SU1758529A1 - Method and transducer for nondestructive measurement of superconductor microwave parameters - Google Patents

Method and transducer for nondestructive measurement of superconductor microwave parameters Download PDF

Info

Publication number
SU1758529A1
SU1758529A1 SU904785480A SU4785480A SU1758529A1 SU 1758529 A1 SU1758529 A1 SU 1758529A1 SU 904785480 A SU904785480 A SU 904785480A SU 4785480 A SU4785480 A SU 4785480A SU 1758529 A1 SU1758529 A1 SU 1758529A1
Authority
SU
USSR - Soviet Union
Prior art keywords
frequency
microwave
signal
superconductor
power
Prior art date
Application number
SU904785480A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Юрий Иванович Кошуринов
Original Assignee
Институт прикладной физики АН СССР
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Институт прикладной физики АН СССР filed Critical Институт прикладной физики АН СССР
Priority to SU904785480A priority Critical patent/SU1758529A1/en
Application granted granted Critical
Publication of SU1758529A1 publication Critical patent/SU1758529A1/en

Links

Landscapes

  • Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)

Abstract

Изобретение относитс  к измерительной технике СВЧ. Цель изобретени  - повышение чувствительности и обеспечение измерений плотности критического тока сверхпроводника в широком диапазоне частот . Способ неразрушающего изменени  СВЧ-параметров сверхпроводника включает воздействие на исследуемый образец СВЧ-сигналом частоты fi мощностью PI и прием обращенного сигнала, дополнительное воздействие на исследуемый образец СВЧ-сигналом частоты fa мощностью Р2 « Pi, при этом сигнал частоты fi модулируют по амплитуде с частотой fa, мощность сигнала частоты ft плавно увеличивают до момента по влени  в отраженном сигнале составл ющей на частоте модул ции fa, измер ют мощность Pi° частоты fi, соответствующую этому моменту, и по измеренной мощности определ ют плотность критического тока сверхпроводника по математическому выражению, св зывающему искомый и измеренные величины. 2 с. и 1 з.п.ф-лы, 2 ил. (ЛThis invention relates to microwave measurement technology. The purpose of the invention is to increase the sensitivity and provide measurements of the density of the critical current of a superconductor in a wide frequency range. The method of non-destructive microwave parameters of a superconductor includes exposing the sample under test with a microwave signal of frequency fi with power PI and receiving an inverted signal, additional exposure of the sample under test with a microwave signal of frequency fa with power P2 "Pi, while the signal of frequency fi modulating in amplitude with frequency fa The signal power of the frequency f increases smoothly until the moment when the component appears at the reflected signal at the modulation frequency fa, the power Pi & the frequencies fi corresponding to this moment and determine the critical current density of the superconductor from the measured power using a mathematical expression relating the desired and measured values. 2 sec. and 1 z.p. f-ly, 2 ill. (L

Description

Изобретение относитс  к измерительной СВЧ-технике и может быть использовано дл  измерени  электрических СВЧ-параметров , в том числе плотности критического тока , сверхпровод щих материалов в виде пленок, на локальных участках поверхности с размерами много меньшими длины волны СВЧ-излучени , используемого дл  измерени .The invention relates to a measuring microwave technique and can be used to measure electric microwave parameters, including critical current density, superconducting materials in the form of films, on local surface areas with dimensions much smaller than the wavelength of the microwave radiation used for measurement.

Цель изобретени  - повышение чувствительности и обеспечение измерений плотности критически тока сверхпроводника в широком диапазоне частот.The purpose of the invention is to increase the sensitivity and provide measurements of the critical density of the current of a superconductor in a wide frequency range.

На фиг. 1 приведена конструкци  датчика , реализующего способ неразрушающего применени  СВЧ-параметров сверхпроводника; на фиг. 2 - датчик с установленным сверхпроводником,разрез.FIG. 1 shows the design of a sensor that implements a method for non-destructive use of microwave parameters of a superconductor; in fig. 2 - a sensor with a superconductor installed, a slit.

