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中国高温超导在通信领域获突破可用于电子战

2018-11-01 10:32:46

中国高温超导在通信领域获突破 可用于电子战

>   王正全

本报讯 由清华大学物理系自主研制成功的我国首台CDMA移动通信用的高温超导滤波器系统,自2004年3月26日安装于中国联通唐山分公司的移动通信基站实际运行以来,至今已连续无故障使用一年半以上,每天24小时不间断地为用户提供优质服务。这标志着我国高温超导开展研究18年后,在通信领域首次实际应用并长期运行获得成功。我国也因此成为继美国之后,世界上第二个靠自主技术实现高温超导在移动通信领域应用的国家。

由于高温超导薄膜材料在微波频段的表面电阻比普通金属低两个数量级以上,用其制备的滤波器具有其他滤波器无法比拟的、近于理想的滤波性能。由高温超导滤波器、低噪声前置放大器、小型制冷机和控制系统组成的高温超导滤波器系统,可同时具有极低的噪声系数和很高的带边陡峭度,将其应用于各种微波通信设备的接收机前端,可以大幅度提高整个系统的灵敏度和选择性,在移动通信、军事通信、卫星通信等微波通信领域有广泛的应用前景和巨大的市场潜力。据权威估计,全世界超导滤波器的市场规模约在数百亿美元量级。尽管由于初期成本较高,进入市场需要有一个过程,但在国外已进入规模商业应用,超导滤波器系统的年销售额已达到数亿人民币。美国已有四千多个移动通信基站的接收机改用高温超导滤波器系统。超导滤波器系统在军事通信、雷达、电子战等军事领域也已得到了广泛的实际应用。

清华大学物理系曹必松教授领导的课题组在多年的研究工作中,自主创新,走出了一条与国外不同的、独立的技术路线,先后攻克了高性能高温超导滤波器的设计、加工、低温调谐和系统集成等一系列关键技术,申请了十多项发明专利,于2002年初研制成功我国套GSM1800移动通信系统用的高温超导滤波器系统,经专家鉴定,其主要性能指标达到了国际同类研究的先进水平。其后又陆续研制成功我国套适合于GSM900和CDMA移动通信系统应用的高温超导滤波器系统,并在与超导滤波器系统实际应用相关的技术难题上取得了突破,使超导滤波器系统的各项性能指标达到了实际应用的需要。2004年3月,清华大学物理系与中国联通唐山分公司联合,将自主研制的高温超导滤波器系统安装于中国联通的CDMA移动通信基站进行现场通信试验获得成功。

改用高温超导滤波器系统后,在超导滤波器服务的区域内,的发射功率平均下降了一半,对人体健康可能造成的影响大幅下降,通信络的多项关键技术指标得到较大幅度提高。其后,高温超导滤波器系统被安装于基站长期实际运行。

清华大学以上成果的取得,是产学研相结合的结果。研究工作得到了北京市科委、科技部和国家自然科学基金委的大力支持。中数威利超导技术公司和伟清创新科技有限公司先后给予较大的资金支持,对超导滤波器技术研究起了重要作用。清华大学与德国、美国、俄罗斯等相关研究机构的长期交流合作,推动了高温超导滤波器技术的发展。

“十五”期间,我国在高温超导滤波器技术研究和应用方面已经取得了重大的进展和突破,但目前仍处于样机研制和少量试用的阶段,与国际先进水平相比还有不小的差距。“十一五”期间,我国将集中力量,攻克与超导滤波器规模应用和产业化相关的关键技术,包括与超导滤波器的安全性、可靠性和长期稳定性相关的关键技术、与提高成品率和降低成本相关的关键技术,与小型化、实用化相关的关键技术等。鉴于我国移动通信的高速发展和我国在超导滤波器研究方面已有的技术基础,专家预计经过“十一五”期间的努力,我国的高温超导滤波器技术将有一个新的飞跃,高温超导滤波器技术将在移动通信、军事通信、卫星通信和其他微波通信领域获得广泛的、较大规模的商业应用,从而在我国形成一个全新的高技术产业,并成为我国高温超导走向规模应用和产业化的主要突破口。

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