3dB截止频率为245MHz ;通频带上限频率高于2GHz ;在不计入输入输出端两个SMA型连接头的情况下，带内插损小于0.075dB，每个低损耗SMA接头(HRM(V)-306S)插损为0.04-0.05dB，总体滤波器插损预计小于0.18dB ;带内发射损耗大于30dB ;在95MHz处的阻带抑制大于45dB。
[0023]如图3所示，本发明的滤波器S参数测量结果与仿真结果基本一致，3dB截止频率为248MHz ;通频带上限频率高于2GHz ;带内插损小于0.16dB ;带内发射损耗大于20dB ;在95MHz处的阻带抑制为43.39dB。可以看到，在1.4GHz的中性氢频率处，常温下的插入损耗仅为0.152dB，如将该滤波器安装在接收机馈源和第一级放大器之间，该滤波器在常温下引入的系统噪声温度提升仅约10K。
[0024]如图4和5所示，本发明的滤波器在制冷温度下的S参数测量装置为矢量网络分析仪PNA-X和制冷测试杜瓦。和常温下相比，在制冷温度下测量器件的S参数要复杂得多。首先是网络分析仪和射频测试电缆的校准，测试电缆分为杜瓦外的常温电缆部分和杜瓦内的制冷电缆部分，首先在常温下将所有电缆连接校准，将网络分析仪测试参考面扩展到杜瓦内的测试端口处。当杜瓦二级冷头被制冷到20K后，杜瓦内的电缆温度分布为由连接杜瓦壁一端的300K到连接待测滤波器一段的20K渐变分布，此时，该段电缆的衰减相较于常温下会略有降低，需要采用网络分析仪的Data-Memory功能和黄铜直通校准件加以修正，修正后滤波器在制冷温度下的S21值为实际值减去黄铜直通校准件的S21值，因此，测量分两步，首先是修正后的滤波器S参数，再者是黄铜直通校准件的S参数。
[0025]由图4可见，在1.4GHz处滤波器在20K温度下的插入损耗减去直通校准件后为0.055dB，由图5可见，直通校准件在1.4GHz处的插入损耗为0.025dB，因此在20K温度下，滤波器的插入损耗在1.4GHz处为0.08dB，比其在常温下减小了 0.07dB。由图4，滤波器的3dB截止频率为248MHz，与常温下相比略微后移。带内反射损耗低于24dB，优于常温下该指标。在95MHz处的阻带抑制为43.38dB，与常温下基本一致。将0.08dB的插入损耗直接换算成20K环境温度下的噪声温度为0.52K，其中包含了极小部分的由反射引起的插损，更精确的噪声温度测量需采用如下的制冷放大器比对法进行测试。
[0026]如图6所示，本发明的滤波器制冷温度下的噪声温度测试利用噪声分析仪N8975A和制冷测试杜瓦完成。测量包含两个步骤:首先测量低噪声制冷放大器的噪声温度；再测量滤波器级联上述低噪声制冷放大器的噪声温度，两次测量噪声温度之差即为滤波器引起的噪声温度提升。测试中滤波器和放大器均被制冷到20K。测试结果在图6中显示。可以看到，在1.4GHz处，两次测量噪声温度之差为0.55K，此结果非常接近通过插入损耗折算的滤波器噪声温度0.52K。
[0027]如图7所示，由于本发明滤波器主要应用于低温温度下，所以，滤波器盒体需采用导热性能良好的金属制成，同时金属盒体的导电率要尽可能低，以降低信号传输过程中在盒体表面产生的欧姆损耗；因此，滤波器盒体选用黄铜制成，盒体表面镀金进一步降低欧姆损耗。分立元件Cl，C2，LI，L2和L3按图1中的位置以此被焊接在微带电路板的焊盘上，微带电路板的下金属面和盒体的安装平面均匀焊接，均匀焊接可保证盒体和电路板的下金属面之间良好的热传导，同时也使得滤波器电路地电流的分布均匀。微带电路板上下面之间通过金属过孔形成导热和导电连接，此外，两根不锈钢螺丝(不锈钢螺丝的数量可根据需要做适应性调整)从上表面穿过电路板金属过孔与盒体的导热安装孔2拧紧固定，两根螺丝可进一步提升盒体与上表面的热传导。滤波器的盒体通过盒体与冷头导热安装孔I与冷头固定、连接。通过以上连接措施，冷头可将滤波器各部件良好的制冷至20K以下的低温温度下。两个低损耗SMA接头被安装在滤波器盒体的信号输入孔4和信号输出孔5内。
[0028]从测试结果可得出，本发明滤波器展现了在室温下和制冷温度下非常接近的S参数。在制冷温度下，1.4GHz处0.55K的噪声温度、在95MHz处43dB的阻带抑制以及带内大于24dB的反射损耗使得该滤波器非常适合应用于天文制冷接收机中，用以压制200MHz以下低频干扰信号对接收机后级电路的干扰。
[0029]上面所述只是为了说明本发明，应该理解为本发明并不局限于以上实施例，符合本发明思想的各种变通形式均在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种超低损耗制冷高通滤波器，其特征在于，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。2.根据权利要求1所述的超低损耗制冷高通滤波器，其特征在于，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。3.根据权利要求1所述的超低损耗制冷高通滤波器，其特征在于，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。4.根据权利要求3所述的超低损耗制冷高通滤波器，其特征在于，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。5.根据权利要求1所述的超低损耗制冷高通滤波器，其特征在于，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。6.根据权利要求1所述的超低损耗制冷高通滤波器，其特征在于，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。
【专利摘要】本发明公开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均匀焊接；金属盒体还设置有导热安装孔，导热安装孔将金属盒体与冷头固定、连接。本申请的滤波器可工作在从300K至10K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。
【IPC分类】H03H7/01, H03H1/00
【公开号】CN105337585
【申请号】CN201510853850
【发明人】刘鸿飞, 温瑞博·尚德, 金乘进
【申请人】中国科学院国家天文台
【公开日】2016年2月17日
【申请日】2015年11月30日