高温超导微波器件在射电接收机中的应用

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1、中国科学院物理研究所超导国家重点实验室高温超导微波器件在射电接收机中的应用何豫生提要一、超导电性简介二、国内外研究进展三、物理所现有基础四、超导技术应用的具体建议五、小结一.超导电性简介超导电性的发现超导态是某些固体物质的一种状态。由正常态到超导态的转变是固体内的一种相变，这和由冰到水的转变（由固相到液相的相变）本质上相同。KamerlinghOnnesKamerlinghOnnes(荷兰Leiden实验室):金属电阻低温下极小值？ò1911Hgò1912-1913PbSn1913Pb,Sn…ò1913获诺贝尔奖超导材料发现历史简图ò1986年，瑞士发现40K铜氧化物超导体ò1987年美国

2、休斯敦大学和中国物理所几乎同时发现了分子式Fe-NiBased为YBaCuO（简2377--δMBMgB2称为YBCO）的铜氧化物超导体，揭开了超导研究崭新的一页。ò5次10人获得诺贝尔物理奖。超导体两大基本特性1、完全导电性（零电阻“理想”导体）——1991，KamerlingbOnnes2、完全抗磁性反映超导体的更深刻、更本质的属性—1933，WMeissner&W.Meissner&R.Ochsenfeld超导体基本微波特性ò高温超导薄膜表面电阻远小于常规金属材料。即使在移动通信的高频频率范围内，高温超导材料的微波表面电阻比正常金属也要小几百甚至上千倍。ò高温超导材料的磁场穿透深度与

3、频率无关。可用于构造无色散的传输结构，可以设计出在常规导体中难以实现的器件。高温超导滤波器与常规滤波器比较高温超导滤波的主要优势：*微小的插损；*陡峭的带边；*很高的抑制；*极窄的带宽；*体积小、重量轻。高温超导滤波器的主要制约因素：－－制冷机*价格；*可靠性；*体积重量。高温超导体微波器件高温超导微波器件的另一优势：体积小¾高温超导滤波器用高温超导薄膜滤波器的体积可以比传统滤波器小数百倍。120mmWaveguideCavity(Copper)F0=1.770GHzQ=19,070(Theory)120mmMicrostripresonator(HTS)F0=1.770GHzQ=17,2

4、54(Theory)60mmVoldlumeReductiionFactor:39,000高温超导微波器件的另一优势：体积小高温超导薄膜所用衬底材料介电常数大Table:SomepropertiesandfeaturesofthesubstratesSbSubstrateε(l(Typical))tanδ(l(Typical))rMgO9.6@77K5.5×10-6@77Kand10GHzLaAlO24.2@77K7.6×10-6@77Kand310GHzSapphire11.6//c-axis@77K1.5×10-8@77Kand994.4⊥c-axii@77Ks@77K10GHz4通道

5、多工器体积的比较波导多工器超导多工器超导滤波器与其他器件比较二.国内外研究进展国际研究现状及应用情况高温超导体的发现，是二十世纪基础研究的一个极为重要的成果。二十世纪九十年代中期以来，国际上高温超导微波器件的应用，相继在卫星、雷达等系统以及移动通信基站取得了重大突破，特别是在20世纪末和21世纪初，美国、欧洲以及其他一些发达国家（例如以色列）先后完成了高温超导微波器件的移动通信、雷达制导、射电天文等方面的应用试验，现正将这一技术全面应用于陆、海、空、天等系统。航天应用高温超导微波技术各方面的应用中，启动最早，成绩最引人注目，效果最为显著的首推航天应用领域。美国、欧洲、以色列相继进行了飞行试

6、验，更多的国家（包括印度）安排了高温超导航天试验项目。美国和欧洲的侦察卫星、深空探测系统和天基-地基数据传输系统已经部署了使用高温超导滤波器的接收机前端。移动通信基站中中商的商业应用英国伯明翰大学射电天文应用Purpose:cutoutmobilePurpose:cutoutmobilecommunication,TVandairtrafficcontrolsignals.AstronomyrequiresultimateinnoiseperformanceAlreadycooledlownoiseamppflifierImplementationatJodrellBank–communi

7、cationswithMarsandspacesatelliteprobesTelescopeMK2RadioFocusBoxL-bandLNAWheretheL-bandfilterisinstalled.其他天文台应用不仅英国，还有一些国家也开展了将高温超导技术应用于射电天文接收机得工作。例如：——早在20世纪90年代，荷兰为解决俄罗斯导航卫星对Westerbork射电天文望远镜的严重干扰，研制了专用高温超导带阻滤波