一种超低损耗制冷高通滤波器的制造方法
【专利说明】一种超低损耗制冷高通滤波器
[0001]
技术领域
[0002]本发明涉及天文接收机前端和低噪声通讯系统领域，尤其涉及一种超低损耗制冷高通滤波器。
[0003]
【背景技术】
[0004]在中国贵州黔南地区兴建的国家大科学工程500米口径球面射电望远镜(FAST工程)需要研制一套覆盖260MHz~1620MHz频率范围的宽带单波束制冷接收机，以满足FAST工程早期科学、中性氢和脉冲星等天文观测需求。传统制冷天文接收机的馈源喇叭之后直接连接第一级低噪声制冷放大器，以期最大限度的降低连接部件的热损耗，从而降低接收机系统噪声。低噪声制冷放大器为追求超低噪声和高增益等指标，其动态范围往往很低，很容易被较强的干扰信号干扰，产生非线性的谐波和交调输出信号。尽管工程师们会对射电望远镜自身电子设备采取电磁屏蔽处理，也会在临近台址的一定地理范围内建立电磁保护区，但这是一个庞大的工程，耗资巨大，也不可能完全屏蔽、清除干扰信号，特别是电子设备会大量产生的低频干扰信号。近来，越来越多的天文望远镜在馈源喇叭和第一级低噪声放大器之间安装低损耗滤波器以滤除低频干扰信号，以防止第一级低噪声放大器产生非线性输出。商用高通滤波器并不适合应用于此，有两个原因:一是无法在超低温温度下(10K-20K)长期稳定工作；其二是其插入损耗并不足够低，会造成接收机系统温度大幅升高。高温超导滤波器由于具备低插损、陡斜边和高阻带抑制等特性，是一种可行的选择，也被一些天文台采用。高温超导滤波器的缺点是:昂贵的、长周期的薄膜制备工艺(包括薄膜生长、光刻和离子束刻蚀等)限制了高温超导滤波器的大量使用，尤其是那些需要元器件较多的阵列望远镜，如平方公里阵列望远镜等工程。此外，超导滤波器超导材料较为脆弱，在滤波器的端口焊装、工作的长期稳定性等方面都有潜在的不稳定因素。
[0005]因此，如何解决上述问题成为本领域技术人员亟需解决的技术问题。
[0006]
【发明内容】
[0007]针对【背景技术】中存在的问题，本发明的目的在于提供一种超低损耗制冷高通滤波器，该滤波器可工作在从300K至1K的环境温度下，可满足FAST工程260MHz-1620MHz宽带单波束接收机需求，滤除低频干扰信号；其在20K温度下，其带内噪声温度低于0.55K，带内插入损耗小于0.2dB ;此外，本滤波器带内反射损耗大于20dB ;在95MHz处的阻带抑制高达43.4dB ;可有效地抑制低频干扰对其后端低噪声制冷放大器的非线性干扰。
[0008]本发明的目的是通过以下技术方案来实现的:
一种超低损耗制冷高通滤波器，所述滤波器包括两级串联电容、三级并联电感、微带电路板和金属盒体；其中，所述两级串联电容和三级并联电感构成五级契比雪夫电路；所述两级串联电容和三级并联电感被焊接在所述微带电路板的焊盘上；所述微带电路板的下金属面和所述金属盒体的安装平面均匀焊接；所述金属盒体还设置有导热安装孔，所述导热安装孔将金属盒体与冷头固定、连接。
[0009]进一步，所述金属盒体的材质为黄铜，所述金属盒体的表面做镀金处理，以降低信号传输过程中的欧姆损耗。
[0010]进一步，所述微带电路板上设置有若干个金属过孔，若干个所述金属过孔构成了微带电路板上下面之间导热和导电的通道。
[0011]进一步，配合所述金属过孔在所述金属盒体的对应位置设置有若干个导热安装孔；若干个不锈钢螺丝从所述微带电路板的上表面穿过所述金属过孔与金属盒体上的所述导热安装孔，将微带电路板和金属盒体固定；所述不锈钢螺丝进一步提升了金属盒体与微带电路板的上表面之间的热传导效率。
