“通话好、掉线少、辐射小”不是空话

科技日报记者张显峰

这多少算得上一幅戏剧化的场景。

曹必松开始在图纸上描画高温超导滤波器时，美国人已经把它推向市场。

他想学人家的技术，不给，多少钱都不给。

可当曹必松课题组的超导滤波器面世，美国超导技术公司派人远涉重洋寻求合作，并且希望由美国人控股。

“这就是有没有核心技术的不同命运。”曹必松教授说。

“闭关”修炼，炼出世界第二

2004年3月26日，由清华大学研制的两套高温超导滤波器系统在中国联通唐山分公司的CDMA移动通信基站进行了现场通信试验，获得圆满成功，超导滤波器系统已安装于基站长期实际运行。这是中国高温超导经过了18年的研究，首次实现了实际应用。

“我国成为继美国之后第二个实现超导滤波器在移动通信中应用的国家，这标志着高温超导技术已经进入应用时代。”多年来，一直从事“移动通讯用高温超导滤波器系统”研究的课题组负责人、清华大学物理系的曹必松教授说，由于高温超导滤波器系统在移动通信基站的成功应用，在系统提供服务的几十平方公里的区域内，普通居民用CDMA手机通话时已经可以享受到高温超导技术的优质服务了。

事实上，美国、英国、俄国、德国、日本等国家很早就开展了高温超导滤波器在通信领域应用的研究。

美国超导技术公司研制的高温超导滤波器系统从1998年进入移动通信市场，销售额逐年增加，2003年销售额已达到3千多万美元（3亿元人民币）。到目前为止，美国已有5000多个移动通信基站改用高温超导滤波器系统，这一技术还广泛应用于军事领域。

这是一个新兴的产业技术，它之所以被看重，最主要的是它的性能。“超导滤波器安装于基站，可以扩大信号覆盖范围，而且话音清晰，还可使手机的发射功率减小一半、辐射减小一半、能耗减少一半，同样也减少基站数量，使运营商成本降低。”综艺超导科技有限公司董事长吉朋松说。

然而，由于其在移动通信和军事上的广泛用途，这些国家一直对外实行技术封锁。

自主创新，创出国际领先

我国多家高校和研究所一直从事高温超导滤波器在移动通信领域的应用研究。2002年国家863计划启动了“移动通信用高温超导滤波器技术研究和应用示范”项目。一直从事超导技术研究的清华大学物理系教授曹必松担任该项目负责人。

事实上，从1998年开始，清华大学物理系就逐步将应用研究的重点转向高温超导滤波器及其在微波通信中的应用。

然而，由于高温超导滤波器技术是一项全新的高技术，涉及物理、电子学、材料、低温和真空等多个学科领域，虽然当时美国的技术已经推向市场，但由于国外在技术上严密封锁，研究工作进展十分困难。

“后来我们与清华大学电子系联合，依靠自己的力量，开展广泛的国际合作和交流，在几年的时间内攻克了一系列与超导滤波器和超导滤波器系统研制相关的关键技术，走出了一条与国外不同的技术路线，为研制成功高温超导滤波器系统并实现其在移动通讯领域实际应用打下了技术基础。”曹必松说。

设计是研制成功高性能的滤波器的关键技术之一。为了研制以往无法达到的高性能的高温超导滤波器，就必须解决高节数、高带边陡峭度、低插入损耗的高温超导滤波器的设计问题，这在理论上和设计、仿真的实践上都提出了新的难题。

曹必松说，经过几年的探索和实践，我们提出了与以往不同的、全新的滤波器结构和设计方案，设计成功了性能优异的高温超导滤波器，为研制高性能的高温超导滤波器扫清了第一步的障碍。

难题一个接一个。

高温超导材料与外电路的连接问题是研制高温超导器件必须解决的又一个难题。“对于金属滤波器，滤波器的金属电极与外电路的连接可以很容易地用焊接解决。但是高温超导是陶瓷材料，无法用简单的焊接方法制备低电阻的接触电极。而如果电极的接触电阻达不到要求，高温超导的优异性能就无法发挥出来。”曹必松说。

