清華研制的高溫超導(dǎo)濾波體系實(shí)現(xiàn)范圍貿(mào)易利用 清-T:09449
2015-03-14 11:16 來源:http://m.sustainablelifeonearth.com/ 閱讀: 次我國高溫超導(dǎo)應(yīng)用研究獲得重大突破
清華研制的高溫超導(dǎo)濾波系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)規(guī)模貿(mào)易應(yīng)用
●記者 趙姝婧
2012年10月22日,一個(gè)令人振奮的新聞從在清華召開的高溫超導(dǎo)濾波技術(shù)成果鑒定會上傳出:我國自主研制、領(lǐng)有完全自主常識產(chǎn)權(quán)的高溫超導(dǎo)濾波系統(tǒng)首批產(chǎn)品訂貨已實(shí)現(xiàn)出產(chǎn)并交付用戶使用,在全國16個(gè)省市的通信裝備上投入了長期實(shí)際應(yīng)用。
這標(biāo)記著自1986年高溫超導(dǎo)材料發(fā)現(xiàn)至今,經(jīng)過26年的長期研究,我國高溫超導(dǎo)終于實(shí)現(xiàn)了面向終極用戶的規(guī)模商業(yè)應(yīng)用,進(jìn)入了產(chǎn)業(yè)化階段。這是我國高溫超導(dǎo)應(yīng)用研究的重大沖破。
高溫超導(dǎo)濾波技術(shù)成果鑒定會專家對名目成果給予高度評估。鑒定看法指出,項(xiàng)目總體技術(shù)達(dá)到國際先進(jìn)水平,為采取高溫超導(dǎo)技術(shù)提高通信裝備的抗帶外干擾性能和電磁兼容性奠定了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基本,為我國通信古代化作出了重大奉獻(xiàn)。
圖為物理系曹必松傳授(中)率領(lǐng)的科研團(tuán)隊(duì)在探討中。
而實(shí)現(xiàn)高溫超導(dǎo)濾波器規(guī)模商業(yè)應(yīng)用的科研團(tuán)隊(duì),恰是由我校物理系曹必松教授、張曉平高工、魏斌副教授、郭旭波博士和李宏成研究員等20多人組成的研究團(tuán)隊(duì)。世界上目前除了美國之外,只有曹必松團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了高溫超導(dǎo)在移動(dòng)通信領(lǐng)域的規(guī)模長期應(yīng)用。
敢“啃”高溫超導(dǎo)“硬骨頭”
1986年,高溫超導(dǎo)資料被發(fā)現(xiàn)。因?yàn)槠浜甏蟮臐撛谑袌,全世界?gòu)成了“高溫超導(dǎo)熱”。為了更好地組織高溫超導(dǎo)研究,我國成破超導(dǎo)研究核心,設(shè)立高溫超導(dǎo)專項(xiàng)經(jīng)費(fèi),開展了高校和研究所的高溫超導(dǎo)“研發(fā)兵團(tuán)作戰(zhàn)”。
當(dāng)時(shí)清華在全國超導(dǎo)界的研究力氣并不強(qiáng),物理系分到的是超導(dǎo)天線的研制義務(wù),年研究經(jīng)費(fèi)只有20萬元左右。
當(dāng)時(shí)美國超導(dǎo)模塊的市場售價(jià)已在數(shù)萬美元,曹必松團(tuán)隊(duì)得到的這些經(jīng)費(fèi)堪稱顧此失彼。
但清華人硬是“啃”下了這塊“硬骨頭”,在短時(shí)間內(nèi)成功研制出了高溫超導(dǎo)天線。
不外曹必松心里清楚,要想實(shí)現(xiàn)高溫超導(dǎo)在航天領(lǐng)域的應(yīng)用,面對的難度更大,阻礙更多。
1997年,曹必松課題組決定調(diào)劑研究方向。他們在不國家研究經(jīng)費(fèi)支撐、海內(nèi)其他多個(gè)研究單位已發(fā)展超導(dǎo)濾波器研究的情況下,從現(xiàn)有課題中硬是擠出了有限的經(jīng)費(fèi),與清華電子系的高葆新教學(xué)等配合,在物理系實(shí)驗(yàn)室里搞起了自己的超導(dǎo)濾波器研究。
沒想到,他們起步雖晚,卻“趕了個(gè)早集”。2001年,清華大學(xué)研制成功了國際上第一個(gè)達(dá)到GSM移動(dòng)通信應(yīng)用要求的超導(dǎo)濾波器系統(tǒng);2002年,經(jīng)教育部組織專家鑒定,確認(rèn)它的性能到達(dá)國際進(jìn)步水溫和國內(nèi)當(dāng)先水平。但是,教導(dǎo)部鑒定的“國際先進(jìn)程度”只能鎖在高校的實(shí)驗(yàn)室里,可以當(dāng)展品,卻成不了通信、科研市場一線急需的產(chǎn)品,不能真正為寬大用戶服務(wù)。
圖為高溫超導(dǎo)濾波器系統(tǒng)。
如何才干投入應(yīng)用?
