5G高温超导接收前端研制
发布时间：2021-11-10 07:50
随着第五代移动通信技术的迅速发展并在6GHz以下频段展开试验与商用,这对接收机传输速率、噪声系数、灵敏度、时延等提出了更高的要求。由于6GHz以下频谱资源紧张、干扰严重,因此具备低时延、低噪声系数、高灵敏度的接收前端研制具有重要意义。本论文利用高温超导（high temperature superconductivity,HTS）薄膜材料研制了一款5G高温超导接收前端,工作于中国移动所获得的两个不连续的5G频段。接收前端采用高温超导滤波器（HTSBPF）和低温低噪声放大器（LTLNA）的级联结构,既实现了低噪声系数、高灵敏度,又具备抗干扰、带外抑制强的性能。核心部件HTSBPF采用枝节加载SIR谐振结构和交叉耦合结构,通过对该谐振结构的理论分析和电磁仿真,本文综合出谐振器尺寸与耦合系数、外部品质因数的关系曲线指导滤波器的设计。经过仿真优化,在LaAlO3衬底的超导膜片上设计实现了具有线性相位特性的双通带带通滤波器,其插损仅为0.3dB,带外抑制最深处可达80dB,两通带内群时延小于±6ns,且两个通带的带宽、频点独立可调。与普通滤波器相比,不仅缩小了尺寸,还将寄生...
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
常规接收机前端与超导接收机前端滤
第一章绪论1.2高温超导材料及其接收前端的研究现状高温超导接收前端的研究离不开高温超导材料的发展。1911年,荷兰物理学家昂尼斯(H.K.Orlnes)将高纯度的汞冷却到液氦温区4.2K时，发现其电阻消失了，此时的汞变成了超导体，这是人类首次发现超导电性[9]。一般将超导体电阻为零的温度定义为超导临界温度，用Tc表示。在昂尼斯以后的75年间，虽然科研人员发现了许多金属、化合物材料是超导体，但是Tc都没有明显的升高，始终没有突破23K。直到1986年1月，瑞士物理学家缪勒(K.A.Muller)和德国物理学家贝德诺兹(J.GBednorz)的出现才使得超导临界温度突破了瓶颈，他们发现了一种镧铜钡氧陶瓷氧化物材料[10]，把超导临界温度提高到43K(-230C)。随后1987年2月，一种新的超导体钇钡铜氧化物(YBaCuO)被世界各地的研究小组发现了，其Tc在90K以上[11]。这类超导体的Tc超越了液氮温区(77K),被称为高温超导体(HighTemperatureSuperconductor—HTS)，而低于的这一温区超导材料称为低温超导(LTS)材料。作为微波工程领域的一种崭新的材料，随着Tc的提高，制冷剂由液氦变为了更便宜液氮，制冷效果也得到了提高，因此高温超导材料备受研究人员青睐，这为今后超导的大面积应用打下了良好的基矗图1-2显示了高温超导转变温度随着时间推移的发展状况[12]。图1-2高TC超导体发展史简图高温超导材料制成的微波电路具有许多独特的优点，包括低损耗、低噪声系数、低功率损耗、重量轻及体积小(电路小型化)等特点。一般来说,HTS材料具有极低的微波表面电阻，其表面电阻是铜等常用金属的千分之一，所以在设计高性能滤波器时，经常会看到HTS材料。近年来，伴随着小型化制冷设备以及超导薄膜制备技术的发展，高温超导接收前端的研究在国内3
电子科技大学硕士学位论文外都取得了诸多成果。在国外，关于高温超导接收前端的研究主要集中在美国。上世纪90年代，美国国防部启动了多项电子战高温超导研究，美国超导技术公司(STI)研制的高温超导滤波器被用于实验，极大地提升了空军机载雷达系统的抗干扰性能和灵敏度。同时STI于2000年6月与日本的日立(HITACHI)公司合作，将高温超导滤波器应用于第三代移动通信系统中，文献[13]中可以看到，高温超导接收前端表现出了近乎矩形的频率响应曲线。在美国，随着高温超导接收前端在移动通信中的应用日益增长，STI宣称，其过去几年销售超过6000个高温超导接收单元，销售对象包含美国、日本、欧洲和韩国等，这些接收单元已累计运行超过2.5亿小时(https://www.suptech.com/legacy-wireless-products/)。图1-3美国STI公司superlink_700型高温超导接收前端系统在国内，高温超导接收前端的研究工作主要由一些科研机构与高等院校承担。2001年10月清华大学研制成功我国第一台GSM1800移动通信用高温超导滤波器系统[14]。文献[15]中介绍，天津海泰超导公司在2004年启动了CDMA基站用超导接收机的试研制工作，其研制的针对CDMA2000标准的高温超导接收前端已经成功实现了并网和稳定运行[16]。另外，电子科技大学、中电16所以及中科院物理所则承担了军用和卫星通信领域的研究工作，先后研制出了X波段高温超导接收机前端系统[17,18]、高温超导信道化组件[19]、风廓线雷达用高温超导接收前端[20]等。高温超导技术的多领域应用已经给通信系统性能带来了巨大的改善，随着2020年5G时代的到来以及军用技术的发展，高温超导接收前端技术的应用将会变得更加广泛，其社会效益与经济效益将变得更加明朗。4
