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面向下一代超导混频多波束接收机应用的低温低功耗MMIC放大器关键技术研究

批准号:
12073086
项目类别:
面上项目
资助金额:
64.0 万元
负责人:
刘洁
学科分类:
射电天文技术和方法
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
刘洁

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
大规模超导混频多波束接收机是射电天文接收机技术重点发展方向之一。通过长期实践,虽然多波束接收机技术已得到显著发展,但是在小型化和多像元方面仍面临诸多技术挑战。如嵌入式本振分配网络和平面超导混频器集成阵列技术、低温低功耗MMIC放大器技术和低温多路中频传输技术等,仍无法满足大规模多波束接收机的应用需求。本项目主要面向下一代多波束接收机前端中频部分的技术挑战,开展低温低功耗MMIC放大器研究工作。低温放大器是超导多波束接收机前端系统的关键部件,其噪声性能显著影响着接收机系统噪声。目前商用低温放大器功耗相对较高,并成为前端系统的主要热源,在制冷功率一定的情况下,限制了阵列接收机像元数目的扩展。因此低功耗低温MMIC中频放大器的研制,将有助于放大器阵列集成,并形成SIS+MMIC紧密集成的超导混频器接收机前端系统,为下一代集成型多波束接收机提供关键技术支持。
英文摘要
The large-scale multi-beam superconducting heterodyne receiver technology is identified to be significant for future large field of view radio astronomical observations. Although considerable progresses have been made in developing multi-beam receiver technology, there are still a handful key technical challenges to be solved to enable a large pixel count, e.g. embedded LO distribution network, planar superconducting mixer array, and cryogenic low-power consumption MMIC amplifiers, cryogenic IF multiplexing technique and so on. In this research, we focus on the IF technologies of multi-beam heterodyne receiver, namely the cryogenic low-power consumption MMIC low noise amplifiers. The low noise performance of the cryogenic amplifiers is critical to reduce the overall system noise. Meanwhile, they are also the principal heat sources for cryogenic receiver frontend system. Because of the relative high-power consumption of the commercial LNAs, the number of the pixels is limited by the finite cooling capacity. It is thus desirable to relax this limit by reducing the power consumption of the amplifiers. Through the research of this project, we will achieve the key technologies of the low power MMIC amplifier which will be helpful to the development of the SIS+MMIC superconducting heterodyne receiver system and then lay a solid foundation for the development of the next generation of integrated multi-beam array receiver.
本项目研究了晶体管低温小信号模型和噪声模型,为了减小模型建立的复杂度,我们基于晶体管小信号模型的低频简易噪声模型对其噪声特性进行分析,从而得到晶体管模型关键参数电流增益β和跨导Gm,另外,小信号模型的其他参数随温度变化并不显著,从而基于该模型能够准确的预测晶体管的低温噪声特性。基于低温模型实现了对放大器低温噪声特性进行了预测和仿真。完成了0.1-5GHz宽带低温放大器研制,并用于南极太赫兹望远镜,实现天文观测。为了满足水汽宽谱线测量,研制了0.5-8GHz宽带低温放大器,并用于超导水汽辐射计系统。为了满足大规模多波束接收机的应用,完成了1x4路低温放大器阵列研制,为低温放大器的大规模应用奠定基础。研究成果将应用于国内射电天文接收机。
应用于射电天文的小型化低温磁性微波器件研究
  • 批准号:
    11303104
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    24.0万元
  • 批准年份:
    2013
  • 负责人:
    刘洁
  • 依托单位:
国内基金
海外基金