曹必松團(tuán)隊(duì)注定要被繼承“煎熬”著。那段時(shí)間,即使是在全家團(tuán)圓的春節(jié)期間,課題組仍然廢棄休假,群體熱氣騰騰地在實(shí)驗(yàn)室奮力攻關(guān)!
應(yīng)用困難接踵告破
很快,曹必松研究團(tuán)隊(duì)就用這股“拼勁”初步打破了實(shí)際應(yīng)用的瓶頸。
2004年,通過三個(gè)月的商業(yè)運(yùn)行實(shí)驗(yàn),團(tuán)隊(duì)勝利研制出中國第一臺 CDMA移動(dòng)通信譽(yù)高溫超導(dǎo)濾波系統(tǒng),并在中國聯(lián)通唐山分公司的移動(dòng)通信基站投入了長期實(shí)際應(yīng)用。
這是自高溫超導(dǎo)材料1986年發(fā)現(xiàn)以來首次在中國通信領(lǐng)域得到實(shí)際應(yīng)用。它使我國成為繼美國之后,世界上第二個(gè)成功地將高溫超導(dǎo)接受前端應(yīng)用于移動(dòng)通信的國家。中國聯(lián)通的測試表明,應(yīng)用高溫超導(dǎo)濾波系統(tǒng)能夠把原來輻射強(qiáng)度已經(jīng)很低的 CDMA手機(jī)的輻射再下降一半,通信基站的多項(xiàng)性能大幅進(jìn)步。
此項(xiàng)成果一經(jīng)公然,就在國際、國內(nèi)同行中引起了強(qiáng)烈反應(yīng),并得到國家有關(guān)部門的高度器重,團(tuán)隊(duì)的研究前提從此大為改觀。
然而,曹必松團(tuán)隊(duì)清醒地認(rèn)識到,這僅僅是在一個(gè)方面的應(yīng)用,還不是他們想要的終點(diǎn)。而且,那時(shí)多國同時(shí)投入研發(fā),時(shí)間緊急,速者為勝,因而一刻都不敢放松。
很快,一個(gè)新的嘗試便在他們的心里生根發(fā)芽:下階段樹立一個(gè)應(yīng)用示范基地!只有步步為營,能力逐漸開辟。
圖為超導(dǎo)濾波系統(tǒng)在高溫超導(dǎo)移動(dòng)通信應(yīng)用示范小區(qū)運(yùn)行。
2005年底,團(tuán)隊(duì)在北京市海淀區(qū)大鐘寺地域建成了我國第一個(gè)高溫超導(dǎo)前端移動(dòng)通信應(yīng)用示范基地,包含中國聯(lián)通的5個(gè)CDMA移動(dòng)通信基站,籠罩10多萬居民,天天24小時(shí)為用戶提供優(yōu)質(zhì)服務(wù),而且順利實(shí)現(xiàn)了連續(xù)運(yùn)行三年以上。
誰也沒有想到,在這么短的時(shí)間里高溫超導(dǎo)便走進(jìn)了北京繁榮的鬧市區(qū),為人們?nèi)粘Mㄐ艓砹烁咝阅堋⒌凸牡?ldquo;福音”。
天經(jīng)地義,團(tuán)隊(duì)大幅前進(jìn)的步調(diào)很快就引起了其余國度的注視。國外多個(gè)團(tuán)隊(duì)來到北京,現(xiàn)場考核超導(dǎo)濾波系統(tǒng)在挪動(dòng)通訊基站運(yùn)用的情形。2006年5月,日本《日經(jīng)消息》發(fā)表文章留念高溫超導(dǎo)發(fā)明20周年,在先容國際上研討跟利用高溫超導(dǎo)濾波系統(tǒng)的研究結(jié)果時(shí),將美國的STI公司放在第一位,將清華大學(xué)放在第二位,而把日本本人的富士通公司放在了第三位。
“咱們是為國家和人民服務(wù)的!”
