專利名稱：使用兩級同軸脈沖管制冷機冷卻高溫超導濾波器件的方法
技術領域：
本發明屬于制冷與低溫技術領域，特別涉及一種使用兩級同軸脈沖管制冷機冷卻高溫超導濾波器件的方法。
背景技術：
高溫超導移動通信基站子系統，是特指由高溫超導微波器件和小型低溫制冷機組成的電子學子系統，用于取代現有移動通信基站中接收機前端的關鍵部件，如濾波器和低噪聲前級放大器等。采用小型低溫制冷機冷卻高溫超導移動通信基站子系統的主要目是為了減小設備尺寸，改善接受機的綜合性能，如提高選擇性，靈敏度，通話質量，降低功率損耗，以及拓寬覆蓋率等。為了減小帶外噪聲的電磁干擾，改善通話質量，高溫超導濾波器件通常與低噪聲前級放大器集成在一起使用。高溫超導(一般是YBCO，也有采用TBCCO)濾波器是一個被動的器件，它必須冷卻到超導轉變溫度(通常是65～80K，即零下208～193℃)以下，才能正常工作。濾波器通常通過一組同軸電纜與低噪聲前級放大器相連。低噪聲前級放大器是一個主動器件，它會產生幾百毫瓦的熱負荷；另一方面，低噪聲前級放大器通過一組同軸電纜同真空容器相連，這組同軸電纜也會產生幾百毫瓦的熱負荷；第三項熱負荷來源于制冷機與真空容器表面的熱輻射，估計其也有幾百毫瓦的量級。當低噪聲前級放大器冷卻到90～110K(即零下183～163℃)時，其信噪比可以得到大幅度的改善。
高溫超導濾波器件的廣泛應用依賴于低溫系統的發展。近幾年來，隨著大面積高溫超導薄膜制造技術、高性能高溫超導無源器件設計、制作技術的進步，移動通信以空前的速度和規模在發展著，形成了巨大的產業，其進一步的發展迫切需要采用機械式制冷方法冷卻高溫超導濾波器件。采用機械式制冷方法可以增強移動通信基站的抗干擾能力、擴大基站的覆蓋面積、增強基站的容量、還可以減少基站和手機的發射功率。
使用機械制冷方法而不是將高溫超導濾波器件直接浸泡在低溫液體中，一直是低溫領域的一個研究重點。目前，國外基本上是采用斯特林制冷機作為高溫超導濾波器件的低溫冷源。但由于斯特林型制冷機冷頭排出器等機械運動部件的存在，它們帶來的機械振動及電磁干擾信號對高溫超導濾波器件的正常工作輸出信號有很大影響。與斯特林制冷機相比，脈沖管制冷機的冷頭沒有機械運動部件，因而機械構造簡單，振動和電磁干擾小，是適合于高溫超導濾波器件的理想冷源。中國專利CN 1074525C“一種同軸型脈沖管制冷機”公開了一種具有高效、結構緊湊等特點的單級同軸脈沖管制冷機。但沒有涉及同軸脈沖管制冷機與被冷卻器件之間的連接方式。
采用單級同軸脈沖管制冷機作為高溫超導濾波器件的低溫冷源，通常是將高溫超導濾波器件和通過同軸電纜與它相連的前級低噪聲放大器均安裝在單級同軸脈沖管制冷機的冷頭上，并被置于一個安裝于冷頭上的具有高反射率的防輻射屏內。這種冷卻方法結構簡單、重量輕、操作方便。但是，由于高溫超導濾波器、低噪聲放大器和防輻射屏均安裝在冷頭上，需要較大的制冷量，結果功耗較大，制冷機負荷較大，降溫時間較長。由于高溫超導濾波器的工作溫度需要，制冷機的冷頭必須工作在65K的制冷溫度，但是低噪聲放大器和防輻射屏正常工作溫度范圍為90-110K，所以我們提出了另一種特殊的兩級同軸脈沖管制冷機結構，用于冷卻高溫超導濾波器件及前級低噪聲放大器。
