3dB截止頻率為245MHz ;通頻帶上限頻率高于2GHz ;在不計(jì)入輸入輸出端兩個(gè)SMA型連接頭的情況下，帶內(nèi)插損小于0.075dB，每個(gè)低損耗SMA接頭(HRM(V)-306S)插損為0.04-0.05dB，總體濾波器插損預(yù)計(jì)小于0.18dB ;帶內(nèi)發(fā)射損耗大于30dB ;在95MHz處的阻帶抑制大于45dB。
[0023]如圖3所示，本發(fā)明的濾波器S參數(shù)測量結(jié)果與仿真結(jié)果基本一致，3dB截止頻率為248MHz ;通頻帶上限頻率高于2GHz ;帶內(nèi)插損小于0.16dB ;帶內(nèi)發(fā)射損耗大于20dB ;在95MHz處的阻帶抑制為43.39dB?？梢钥吹剑?.4GHz的中性氫頻率處，常溫下的插入損耗僅為0.152dB，如將該濾波器安裝在接收機(jī)饋源和第一級放大器之間，該濾波器在常溫下引入的系統(tǒng)噪聲溫度提升僅約10K。
[0024]如圖4和5所示，本發(fā)明的濾波器在制冷溫度下的S參數(shù)測量裝置為矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀PNA-X和制冷測試杜瓦。和常溫下相比，在制冷溫度下測量器件的S參數(shù)要復(fù)雜得多。首先是網(wǎng)絡(luò)分析儀和射頻測試電纜的校準(zhǔn)，測試電纜分為杜瓦外的常溫電纜部分和杜瓦內(nèi)的制冷電纜部分，首先在常溫下將所有電纜連接校準(zhǔn)，將網(wǎng)絡(luò)分析儀測試參考面擴(kuò)展到杜瓦內(nèi)的測試端口處。當(dāng)杜瓦二級冷頭被制冷到20K后，杜瓦內(nèi)的電纜溫度分布為由連接杜瓦壁一端的300K到連接待測濾波器一段的20K漸變分布，此時(shí)，該段電纜的衰減相較于常溫下會略有降低，需要采用網(wǎng)絡(luò)分析儀的Data-Memory功能和黃銅直通校準(zhǔn)件加以修正，修正后濾波器在制冷溫度下的S21值為實(shí)際值減去黃銅直通校準(zhǔn)件的S21值，因此，測量分兩步，首先是修正后的濾波器S參數(shù)，再者是黃銅直通校準(zhǔn)件的S參數(shù)。
[0025]由圖4可見，在1.4GHz處濾波器在20K溫度下的插入損耗減去直通校準(zhǔn)件后為0.055dB，由圖5可見，直通校準(zhǔn)件在1.4GHz處的插入損耗為0.025dB，因此在20K溫度下，濾波器的插入損耗在1.4GHz處為0.08dB，比其在常溫下減小了 0.07dB。由圖4，濾波器的3dB截止頻率為248MHz，與常溫下相比略微后移。帶內(nèi)反射損耗低于24dB，優(yōu)于常溫下該指標(biāo)。在95MHz處的阻帶抑制為43.38dB，與常溫下基本一致。將0.08dB的插入損耗直接換算成20K環(huán)境溫度下的噪聲溫度為0.52K，其中包含了極小部分的由反射引起的插損，更精確的噪聲溫度測量需采用如下的制冷放大器比對法進(jìn)行測試。
[0026]如圖6所示，本發(fā)明的濾波器制冷溫度下的噪聲溫度測試?yán)迷肼暦治鰞xN8975A和制冷測試杜瓦完成。測量包含兩個(gè)步驟:首先測量低噪聲制冷放大器的噪聲溫度；再測量濾波器級聯(lián)上述低噪聲制冷放大器的噪聲溫度，兩次測量噪聲溫度之差即為濾波器引起的噪聲溫度提升。測試中濾波器和放大器均被制冷到20K。測試結(jié)果在圖6中顯示。可以看到，在1.4GHz處，兩次測量噪聲溫度之差為0.55K，此結(jié)果非常接近通過插入損耗折算的濾波器噪聲溫度0.52K。
[0027]如圖7所示，由于本發(fā)明濾波器主要應(yīng)用于低溫溫度下，所以，濾波器盒體需采用導(dǎo)熱性能良好的金屬制成，同時(shí)金屬盒體的導(dǎo)電率要盡可能低，以降低信號傳輸過程中在盒體表面產(chǎn)生的歐姆損耗；因此，濾波器盒體選用黃銅制成，盒體表面鍍金進(jìn)一步降低歐姆損耗。分立元件Cl，C2，LI，L2和L3按圖1中的位置以此被焊接在微帶電路板的焊盤上，微帶電路板的下金屬面和盒體的安裝平面均勻焊接，均勻焊接可保證盒體和電路板的下金屬面之間良好的熱傳導(dǎo)，同時(shí)也使得濾波器電路地電流的分布均勻。微帶電路板上下面之間通過金屬過孔形成導(dǎo)熱和導(dǎo)電連接，此外，兩根不銹鋼螺絲(不銹鋼螺絲的數(shù)量可根據(jù)需要做適應(yīng)性調(diào)整)從上表面穿過電路板金屬過孔與盒體的導(dǎo)熱安裝孔2擰緊固定，兩根螺絲可進(jìn)一步提升盒體與上表面的熱傳導(dǎo)。濾波器的盒體通過盒體與冷頭導(dǎo)熱安裝孔I與冷頭固定、連接。通過以上連接措施，冷頭可將濾波器各部件良好的制冷至20K以下的低溫溫度下。兩個(gè)低損耗SMA接頭被安裝在濾波器盒體的信號輸入孔4和信號輸出孔5內(nèi)。