2010年4月14日,一場從天而降的偉大災(zāi)害來臨青海玉樹,7.1級的地震給災(zāi)區(qū)人民生命財(cái)產(chǎn)造成重大喪失,清華酒店培訓(xùn)班,10萬多人民霎時(shí)失去家園。就在這時(shí),青海玉樹地震災(zāi)區(qū)履行救援保障任務(wù)的車載雷達(dá)受到了移動(dòng)通信基站信號的煩擾,無奈觀測飛機(jī),重大影響救濟(jì)任務(wù)的進(jìn)行。
在這緊急時(shí)刻,國家有關(guān)部門給曹必松打來電話,“這個(gè)問題我們有解決措施!”曹必松確定地答復(fù)。
從放下電話開端,團(tuán)隊(duì)分成5個(gè)小組,每天24小時(shí)不停地連續(xù)工作。經(jīng)過60個(gè)小時(shí)的不眠突擊,成功研制出了兩通道高溫超導(dǎo)濾波器系統(tǒng)。
研制成功了,如何將超導(dǎo)濾波器送至青海災(zāi)區(qū)?用空運(yùn)?擔(dān)憂裝備被破壞;坐火車?當(dāng)時(shí)千軍萬馬奔災(zāi)區(qū),基本買不到火車票。
為了第一時(shí)光挽救災(zāi)區(qū)國民的性命財(cái)產(chǎn),曹必松團(tuán)隊(duì)成員們決議晝夜兼程,開車去現(xiàn)場!團(tuán)隊(duì)派出的三位成員經(jīng)由一天一夜的緊迫奔走,將超導(dǎo)濾波器順利送到了災(zāi)區(qū)指揮現(xiàn)場,但因?yàn)楣ぷ鞯攸c(diǎn)的海拔高達(dá) 4600米,持續(xù)的操勞和高原反映讓三位成員都病倒了。
“第一批人倒下了,第二批人接著上!”曹必松說。第二批團(tuán)隊(duì)成員不顧艱險(xiǎn),再次勇赴災(zāi)區(qū)現(xiàn)場,終于將超導(dǎo)濾波器裝置在雷達(dá)上,使雷達(dá)恢復(fù)了畸形工作,探測目的變得清楚。
“我們是為國家和人民服務(wù)的,時(shí)間就是生命!”談起當(dāng)時(shí)的情況,曹必松動(dòng)搖地說。
逾越!真正實(shí)現(xiàn)規(guī)模商業(yè)應(yīng)用
固然曹必松團(tuán)隊(duì)研制的高溫超導(dǎo)濾波系統(tǒng)的應(yīng)用一次又一次獲得了成功,但他們蘇醒地意識到,這些應(yīng)用是部分的、或是以研究為目的的,還不是真正的實(shí)際應(yīng)用。“國家投入大量經(jīng)費(fèi),經(jīng)過數(shù)百個(gè)單位20多年的研究,最終目的就是為了實(shí)現(xiàn)高溫超導(dǎo)材料的規(guī)模商業(yè)應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)化,讓高溫超導(dǎo)這一高技術(shù)為國家的技術(shù)發(fā)展和人們的生涯服務(wù)。”曹必松指出。
圖為超導(dǎo)濾波體系試驗(yàn)職員在做實(shí)驗(yàn)。
于是,曹必松研究團(tuán)隊(duì)繼續(xù)奮斗,連續(xù)攻克了高性能超導(dǎo)濾波器和低溫低噪聲放大器設(shè)計(jì)制備技術(shù)、多通道超導(dǎo)濾波器性能一致性研制技術(shù)、滿意裝備刻薄使用請求的環(huán)境適應(yīng)性技術(shù)和超導(dǎo)濾波系統(tǒng)集成技術(shù)等一系列技術(shù)難題,先后獲得超導(dǎo)濾波技術(shù)受權(quán)發(fā)現(xiàn)專利10多項(xiàng)。
