溫接收機，其中，所述前級濾波器的輸入端、輸出端為波導接口。所述的波導輸入輸出的低溫接收機，其中，所述前級濾波器為金屬腔體濾波器或采用高溫超導材料的腔體濾波器。所述的波導輸入輸出的低溫接收機，其中，所述低溫低噪聲放大器的輸入輸出端口為波導端口或同軸端口。所述的波導輸入輸出的低溫接收機，其中，所述低溫低噪聲放大器通過輸出電纜與一輸出微波密封接頭或一后級濾波器連接。所述的波導輸入輸出的低溫接收機，其中，所述低溫低噪聲放大器工作于液氮溫區(qū)。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益技術效果在于本發(fā)明所提供的波導輸入(或輸出)的低溫接收機通過一種高熱阻低損耗的結構，在保證較好的電性能的前提下，最大限度地將低溫器件和輸入輸出接口之間進行絕熱，減小波導法蘭的面積以及加入波導縫隙耦合結構，從而減小了從真空室內向真空室外的漏熱，因此進行了較好的絕熱。





圖1為傳統(tǒng)的低溫接收機的示意圖； 圖2為本發(fā)明的波導輸入的低溫接收機示意圖； 圖3為常規(guī)波導端端面法蘭示意結構； 圖4為本發(fā)明的波導的耦合端端面法蘭示意結構； 圖5為本發(fā)明的波導縫隙耦合結構示意圖。 其中，附圖標記
101真空室
102輸入微波SMA接頭
103輸入電纜
104濾波器
105放大器
106放大器電源線
107輸出電纜
108輸出微波SMA接頭
109冷板
201真空室
202波導輸入端
203波導縫隙耦合結構
204前級濾波器
205低溫低噪聲放大器
206放大器電源線
207輸出電纜
208輸出微波SMA接頭
209冷板
301波導口
302波導定位透孔
401波導口
402波導定位透孔
具體實施例方式以下結合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細描述，但不作為對本發(fā)明的限定。如圖2所示，為本發(fā)明的波導輸入的低溫接收機示意圖。該低溫接收機200為波導輸入的低溫接收機，主要包括真空室201、波導輸入端202、波導縫隙耦合結構203、前級濾波器204、低溫低噪聲放大器205、放大器電源線206、輸出電纜207、輸出微波SMA接頭208、 冷板209。該低溫接收機200也可以是波導輸出的低溫接收機。與傳統(tǒng)低溫接收機一樣，整個系統(tǒng)安裝在真空室201中的冷板209上。微波信號通過波導輸入端202輸入，經波導縫隙耦合結構203耦合通過前級濾波器204的濾波處理和低溫低噪聲放大器205的去噪處理，最后再由輸出微波SMA接頭208輸出，低溫低噪聲放大器205與輸出微波SMA接頭208之間連接有輸出電纜207，其中低溫低噪聲放大器205的電源線206需要連接工作電源才能使低溫低噪聲放大器205正常工作。其中前級濾波器204、低溫低噪聲放大器205、冷板209屬于低溫接收機200的低溫器件。放大器電源線206、輸出電纜207、輸出SMA接頭208屬于低溫接收機200的低溫連接件。低溫器件和低溫連接件工作于低溫(如77K)。波導輸入端202與前級濾波器204通過一個波導縫隙耦合結構203將信號耦合至后級濾波器及其他模塊，波導輸入端202為薄壁波導管。前級濾波器204的輸入端一般為波導接口，輸出端根據系統(tǒng)要求可以是波導接口也可以是其他接口，前級濾波器204可以是常規(guī)的金屬腔體濾波器，也可以是采用了高溫超導材料的新型腔體濾波器。低溫低噪聲放大器205與前級濾波器204連接，低溫低噪聲放大器205可以工作在液氮溫區(qū)(77K左右)，也可以工作在更低的溫度，其特點是低溫低噪聲放大器205在低溫下具有比常溫更好的低噪聲性能，低溫低噪聲放大器205的輸入輸出端口可以是波導端口，也可以是同軸等其他端口。低溫低噪聲放大器205通過輸出電纜207與真空室201壁上的密封接頭(即輸出微波SMA接頭208)連接，將信號放大后輸出，也可以根據系統(tǒng)需要在低溫低噪聲放大器 205的后級引入額外的后級濾波器及其他元器件，如混頻率等，來提高低溫接收機200的整體性能。本發(fā)明有效地降低了在微波頻率下，尤其在K波段及更高頻率下低溫接收機系統(tǒng) 200的噪聲系數，同時創(chuàng)新地提出采用窄縫耦合的方式來實現(xiàn)了真空室201的內接收機各部件與外界的高熱阻，降低制冷機的制冷功率，另外調整縫隙的寬度可以實現(xiàn)插入損耗與絕熱性能的平衡。在圖2中，波導輸入端202和波導縫隙耦合結構203共同構成了本發(fā)明的波導輸入的低溫接收機200的絕熱裝置。在波導輸入端202通過波導縫隙耦合結構203與低溫器件以及連接件相連接，即是在波導輸入端202與低溫器件連接處加入波導縫隙耦合結構203。低溫接收機200的輸入端202為波導口，所以該輸入端202又稱為波導輸入端，其形狀為圖3所示的常規(guī)波導端端面法蘭示意結構。在圖3中，示出了波導口 301、波導定位透孔302。