高温超导滤波器及其应用研究进展

高温超导材料的微波表面电阻比铜等金属小将近3个数量级,所以自从高温超导材料发现以来,人们就开始了高温超导微波滤波器的研究,并研制出了各种各样具有低损耗、高选择性、优异的带内群时延特性等性能优异的高温超导滤波器.与此同时,高温超导滤波器的应用研究也取得长足进步.目前,由高温超导滤波器、微型斯特林制冷机及半导体低噪声放大器等组成的高温超导微波前端子系统已经在移动通信、雷达、深空探测和卫星通信等多个领域获得应用并取得了显著的经济和社会效益.近年来,高温超导滤波器的研究也在不断地向新的方向拓展,在大功率承载能力、多通道器件、可调频率滤波器以及全超导接收机等领域取得显著进展.本文对高温超导滤波器的研究现状和应用进展进行总结,并对高温超导滤波器及微波应用的研究发展趋势进行展望.     

高温超导性理论的研究

最近两年以来,物质的超导性和超导材料的研究得到了突飞猛进的发展.一大批具有临界温度T_c值大于90K的高温陶瓷超导材料ⅡA-ⅢB-Cu-O被发现(这里ⅡA是指Ba、Sr或Ca等,ⅢB是指La、Y,Sc等元素.)它对工农业等整个国民经济的发展具有重大意义.很奇怪,这一巨大成就均不是在原有的超导理论的指导下所获得的,而是凭经验,从实践中“意外”发现的.但人们至今还不清楚为什么这类陶瓷氧化物超导体具有如此高的T_c值?体内什么样的内部结构(晶体结构和电子结构)引起了这样高的T_c值的出现?它是否可以制     

强磁场用第二代高温超导带材研究进展与挑战

强磁体应用是高温超导材料研究的最大驱动力之一.最近基于REBa2Cu3O7-δ(RE123)涂层导体的超导磁体的中心磁场达到了26.4 T,为目前全高温超导磁体的最好水平,超过NbTi-Nb3Sn基超导磁体极限;同时,在低温超导背景场中内插17 T的第二代高温超导(2G-HTS)带材磁体实现了32 T的全超导磁体,打破了该类磁体磁场强度的世界纪录.这些强磁场技术的突破正是基于高温超导材料的进步,充分显示了高温超导材料在强磁场应用中的诱人前景.然而高温超导磁体技术能否得到进一步发展与广泛应用,还取决于高温超导材料的基础性能、成材效率和性价比的改善和提升.本文将介绍第二代高温超导带材及其磁体应用技术的国内外发展现状,主要包括第二代高温超导带材的技术路线、我国低成本化学法产业化发展情况、人工磁通钉扎技术和磁场下传输性能的提高、超导厚度诱导的临界电流密度下降以及焊接、机械性能等强电应用相关的关键科学和技术问题等.     

高温超导微带谐振器

超导转化温度高于液氮沸点温度77K的高温超导体刚一问世,国际上立即掀起了一场高温超导材料的研究热潮,以求研制出超导临界温度高、微波表面电阻R_s小、超导性能稳定的高温超导体.经过几年的努力,某些高性能高温超导材料的研制已日趋成熟,且逐渐步入实用化阶段.在微波领域里的应用是高温超导材料应用的一个重要方面.高温超导微带谐振器具有Q值高、体积小、重量轻的突出优点而倍受重视,它不仅可作为微波器件(如低相噪高温超导振荡电路的选频器件)使用,而且还可用来研究超导薄膜或介质衬底材料的微波性能.1 设计原理根据电磁理论,微带谐振器的无载品质因数Q_o有如下关系:式中Q_c为表征导体Ohm损耗的品质因数,Q_ε为表征介质衬底材料微波损耗的品质因数,Q_r为表征辐射损耗的品质因数.根据定义,Q_o还可表示为Q_0=ω_0W_0/P,(2)式中ω_o为谐振角频率,W_O为谐振器的总储能,P为谐振器的总耗能,即     

高温超导10年

自从第一次发现高温超导体至今已有10年了，本文描述头几年一些重大发现和领先事件的背景，并且强调了该材料的二维层状结构。在此，我们提出如何理解这些超导电性理论的思索并讨论了相应的实验进展，与此同时，还预测了高温超导材料的应用。     

高温超导材料的判别式

关于元素超导电性已提出了许多经验判别式。这里我们探讨液氮温度与液氮温度的超导材料的判别式,这必将对超导材料的合成起一定的作用。我们发现液氮温区的超导材料判据在下式所指的范围内:     

高温超导微波限幅滤波器

利用高温超导薄膜材料的临界电流特性, 并与微波谐振器的电流分布特性相结 合, 在同一微波器件中实现限幅和滤波功能. 理论分析和实验结果表明, 在通讯和雷达系统应用中, 该器件可以在极大提高系统灵敏度的同时增强系统抗干扰和抗烧毁能力.     

