專利名稱：使用兩級同軸脈沖管制冷機(jī)冷卻高溫超導(dǎo)濾波器件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于制冷與低溫技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種使用兩級同軸脈沖管制冷機(jī)冷卻高溫超導(dǎo)濾波器件的方法。
背景技術(shù)：
高溫超導(dǎo)移動(dòng)通信基站子系統(tǒng)，是特指由高溫超導(dǎo)微波器件和小型低溫制冷機(jī)組成的電子學(xué)子系統(tǒng)，用于取代現(xiàn)有移動(dòng)通信基站中接收機(jī)前端的關(guān)鍵部件，如濾波器和低噪聲前級放大器等。采用小型低溫制冷機(jī)冷卻高溫超導(dǎo)移動(dòng)通信基站子系統(tǒng)的主要目是為了減小設(shè)備尺寸，改善接受機(jī)的綜合性能，如提高選擇性，靈敏度，通話質(zhì)量，降低功率損耗，以及拓寬覆蓋率等。為了減小帶外噪聲的電磁干擾，改善通話質(zhì)量，高溫超導(dǎo)濾波器件通常與低噪聲前級放大器集成在一起使用。高溫超導(dǎo)(一般是YBCO，也有采用TBCCO)濾波器是一個(gè)被動(dòng)的器件，它必須冷卻到超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度(通常是65～80K，即零下208～193℃)以下，才能正常工作。濾波器通常通過一組同軸電纜與低噪聲前級放大器相連。低噪聲前級放大器是一個(gè)主動(dòng)器件，它會(huì)產(chǎn)生幾百毫瓦的熱負(fù)荷；另一方面，低噪聲前級放大器通過一組同軸電纜同真空容器相連，這組同軸電纜也會(huì)產(chǎn)生幾百毫瓦的熱負(fù)荷；第三項(xiàng)熱負(fù)荷來源于制冷機(jī)與真空容器表面的熱輻射，估計(jì)其也有幾百毫瓦的量級。當(dāng)?shù)驮肼暻凹壏糯笃骼鋮s到90～110K(即零下183～163℃)時(shí)，其信噪比可以得到大幅度的改善。
高溫超導(dǎo)濾波器件的廣泛應(yīng)用依賴于低溫系統(tǒng)的發(fā)展。近幾年來，隨著大面積高溫超導(dǎo)薄膜制造技術(shù)、高性能高溫超導(dǎo)無源器件設(shè)計(jì)、制作技術(shù)的進(jìn)步，移動(dòng)通信以空前的速度和規(guī)模在發(fā)展著，形成了巨大的產(chǎn)業(yè)，其進(jìn)一步的發(fā)展迫切需要采用機(jī)械式制冷方法冷卻高溫超導(dǎo)濾波器件。采用機(jī)械式制冷方法可以增強(qiáng)移動(dòng)通信基站的抗干擾能力、擴(kuò)大基站的覆蓋面積、增強(qiáng)基站的容量、還可以減少基站和手機(jī)的發(fā)射功率。
使用機(jī)械制冷方法而不是將高溫超導(dǎo)濾波器件直接浸泡在低溫液體中，一直是低溫領(lǐng)域的一個(gè)研究重點(diǎn)。目前，國外基本上是采用斯特林制冷機(jī)作為高溫超導(dǎo)濾波器件的低溫冷源。但由于斯特林型制冷機(jī)冷頭排出器等機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件的存在，它們帶來的機(jī)械振動(dòng)及電磁干擾信號對高溫超導(dǎo)濾波器件的正常工作輸出信號有很大影響。與斯特林制冷機(jī)相比，脈沖管制冷機(jī)的冷頭沒有機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件，因而機(jī)械構(gòu)造簡單，振動(dòng)和電磁干擾小，是適合于高溫超導(dǎo)濾波器件的理想冷源。中國專利CN 1074525C“一種同軸型脈沖管制冷機(jī)”公開了一種具有高效、結(jié)構(gòu)緊湊等特點(diǎn)的單級同軸脈沖管制冷機(jī)。但沒有涉及同軸脈沖管制冷機(jī)與被冷卻器件之間的連接方式。
