高溫超導(dǎo)濾波器對(duì)傳統(tǒng)通訊的改變

關(guān)博宸

摘 要：自從1911年超導(dǎo)發(fā)現(xiàn)以來(lái)，人類就開始了對(duì)超導(dǎo)漫長(zhǎng)而又艱苦的探索。而在不斷發(fā)現(xiàn)與探索的過(guò)程中，人類也將超導(dǎo)應(yīng)用到了各行各業(yè)中。進(jìn)入21世紀(jì)，高溫超導(dǎo)取得了重大突破，進(jìn)而產(chǎn)生了高溫超導(dǎo)微波器，高溫超導(dǎo)濾波器的發(fā)明也改變了整個(gè)通訊行業(yè)。

關(guān)鍵詞：高溫超導(dǎo)；濾波器；通訊

高溫超導(dǎo)體的發(fā)現(xiàn)使得人們可以對(duì)超導(dǎo)進(jìn)行更加廣泛的應(yīng)用。近十年來(lái)，高溫超導(dǎo)移動(dòng)通信基站的研究引起了許多國(guó)家的重視，在美國(guó)，相關(guān)的小批量產(chǎn)品已經(jīng)投入市場(chǎng)，超導(dǎo)子系統(tǒng)在實(shí)驗(yàn)中所表現(xiàn)出來(lái)的優(yōu)良特性，使得它的應(yīng)用前景充滿期待。相對(duì)于普通的金屬濾波器，高溫超導(dǎo)濾波器具有帶帶邊陡峭、帶外抑制好等優(yōu)點(diǎn)。移動(dòng)通信基站接收機(jī)前端通過(guò)應(yīng)用高溫超導(dǎo)濾波器，可以節(jié)約頻率資源、增加基站覆蓋面積和通話容量、增加抗干擾能力、提高通話質(zhì)量和降低功率輻射等優(yōu)點(diǎn)。

1 高溫超導(dǎo)濾波器組成

高溫超導(dǎo)濾波器由于工作溫度低，需要深度制冷?？偟膩?lái)說(shuō)，主要包括高溫超導(dǎo)濾波放大電路、深度制冷系統(tǒng)、精確控制系統(tǒng)、真空絕熱系統(tǒng)四部分。高溫超導(dǎo)濾波器放大電路是整個(gè)系統(tǒng)的核心部件，由HTS Filter和LNA兩個(gè)部件構(gòu)成。整個(gè)放大電路工作溫度應(yīng)在液氮溫度區(qū)。深度制冷系統(tǒng)是用來(lái)提供溫度環(huán)境的，多采用斯特林制冷機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)。真空絕熱系統(tǒng)將放大電路區(qū)與外界隔絕，避免熱量散失。保持內(nèi)部的溫度穩(wěn)定。精確控制系統(tǒng)是實(shí)時(shí)測(cè)試高溫超導(dǎo)濾波放大電路的實(shí)際工作溫度，可以對(duì)制冷系統(tǒng)發(fā)號(hào)施令，保持內(nèi)部溫度恒定，同時(shí)對(duì)系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控。

2 高溫超導(dǎo)濾波器在移動(dòng)通信應(yīng)用中的優(yōu)勢(shì)

高溫超導(dǎo)子系統(tǒng)在移動(dòng)通信中的優(yōu)勢(shì)非常明顯，主要有以下幾個(gè)方面：

2.1 提高基站的抗干擾能力

對(duì)移動(dòng)通信工程來(lái)說(shuō)，抗干擾能力是最重要的技術(shù)性能之一，這是因?yàn)闊o(wú)線通信與有線通信相比較本來(lái)就易于受到其他信號(hào)的干擾。實(shí)驗(yàn)指出超導(dǎo)濾波器與常規(guī)濾波器相比具有陡峭的邊帶和極大的帶外抑制（可達(dá)到80dB的衰減），同時(shí)，由于高溫超導(dǎo)振蕩器的相位噪聲很小，這些特點(diǎn)大大提高了接收基站對(duì)干擾信號(hào)的抑制能力。因此，高溫超導(dǎo)移動(dòng)基站子系統(tǒng)的抗干擾能力非常強(qiáng)