波導輸入端202與前級濾波器204之間為兩波導法蘭對接，在兩個波導法蘭之間留一定寬度的縫隙，在提高熱阻的情況下，要求同時兼顧制冷機功率和信號的傳輸性能。同時減少對接法蘭的面積，減少輻射，增大熱阻。這就是波導縫隙耦合結構203。具體地，波導縫隙耦合結構203分為兩部分，如圖5為本發(fā)明的波導縫隙耦合結構，一個為波導縫隙結構2031，另一個為波導耦合結構2032。波導縫隙結構2031在波導輸入端202與真空室201的低溫器件(如前級濾波器 204)之間留出一條縫隙，一方面為外界大氣與真空室之間提供較大的熱阻；另一方面，保證高頻信號的傳輸性能，有效降低損耗?？p隙的寬度需要兼顧熱阻和信號的傳輸性能。其中縫隙越寬對應的熱阻越大，而一般情況下，縫隙越寬信號的傳輸性能越差，插入損耗越大。在實際應用中縫隙寬度的選擇要考慮制冷機的制冷功率和輸入信號的頻率。波導耦合結構2032由于熱輻射與輻射面積有關，所以可以通過減小波導耦合結構2032中波導法蘭的對接面積來減小輻射面積，從而增加同樣縫隙的情況下的熱阻，如圖 4為本發(fā)明的波導的耦合端端面法蘭示意結構。在圖4中，示出了波導口 401、波導定位透孔402。波導口 401為波導管的波導口，波導定位透孔402為波導對接時的定位透孔，用于定位和固定。本發(fā)明所提供的波導輸入(或輸出)的低溫接收機通過一種高熱阻低損耗的結構，實現(xiàn)了低溫接收機的絕熱技術，其具有高熱阻低損耗的特點，可以在保證電性能的情況下，有效地減小系統(tǒng)漏熱問題。該結構是通過波導縫隙結構2031在波導輸入端和器件之間留下一定寬度的縫隙，兼顧熱阻和傳輸性能。并由波導耦合結構2032通過減少法蘭的對接面來減少輻射面積，從而增大熱阻。
當然，本發(fā)明還可有其它多種實施例，在不背離本發(fā)明精神及其實質的情況下，熟悉本領域的技術人員當可根據本發(fā)明做出各種相應的改變和變形，但這些相應的改變和變形都應屬于本發(fā)明所附的權利要求的保護范圍。
權利要求
1.一種波導輸入輸出的低溫接收機，包括前級濾波器、與所述前級濾波器連接的低溫低噪聲放大器，所述低溫低噪聲放大器通過電源線連接到工作電源，其特征在于，還包括波導輸入端、波導縫隙耦合結構；所述波導縫隙耦合結構，設置于所述波導輸入端、所述前級濾波器之間，用于實現(xiàn)所述波導輸入端、所述前級濾波器之間的兩波導法蘭對接，并在兩波導法蘭之間設置一縫隙。
2.根據權利要求1所述的波導輸入輸出的低溫接收機，其特征在于，所述波導縫隙耦合結構又包括波導耦合結構，用于在所述波導輸入端與所述前級濾波器之間進行波導法蘭對接；波導縫隙結構，用于在所述波導輸入端的波導法蘭與所述前級濾波器的兩波導法蘭之間設置該縫隙。
3.根據權利要求2所述的波導輸入輸出的低溫接收機，其特征在于，所述波導耦合結構通過減少波導法蘭對接的面積來減少所述低溫接收機的輻射面積。
4.根據權利要求2或3所述的波導輸入輸出的低溫接收機，其特征在于，所述波導縫隙結構根據所述低溫接收機的制冷機的制冷功率和輸入信號的頻率調整所述縫隙的寬度。
5.根據權利要求1、2或3所述的波導輸入輸出的低溫接收機，其特征在于，所述波導輸入端為薄壁波導管。
6.根據權利要求1、2或3所述的波導輸入輸出的低溫接收機，其特征在于，所述前級濾波器的輸入端、輸出端為波導接口。
7.根據權利要求1、2或3所述的波導輸入輸出的低溫接收機，其特征在于，所述前級濾波器為金屬腔體濾波器或采用高溫超導材料的腔體濾波器。
8.根據權利要求1、2或3所述的波導輸入輸出的低溫接收機，其特征在于，所述低溫低噪聲放大器的輸入輸出端口為波導端口或同軸端口。
9.根據權利要求1、2或3所述的波導輸入輸出的低溫接收機，其特征在于，所述低溫低噪聲放大器通過輸出電纜與一輸出微波密封接頭或一后級濾波器連接。
10.根據權利要求1、2或3所述的波導輸入輸出的低溫接收機，其特征在于，所述低溫低噪聲放大器工作于液氮溫區(qū)。
全文摘要
本發(fā)明有關于一種波導輸入輸出的低溫接收機，包括前級濾波器、與所述前級濾波器連接的低溫低噪聲放大器，所述低溫低噪聲放大器通過電源線連接到工作電源，其特征在于，還包括波導輸入端、波導縫隙耦合結構；所述波導縫隙耦合結構，設置于所述波導輸入端、所述前級濾波器之間，用于實現(xiàn)所述波導輸入端、所述前級濾波器之間的波導法蘭對接，并在兩波導法蘭之間設置一縫隙。本發(fā)明通過一種高熱阻低損耗的結構，在保證較好的電性能的前提下，最大限度地將低溫器件和輸入輸出接口之間進行絕熱，減小波導法蘭的面積以及加入波導縫隙耦合結構，從而減小了從真空室內向真空室外的漏熱。
文檔編號H04B1/16GK102263567SQ201010191019
公開日2011年11月30日 申請日期2010年5月26日 優(yōu)先權日2010年5月26日
發(fā)明者何曉鋒, 何豫生, 吳云, 周曙煜, 孟繼寶, 崔彬, 張強, 張雪強, 李國強, 李娜, 李春光, 李超, 王佳, 王旭, 邊勇波, 郭進, 黎紅 申請人:中國科學院物理研究所