Предлагаемый способ основан на измерении изменений коэффициента отражени  устройства в зависимости от уровн  мощности падающего на исследуемый образец СВЧ-излучени  частоты f 1 путем модул ции с частотой fa амплитуды этого сигнала и последующего выделени  в отраженном сигнале с частотой h составл ющей на частоте модул ции fa, что позвол ет существенно повысить чувствительность измерений. В предлагаемом способе измерений модул тором сигнала на частоте fi  вл етс  сама исследуема  среда, поэтому в модулированном сигнале на частоте f2 содержитс  информаци  о параметрах исследуемой среды.The proposed method is based on measuring changes in the reflection coefficient of a device as a function of the power level of the frequency f 1 incident on the sample under study by modulating the amplitude of the signal at the frequency f and the subsequent selection in the reflected signal at the frequency of the modulation frequency fa, which allows to significantly increase the sensitivity of measurements. In the proposed measurement method, the modulator of a signal at frequency fi is the medium itself, therefore, the modulated signal at frequency f2 contains information about the parameters of the medium being studied.

Датчик дл  измерение СВЧ-параметров содержит от резок 1 измерительный линии сSensor for measuring microwave parameters contains 1 measuring lines with

слcl

ел юate yu

размерами много меньшими длины волны СВЧ излучени , расположенный в окне металлизации 2 диэлектрической пластины 3, при этом один конец отрезка 1 измерительной линии подсоединен к металлизации 2 пластины 3, а другой - к трансформатору А СВЧ-моды полосковой линии 5, расположенной на другой стороне диэлектрической пла- стины 3 сонаправленно с отрезком 1 измерительной линии, трансформатор 4, вы- полненный в виде расшир ющейс  полоски металлической фольги, одной из своих сторон образует гальванический контакт 6 с полосковой линией 5, а углом 7, противолежащим этой стороне, подсоединен к отрезку 1 изме- рительной линии; на поверхности отрезка 1 измерительной линии и металлизацию 2 нанесена пленка 8 диэлектрика. При наложении на поверхность устройства (на пленку 8 диэлектрика ) исследуемого сверхпровод щего образца 9 (фиг. 2) отрезок 1 измерительной линии пленка 8 диэлектрика и поверхность сверхпровод щего образца 9 образуют отрезок несимметричной полосковой линии 10. дл  которой земл ным проводником  в- л етс  сверхпровод ща  поверхность образца 9. При этом участки 11 и 12 металлизации 2, расположенные вблизи обоих концов отрезка 1 измерительной линии совместно с диэлектрической пленкой 8 и по- верхностью образца 9, лежащей над участками 11 и 12 металлизации, образуют два плоских конденсатора большой емкости.sizes much smaller than the microwave radiation wavelength located in the metallization window 2 of the dielectric plate 3, while one end of the measuring line section 1 is connected to the metallization 2 of the plate 3 and the other to the microwave-mode transformer A of the stripline 5, located on the other side of the dielectric the plate 3 is co-aligned with the length 1 of the measuring line; the transformer 4, made in the form of an expanding strip of metal foil, forms a galvanic contact 6 with a strip line 5, and an angle of 7 tivolezhaschim this side is connected to the segment 1 measurement mis- line; On the surface of the segment 1 of the measuring line and the metallization 2, a dielectric film 8 is applied. When superimposed on the surface of the device (on the film 8 of the dielectric) of the investigated superconducting sample 9 (Fig. 2) cut 1 measuring line the film 8 of the dielectric and the surface of the superconducting sample 9 form a piece of asymmetrical strip line 10. for which the ground conductor superconducting surface of sample 9. At that, sections 11 and 12 of metallization 2, located near both ends of segment 1 of the measuring line, together with dielectric film 8 and the surface of sample 9, which lies above sections 11 and 12 of metal two capacitors with high capacitance.

Отрезок 1 измерительной линии с продольными и поперечными размерами много меньшими длины волны СВЧ излучени , расположенный в окне металлизации 2, может быть выполнен либо в виде полоски металла, либо в виде проводника круглого сечени . При этом поперечные размеры окна выбираютс  много больше поперечных размеров отрезка 1 дл  предотвращени  возбуждени  СВЧ моды щелевой линии между кра ми окна и отрезка 1, а продольные размеры окна выбираютс  пор дка длины отрез- ка1.Section 1 of the measuring line with longitudinal and transverse dimensions much smaller than the wavelength of the microwave radiation, located in the metallization window 2, can be made either in the form of a metal strip or in the form of a circular conductor. In this case, the transverse dimensions of the window are chosen much larger than the transverse dimensions of segment 1 to prevent the microwave mode of the slot line between the edges of the window and section 1 from being excited, and the longitudinal dimensions of the window are chosen in the order of the length of the segment 1.