关于高温超导的新理论

高临界温度氧化物超导体的特性,不能用电子-声子相互作用的传统理论解释。为此,曾获诺贝尔物理学奖的安德森与施里弗,各自提出了有独特见解的新理论,引人注目。     

关于高温超导的研究

本文为1987年诺贝尔物理奖获得者乔治·贝特诺兹(J.G.Bednorz)于1988年11月在复旦大学作的学术报告,他着重谈了高温氧化物超导体的发现过程,并解释了各类氧化物超导体的性质和超导机理。文中指出了高温超导体的应用前景和目前存在的困难,提出了可能的解决途径和方法。文中最后还对高温超导的最新研究动向作了介绍和评述。     

高温超导材料前景如何？

1.材料研究与发展的历史和现状自从1986年在La-Ba-Cu-氧化物中发现高Tc超导电性以来,有许多文章报道发现了新的超导氧化物,其中有些材料呈现高临界温度(见表1)。迄今为止,最高临界温度为125K,是1988年初在铊化合物中得到的,还没有得到Tc>125K的材料。但是,近一年半以来,又发现了几种新材料(见表2),但是其临界温度均低于100K。     

X波段高温超导滤波器研制

提出了一种综合设计微带带通滤波器的方法, 除了设计微带线的结构, 还综合考虑了屏蔽盒结构对滤波器技术指标的影响. 利用该方法设计了X波段高温超导(HTS)微带滤波器. 使用生长于0.5 mm厚的 LaAlO3 介质上的TI-2212高温超导薄膜, 实现了一个6阶带通滤波器, 中心频率为9500 MHz, 带宽为500 MHz. 该滤波器具有极低的带内插入损耗——小于0.2 dB, 以及阻带抑制高达90 dB以上. 在未经调谐的情况下, 测试结果与仿真结果基本一致.     

高温超导薄膜表面电阻频率特性测试新方法

提出了一种利用兰宝石的多个谐振模式对高温超导薄膜在多个频率点下的微波表面电阻进行测试的新方法. 该方法测试灵敏度高, 动态范围大并能在同一个温度循环内对单片高温超导薄膜微波表面电阻的频率特性进行表征, 极大地减少了测试工作量, 为高温超导薄膜的研究及工业化生产提供了有力保障.     

探索高温超导材料的最新实验

自从1911年荷兰人卡末林-翁纳斯发现水银具有超导性以来,已经有整整七十年的历史了。由于这种材料具有完全导电性(电流可以无阻地流动),完全抗磁性(在理想超导体中,可以把磁力线完全排除体外)和约瑟夫森效应(在弱连接的超导结上可产生交直流的超导电流)等其他材料不曾具有的特殊性能,而引起人们的广泛注意和深入研究。但是,这样优良的物质性能,至今未在工业等国民经济的各个部门得到广泛     

高温超导连续通带双工器的研制

在以LaAlO₃为衬底的钇系高温超导薄膜YBCO基片上, 采用并联两个单终端低通原型带通滤波器构成部分互补的滤波器的方式, 设计并制作一个四极高温超导连续通带双工器, 通带工作频率分别为3~3.5 GHz和3.5~4 GHz. 与常规金属材料制作的双工器相比, 体积减少四分之三, 插入损耗减少2 dB. 在液氮温区77 K时, 高温超导双工器的测试结果为: 通带内插入损耗小于0.8 dB, 通带间带外抑制大于30 dB@通带中心频率. 为近一步研制高温超导多工器提供了很好的借鉴, 对将来高温超导信道化接收机系统的研究和设计具有重要的意义.     

高温超导开口环小型化宽带滤波器

提出了一种小型化半波长开口环结构谐振器,研究了谐振器间的强电场耦合和强磁场耦合,在14.8mm×9.6mm的YBCO/LAO/YBCO双面超导薄膜上设计并制作了具有全新电路结构的6级高温超导(HTSC)开口环小型化微带线切比雪夫滤波器,在77K时测得其中心频率为2230MHz,带宽为455MHz,通带内最小插损为0.14dB.此种结构的高温超导滤波器在移动通信和卫星通讯领域将具有广泛的应用前景.     

我国首次高温超导器件空间试验获得成功

中国科学院物理研究所研制的高温超导滤波器在我国首颗民用新技术试验卫星——实践九号A星搭载试验取得圆满成功.这是我国超导技术首次成功完成空间试验,使我国成为国际上继美国之后第二个将超导器件成功送上太空的国家,表明我国的超导技术应用已跻身国际前列,对超导技术在我国的应用,特别是空间应用具有重要意义.由中国科学院物理研究所和航天科技集团空间技术研究院510所联合研制的超导滤波器验证试验装置是实践九号卫星的重要有效载荷之一,其中中国科学院物理研究所负责超导滤波器的研制,航天     

脉冲激光沉积大面积高温超导氧化物薄膜

高温超导体在各领域的应用越来越受到人们的重视,特别是在微电子学、微波器件和磁测量等方面比如延迟线、滤波器、超导天线、超导量子干涉仪(SQUID)已进入实用化阶段.制作这些器件不仅要求超导体为大面积的薄膜,而且要求膜的厚度以及超导特性(零电阻温度,临界电流密度,表面电阻等)具有很好的均匀性.虽然目前制备高T_c氧化物薄膜的方法很多,脉冲激光沉积(pulsed laser deposition)、磁控溅射(magnetron-spuffering),金属有机化学气