高温超导薄膜微波表面电阻分布测试装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种高温超导薄膜微波表面电阻分布测试装置及方法，测试装置包括测试座、固定组件、校准组件和密封盖，其工作谐振模式为TE012。测试座包括屏蔽壳体、输入耦合结构、输出耦合结构、支撑环、介质柱和金属圆环。测试座加载被测超导薄膜构成谐振器，固定组件用于被测超导薄膜的固定，密封盖用于谐振器内外的隔绝。本发明专利技术的有益效果是：(1)解决了在超导薄膜微波表面电阻分布测试中测试装置的分辨率、灵敏度与通用性之间的矛盾；(2)能有效地防止被测超导薄膜被压坏；(3)能够有效地避免发生直接耦合，具有较高的测试精度。

【技术实现步骤摘要】
高温超导薄膜微波表面电阻分布测试装置及方法
本专利技术属于超导电子学
，具体涉及一种高温超导薄膜微波表面电阻分布测试装置及方法的设计。
技术介绍
高温超导薄膜在液氮温区的微波表面电阻比常规良导体低2-3个数量级，这种低损耗特性使得以高温超导薄膜为基础的高温超导微波无源器件,在微波波段具有常规器件无法比拟的优良特性。根据高温超导薄膜本身的结构特点，其微波表面电阻并不均匀，随着超导器件电路越来越复杂，超导薄膜材料的一致性问题日益突显，因此针对高温超导薄膜微波表面电阻分布的测量十分重要。目前国内尚无专门针对超导薄膜微波表面电阻分布测试的方法和装置，国外用于超导薄膜微波表面电阻分布测试最具代表性的两种测试方法的测试装置如图5和图6所示。图5所示的是对双端短路介质谐振器法进行改进后的测试装置，其中介质柱A15与两片超导薄膜16和17以及铜环18构成基本谐振单元，并通过输入耦合电缆A19和输出耦合电缆A20进行微波能量的激励。由所测得的谐振器的谐振频率与无载品质因数Q，可计算出高温超导薄膜的微波表面电阻RS的值。这里得到的微波表面电阻值RS为两片超导薄膜16和17的平均值，因此需要事先测出参考超导薄膜17的微波表面电阻，并以此为参考对被测超导薄膜A16进行测试。这一测试装置及方法的缺点在于：由于此方法在径向辐射很小的情况下才能使用，因此铜环18的内径不能太小，这将导致测试装置的分辨率较低，特别是当测试样品的尺寸较小(小于直径为16mm的圆面)时，甚至不能构成谐振结构。图6所示的是准光腔测试装置，该装置由被测超导薄膜B22、输入耦合电缆B23、输出耦合电缆B24、移动座25以及球面反射镜26构成。电磁波从输入耦合电缆B23导入，通过球面反射镜26将电磁能量聚焦形成焦点21并作用到被测超导薄膜B22上，再将由被测超导薄膜B22反射的电磁能量通过输出耦合电缆B24导出，通过测试其输入输出能量的频率响应曲线，可以计算得到被测超导薄膜B22的微波表面电阻值，改变移动座25的位置可得到被测超导薄膜B22的微波表面电阻分布情况。这一测试装置及方法的缺点在于：该方法只具有中等灵敏度与精度，并且工作频率往往在100GHz以上，如此高的工作频率对测试仪器和系统的搭建要求极高，无疑限制了该方法的普及与应用。电子科技大学的卢剑等人的专利技术《高温超导薄膜微波表面电阻测试装置及方法》1993年11月16日向中国国家知识产权局申请专利并获得批准，于1995年3月22日公开，公开号为CN1100522。该专利技术公开了一种高温超导薄膜微波表面电阻测试装置及方法，如图7所示，该装置采用介质柱C27、支撑环C28、被测超导薄膜C29和屏蔽壳体C30组成谐振腔，输入耦合电缆C31和输出耦合电缆C32对电磁能量进行激励，支撑板33用于固定被测超导薄膜C29，密封盖C34与屏蔽壳体C30配合，将整个谐振腔与外界隔绝。该装置通过采用校准的方法能够直接测得被测超导薄膜C29的微波表面电阻值。