[0028]從測試結(jié)果可得出，本發(fā)明濾波器展現(xiàn)了在室溫下和制冷溫度下非常接近的S參數(shù)。在制冷溫度下，1.4GHz處0.55K的噪聲溫度、在95MHz處43dB的阻帶抑制以及帶內(nèi)大于24dB的反射損耗使得該濾波器非常適合應(yīng)用于天文制冷接收機(jī)中，用以壓制200MHz以下低頻干擾信號對接收機(jī)后級電路的干擾。
[0029]上面所述只是為了說明本發(fā)明，應(yīng)該理解為本發(fā)明并不局限于以上實(shí)施例，符合本發(fā)明思想的各種變通形式均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種超低損耗制冷高通濾波器，其特征在于，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(dǎo)熱安裝孔，所述導(dǎo)熱安裝孔將金屬盒體與冷頭固定、連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超低損耗制冷高通濾波器，其特征在于，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。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超低損耗制冷高通濾波器，其特征在于，所述微帶電路板上設(shè)置有若干個(gè)金屬過孔，若干個(gè)所述金屬過孔構(gòu)成了微帶電路板上下面之間導(dǎo)熱和導(dǎo)電的通道。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的超低損耗制冷高通濾波器，其特征在于，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(gè)導(dǎo)熱安裝孔；若干個(gè)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(dǎo)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(jìn)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(dǎo)效率。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超低損耗制冷高通濾波器，其特征在于，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(gè)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)。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超低損耗制冷高通濾波器，其特征在于，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。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種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均勻焊接；金屬盒體還設(shè)置有導(dǎo)熱安裝孔，導(dǎo)熱安裝孔將金屬盒體與冷頭固定、連接。本申請的濾波器可工作在從300K至10K的環(huán)境溫度下，可滿足FAST工程260MHz-1620MHz寬帶單波束接收機(jī)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(dá)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。
【IPC分類】H03H7/01, H03H1/00
【公開號】CN105337585
【申請?zhí)枴緾N201510853850
【發(fā)明人】劉鴻飛, 溫瑞博·尚德, 金乘進(jìn)
【申請人】中國科學(xué)院國家天文臺
【公開日】2016年2月17日
【申請日】2015年11月30日