小型脉冲管制冷机上的高温超导谐波混频

设计了与小型脉冲管制冷机配套的微波耦合及中频测量混频系统。制备了高温超导YBCO／YSZ双晶结。利用此结在小型脉冲管制冷机上进行了 谐波混频实验。在小型脉冲管制冷机上实现了YBCO／YSZ双晶结在8mm波段36次谐波混频。对系统的噪声进行了评价并提出了改进意见。     

约瑟夫森双晶结混频器变频效率测量分析

开展了基于高温超导双晶结混频器变频效率的研究. 采用离子刻蚀法进行刻蚀, 制备出集成天线的结, 进行了3 mm谐波混频的实验, 测量分析了高温超导混频器的变频效率与本振信号功率、微波信号功率、谐波次数、偏置电流等参数之间的关系. 为进一步提高高温超导混频器的变频效率提供了依据, 同时为混频器最佳工作点的选取打下了基础.     

铊系超导薄膜圆环图形中临界电流密度的空间分布

微波无源器件是高温超导薄膜的一个重要应用领域,利用高温超导薄膜可以实现许多微波无源器件,如谐振器、滤波器、延迟线、天线等.目前,这方面的研究已取得了可喜的成就,出现了许多有实用价值的器件,展现了高温超导薄膜微波无源器件广阔的应用前景.绝大多数高温超导微波无源器件都是将高温超导薄膜刻蚀为所需要的图形而得到的.这些图形的形状、尺寸可以根据器件的性能,由微波理论设计而定,一般采用微带电路的形式.     

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.     

用于热声驱动脉冲管制冷机的新耦合机制: 声学放大器

提出了声学放大器的概念, 有意识地用一根长管来连接热声发动机与脉冲管制冷机. 理论计算表明, 合适的管长及管径可以大幅度地放大来自热声发动机的压力波动, 脉冲管制冷机从而可以获得更大的驱动压比. 在理论分析的基础上, 初步的研究也证实了压力波动的放大效果. 在平均压力2.46 MPa, 工作频率69 Hz时, 一根内径8 mm, 长2.8 m的紫铜管把来自热声发动机的压力波动幅值平均放大为2.5倍以上. 特别地, 使用1.67 kW的加热功率, 发动机的压比为1.11, 脉冲管制冷机入口的压比到达了1.32, 进而在脉冲管制冷机的冷头获得了65.7 K的温度.     

300 Hz高频热声驱动脉冲管制冷机

介绍了300Hz驻波热声发动机驱动脉冲管制冷机的最新进展.在前期经验的基础之上,针对驻波发动机、脉冲管制冷机以及它们之间的耦合机制进行了优化.在平均压力和加热功率分别为4.13MPa和1760W时,脉冲管制冷机的入口压比达到了1.248,并获得了69.5K的无负荷最低制冷温度,这是该频率范围的热声驱动脉冲管制冷机首次获得70K以下的低温.     

液氮温区高效直线压缩机驱动的脉冲管制冷机

通过对直线压缩机驱动的脉冲管制冷整机系统的效率进行理论分析, 发现惯性管的阻抗不仅对脉冲管制冷机的效率有重要影响, 而且会改变制冷机的阻抗, 从而进一步影响压缩机的电声转换效率. 借助于湍流修正模型, 解决了惯性管阻抗由于受到湍流转捩的影响而难以预测的问题, 因此设计出了一台高性能的直线压缩机驱动的脉冲管制冷机. 在电输入功率为127 W、制冷温度为77 K的情况下获得了9.4 W的制冷量, 整机相对卡诺效率达到了19.8%.     

突破液氢温度的热驱动热声制冷机

提出了一种“二介质耦合声学放大器”作为热声发动机与低温脉冲管制冷机的新型耦合机构, 使其继续保持压力幅值放大的功能, 且能够在热声发动机和脉冲管制冷机之间安装弹性膜. 利用此新型耦合机构, 可以使热声发动机以氮气为工作介质获得较低的工作频率, 而脉冲管制冷机则可采用氦气为工作介质使其优良的低温制冷性能得到保证. 采用聚能型行波热声发动机驱动, 最终使一台两级脉冲管制冷机获得了18.7 K的无负荷温度, 使热驱动的热声制冷机突破了液氢温度.     

