CN100466375C - 测量超导材料微波表面电阻的复合谐振腔 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种测量超导材料表面电阻的复合谐振腔。本发明采用在原有开式腔的介质谐振腔结构外加背景腔，形成复合谐振腔结构，并发明了同心定位机构，背景腔上设置微波吸收材料，吸收和衰减耦合装置沿径向辐射的所有寄生膜，一举解决了这个难题，同时又杜绝了其他的向内辐射，给内部的开式腔提供了一个微波全黑的背景，形成了一个虚拟的、无限大的空间，对中心定位的要求降低了，扩大了中心定位的裕度；背景腔的设置给定位机构提供了参照坐标，即在背景腔的腔壁上设置定位螺孔，采用定位螺杆分别对两块导电平板、中间介质进行精确的同心放置定位，大幅度提高了定位精度。本发明结构简单，操作方便。
Description
技术领域
本发明涉及一种测量装置，特别涉及一种测量超导材料表面电阻的复合谐振腔。
背景技术
微波表面电阻Rs在电子学的各种领域，尤其是电信领域、微波无源器件技术等领域都是一个极其重要的材料参数，它表征了材料的微波表面损耗的性能和材料表面的加工水平。对于常规材料，可以利用比较精确测量的直流电阻率，通过公式换算得到理想情况下的微波表面电阻，但只能作为参考，因为它还和机械加工水平有关。对于超导材料的微波表面电阻，就不可能通过直流电阻率和公式换算得到理想情况下的微波表面电阻，它只能是一个测量的参量。因此，准确、精密地测量这一参数，对于了解材料的物理和其他特性，发展新材料提供方和超导微波元件的设计需求方都有重要意义。
在本发明之前，根据被测样品的制备特征和几何形状，微波表面电阻的测量的方法可有多种，最常用的方法是谐振腔法。
根据目前国际标准草案(TC-90：INTERNATIONAL STANDARDSuperconductivity-Part 7)中关于微波表面电阻标准测量中规定的方法是一种被称为开式腔的介质谐振腔，此腔是由两片表面平整的导体平板和一块介质圆柱杆(如Al2O3，蓝宝石)组成，如图1和图2。
一个介质圆柱杆2‘被夹在两块导体平板1’之间，通过耦合装置耦合微波，在两块导体平板之间和介质内部即可产生微波震荡。通过此系统理论模型和理论分析公式和测量其TE01N模的微波震荡频谱即可计算出：导体平板1‘、介质的一系列微波材料参数。
耦合系统包括耦合电缆3‘和电缆连接器4‘，采用圆环耦合，属于磁耦合激励。该耦合的激励场型属于磁偶极场，相对开式谐振腔系统来说，是偏轴TE模式。它包含了除了主模TEljk外的其它模式(寄生模)。主模TEljk进入谐振腔形成所需的TE01p、震荡模，寄生模一部分通过径向向外辐射出去，这对精密测量导体的表面电阻、介质材料的εr和tgδ值是有害的，在实际测量装置中应当要有效抑制掉。
具体而言，现有技术的方法有三种。
一是如图3所示的测量方法，该方法是对原理的简单实现，也即只对上、下两块导电平板和中间介质的安装方法以及消除中间介质的寄生膜作了原则性的描述，而没有给出消除寄生膜的规范和定量解决方法，而在实际操作过程中存在着复杂性和不确定性，即腔外的任何变动和不确定因素严重影响和干扰实际测量，造成不精确和误差，两块导电平板和中间介质要求同心放置的精度根本无法保证。
二是如图4所示的测量方法，增加了铜环5‘和铜块6‘形成封闭式谐振腔，虽解决了腔外的任何变动和不确定因素对实际测量的影响和干扰，但仍然无法心保证两块导电平板和中间介质的同心放置的精度，并且仍然无法抑制耦合装置产生的寄生膜问题，其场型结构也不适合于开式腔的精确数学表达。另外，该方法对腔的加工精度和两块导电平板和中间介质的同心的精度要求更高，既要圆又要内壁抛光，装配周期长，精度要视装配人员的经验来确定。
三是微波暗室测量方法。这种方法是在室内墙壁上设置能够吸收微波的材料，以减少外界传入和内部反射的微波测量仪器的干扰，但它不能消除仪器辐射对人体的伤害，也不能消除同室内仪器之间的相互直接干扰，且体积太大，成本太高。
发明内容
本发明的目的就在于克服上述各种测量方法和设备的缺陷，研制一种复合谐振腔结构的测量仪器和测量方法。
本发明的技术方案是：