采用單級同軸脈沖管制冷機(jī)作為高溫超導(dǎo)濾波器件的低溫冷源，通常是將高溫超導(dǎo)濾波器件和通過同軸電纜與它相連的前級低噪聲放大器均安裝在單級同軸脈沖管制冷機(jī)的冷頭上，并被置于一個(gè)安裝于冷頭上的具有高反射率的防輻射屏內(nèi)。這種冷卻方法結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、操作方便。但是，由于高溫超導(dǎo)濾波器、低噪聲放大器和防輻射屏均安裝在冷頭上，需要較大的制冷量，結(jié)果功耗較大，制冷機(jī)負(fù)荷較大，降溫時(shí)間較長。由于高溫超導(dǎo)濾波器的工作溫度需要，制冷機(jī)的冷頭必須工作在65K的制冷溫度，但是低噪聲放大器和防輻射屏正常工作溫度范圍為90-110K，所以我們提出了另一種特殊的兩級同軸脈沖管制冷機(jī)結(jié)構(gòu)，用于冷卻高溫超導(dǎo)濾波器件及前級低噪聲放大器。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是結(jié)合脈沖管制冷技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)和高溫超導(dǎo)濾波器件的特點(diǎn)，提出了一種使用兩級同軸脈沖管制冷機(jī)冷卻高溫超導(dǎo)濾波器件的方法，該方法可在有效制冷量相同的情況下，壓縮機(jī)的輸入功率減小約35％，熱量損耗減小約30％；降溫時(shí)間短；同時(shí)提高了制冷機(jī)的運(yùn)行可靠性，穩(wěn)定性；結(jié)構(gòu)緊湊，具有較高的機(jī)械強(qiáng)度。適合于冷卻較大功率的高溫超導(dǎo)器件。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下本發(fā)明提供的使用兩級同軸脈沖管制冷機(jī)冷卻高溫超導(dǎo)濾波器件的方法，其特征在于(1)所述兩級同軸脈沖管制冷機(jī)具有工作在不同溫度范圍的兩級冷頭，第一級冷頭通過具有高導(dǎo)熱系數(shù)的薄銦片連接第一級冷端低溫平臺，第一級冷端低溫平臺的工作溫度為90K-110K；每二級冷頭通過具有高導(dǎo)熱系數(shù)的薄銦片連接第二級冷端低溫平臺，第二級冷端低溫平臺工作溫度為65K-90K；兩級冷端平臺相互獨(dú)立，由紫銅制成；第一級冷端平臺上安裝一具有高反射率材料制做的防輻射屏；(2)所述高溫超導(dǎo)濾波器件包括同軸電纜相連的高溫超導(dǎo)濾波器和與高溫超導(dǎo)濾波器相連的前級低噪聲放大器，高溫超導(dǎo)濾波器安裝在第二級冷端低溫平臺上，前級低噪聲放大器安裝在第一級冷端低溫平臺上；所述高溫超導(dǎo)濾波器、低噪聲放大器、第二級冷端低溫平臺、第二級脈沖管和第二級蓄冷器均置于防輻射屏中。
本發(fā)明提供的使用兩級同軸脈沖管制冷機(jī)冷卻高溫超導(dǎo)濾波器件的方法，由于所用制冷機(jī)為兩級同軸脈沖管制冷機(jī)，具有以下幾個(gè)突出優(yōu)點(diǎn)可在有效制冷量相同的情況下，即相當(dāng)冷卻效果的情況下，壓縮機(jī)的輸入功率減小約35％，熱量損耗減小約30％；降溫時(shí)間短；同時(shí)提高了制冷機(jī)的運(yùn)行可靠性，穩(wěn)定性；結(jié)構(gòu)緊湊，具有較高的機(jī)械強(qiáng)度。適合于冷卻較大功率的高溫超導(dǎo)器件。


圖1為本發(fā)明的使用兩級同軸脈沖管制冷機(jī)冷卻高溫超導(dǎo)濾波器件的方法及其所使用的兩級同軸脈沖管制冷機(jī)和高溫超導(dǎo)濾波器件的連接示意圖；其中壓縮機(jī)1 連接管2 氣庫3熱端法蘭4 第一級蓄冷器51 第一級脈沖管61第一級冷頭71第一級冷端低溫平臺81同軸電纜9、10真空罩11防輻射屏12 高溫超導(dǎo)濾波器13低噪聲放大器14 第二級蓄冷器52 第二級脈沖管62第二級冷頭72第二級冷端低溫平臺8具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖及實(shí)施例進(jìn)一步描述本發(fā)明。