以氦-4为唯一工质的1.8 K复合制冷机及其应用验证

量子信息技术和深空探测等领域的蓬勃发展,对2 K以下温区高可靠、长寿命、小型轻量化、高制冷效率低温制冷机的需求日益迫切,高频脉冲管耦合Joule-Thomson(JT)的复合制冷循环是实现这一目标的重要手段.目前国际上以该循环获得2 K以下温区的成功实践,均是在脉冲管分系统使用氦-4而JT分系统使用氦-3作为循环工质的情况下获得的.氦-3在地球上存量稀少、价格高昂,是阻碍这一循环在更广范围内实用化的关键瓶颈.本文对以氦-4为唯一工质的四级高频脉冲管耦合JT的复合制冷循环开展了理论与实验研究,分析了基于该循环获取2 K以下温度的关键难点和可行性,从采用间隙密封的直流线性压缩机的低压压力和多级间壁式回热器的低压侧压降损失入手,理论预测出在40 kPa系统充气压力下可实现1.1 kPa的压缩机吸气压力和438.6 Pa的低压侧总压降,从而能获得1.54 kPa的饱和蒸气压,此时采用氦-4节流可实现1.78 K的制冷温度.同时,在氦-4超流态工况下,分析了小界面温差的Kapitza热导对冷头蒸发器内超流氦热传递的影响,并给出了在此基础上JT循环参数优化的限制条件.设计出的制冷机的无负荷温度经过...     

小型斯特林热声发动机谐振管内径的影响研究

基于线性热声理论, 对一台小型热声斯特林发动机进行了数值仿真, 并进行了相应的实验研究. 计算和实验结果表明, 谐振管内径的变化对于小型斯特林热声发动机的谐振频率以及性能具有十分重要的影响. 适当减小谐振管的径向尺寸, 能够有效降低整机的谐振频率, 提高系统波动压力幅值, 这对于热声斯特林发动机的小型化具有重要的指导意义. 根据计算和分析, 搭建了一台小型热声斯特林发动机, 其谐振管的长度和内径分别为350 mm和20 mm, 工作频率为282 Hz, 当充气压力为2 MPa, 加热量为637 W时, 系统最大压力峰峰值和压比分别达到了0.22 MPa和1.116, 初步具备驱动热声制冷机或者热声发电机的能力     

高温超导微波器件在UHF数字通讯系统中的应用

依靠高温超导微波器件对UHF波段数字集群通讯基站进行了替换, 现场实验表明: 高温超导微波器件在该基站的一个带外强干扰的复杂电磁环境中应用改善数字灵敏度6 dB以上, 相当于将基站覆盖半径提高到原来的2倍, 覆盖面积增加到原来的4倍. 可见高温超导微波器件在数字通讯系统中使用将有效提升系统性能, 保障复杂电磁环境中数字集群系统的正常通讯, 这在未来通信系统的发展有着非常重要的意义.     

突破液氮温度的完全无运动部件热声制冷机

脉冲管制冷机因为无低温下运动部件在小型低温制冷机研究领域倍受关注,热声发动机则利用热能产生自激振荡输出声功而无需任何运动部件,也是近年来国际研究的热点．如果两者成功耦合在一起则能形成完全无运动部件的低温制冷机,在可靠性、造价以及利用热源等方面具有无可比拟的优越性,可以应用在很多重要的场合,长期以来受制于热声发动机所能获得的压力波动大小,     

