一種超低損耗制冷高通濾波器的制造方法
【專利說明】一種超低損耗制冷高通濾波器
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及天文接收機前端和低噪聲通訊系統(tǒng)領(lǐng)域，尤其涉及一種超低損耗制冷高通濾波器。
[0003]
【背景技術(shù)】
[0004]在中國貴州黔南地區(qū)興建的國家大科學工程500米口徑球面射電望遠鏡(FAST工程)需要研制一套覆蓋260MHz~1620MHz頻率范圍的寬帶單波束制冷接收機，以滿足FAST工程早期科學、中性氫和脈沖星等天文觀測需求。傳統(tǒng)制冷天文接收機的饋源喇叭之后直接連接第一級低噪聲制冷放大器，以期最大限度的降低連接部件的熱損耗，從而降低接收機系統(tǒng)噪聲。低噪聲制冷放大器為追求超低噪聲和高增益等指標，其動態(tài)范圍往往很低，很容易被較強的干擾信號干擾，產(chǎn)生非線性的諧波和交調(diào)輸出信號。盡管工程師們會對射電望遠鏡自身電子設(shè)備采取電磁屏蔽處理，也會在臨近臺址的一定地理范圍內(nèi)建立電磁保護區(qū)，但這是一個龐大的工程，耗資巨大，也不可能完全屏蔽、清除干擾信號，特別是電子設(shè)備會大量產(chǎn)生的低頻干擾信號。近來，越來越多的天文望遠鏡在饋源喇叭和第一級低噪聲放大器之間安裝低損耗濾波器以濾除低頻干擾信號，以防止第一級低噪聲放大器產(chǎn)生非線性輸出。商用高通濾波器并不適合應(yīng)用于此，有兩個原因:一是無法在超低溫溫度下(10K-20K)長期穩(wěn)定工作；其二是其插入損耗并不足夠低，會造成接收機系統(tǒng)溫度大幅升高。高溫超導濾波器由于具備低插損、陡斜邊和高阻帶抑制等特性，是一種可行的選擇，也被一些天文臺采用。高溫超導濾波器的缺點是:昂貴的、長周期的薄膜制備工藝(包括薄膜生長、光刻和離子束刻蝕等)限制了高溫超導濾波器的大量使用，尤其是那些需要元器件較多的陣列望遠鏡，如平方公里陣列望遠鏡等工程。此外，超導濾波器超導材料較為脆弱，在濾波器的端口焊裝、工作的長期穩(wěn)定性等方面都有潛在的不穩(wěn)定因素。
[0005]因此，如何解決上述問題成為本領(lǐng)域技術(shù)人員亟需解決的技術(shù)問題。
[0006]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]針對【背景技術(shù)】中存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種超低損耗制冷高通濾波器，該濾波器可工作在從300K至1K的環(huán)境溫度下，可滿足FAST工程260MHz-1620MHz寬帶單波束接收機需求，濾除低頻干擾信號；其在20K溫度下，其帶內(nèi)噪聲溫度低于0.55K，帶內(nèi)插入損耗小于0.2dB ;此外，本濾波器帶內(nèi)反射損耗大于20dB ;在95MHz處的阻帶抑制高達43.4dB ;可有效地抑制低頻干擾對其后端低噪聲制冷放大器的非線性干擾。
[0008]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的:
一種超低損耗制冷高通濾波器，所述濾波器包括兩級串聯(lián)電容、三級并聯(lián)電感、微帶電路板和金屬盒體；其中，所述兩級串聯(lián)電容和三級并聯(lián)電感構(gòu)成五級契比雪夫電路；所述兩級串聯(lián)電容和三級并聯(lián)電感被焊接在所述微帶電路板的焊盤上；所述微帶電路板的下金屬面和所述金屬盒體的安裝平面均勻焊接；所述金屬盒體還設(shè)置有導熱安裝孔，所述導熱安裝孔將金屬盒體與冷頭固定、連接。
[0009]進一步，所述金屬盒體的材質(zhì)為黃銅，所述金屬盒體的表面做鍍金處理，以降低信號傳輸過程中的歐姆損耗。
[0010]進一步，所述微帶電路板上設(shè)置有若干個金屬過孔，若干個所述金屬過孔構(gòu)成了微帶電路板上下面之間導熱和導電的通道。
[0011]進一步，配合所述金屬過孔在所述金屬盒體的對應(yīng)位置設(shè)置有若干個導熱安裝孔；若干個不銹鋼螺絲從所述微帶電路板的上表面穿過所述金屬過孔與金屬盒體上的所述導熱安裝孔，將微帶電路板和金屬盒體固定；所述不銹鋼螺絲進一步提升了金屬盒體與微帶電路板的上表面之間的熱傳導效率。