2.2 可以充分利用頻率資源

為了避免相鄰信號(hào)的干擾、增大隔離度，無(wú)線通信中普遍采用頻率保護(hù)帶的辦法，就是通過(guò)頻率規(guī)劃，使得干擾系統(tǒng)的發(fā)射頻段和被干擾系統(tǒng)的接收頻段在頻域上得到一定的距離。超導(dǎo)濾波器的優(yōu)點(diǎn)正在于其過(guò)渡帶極陡，這使預(yù)留頻帶的寬度減到最小，從而可以最大限度地利用頻率資源。

2.3 擴(kuò)大基站的覆蓋面積

對(duì)于接收機(jī)來(lái)說(shuō)，應(yīng)當(dāng)減少輸入信號(hào)的損耗，以便提高基站系統(tǒng)的靈敏度。這將意味著加大了基站的覆蓋面積。高溫超導(dǎo)子系統(tǒng)通過(guò)三個(gè)方面的改善來(lái)實(shí)現(xiàn)這一目的。首先，超導(dǎo)濾波器的帶內(nèi)插損很小，一般在013dB左右；而常規(guī)濾波器的插損在2dB，3dB，二者相差10倍。其次，與濾波器相連的放大器，在超導(dǎo)子系統(tǒng)中是放在同一低溫環(huán)境中的，放大器由于在低溫工作，可以大大降低自身的噪聲。最后，傳統(tǒng)接收機(jī)前端一般都放在基站的機(jī)柜內(nèi)，經(jīng)較長(zhǎng)的電纜與天線相連。而高溫超導(dǎo)子系統(tǒng)由于體積與重量減少了許多，完全可以放在天線塔上，直接與天線相連，避免了電纜造成的損耗，從而提高了系統(tǒng)的靈敏度。

2.4 提高傳輸速率

隨著3G、4G技術(shù)的應(yīng)用，移動(dòng)傳輸速率的改變迫在眉睫。對(duì)于傳統(tǒng)設(shè)備而言，這是一個(gè)極大的挑戰(zhàn)。STI公司的實(shí)際測(cè)量：CDMA系統(tǒng)五個(gè)基站的簇，在市內(nèi)和市郊情況下，24小時(shí)掉話率：采用高溫超導(dǎo)濾波器接收的，由3%減少到1.7%，減少了43.2 %；在這些基站周圍沒(méi)有采用高溫超導(dǎo)濾波器的基站，由2%減少到1.7%，減少了16.8%。

3 高溫超導(dǎo)濾波器存在的問(wèn)題

3.1 功率問(wèn)題

盡管高溫超導(dǎo)濾波器在接收和發(fā)射信號(hào)上的耗損遠(yuǎn)比傳統(tǒng)基站小很多。但是由于內(nèi)部要求的低溫環(huán)境，使得其維持低溫環(huán)境所耗損的功率較大。因此整個(gè)接收機(jī)的功率比傳統(tǒng)的接收機(jī)功率大很多，功率的降低時(shí)高溫超導(dǎo)濾波器能否實(shí)現(xiàn)在通信方面大規(guī)模應(yīng)用的一個(gè)最關(guān)鍵的問(wèn)題。

3.2 價(jià)格

目前高溫超導(dǎo)濾波器系統(tǒng)價(jià)格過(guò)高，盡管性能很好，但就許多單項(xiàng)指標(biāo)來(lái)說(shuō)，性價(jià)比不如其它技術(shù)。制約了其大量的應(yīng)用。

3.3 環(huán)境條件

高溫超導(dǎo)濾波器對(duì)環(huán)境有著很高的要求，需要滿足一定的溫度、濕度、耐腐蝕的環(huán)境。而其主要在通信上的應(yīng)用時(shí)在基站方面，移動(dòng)基站多在山區(qū)，其大多數(shù)環(huán)境較為惡劣，有些很難達(dá)到要求。

4 結(jié)語(yǔ)

盡管有很多困難，但是高溫超導(dǎo)濾波器的優(yōu)勢(shì)是非常明顯的，目前各國(guó)都展開針對(duì)這方面的研究，相信在不久之后，這項(xiàng)技術(shù)將會(huì)大規(guī)模應(yīng)用。

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