这一测试装置及方法的缺点在于：(1)由于其结构的限制，该装置难以用于表征超导薄膜微波表面电阻的局部特征，即不能用于分布测试；(2)该测试装置在工作时，支撑板33必须完全紧密盖住被测超导薄膜C29，否则被测超导薄膜C29在测试时将发生位移，严重时导致测试装置无法正常工作，而被测超导薄膜C29硬而脆，在盖上支撑板33后无法看见其具体位置及状况，这样便很容易压坏被测超导薄膜C29；(3)该测试装置中输入耦合电缆C31和输出耦合电缆C32采用耦合环结构，并且位于顶端左右两侧，容易发生直接耦合导致测试曲线畸变，影响最后的测试精度，此外，由于耦合环由手工定型再焊接而成，因此两个耦合环的形状难以保持一致，不利于测试输入输出耦合度一致的原则。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有超导薄膜微波表面电阻分布测试方法分辨率、灵敏度和通用性不能兼顾的问题，构建了一种采用金属圆环汇聚电磁场的介质谐振器测试装置，并提供了一种新的测试方法，使之广泛服务于我国的超导电子事业。为了达到上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种高温超导薄膜微波表面电阻分布测试装置，包括测试座、固定组件、校准组件以及密封盖；测试座包括屏蔽壳体、输入耦合结构、输出耦合结构、支撑环、介质柱和金属圆环；介质柱固定在支撑环上后再固定在屏蔽壳体上内；金属圆环固定在屏蔽壳体内壁上；输入耦合结构和输出耦合结构设置在屏蔽壳体侧壁上的相对两侧；屏蔽壳体、介质柱和金属圆环三者的端面处于同一平面上，共同构成测试座的测试平面；被测超导薄膜或校准组件置于测试座的测试平面上；被测超导薄膜通过固定组件加以固定；密封盖罩住被测超导薄膜及固定组件，或罩住校准组件；密封盖与测试座的端面密封固定并可拆卸。在优选实施方式中，屏蔽壳体、支撑环、介质柱以及金属圆环四者同心。在优选实施方式中，固定组件包括压块和弹簧片；压块压在被测超导薄膜上，其上再用弹簧片加以固定；弹簧片两端与屏蔽壳体外延构成可拆卸固定结构。在优选实施方式中，压块直径不大于5mm，弹簧片的宽度不大于5mm；压块的尺寸均小于被测超导薄膜的尺寸，弹簧片的长度大于被测超导薄膜的直径或最大长度。在优选实施方式中，金属圆环的厚度范围为0.1mm-0.5mm，金属圆环的内径稍大于介质柱的直径。在优选实施方式中，压块采用塑料材料，弹簧片采用具有一定弹性和硬度的材料，密封盖采用强度和导热性较好的材料，屏蔽壳体采用金属材料，支撑环采用低损耗、低介电常数材料，介质柱采用低损耗、高介电常数的材料，金属圆环采用金属材料或者介质环单面电镀金属材料。在优选实施方式中，输入耦合结构和输出耦合结构采用耦合孔转同轴结构。在优选实施方式中，校准组件包括校准金属板和校准座，所述校准金属板的微波表面电阻RS1为已知，校准座的结构、尺寸和电性能均与测试座相同，其表面电阻RS2＝0；所述校准金属板或校准座的外延与屏蔽壳体的外延构成可拆卸固定结构。在优选实施方式中，测试座加载被测超导薄膜构成谐振器，其无载品质因数Q0与被测超导薄膜的表面电阻RS的关系为：Q0-1＝A+BRS公式(1)其工作模式为TE012，A、B均为与被测超导薄膜的表面电阻RS无关的常数，由测量方法所确定。本专利技术还提供了一种高温超导薄膜微波表面电阻分布测试方法，包括以下详细步骤：步骤1、将已知表面电阻为RS1的校准金属板装配在测试座上，使用密封盖对其端面处进行密封后将测试装置置于被测超导薄膜的工作温度中，测得其品质因数Q01；步骤2、将已知表面电阻RS2＝0的校准座装配在测试座上，使用密封盖对其端面处进行密封后将测试装置置于被测超导薄膜的工作温度中，测得其品质因数Q02；步骤3、将被测超导薄膜装配在测试座上，压上压块并用弹簧片加以固定，使用密封盖对其端面处进行密封后将测试装置置于被测超导薄膜的工作温度中，测得其品质因数Q0；步骤4、根据公式(1)推导出公式(2)将步骤1、2、3测得的各值代入公式(2)，即可计算出被测超导薄膜的微波表面电阻RS的值。