“我们在广泛吸取了国外研究经验的基础上，经过长期研究，开创了一套自己的制备高温超导材料—金属材料之间的低电阻接触电极的方法，制备出的接触电极达到了国际上的最好水平。”曹必松说。

在多年研究中，课题组攻克了数十项关键技术，申请了10多项发明专利，在超导滤波器和低温低噪声前置放大器的设计、加工、调试、超导滤波器系统的集成、实际运行等方面形成了自己独立的技术路线。

“这为研制高性能的高温超导滤波器、实现高温超导滤波器的应用以及高温超导微波器件新产品的开拓等打下了比较扎实的技术基础。”曹必松说。

瞄准应用，尖端技术走向市场

2002年初，我国首台移动通信用高温超导滤波器系统在清华大学问世。经专家鉴定，性能达到国际同类研究的先进水平。

而从研究成功到实际应用整整花了两年时间。

2004年，中国联通在清华大学校园内第六教学楼的顶层新建了一个CDMA移动通信基站，提供给清华大学用于为建立高温超导移动通信应用示范小区进行相关试验。

这一年3月，清华大学物理系与中国联通唐山分公司联合，在唐山市“五农场”CDMA移动通信基站进行了超导滤波器系统在移动通信基站上的现场通信试验。试验中将研制的两套高温超导滤波器系统安装于基站，分别替换两个常规金属滤波器。测试过程中共收集数据1万多个，结果显示，与使用常规金属滤波器相比，改用超导滤波器后，手机发射功率下降一半，可以显著提高基站的灵敏度，改善通话质量，扩大基站覆盖范围，提高通信容量。

“通话好、掉线少、辐射小”，这原本是移动通讯相互竞争的诱人广告语，却由于使用高温超导滤波器变成了现实。

2005年9月，清华大学在北京以大钟寺为中心的繁华地区内，完成了高温超导滤波器移动通信应用示范小区第一阶段的建设，第一阶段的小区使用中国联通北京分公司的三个CDMA移动通信基站（联想桥站、皂君庙站和知春里站），14路高温超导滤波器系统。

12月，高温超导滤波器移动通信应用示范小区按计划建成并投入运行，小区除使用第一阶段的三个基站外，增加了首都体育学院站和西五道口站，一共使用了30路高温超导滤波器系统，覆盖10多万居民。中国联通北京分公司利用专业设备对小区内的移动通信性能的测量表明，小区内各项移动通信技术指标都得到较大幅度的提高。小区自2005年12月投入运行以来，已连续运行一年以上每天为小区内的用户提供优质服务。

“第一个高温超导滤波器移动通信应用示范小区的建成，为实现高温超导滤波器系统在2008年奥运场馆的应用，推动我国高温超导在通信领域走向规模应用和产业化将起十分重要的作用。”曹必松说。

这项研究在国际上的影响从一件小事可以判断：2006年，日本的一家媒体在总结高温超导技术20年时，列举了该项技术领先的三个国家，美国排在第一，中国排在第二，而早早起步的日本位居第三名。

数字863

研制成功了我国第一台CDMA移动通信用的超导滤波器系统和我国第一个GSM900移动通信用的高温超导滤波器系统。经航天机电集团二院二○三所（国防科工委计量中心，国家认可的无线电计量校准实验室）和二○七所组成的测试组的测试，CDMA移动通信用超导滤波器系统达到的各项技术指标全面超过了考核指标，其主要指标达到了国际先进水平。

实现了我国高温超导研究18年后在通信领域的第一次实际应用。2004年3月26日，中国联通唐山分公司的技术人员与本课题组一起，将本课题组研制的两路高温超导滤波器系统安装于中国联通唐山分公司的“五农场”CDMA移动通信基站进行现场通信试验。试验中，中国联通的专业技术人员利用专业设备，对使用超导滤波器前后CDMA移动通信系统的通信性能进行了测量。测量中收集数据1万多个。