Трансформатор 4 СВЧ-моды, изготовленный в виде полоски металлической фольги с плавно мен ющейс  шириной по всей длине, расположен в пазе диэлектрической пластины 3, выполненном со стороны полосковой линии 5 вдоль ее оси в плоскости, перпендикул рной пластине 3.A microwave mode transformer 4 made in the form of a strip of metal foil with a smoothly varying width along the entire length is located in the groove of the dielectric plate 3, made from the side of the strip line 5 along its axis in a plane, perpendicular to the plate 3.

Способ неразрушающего измерени  СВЧ-параметров сверхпроводника осуще- ствл ют следующим образом.A method for non-destructive measurement of the microwave parameters of a superconductor is carried out as follows.

Через полосковую линию 5 на устройство с установленным на нем исследуемым образцом 9 подают два СВЧ-сигнала с частотами fi и fz и мощностью соответственно Pi и Р2,Through the strip line 5, two microwave signals with frequencies fi and fz and power Pi and P2, respectively, are fed to the device with the test sample 9 installed on it,

причем PI Р2. Сигнал частоты fi модулирован по амплитуде с частотой модул ции fa. С помощью трансформатора 4 вба сигнала поступают на отрезок 1 измерительной линии, который вместе с поверхностью сверхпровод щего образца 9, расположенный над отрезком 1, и диэлектрической пленкой 8 между ними образуют отрезок несимметричной полосковой линии 10, дл  которой земл ным проводником  вл етс  сверхпровод ща  поверхность образца 9 (см, фиг. 2), Поскольку каждый из участков 11, 12 металлизации 2, расположенных у концов отрезка 1, образуете поверхностью сверхпровод щего образца, расположенной над ним, плоский конденсатор большой емкости, то сопротивление этих конденсаторов на частотах СВЧ-излучени , в том числе на частотах fi и Г2,оказываетс  много меньше волнового сопротивлени  f0 несимг метричной полосковой линии 10. При этом посредством емкости, образованной участком 11 металлизации, осуществл етс  короткое замыкание полосковой линии 10, а посредством емкости, образованной участком 12, осуществл етс  св зь отрезка полосковой линии 10 с трансформатором 4. Таким образом, локальный участок поверхности исследуемого образца 9, расположенный над отрезком 1 измерительной линии, оказываетс  включенный в тракт полосковой линии 10. Такой способ включени  образца 9 в тракт линии 10 исключает проникновение моды СВЧ-пол  в диэлектрическую подложку образца в случае исследовани  пленочного сверхпроводника, и поэтому параметры линии 10 не завис т от материала подложки сверхпроводника. Поскольку длина отрезка 1 измерительной линии выбрана много меньше длин волн СВЧ- излучени , в том числе излучени  с частотами fi и Т2, то токи в емкост х, образованных участками металлизации 11 и 12, можно считать в каждый момент времени равными и противоположно направленными. Поэтому возбуждени  пол  этими токами в области диэлектрической пленки 8 между металлизацией 2 и сверхпровод щей поверхностью образца 9 не происходит, что позвол ет при измерени х пренебречь величиной потерь на излучение.moreover, PI P2. The frequency signal fi is amplitude modulated with the modulation frequency fa. With the help of a transformer 4 wba signal, the measuring line segment 1, which together with the surface of the superconducting sample 9, located above the segment 1, and the dielectric film 8 between them, form a segment of the asymmetrical strip line 10, for which the ground conductor is a superconducting surface sample 9 (see fig. 2), since each of the metallization sections 11, 12 2 located at the ends of segment 1 form the surface of a superconducting sample located above it, a flat capacitor is a large capacitor So, the resistance of these capacitors at the frequencies of microwave radiation, including at frequencies fi and G2, is much less than the characteristic impedance f0 of the asymmetric metric strip line 10. At the same time, a capacitor formed by the metallization section 11 short-circuits the strip line 10 , and through the capacitance formed by section 12, a segment of the strip line 10 is connected with a transformer 4. Thus, the local surface area of the sample 9, located above segment 1 of the measuring l NII, It appears included in the path of the strip line 10. This method of incorporation of 9 in the sample path line 10 precludes penetration mode microwave field in the dielectric substrate sample in the case studies of the superconductor film, and therefore the parameters line 10 does not depend on the substrate a superconductor material. Since the length of segment 1 of the measuring line is chosen to be much smaller than the wavelengths of microwave radiation, including radiation with frequencies fi and T2, the currents in capacitors formed by metallization sites 11 and 12 can be considered equal and oppositely directed at each time instant. Therefore, the field is not excited by these currents in the region of the dielectric film 8 between the metallization 2 and the superconducting surface of the sample 9, which makes it possible to neglect the radiation losses in the measurements.