[0012]進一步，所述金屬盒體的兩端分別設(shè)置有信號輸入孔和信號輸出孔，兩個低損耗SMA接頭分別被安裝在所述信號輸入孔和信號輸出孔內(nèi)。
[0013]進一步，所述微帶電路板采用Rogers 3003超低損耗電路板制成，厚度為0.508mm。
[0014]本發(fā)明具有以下積極的技術(shù)效果:
本發(fā)明的濾波器可工作在從300K至1K的環(huán)境溫度下，可滿足FAST工程260MHz-1620MHz寬帶單波束接收機需求，濾除低頻干擾信號；其在20K溫度下，其帶內(nèi)噪聲溫度低于0.55K，帶內(nèi)插入損耗小于0.2dB ;此外，本濾波器帶內(nèi)反射損耗大于20dB ;在95MHz處的阻帶抑制高達43.4dB ;可有效地抑制低頻干擾對其后端低噪聲制冷放大器的非線性干擾。
[0015]
【附圖說明】
[0016]圖1是本申請的五級契比雪夫電路的電路原理圖；
圖2是本發(fā)明的超低損耗制冷高通濾波器的S參數(shù)仿真波形圖；
圖3是本發(fā)明的超低損耗制冷高通濾波器在室溫下的S參數(shù)仿真波形圖；
圖4是本發(fā)明的超低損耗制冷高通濾波器在20K下的S參數(shù)仿真波形圖；
圖5是直通校準件在20K溫度下的S參數(shù)測試波形圖；
圖6是本發(fā)明的超低損耗制冷高通濾波器在20K下的噪聲溫度測試波形圖；
圖7是本發(fā)明的金屬盒體的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]
【具體實施方式】
[0018]下面，參考附圖，對本發(fā)明進行更全面的說明，附圖中示出了本發(fā)明的示例性實施例。然而，本發(fā)明可以體現(xiàn)為多種不同形式，并不應(yīng)理解為局限于這里敘述的示例性實施例。而是，提供這些實施例，從而使本發(fā)明全面和完整，并將本發(fā)明的范圍完全地傳達給本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員。
[0019]為了易于說明，在這里可以使用諸如“上”、“下” “左” “右”等空間相對術(shù)語，用于說明圖中示出的一個元件或特征相對于另一個元件或特征的關(guān)系。應(yīng)該理解的是，除了圖中示出的方位之外，空間術(shù)語意在于包括裝置在使用或操作中的不同方位。例如，如果圖中的裝置被倒置，被敘述為位于其他元件或特征“下”的元件將定位在其他元件或特征“上”。因此，示例性術(shù)語“下”可以包含上和下方位兩者。裝置可以以其他方式定位(旋轉(zhuǎn)90度或位于其他方位)，這里所用的空間相對說明可相應(yīng)地解釋。
[0020]本申請?zhí)峁┝艘环N超低損耗制冷高通濾波器，該濾波器包括兩級串聯(lián)電容、三級并聯(lián)電感、微帶電路板和金屬盒體；其中，兩級串聯(lián)電容和三級并聯(lián)電感構(gòu)成五級契比雪夫電路；兩級串聯(lián)電容和三級并聯(lián)電感被焊接在微帶電路板的焊盤上；微帶電路板的下金屬面和金屬盒體的安裝平面3均勻焊接；金屬盒體還設(shè)置有導熱安裝孔1，導熱安裝孔I將金屬盒體與冷頭固定、連接。
[0021]如圖1所示，本發(fā)明的高通濾波器主要應(yīng)用于制冷接收機中，需被制冷接收機杜瓦制冷到10K-20K的超低溫溫度下，考慮到接收機制冷杜瓦狹小的安裝空間以及冷頭的制冷能力，需盡量減小電路尺寸，進而降低濾波器體積和熱容?；诖朔N考慮，本高通濾波器采取五級契比雪夫結(jié)構(gòu)，并選取0.0ldB的通帶起伏。本發(fā)明的五級契比雪夫結(jié)構(gòu)包含兩個低損耗芯片電容Cl和C2、三個低損耗芯片電感L1、L2、L3和用以焊接分立元件的微帶電路板。其中，Cl和C2為7.5pF ；L1和L3為39nH ；L2為16nH。微帶電路板采用Rogers 3003超低損耗電路板制成，厚度為0.508mm ;微帶電路板中共有六條微帶線T1-T6來連接分立元件。
[0022]如圖2所示，本發(fā)明的濾波器的