[发明专利]亚毫米波多波段成像的超导带通滤波器阵系统和实现方法

说明书

本发明公开了一种用于亚毫米波多波段同时成像超导带通滤波器阵系统和实现方法，包括：相控阵天线，具有二进制求和树，用于捕获亚毫米波多波段的天文信号；四个超导带通滤波器，组成滤波器阵，用于定义四个不同的频段，对天文信号进行处理；四个动态电感检测器，每个超导带通滤波器的输出将馈入一个动态电感检测器，以提高仪器的吞吐量并实现多色成像；读数系统，耦合到动态电感检测器，读出天文信号。根据本发明的超导带通滤波器阵系统和实现方法具有更高灵敏度、更快速响应速度。

技术领域

本发明涉及天文通信领域，特别是涉及一种用于亚毫米波多波段同时成像的超导带通滤波器阵系统和实现方法。

背景技术

宇宙大爆炸发出的光度的50％和光子的98％都在亚毫米和远红外(FIR) 范围内。在过去的几年中，亚毫米/毫米天文仪器通过测量的宇宙基本参数，彻底改变了对恒星、星系和星团形成的理解。

亚毫米波功率测量是采用经典的炭斗法进行的。这种方法的测量精度较高，但响应速度太慢。因此，通常采用热敏材料制成的探测器，用炭斗法校准后测量亚毫米波的功率。常用的室温探测器(如高莱探测器，热释电探测器和真空热电堆等)可在室温下使用，操作简便，但热噪声干扰大，测量的灵敏度较低。低温探测器(如掺杂锗辐射计、砷化镓光电导探测器和约瑟夫逊结探测器等) 需要液氦温度的工作条件，但灵敏度高，噪声电平比室温探测器低几个数量级。亚毫米波波长测量用光学方法进行。用得较多的是法布里-珀罗干涉仪,它用金属栅网反射器或有小孔耦合的全反射球面镜代替光学干涉仪中的半透膜玻片,测量精度可达0.1％～0.01％。反射光栅法与光学测量用的光栅法相同，只是光栅的单位长度条数减少到每毫米1～10条，测量精度约1％～2％。迈克尔逊干涉仪用聚脂薄膜作分光束器，并可配上计算机进行信息处理,测量精度较高,利用这种仪器测量是最为成熟的一种测量方法。迈克尔逊干涉仪也可用作亚毫米波波谱仪。测量亚毫米波的频率可间接得到更精确的波长。亚毫米波频率测量一般采用外差法,即将待测频率为fx的亚毫米波与本振(通常是频率为f0的毫米波振荡器)信号的n次谐波混频,然后用数字频率计测量经中频放大后的频率f1F＝fx-nf0。如果对本振和高稳定晶体振荡器或原子频标进行频率锁定，则测量精度可达10以上。

目前，在亚毫米波的探测领域还有很多可探索的空间，还需要更高灵敏度、更快速响应的检测系统和监测方法。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种用于亚毫米波多波段同时成像的超导带通滤波器阵系统和实现方法，能够实现更高灵敏度、更快速响应地探测亚毫米波。

本发明提供一种超导带通滤波器阵系统，用于亚毫米波多波段同时成像，其特征在于，包括：

相控阵天线，具有二进制求和树，用于捕获亚毫米波多波段的天文信号；

四个超导带通滤波器，组成超导带通滤波器阵，用于在四个不同的频段，对天文信号进行处理；

四个动态电感检测器，每个超导带通滤波器连接一个动态电感检测器，将超导带通滤波器的输出信号馈送至动态电感检测器，以提高成像设备的吞吐量并实现多色成像；

读数系统，耦合到动态电感检测器，读出天文信号。

进一步，所述超导带通滤波器阵系统应用于多波长亚毫米电感相机，所述滤波器设置于相机晶片上，所述晶片包括硅晶片以及依次布置在硅晶片上的接地层、电介质层和布线层。

进一步，所述接地层的材料为150nm厚的超导微带材料铌Nb，布线层厚度为400nm，电介质层为400nm厚的二氧化硅或氮化硅。

进一步，所述滤波器采用光刻超导带通滤波器，采用八个集总元件组成，包括三个电感器，三个串联电容器和两个并联电容器。

另一方面，本发明提供一种超导带通滤波器阵系统的实现方法，包括以下步骤：

1)设计带通滤波器电路模型；