發明內容
本發明的目的是結合脈沖管制冷技術的優點和高溫超導濾波器件的特點，提出了一種使用兩級同軸脈沖管制冷機冷卻高溫超導濾波器件的方法，該方法可在有效制冷量相同的情況下，壓縮機的輸入功率減小約35％，熱量損耗減小約30％；降溫時間短；同時提高了制冷機的運行可靠性，穩定性；結構緊湊，具有較高的機械強度。適合于冷卻較大功率的高溫超導器件。
本發明的技術方案如下本發明提供的使用兩級同軸脈沖管制冷機冷卻高溫超導濾波器件的方法，其特征在于(1)所述兩級同軸脈沖管制冷機具有工作在不同溫度范圍的兩級冷頭，第一級冷頭通過具有高導熱系數的薄銦片連接第一級冷端低溫平臺，第一級冷端低溫平臺的工作溫度為90K-110K；每二級冷頭通過具有高導熱系數的薄銦片連接第二級冷端低溫平臺，第二級冷端低溫平臺工作溫度為65K-90K；兩級冷端平臺相互獨立，由紫銅制成；第一級冷端平臺上安裝一具有高反射率材料制做的防輻射屏；(2)所述高溫超導濾波器件包括同軸電纜相連的高溫超導濾波器和與高溫超導濾波器相連的前級低噪聲放大器，高溫超導濾波器安裝在第二級冷端低溫平臺上，前級低噪聲放大器安裝在第一級冷端低溫平臺上；所述高溫超導濾波器、低噪聲放大器、第二級冷端低溫平臺、第二級脈沖管和第二級蓄冷器均置于防輻射屏中。
本發明提供的使用兩級同軸脈沖管制冷機冷卻高溫超導濾波器件的方法，由于所用制冷機為兩級同軸脈沖管制冷機，具有以下幾個突出優點可在有效制冷量相同的情況下，即相當冷卻效果的情況下，壓縮機的輸入功率減小約35％，熱量損耗減小約30％；降溫時間短；同時提高了制冷機的運行可靠性，穩定性；結構緊湊，具有較高的機械強度。適合于冷卻較大功率的高溫超導器件。
圖1為本發明的使用兩級同軸脈沖管制冷機冷卻高溫超導濾波器件的方法及其所使用的兩級同軸脈沖管制冷機和高溫超導濾波器件的連接示意圖；其中壓縮機1 連接管2 氣庫3熱端法蘭4 第一級蓄冷器51 第一級脈沖管61第一級冷頭71第一級冷端低溫平臺81同軸電纜9、10真空罩11防輻射屏12 高溫超導濾波器13低噪聲放大器14 第二級蓄冷器52 第二級脈沖管62第二級冷頭72第二級冷端低溫平臺8具體實施方式
下面結合附圖及實施例進一步描述本發明。
圖1為本發明的使用兩級同軸脈沖管制冷機冷卻高溫超導濾波器件的方法及其所使用的兩級同軸脈沖管制冷機和高溫超導濾波器件的連接示意圖；由圖可知，本發明提供的使用兩級同軸脈沖管制冷機冷卻高溫超導濾波器件的方法，其特征在于(1)所述兩級同軸脈沖管制冷機具有工作在不同溫度范圍的兩級冷頭，第一級冷頭通過具有高導熱系數的薄銦片連接第一級冷端低溫平臺，第一級冷端低溫平臺的工作溫度為90K-110K；每二級冷頭通過具有高導熱系數的薄銦片連接第二級冷端低溫平臺，第二級冷端低溫平臺工作溫度為65K-90K；兩級冷端平臺相互獨立，由紫銅制成；第一級冷端平臺上安裝一具有高反射率材料制做的防輻射屏；(2)所述高溫超導濾波器件包括同軸電纜相連的高溫超導濾波器和與高溫超導濾波器相連的前級低噪聲放大器，高溫超導濾波器安裝在第二級冷端低溫平臺上，前級低噪聲放大器安裝在第一級冷端低溫平臺上；所述高溫超導濾波器、低噪聲放大器、第二級冷端低溫平臺、第二級脈沖管和第二級蓄冷器均置于防輻射屏中。