本文编号：3486874
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
常规接收机前端与超导接收机前端滤
第一章绪论1.2高温超导材料及其接收前端的研究现状高温超导接收前端的研究离不开高温超导材料的发展。1911年,荷兰物理学家昂尼斯(H.K.Orlnes)将高纯度的汞冷却到液氦温区4.2K时，发现其电阻消失了，此时的汞变成了超导体，这是人类首次发现超导电性[9]。一般将超导体电阻为零的温度定义为超导临界温度，用Tc表示。在昂尼斯以后的75年间，虽然科研人员发现了许多金属、化合物材料是超导体，但是Tc都没有明显的升高，始终没有突破23K。直到1986年1月，瑞士物理学家缪勒(K.A.Muller)和德国物理学家贝德诺兹(J.GBednorz)的出现才使得超导临界温度突破了瓶颈，他们发现了一种镧铜钡氧陶瓷氧化物材料[10]，把超导临界温度提高到43K(-230C)。随后1987年2月，一种新的超导体钇钡铜氧化物(YBaCuO)被世界各地的研究小组发现了，其Tc在90K以上[11]。这类超导体的Tc超越了液氮温区(77K),被称为高温超导体(HighTemperatureSuperconductor—HTS)，而低于的这一温区超导材料称为低温超导(LTS)材料。作为微波工程领域的一种崭新的材料，随着Tc的提高，制冷剂由液氦变为了更便宜液氮，制冷效果也得到了提高，因此高温超导材料备受研究人员青睐，这为今后超导的大面积应用打下了良好的基矗图1-2显示了高温超导转变温度随着时间推移的发展状况[12]。图1-2高TC超导体发展史简图高温超导材料制成的微波电路具有许多独特的优点，包括低损耗、低噪声系数、低功率损耗、重量轻及体积小(电路小型化)等特点。一般来说,HTS材料具有极低的微波表面电阻，其表面电阻是铜等常用金属的千分之一，所以在设计高性能滤波器时，经常会看到HTS材料。近年来，伴随着小型化制冷设备以及超导薄膜制备技术的发展，高温超导接收前端的研究在国内3
电子科技大学硕士学位论文外都取得了诸多成果。在国外，关于高温超导接收前端的研究主要集中在美国。上世纪90年代，美国国防部启动了多项电子战高温超导研究，美国超导技术公司(STI)研制的高温超导滤波器被用于实验，极大地提升了空军机载雷达系统的抗干扰性能和灵敏度。同时STI于2000年6月与日本的日立(HITACHI)公司合作，将高温超导滤波器应用于第三代移动通信系统中，文献[13]中可以看到，高温超导接收前端表现出了近乎矩形的频率响应曲线。在美国，随着高温超导接收前端在移动通信中的应用日益增长，STI宣称，其过去几年销售超过6000个高温超导接收单元，销售对象包含美国、日本、欧洲和韩国等，这些接收单元已累计运行超过2.5亿小时(https://www.suptech.com/legacy-wireless-products/)。图1-3美国STI公司superlink_700型高温超导接收前端系统在国内，高温超导接收前端的研究工作主要由一些科研机构与高等院校承担。2001年10月清华大学研制成功我国第一台GSM1800移动通信用高温超导滤波器系统[14]。文献[15]中介绍，天津海泰超导公司在2004年启动了CDMA基站用超导接收机的试研制工作，其研制的针对CDMA2000标准的高温超导接收前端已经成功实现了并网和稳定运行[16]。另外，电子科技大学、中电16所以及中科院物理所则承担了军用和卫星通信领域的研究工作，先后研制出了X波段高温超导接收机前端系统[17,18]、高温超导信道化组件[19]、风廓线雷达用高温超导接收前端[20]等。高温超导技术的多领域应用已经给通信系统性能带来了巨大的改善，随着2020年5G时代的到来以及军用技术的发展，高温超导接收前端技术的应用将会变得更加广泛，其社会效益与经济效益将变得更加明朗。4
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