超导电路与器件对于多种行业都具有重要的意义，包括军用、民用、测试与测量、医疗电子系统等。尽管人们已经在这一技术领域进行了数十年的探索，但长期以来，由于需要保持接近绝对零度(0k)的温度以实现超导电路的零电阻特性，因此超导技术的发展始终受到了限制。如今，hypres公司通过将其最新的sme(superconducting microelectronic，超导微电子)技术与一种微型商用冷却器相结合，研制出了一种微波接收器前端原型系统，并已证实该系统能够大大提高军用卫星通信(satcom)系统测试的性能，同时不需要配置任何常规的前端硬件。

　　hypres努力将其低温冷却电子技术应用于通信系统的小型化，这符合下一代dscs(defense satellite communications system，国防卫星通信系统)卫星终端的发展需求。大多数这类终端都采用大型的抛物面天线，以增强电平相对较低的接收信号的增益-热噪比(g/t)。但是，卫星通信系统(pd scs)高级技术部的退休产品主管、国防通信与军用传输系统(pm dcats)——负责为美国军方采购和安装全球卫星终端——的兼职项目经理john deewall认为，当前要优先发展小型卫星通信终端：“全球各地普遍缺乏卫星终端基站。我们已经认识到缩小这些高达18m的‘恐龙’的必要性。”卫星通信终端采用传统的超外差接收器下变频方法，将卫星通信终端天线接收到的x波段信号转换为可以处理和数字化的低频中频(if)信号。

　　这种传统的方法需要采用一系列基于混频器的下变频电路，将微波频率转换为宽带中频，进而通过数字化处理捕捉调制信息。军用系统的研制人员始终在寻求一种真正的数字接收器，在前端直接对微波信号进行数字化处理，从而取消为实现高g/t比所需的混频器和lan(低噪声放大器)。

　　hypres开发的基于sme的元件和子系统是军用卫星通信和其他通信终端小型化的一种潜在解决方案。hypres最近演示了全球第一款用于pm dcats的x波段全数字接收器(adr)原型，该项目来源于多项sbir(small business innovation research)合同和pm dcats的基金支持。通过卫星通信信号的直接数字化处理，去掉了原来很多卫星通信终端的模拟前端电子部件，例如lan、下变频器、线缆和连接器(及其相应的信号损耗)，从而为小型终端天线的应用铺平了道路。另一方面，在军用卫星通信终端中使用超导adr还能够大大降低功耗。hypres目前正在研发针对特定工作需求的原型adr系统。

　　利用hypres研发的超导芯片(如图1所示)已经使adr接收器的

　　出现成为可能。该芯片以hypres公司的铌衬底材料为基础，内含大约11000个jj(josephson junction)，构成了超导rsfq(rapid single flux quantum)逻辑电路。它采用hypres公司的4.5ka/cm2 sme工艺制成。超导的零电阻优势以及可忽略的信号损耗使得该芯片在高达40ghz的非交叉时钟速率下仍可用作高速adc(模数转换器)。

　　当然，在任何应用中使用超导电路的障碍在于需要对电路进行冷却，以发挥其应有的性能优势。根据电路的类型和所需的冷却温度，冷却系统通常需要使用高杜瓦的液氮或液氦，以应对相对较快的热量消散和泄漏损耗。hypres的adr设计大大不同于基于杜瓦的设计，因为它在实现所需的冷却温度的同时，采用sumitomo电子的两级冷却器(srdk- 101d-a11)实现了cots(commercial-off-the-shelf)封装。

　　这种紧凑式冷却器采用了一个风冷式压缩机实现了冷却所需的内部气压，具有出色的接地与磁屏蔽性能，以及很高的热电可靠性。hypres推出的封装了冷却器的adr芯片已经成功应用于pm-dcats和美国军方cerdec(communications-electronics research, development, and engineering center，通信电子研发开发与工程中心)的x波段全数字射频(tm)接收机原型(xadr)的设计之中。该芯片用作带通二阶delta-sigma adc和数字信道器电路，二者使用一个公共的高频时钟。

　　x波段的输入信号被直接转换成一个过采样单位数据流。信道器电路使用一个四分之一时钟频率的本地振荡器，对该数字射频数据进行数字化下变频和滤波，生成一对具有较慢(经过抽取的)输出时钟速率的数字同相(i)和正交(q)数据字。然后，抽取滤波器的多位数字i和q输出信号通过一组片上激励放大器被放大到2mv左右。该adr芯片的功耗约为4mw；用于维持4k芯片温度的冷却器在标准交流电源|稳压器提供的1.2kw基本功率下，大约消耗200mw的功率。hypres将继续研发一种小型的高级冷却器，消耗的基本功率将不足500mw。

　　数字接收机的毫伏级i、q输出信号以及相应的时钟信号被一组专用的放大器增强到3.3v左右。然后，使用一块带fpga(现场可编程门阵列)的pcb(printed-circuit board，印制电路板)采集这些信号。除了采集数字i、q数据之外，该接口电路板还能够将数据传输到任意的后端处理器中。

　　为了评估其实际性能，去年来自hypres、pm dcats和cerdec的工程技术人员在位于新泽西州伏特蒙默思的美国军方jsec(joint satcom engineering center，联合卫星通信工