下面結合圖1詳細描述本發明
參見圖1，一臺線性壓縮機1通過連接管2并經過熱端法蘭4和脈沖管制冷機的第一級蓄冷器51相連；第一級蓄冷器管51和第一級脈沖管61以及第二級蓄冷器52和第二級脈沖管62均采用同軸結構；脈沖管制冷機的第一級冷頭71通過具有高導熱系數的薄銦片與第一級冷端低溫平臺81連接，第一級冷端低溫平臺81由紫銅制成，低噪聲放大器14安裝于第一級冷端低溫平臺81上；制冷機的第二級冷頭72通過具有高導熱系數的薄銦片與第二級冷端低溫平臺82連接，第二級冷端低溫平臺82由紫銅制成，高溫超導濾波器13安裝于第二級冷端低溫平臺82上；高溫超導濾波器13和低噪聲放大器14之間由同軸電纜9，10連接；第一級冷端平臺81上安裝有高反射率的防輻射屏12；第二級蓄冷器52、第二級冷頭72、第二級冷端平臺82、低噪聲放大器14及高溫超導濾波器13均置于防輻射屏12內；第一級冷頭71工作于約90K的制冷溫度，第二級冷頭16工作于約65K的制冷溫度，可在有效制冷量相同的情況下，壓縮機1的輸入功率減小約35％，熱量損耗減小約30％，同時提高了制冷機的運行可靠性，穩定性；另外，結構緊湊，具有較高的機械強度。
權利要求
1.一種使用兩級同軸脈沖管制冷機冷卻高溫超導濾波器件的方法，其特征在于(1)所述兩級同軸脈沖管制冷機具有工作在不同溫度范圍的兩級冷頭，第一級冷頭通過具有高導熱系數的薄銦片連接第一級冷端低溫平臺，第一級冷端低溫平臺的工作溫度為90K-110K；每二級冷頭通過具有高導熱系數的薄銦片連接第二級冷端低溫平臺，第二級冷端低溫平臺工作溫度為65K-90K；兩級冷端平臺相互獨立，由紫銅制成；第一級冷端平臺上安裝一具有高反射率材料制做的防輻射屏；(2)所述高溫超導濾波器件包括同軸電纜相連的高溫超導濾波器和與高溫超導濾波器相連的前級低噪聲放大器，高溫超導濾波器安裝在第二級冷端低溫平臺上，前級低噪聲放大器安裝在第一級冷端低溫平臺上；所述高溫超導濾波器、低噪聲放大器、第二級冷端低溫平臺、第二級脈沖管和第二級蓄冷器均置于防輻射屏中。
全文摘要
本發明涉及的使用兩級同軸脈沖管制冷機冷卻高溫超導濾波器件的方法，特征為(1)制冷機具有兩級冷頭，每一級冷頭分別通過薄銦片連接冷端低溫平臺，第一、第二級冷端低溫平臺工作溫度分別為90K－110K和65K－90K；兩級冷端平臺相互獨立，由紫銅制成；第一級冷端平臺上安裝防輻射屏；(2)所述高溫超導濾波器件包括同軸電纜相連的高溫超導濾波器和前級低噪聲放大器，高溫超導濾波器安裝在第二級冷端低溫平臺上，前級低噪聲放大器安裝在第一級冷端低溫平臺上；所述高溫超導濾波器、低噪聲放大器、第二級冷端低溫平臺、第二級脈沖管和蓄冷器均置于防輻射屏中；具有可減小壓縮機輸入功率和熱量損耗，提高制冷機運行可靠性，而且結構緊湊，機械強度高。
文檔編號H01P1/20GK1470819SQ0212555
公開日2004年1月28日 申請日期2002年7月22日 優先權日2002年7月22日
發明者巨永林, 袁鹍, 靖葳, 侯宇葵, 梁驚濤 申請人:中國科學院理化技術研究所