圖1為本發(fā)明的使用兩級同軸脈沖管制冷機(jī)冷卻高溫超導(dǎo)濾波器件的方法及其所使用的兩級同軸脈沖管制冷機(jī)和高溫超導(dǎo)濾波器件的連接示意圖；由圖可知，本發(fā)明提供的使用兩級同軸脈沖管制冷機(jī)冷卻高溫超導(dǎo)濾波器件的方法，其特征在于(1)所述兩級同軸脈沖管制冷機(jī)具有工作在不同溫度范圍的兩級冷頭，第一級冷頭通過具有高導(dǎo)熱系數(shù)的薄銦片連接第一級冷端低溫平臺，第一級冷端低溫平臺的工作溫度為90K-110K；每二級冷頭通過具有高導(dǎo)熱系數(shù)的薄銦片連接第二級冷端低溫平臺，第二級冷端低溫平臺工作溫度為65K-90K；兩級冷端平臺相互獨(dú)立，由紫銅制成；第一級冷端平臺上安裝一具有高反射率材料制做的防輻射屏；(2)所述高溫超導(dǎo)濾波器件包括同軸電纜相連的高溫超導(dǎo)濾波器和與高溫超導(dǎo)濾波器相連的前級低噪聲放大器，高溫超導(dǎo)濾波器安裝在第二級冷端低溫平臺上，前級低噪聲放大器安裝在第一級冷端低溫平臺上；所述高溫超導(dǎo)濾波器、低噪聲放大器、第二級冷端低溫平臺、第二級脈沖管和第二級蓄冷器均置于防輻射屏中。
下面結(jié)合圖1詳細(xì)描述本發(fā)明
參見圖1，一臺線性壓縮機(jī)1通過連接管2并經(jīng)過熱端法蘭4和脈沖管制冷機(jī)的第一級蓄冷器51相連；第一級蓄冷器管51和第一級脈沖管61以及第二級蓄冷器52和第二級脈沖管62均采用同軸結(jié)構(gòu)；脈沖管制冷機(jī)的第一級冷頭71通過具有高導(dǎo)熱系數(shù)的薄銦片與第一級冷端低溫平臺81連接，第一級冷端低溫平臺81由紫銅制成，低噪聲放大器14安裝于第一級冷端低溫平臺81上；制冷機(jī)的第二級冷頭72通過具有高導(dǎo)熱系數(shù)的薄銦片與第二級冷端低溫平臺82連接，第二級冷端低溫平臺82由紫銅制成，高溫超導(dǎo)濾波器13安裝于第二級冷端低溫平臺82上；高溫超導(dǎo)濾波器13和低噪聲放大器14之間由同軸電纜9，10連接；第一級冷端平臺81上安裝有高反射率的防輻射屏12；第二級蓄冷器52、第二級冷頭72、第二級冷端平臺82、低噪聲放大器14及高溫超導(dǎo)濾波器13均置于防輻射屏12內(nèi)；第一級冷頭71工作于約90K的制冷溫度，第二級冷頭16工作于約65K的制冷溫度，可在有效制冷量相同的情況下，壓縮機(jī)1的輸入功率減小約35％，熱量損耗減小約30％，同時(shí)提高了制冷機(jī)的運(yùn)行可靠性，穩(wěn)定性；另外，結(jié)構(gòu)緊湊，具有較高的機(jī)械強(qiáng)度。
權(quán)利要求
1.一種使用兩級同軸脈沖管制冷機(jī)冷卻高溫超導(dǎo)濾波器件的方法，其特征在于(1)所述兩級同軸脈沖管制冷機(jī)具有工作在不同溫度范圍的兩級冷頭，第一級冷頭通過具有高導(dǎo)熱系數(shù)的薄銦片連接第一級冷端低溫平臺，第一級冷端低溫平臺的工作溫度為90K-110K；每二級冷頭通過具有高導(dǎo)熱系數(shù)的薄銦片連接第二級冷端低溫平臺，第二級冷端低溫平臺工作溫度為65K-90K；兩級冷端平臺相互獨(dú)立，由紫銅制成；第一級冷端平臺上安裝一具有高反射率材料制做的防輻射屏；(2)所述高溫超導(dǎo)濾波器件包括同軸電纜相連的高溫超導(dǎo)濾波器和與高溫超導(dǎo)濾波器相連的前級低噪聲放大器，高溫超導(dǎo)濾波器安裝在第二級冷端低溫平臺上，前級低噪聲放大器安裝在第一級冷端低溫平臺上；所述高溫超導(dǎo)濾波器、低噪聲放大器、第二級冷端低溫平臺、第二級脈沖管和第二級蓄冷器均置于防輻射屏中。
全文摘要
本發(fā)明涉及的使用兩級同軸脈沖管制冷機(jī)冷卻高溫超導(dǎo)濾波器件的方法，特征為(1)制冷機(jī)具有兩級冷頭，每一級冷頭分別通過薄銦片連接冷端低溫平臺，第一、第二級冷端低溫平臺工作溫度分別為90K－110K和65K－90K；兩級冷端平臺相互獨(dú)立，由紫銅制成；第一級冷端平臺上安裝防輻射屏；(2)所述高溫超導(dǎo)濾波器件包括同軸電纜相連的高溫超導(dǎo)濾波器和前級低噪聲放大器，高溫超導(dǎo)濾波器安裝在第二級冷端低溫平臺上，前級低噪聲放大器安裝在第一級冷端低溫平臺上；所述高溫超導(dǎo)濾波器、低噪聲放大器、第二級冷端低溫平臺、第二級脈沖管和蓄冷器均置于防輻射屏中；具有可減小壓縮機(jī)輸入功率和熱量損耗，提高制冷機(jī)運(yùn)行可靠性，而且結(jié)構(gòu)緊湊，機(jī)械強(qiáng)度高。
文檔編號H01P1/20GK1470819SQ0212555
公開日2004年1月28日 申請日期2002年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月22日
發(fā)明者巨永林, 袁鹍, 靖葳, 侯宇葵, 梁驚濤 申請人:中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所