测量超导微波表面电阻的复合谐振腔，上下两个导电平板中间是介质杆，介质杆与导电平板同心放置，在介质杆两侧是耦合装置，耦合装置由耦合电缆、电缆连接器组成，上述上、下两个导电平板、耦合电缆、电缆连接器、介质杆部件形成介质谐振腔，其主要技术特征在于在介质谐振腔外设置一个背景腔，在背景腔内壁上设置与所测量频率波段相同的微波吸收材料，介质谐振腔、背景腔形成复合谐振腔。
本发明的优点和效果在于不改变原有开式腔的介质谐振腔结构和理论模型的基础上，发明了复合谐振腔结构，并且发明了同心定位机构，利用复合谐振腔所形成的背景腔，并在背景腔上设置微波吸收材料，吸收和衰减耦合装置沿径向辐射的所有寄生膜，一举解决了这个难题，同时又杜绝了其他的向内辐射，给内部的开式腔提供了一个微波全黑的背景，形成了一个虚拟的、无限大的空间，只出不进，因而对中心定位的要求降低了，扩大了中心定位的裕度；背景腔的设置给定位机构提供了参照坐标，即在背景腔的腔壁上设置定位螺孔，采用定位螺杆分别对两块导电平板、中间介质进行精确的同心放置定位，大幅度提高了定位精度，中心偏差<0.5mm，由于安装规范化，使装配调整周期短，一般小于20分钟；使寄生模的抑制程度大于吸收材料衰减系数的二倍，即一般大于30dB；测量结果的重复性大大提高，也即使测量精度大大提高，使原先的精度从20％提高到5％及以上；对于加工要求却是一般，故造价低。
附图说明
图1——介质谐振器原理示意图。
图2——是图1的立体示意图。
图3——现有技术中简单实现原理的仪器结构图。
图4——现有技术中谐振腔封闭的结构示意图。
图5——本发明使用过程中剖视结构图。
图6——本发明使用过程中的立体结构透视图。
图7——本发明安装过程中的立体结构示意图。
图8——本发明安装过程俯视图。
具体实施方式
如图5、6、7、8所示，腔内中间有上、下各一块导电平板4，其两侧中间是耦合装置，由耦合电缆5、电缆连接器6构成，在上、下导电平板4中间是介质杆7，与导电平板4是同心设置，构成开式腔的介质谐振腔；在该介质谐振腔外设置外腔侧筒1、外腔盖板2，形成内腔(原介质谐振腔)、外腔又称背景腔，由此构成复合式谐振腔。
在合上外腔侧筒1和上、下外腔盖板2之前，首先将微波吸收材料3设置在背景腔的外腔侧筒1的内壁上，将耦合装置的耦合电缆5、电缆连接器6也安装在外腔侧筒1上，并可将下面一块导电平板4放置在下面的外腔盖板2上，然后套上外腔侧筒1，用固定螺钉11将上、下外腔盖板2和外腔侧筒1固定结合在一起。
正是由于设置了内、外腔，外腔侧筒1的存在为解决上、下导电平板4与介质杆7的同心安装的难题提供了可能。在外腔侧筒1上，按上面的一个导电平板4、中间的介质杆7、下面一个导电平板4的三个层面上设置定位螺孔8，每一个层面设置三个定位螺孔8，按120度分开设置；由于定位螺杆9是标准件，可以在上面的外腔盖板2盖上之前，一层一层从下至上，将下面的导电平板4放在下外腔盖板1上，介质杆7放置在下面的导电平板4上，上面的导电平板4再放置在介质杆7上，在上面的导电平板4上放置软垫圈10，最后安装上面的外腔盖板2，用固定螺杆11将上、下外腔盖板2预紧(并不完全固定住)；然后，每一层面的三个定位螺孔8中插入同样三个定位螺杆9，调整上面的导电平板4、中间的介质杆7以及下面的导电平板4的同心度，直至同心度完全达到或符合要求，然后再旋紧固定螺杆11，将上、下外腔盖板2紧紧固定住即可。
本发明的保护范围并不局限于上述描述。
Claims (3)
1.测量超导微波表面电阻的复合谐振腔，上下两个导电平板中间是介质杆，介质杆与导电平板同心放置，在介质杆两侧是耦合装置，耦合装置由耦合电缆、电缆连接器组成，上述上、下两个导电平板、耦合电缆、电缆连接器、介质杆部件形成介质谐振腔，其特征在于在介质谐振腔外设置一个背景腔，在背景腔内壁上设置与所测量频率波段相同的微波吸收材料，介质谐振腔、背景腔形成复合谐振腔。
2.根据权利要求1所述的测量超导微波表面电阻的复合谐振腔，其特征在于在背景腔的腔壁上设置定位螺孔，按上、下导电平板，中间的介质杆三个平面层设置。
3.根据权利要求2所述的测量超导微波表面电阻的复合谐振腔，其特征在于每个平面层的定位螺孔均设置三个，每个定位螺孔沿径向按120度设置。
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