2011年1月19日,超導(dǎo)濾波系統(tǒng)通過了國家主管部分組織的技術(shù)鑒定,獲得了在我國通信設(shè)備實(shí)際應(yīng)用的允許。同年8月,以清華物理系的超導(dǎo)濾波器技術(shù)為依靠成立的綜藝超導(dǎo)科技有限公司失掉了首批5種型號超導(dǎo)濾波系統(tǒng)產(chǎn)品的訂貨合同,在全國10多個(gè)省市區(qū)推廣應(yīng)用。其他型號超導(dǎo)濾波系統(tǒng)產(chǎn)品也將在未來幾年內(nèi)陸續(xù)投入市場。
這次高溫超導(dǎo)濾波系統(tǒng)由最終用戶洽購,在全國16個(gè)省市區(qū)批量供貨投入運(yùn)行,與個(gè)別以研究或試驗(yàn)為目標(biāo)的應(yīng)用完整不同。
“全國超導(dǎo)界和其他科學(xué)界長期渴望的高溫超導(dǎo)真正的實(shí)際應(yīng)用——面向最終用戶的規(guī)模商業(yè)應(yīng)用,從高溫超導(dǎo)被發(fā)現(xiàn)起,經(jīng)過了26年,終于由清華大學(xué)首創(chuàng)的技術(shù)實(shí)現(xiàn)了!”曹必松沖動(dòng)地說。
持續(xù)斗爭 打造大范圍高溫超導(dǎo)工業(yè)
曹必松說明道,在微波頻段,高溫超導(dǎo)材料的電阻比一般金屬低2~3個(gè)數(shù)目級,用超導(dǎo)薄膜材料制備的濾波器帶內(nèi)損耗小、帶邊峻峭、帶外克制好,擁有慣例濾波器無法比較的、近于幻想的濾波性能。他們研制的超導(dǎo)濾波系統(tǒng)是由超導(dǎo)濾波器、在零下200攝氏度工作的低噪聲放大器和小型制冷機(jī)等部件組成,具備極低的噪聲和極好的頻率取舍性,可應(yīng)用于各種無線通信裝備,同時(shí)大幅提高敏銳度和抉擇性、提高抗干擾才能和探測間隔。據(jù)國際威望估量,市場規(guī)模在數(shù)千億量級。
高溫超導(dǎo)被發(fā)現(xiàn)26年后實(shí)現(xiàn)了規(guī)模商業(yè)應(yīng)用,現(xiàn)在的曹必松終于松了一口吻。“不過,目前高溫超導(dǎo)濾波技術(shù)的應(yīng)用規(guī)模還不算大,還有大批的應(yīng)用領(lǐng)域須要繼續(xù)進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)。”他說。
曹必松的抽屜里有厚厚的一摞研究資料,他指著這摞整潔的材料說,高溫超導(dǎo)濾波技術(shù)在移動(dòng)通信、衛(wèi)星通信、地理觀測和重大迷信工程等領(lǐng)域存在遼闊的應(yīng)用遠(yuǎn)景。所以他一點(diǎn)都沒放慢自己的步伐,已經(jīng)在打算下一步的擴(kuò)大應(yīng)用領(lǐng)域。
預(yù)計(jì)經(jīng)過將來多少年的盡力,高溫超導(dǎo)濾波技術(shù)將在更多無線通信范疇取得大規(guī)模應(yīng)用,并帶動(dòng)超導(dǎo)薄膜、制冷機(jī)、專用微波元器件等相干產(chǎn)業(yè)鏈的造成和發(fā)展。“那時(shí)候,將在我國形成一個(gè)全新的高溫超導(dǎo)高技巧產(chǎn)業(yè),為我國通信技術(shù)的進(jìn)級換代供給一種全新的、機(jī)能優(yōu)良的解決計(jì)劃。”對未來,曹必松充斥信念。
起源:新清華 第1905期 2012-12-21
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