Измерение критической плотности jc СВЧ-тока сверхпроводника 9 в локальной области, ограниченной размерами отрезка 1 измерительной линии, осуществл ют, плавно увеличива  мощность Pi сигнала на частоте fi до момента по влени  в примен емом отраженном сигнале на частоте f2 составл ющей на частоте модул ции fs. регистрируют соответствующее этому моменту значение мощности PI сигнала частоты ft и по нему определ ют плотность критического тока сверхпровод щего образца 9 из соотношени :The measurement of the critical density jc of the microwave current of the superconductor 9 in the local region bounded by the dimensions of segment 1 of the measuring line is carried out by gradually increasing the signal power Pi at frequency fi until it appears in the applied reflection signal at frequency f2 . A value corresponding to this moment in the power PI of the frequency частоты is recorded and the critical current density of the superconducting sample 9 is determined from it from the relation:

Jc Jc

r-3Јfr-3Јf

W hW h

где W - поперечный размер отрезка 1;where W is the transverse size of the segment 1;

h- глубина проникновени  СВЧ-токов в сверхпроводник.h is the depth of penetration of microwave currents into the superconductor.

Claims (3)

1.Способ неразрушающего измерени  СВЧ-параметров сверхпроводника, включающий воздействие на исследуемый образец СВЧ-сигналом частоты fi мощностью Pi и прием отраженного СВЧ-сигнала и измерение коэффициента отражени , отличающийс  тем, что, с целью повышени  чувствительности и обеспечени  измерений плотности критического тока сверхпроводника в широком диапазоне частот, дополнительно на исследуемый образец воздействуют СВЧ-сигналом частоты h мощностью Ра, Р2 « Pi, при этом сигнал частоты fi модулируют по амплитуде с частотой модул ции Тз, а отраженный сигнал принимают на частоте f2, мощность сигнала частоты fi плавно увеличивают до момента fj по влени  в отраженном сигнале составл ющей на частоте модул ции fa, регистрируют соответствующее этому моменту значение мощности Pi° сигнала частоты fi, по которой определ ют критический ток сверхпроводника по зависимости , св зывающей искомый параметр с измеренными.1. A method for non-destructive measurement of the microwave parameters of a superconductor, including exposing the sample under test to a microwave signal of frequency fi with a power Pi and receiving a reflected microwave signal and measuring the reflectance, characterized in that, in order to increase the sensitivity and provide measurements of the critical current density of the superconductor in In addition, the sample under study is exposed to a microwave signal of frequency h with power Pa, P2 "Pi, and the signal fi is modulated in amplitude with modulation frequency Tz, while the reflected signal is received at the frequency f2, the signal power of the frequency fi is gradually increased until the moment fj appears in the reflected signal component at the modulation frequency fa, the corresponding power of the frequency Pi ° of the signal fi is recorded, which determines the critical current of the superconductor dependencies, associating the desired parameter with the measured. 2.Датчик дл  неразрушающего измерени  СВЧ-параметров сверхпроводника, содержащий входной узел, отрезок измерительной линии и выходной узел, отличающийс  тем, что отрезок измерительной линии и входной узел выполнены ьа противоположных сторонах диэлектрической пластины , при этом отрезок измерительной линии выполнен в виде полоски металла или проводника круглого сечени  с поперечными и продольными размерами, много меньшими длины волны СВЧ-излучени , и размещен в окне, выполненном в металлизации диэлектрической пластины, поперечные размеры которого много больше поперечных размеров отрезка измерительной линии, а продольные - пор дка длины отрезка измерительной линии, при этом один конец отрезка измерительной линии подсоединен к металлизации диэлектрической пластины, а другой - через трансформатор СВЧ-моды подсоединен к входному узлу, выполненному в виде полосковой линии на противоположной стороне диэлектрической пластины, поверхность которой со стороны размещени  отрезка измерительной линии покрыта диэлектрической пленкой.2. A sensor for non-destructive measurement of microwave parameters of a superconductor, comprising an input node, a measuring line section and an output node, characterized in that the measuring line segment and the input node are made on opposite sides of the dielectric plate, while the measuring line segment is made in the form of a strip of metal or round conductor with transverse and longitudinal dimensions much smaller than the microwave radiation wavelength, and placed in a window made in the metallization of the dielectric plate, transverse The dimensions of which are much larger than the transverse dimensions of the measuring line segment, and the longitudinal dimensions are about the length of the measuring line segment, with one end of the measuring line segment connected to the metallization of the dielectric plate, and the other end connected to the input node in the form of a stripline through a microwave transformer lines on the opposite side of the dielectric plate, the surface of which on the placement side of the measuring line segment is covered with a dielectric film. 3. Датчик по п. 2, отличающийс  тем, что трансформатор СВЧ-моды выполнен в виде полоски металлической фольги с3. The sensor according to claim 2, characterized in that the microwave mode transformer is made in the form of a strip of metal foil with плавно мен ющейс  шириной вдоль всей ее длины, котора  расположена в пазе диэлектрической пластины, выполненном со стороны полосковой линии вдоль ее оси в плоскости, перпендикул рной диэлектрической пластине, при этом полоска металлической фольги подсоединена к полосковой линии одной из своих боковых сторон, а противолежащим ей углом - к отрезку измерительной линии.smoothly varying width along its entire length, which is located in the groove of the dielectric plate, made from the side of the strip line along its axis in a plane perpendicular to the dielectric plate, while the strip of metal foil is connected to the strip line by one of its lateral sides and opposite to it angle - to the measuring line segment. V V Фиг.11 S / 5 4 7/S / 5 4 7 / Фиг. 2FIG. 2
SU904785480A 1990-01-23 1990-01-23 Method and transducer for nondestructive measurement of superconductor microwave parameters SU1758529A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU904785480A SU1758529A1 (en) 1990-01-23 1990-01-23 Method and transducer for nondestructive measurement of superconductor microwave parameters