[0012]进一步，所述金属盒体的两端分别设置有信号输入孔和信号输出孔，两个低损耗SMA接头分别被安装在所述信号输入孔和信号输出孔内。
[0013]进一步，所述微带电路板采用Rogers 3003超低损耗电路板制成，厚度为0.508mm。
[0014]本发明具有以下积极的技术效果:
本发明的滤波器可工作在从300K至1K的环境温度下，可满足FAST工程260MHz-1620MHz宽带单波束接收机需求，滤除低频干扰信号；其在20K温度下，其带内噪声温度低于0.55K，带内插入损耗小于0.2dB ;此外，本滤波器带内反射损耗大于20dB ;在95MHz处的阻带抑制高达43.4dB ;可有效地抑制低频干扰对其后端低噪声制冷放大器的非线性干扰。
[0015]
【附图说明】
[0016]图1是本申请的五级契比雪夫电路的电路原理图；
图2是本发明的超低损耗制冷高通滤波器的S参数仿真波形图；
图3是本发明的超低损耗制冷高通滤波器在室温下的S参数仿真波形图；
图4是本发明的超低损耗制冷高通滤波器在20K下的S参数仿真波形图；
图5是直通校准件在20K温度下的S参数测试波形图；
图6是本发明的超低损耗制冷高通滤波器在20K下的噪声温度测试波形图；
图7是本发明的金属盒体的结构示意图。
[0017]
【具体实施方式】
[0018]下面，参考附图，对本发明进行更全面的说明，附图中示出了本发明的示例性实施例。然而，本发明可以体现为多种不同形式，并不应理解为局限于这里叙述的示例性实施例。而是，提供这些实施例，从而使本发明全面和完整，并将本发明的范围完全地传达给本领域的普通技术人员。
[0019]为了易于说明，在这里可以使用诸如“上”、“下” “左” “右”等空间相对术语，用于说明图中示出的一个元件或特征相对于另一个元件或特征的关系。应该理解的是，除了图中示出的方位之外，空间术语意在于包括装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果图中的装置被倒置，被叙述为位于其他元件或特征“下”的元件将定位在其他元件或特征“上”。因此，示例性术语“下”可以包含上和下方位两者。装置可以以其他方式定位(旋转90度或位于其他方位)，这里所用的空间相对说明可相应地解释。
[0020]本申请提供了一种超低损耗制冷高通滤波器，该滤波器包括两级串联电容、三级并联电感、微带电路板和金属盒体；其中，两级串联电容和三级并联电感构成五级契比雪夫电路；两级串联电容和三级并联电感被焊接在微带电路板的焊盘上；微带电路板的下金属面和金属盒体的安装平面3均匀焊接；金属盒体还设置有导热安装孔1，导热安装孔I将金属盒体与冷头固定、连接。
[0021]如图1所示，本发明的高通滤波器主要应用于制冷接收机中，需被制冷接收机杜瓦制冷到10K-20K的超低温温度下，考虑到接收机制冷杜瓦狭小的安装空间以及冷头的制冷能力，需尽量减小电路尺寸，进而降低滤波器体积和热容。基于此种考虑，本高通滤波器采取五级契比雪夫结构，并选取0.0ldB的通带起伏。本发明的五级契比雪夫结构包含两个低损耗芯片电容Cl和C2、三个低损耗芯片电感L1、L2、L3和用以焊接分立元件的微带电路板。其中，Cl和C2为7.5pF ；L1和L3为39nH ；L2为16nH。微带电路板采用Rogers 3003超低损耗电路板制成，厚度为0.508mm ;微带电路板中共有六条微带线T1-T6来连接分立元件。
[0022]如图2所示，本发明的滤波器的