用具有单晶硅辐射基片加热器和活性氧发生器的激光淀积系统制备双面YBa_2Cu_3O_(7-δ)超导薄膜

超导微波器件是高温超导薄膜的重要应用之一,尤其是使用YBa_2Cu_2O_(7-δ)(YBCO)高温超导薄膜制作无源微波器件,例如超导微带谐振器、滤波器、超导天线、超导延迟线等,更受到各国有关研究组的重视,而且发展很快.这类器件的核心部件是一块刻成特定图形的YB-CO超导薄膜,在薄膜的另一面放置另一块低电阻率的金属薄膜或超导薄膜做为接地电极.这种结构的微波器件虽然取得了很大进展,但是仍然因为基片的微变形或金属电极的电阻而使器件的损耗较大,这种由于非理想接地电极引起的损耗可能占到总损耗的30%.如果用双面超导薄膜制作微波器件则这种损耗可以消除.因而,使用双面超导薄膜制备超导微波器件是进一步降低微波损耗的重要途径.从90年代初到现在国际上一些先进的实验室一直进行制备双面超导薄膜的研究,并在美、日、德等国的一些实验室获得成功.制备双面超导薄膜的方法有多种,如脉冲激光淀积(PLD)法、MOCVD法、共蒸发法和溅射法等.在这些方法中脉冲激光淀积法因为有其独特的优点而倍受重视.采用激光法制备双面高T_c超导薄膜的关键之一是基片的非接触加热技术.目前常被采用的非接触加热方法有3种:1.卤素灯加热,2.空腔加热,3.二氧化碳激光加热.以上3种加热方法都存在着各种不同的缺点,例如结构复杂,使用不便     

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.     

空间液氦温区J-T节流制冷机节流微孔实验

液氦温区节流制冷机在空间探测中获得了广泛的应用,基于本实验室研制的多级高频脉冲管预冷节流循环的复合式制冷机,针对节流微孔对节流制冷机性能的影响进行分析和实验.研究发现,节流微孔的尺寸不仅影响节流制冷机的流量,对节流制冷效果也有着重要影响.通过实验对不同孔径微孔进行了研究,获得了最佳微孔尺寸.此外,对节流前高压对节流制冷机流量、制冷机和最低无负荷温度的影响进行了分析和实验研究.基于此,采用三级无油线性压缩机驱动节流循环,测试了闭式循环节流制冷机的性能,在4.48 K获得了81.5 m W的制冷量.     

高温超导小型化交叉线自均衡线性相位滤波器

利用高温超导薄膜制作的高温超导滤波器同时具备极低插损和陡峭带外截止特性,但对电路加工工艺要求很高.为了便于采用常规光刻工艺加工交叉线高温超导自均衡线性相位滤波器,本文采用一种特殊结构的多曲折线谐振器.结合自拟的线性相位滤波器耦合矩阵在35.1mm×6.6mm、具有极低表面电阻、厚度为0.5mm、介电常数为23.5和LaAlO3作为衬底的微带线YBCO/LaAlO3/YBCO双面高温超导薄膜上设计并制作了八级高温超导小型化交叉线自均衡线性相位微带线滤波器,在77K时测得其中心频率为2513.5MHz,带宽为15MHz,群时延起伏15ns的有效带宽占通带的70%以上。     

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.     

5 fs放大激光脉冲载波包络相位的锁定研究

针对结合啁啾脉冲放大技术(CPA)及脉冲压缩技术所产生的5 fs激光脉冲的载波包络相位(CEP)变化情况, 设计制作了用于控制种子脉冲CEP快变化和放大压缩后1 kHz重复频率的亚毫焦耳能量激光脉冲CEP慢变化的两级负反馈锁相环路, 分析了相位控制系统的结构和原理, 介绍了两级锁相环路中相位信号的提取、伺服控制环路的设计和闭环锁定的结果. 实验结果表明, 利用该锁相系统可以稳定地实现周期量级放大激光脉冲的CEP锁定, 在大于3 h的时间内, 锁定后的CEP变化小于53 mrad(均方根值).     

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     

我国成功研制双通带高温超导滤波器

近日, 我国研究人员提出了一种双通带滤波器的设计 方法, 并完成了一个L 波段双通带高温超导滤波器的设计和制作, 该成果可充分发挥超导材料的低微波表面电阻的优势, 在微波通信、高灵敏度接收系统中具有重要的应用价值.