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU904785480A SU1758529A1 (en) 1990-01-23 1990-01-23 Method and transducer for nondestructive measurement of superconductor microwave parameters

Publications (1)

Publication Number Publication Date
SU1758529A1 true SU1758529A1 (en) 1992-08-30

Family

ID=21493118

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU904785480A SU1758529A1 (en) 1990-01-23 1990-01-23 Method and transducer for nondestructive measurement of superconductor microwave parameters

Country Status (1)

Country Link
SU (1) SU1758529A1 (en)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Коноводченко В.А. и др. Исследование резистивного состо ни пленочных сверхпроводников методом лазерного зонда. - Физика низких температур, 1986, т, 12, № 5, с. 548. Авторское свидетельство СССР № 896524, кл. G 01 N 22/00, 1980. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1238268B1 (en) Method for measuring the moisture content of skin and apparatus for applying the method
US4829233A (en) Microwave probe
EP0244105B1 (en) Integrated capacitance structures in microwave finline devices
Kent Hand-held instrument for fat/water determination in whole fish
US4546311A (en) Arrangement for measuring moisture content
US4492915A (en) Method and apparatus for the electronic measurement of the thickness of very thin electrically conductive films on a nonconductive substrate
US4962384A (en) Microwave antenna apparatus
US3681684A (en) Microwave moisture sensing system and method
SU1758529A1 (en) Method and transducer for nondestructive measurement of superconductor microwave parameters
US4424483A (en) Microwave radiation monitor
US3696292A (en) Microwave moisture sensing system including means to continuously change the transmission path of the microwave energy
Vickers et al. Fabry–Pe´ rot enhancement of external electro-optic sampling
US3694737A (en) Microwave moisture sensing system and method
FR2584196B1 (en) METHOD AND DEVICE FOR THE RAPID TESTING, BY REFLECTROMETRY, IN THE V.H.F. RANGES, OF PASSIVE COMPONENTS
SU1185268A1 (en) Method of measuring the parameters of electroconductive films
SU1720032A1 (en) Liquid permittivity sensing cell
GB2129944A (en) Microwave moisture sensor
SU950842A1 (en) Method of determining anysotropy of mechanical strength of fibrous sheet materials
Choi Technical Memorandum. Novel method of measuring dielectric properties at 100 ghz using a groove-guide resonator
Aggarwal et al. The effect of temperature on the accuracy of microwave moisture measurements on sandstone cores
RU2185011C1 (en) Waveguide film load
SU1190242A1 (en) Pickup for measuring parameters of sheet materials
SU1264052A1 (en) Method for determining depth of laminations in dielectric materials
SU1385091A1 (en) Device for measuring dielectric permittivity of materials
SU1193462A1 (en) Arrangement for measuring thickness of metal shheet