高温超导滤波器对传统通讯的改变

关博宸

摘 要：自从1911年超导发现以来，人类就开始了对超导漫长而又艰苦的探索。而在不断发现与探索的过程中，人类也将超导应用到了各行各业中。进入21世纪，高温超导取得了重大突破，进而产生了高温超导微波器，高温超导滤波器的发明也改变了整个通讯行业。

关键词：高温超导；滤波器；通讯

高温超导体的发现使得人们可以对超导进行更加广泛的应用。近十年来，高温超导移动通信基站的研究引起了许多国家的重视，在美国，相关的小批量产品已经投入市场，超导子系统在实验中所表现出来的优良特性，使得它的应用前景充满期待。相对于普通的金属滤波器，高温超导滤波器具有带带边陡峭、带外抑制好等优点。移动通信基站接收机前端通过应用高温超导滤波器，可以节约频率资源、增加基站覆盖面积和通话容量、增加抗干扰能力、提高通话质量和降低功率辐射等优点。

1 高温超导滤波器组成

高温超导滤波器由于工作温度低，需要深度制冷。总的来说，主要包括高温超导滤波放大电路、深度制冷系统、精确控制系统、真空绝热系统四部分。高温超导滤波器放大电路是整个系统的核心部件，由HTS Filter和LNA两个部件构成。整个放大电路工作温度应在液氮温度区。深度制冷系统是用来提供温度环境的，多采用斯特林制冷机来实现。真空绝热系统将放大电路区与外界隔绝，避免热量散失。保持内部的温度稳定。精确控制系统是实时测试高温超导滤波放大电路的实际工作温度，可以对制冷系统发号施令，保持内部温度恒定，同时对系统的相关参数进行监控。

2 高温超导滤波器在移动通信应用中的优势

高温超导子系统在移动通信中的优势非常明显，主要有以下几个方面：

2.1 提高基站的抗干扰能力

对移动通信工程来说，抗干扰能力是最重要的技术性能之一，这是因为无线通信与有线通信相比较本来就易于受到其他信号的干扰。实验指出超导滤波器与常规滤波器相比具有陡峭的边带和极大的带外抑制（可达到80dB的衰减），同时，由于高温超导振荡器的相位噪声很小，这些特点大大提高了接收基站对干扰信号的抑制能力。因此，高温超导移动基站子系统的抗干扰能力非常强

2.2 可以充分利用频率资源

为了避免相邻信号的干扰、增大隔离度，无线通信中普遍采用频率保护带的办法，就是通过频率规划，使得干扰系统的发射频段和被干扰系统的接收频段在频域上得到一定的距离。超导滤波器的优点正在于其过渡带极陡，这使预留频带的宽度减到最小，从而可以最大限度地利用频率资源。

2.3 扩大基站的覆盖面积

对于接收机来说，应当减少输入信号的损耗，以便提高基站系统的灵敏度。这将意味着加大了基站的覆盖面积。高温超导子系统通过三个方面的改善来实现这一目的。首先，超导滤波器的带内插损很小，一般在013dB左右；而常规滤波器的插损在2dB，3dB，二者相差10倍。其次，与滤波器相连的放大器，在超导子系统中是放在同一低温环境中的，放大器由于在低温工作，可以大大降低自身的噪声。最后，传统接收机前端一般都放在基站的机柜内，经较长的电缆与天线相连。而高温超导子系统由于体积与重量减少了许多，完全可以放在天线塔上，直接与天线相连，避免了电缆造成的损耗，从而提高了系统的灵敏度。

2.4 提高传输速率

随着3G、4G技术的应用，移动传输速率的改变迫在眉睫。对于传统设备而言，这是一个极大的挑战。STI公司的实际测量：CDMA系统五个基站的簇，在市内和市郊情况下，24小时掉话率：采用高温超导滤波器接收的，由3%减少到1.7%，减少了43.2 %；在这些基站周围没有采用高温超导滤波器的基站，由2%减少到1.7%，减少了16.8%。

3 高温超导滤波器存在的问题

3.1 功率問题

尽管高温超导滤波器在接收和发射信号上的耗损远比传统基站小很多。但是由于内部要求的低温环境，使得其维持低温环境所耗损的功率较大。因此整个接收机的功率比传统的接收机功率大很多，功率的降低时高温超导滤波器能否实现在通信方面大规模应用的一个最关键的问题。

3.2 价格

目前高温超导滤波器系统价格过高，尽管性能很好，但就许多单项指标来说，性价比不如其它技术。制约了其大量的应用。

3.3 环境条件

高温超导滤波器对环境有着很高的要求，需要满足一定的温度、湿度、耐腐蚀的环境。而其主要在通信上的应用时在基站方面，移动基站多在山区，其大多数环境较为恶劣，有些很难达到要求。

4 结语

尽管有很多困难，但是高温超导滤波器的优势是非常明显的，目前各国都展开针对这方面的研究，相信在不久之后，这项技术将会大规模应用。

[参考文献]

[1]慕利娟，赵宏宇.高温超导滤波器应用在移动通信基站中的优势[J]. 低温与超导，2007，05：417-420.

[2]吴新杰，姚彦.高温超导滤波器及其在移动通信中的应用[J].移动通信，2007，05：65-68.

[3]何豫生.高温超导微波器件在移动通信中的应用[J].物理，2002，04：205-213.

[4]Neal O，Fenzi.Doing More With Less：Superconducting Solutions for Network Nhancement[EB/OL].