本专利技术提供的高温超导薄膜微波表面电阻分布技术方案具有以下有益效果：(1)本专利技术采用金属圆环汇聚电磁场的介质谐振器，可以在较低本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高温超导薄膜微波表面电阻分布测试装置，其特征在于：包括测试座(1)、固定组件、校准组件以及密封盖(5)；所述测试座(1)包括屏蔽壳体(6)、输入耦合结构(8)、输出耦合结构(9)、支撑环(10)、介质柱(11)和金属圆环(12)；所述介质柱(11)固定在支撑环(10)上后再固定在屏蔽壳体(6)上内；所述金属圆环(12)固定在屏蔽壳体(6)内壁上；所述输入耦合结构(8)和输出耦合结构(9)设置在屏蔽壳体(6)侧壁上的相对两侧；屏蔽壳体(6)、介质柱(11)和金属圆环(12)三者的端面处于同一平面上，共同构成测试座(1)的测试平面；被测超导薄膜(2)或校准组件置于测试座(1)的测试平面上；所述被测超导薄膜(2)通过固定组件加以固定；所述密封盖(5)罩住被测超导薄膜(2)及固定组件，或罩住校准组件；密封盖(5)与测试座(1)的端面密封固定并可拆卸。

【技术特征摘要】
1.一种高温超导薄膜微波表面电阻分布测试装置，其特征在于：包括测试座(1)、固定组件、校准组件以及密封盖(5)；所述测试座(1)包括屏蔽壳体(6)、输入耦合结构(8)、输出耦合结构(9)、支撑环(10)、介质柱(11)和金属圆环(12)；所述介质柱(11)固定在支撑环(10)上后再固定在屏蔽壳体(6)上内；所述金属圆环(12)固定在屏蔽壳体(6)内壁上；所述输入耦合结构(8)和输出耦合结构(9)设置在屏蔽壳体(6)侧壁上的相对两侧；屏蔽壳体(6)、介质柱(11)和金属圆环(12)三者的端面处于同一平面上，共同构成测试座(1)的测试平面；被测超导薄膜(2)或校准组件置于测试座(1)的测试平面上；所述被测超导薄膜(2)通过固定组件加以固定；所述密封盖(5)罩住被测超导薄膜(2)及固定组件，或罩住校准组件；密封盖(5)与测试座(1)的端面密封固定并可拆卸。2.根据权利要求1所述的高温超导薄膜微波表面电阻分布测试装置，其特征在于：所述屏蔽壳体(6)、支撑环(10)、介质柱(11)以及金属圆环(12)四者同心。3.根据权利要求1所述的高温超导薄膜微波表面电阻分布测试装置，其特征在于：所述固定组件包括压块(3)和弹簧片(4)；所述压块(3)压在被测超导薄膜(2)上，其上再用弹簧片(4)加以固定；所述弹簧片(4)两端与屏蔽壳体(6)外延构成可拆卸固定结构。4.根据权利要求3所述的高温超导薄膜微波表面电阻分布测试装置，其特征在于：所述压块(3)直径不大于5mm，弹簧片(4)的宽度不大于5mm；压块(3)的尺寸小于被测超导薄膜(2)的尺寸，弹簧片(4)的长度大于被测超导薄膜(2)的直径或最大长度。5.根据权利要求1所述的高温超导薄膜微波表面电阻分布测试装置，其特征在于：所述金属圆环(12)的厚度范围为0.1mm-0.5mm。6.根据权利要求4所述的高温超导薄膜微波表面电阻分布测试装置，其特征在于：所述压块(3)采用塑料材料，弹簧片(4)采用金属材料，...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾成，补世荣，宁俊松，陈柳，张其劭，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51