專利名稱：測(cè)量超導(dǎo)材料微波表面電阻的復(fù)合諧振腔的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測(cè)量裝置，特別涉及一種測(cè)量超導(dǎo)材料表面電阻的復(fù)合諧振腔。
背景技術(shù)：
微波表面電阻Rs在電子學(xué)的各種領(lǐng)域，尤其是電信領(lǐng)域、微波無(wú)源器件技術(shù)等領(lǐng)域都是一個(gè)極其重要的材料參數(shù)，它表征了材料的微波表面損耗的性能和材料表面的加工水平。對(duì)于常規(guī)材料，可以利用比較精確測(cè)量的直流電阻率，通過公式換算得到理想情況下的微波表面電阻，但只能作為參考，因?yàn)樗€和機(jī)械加工水平有關(guān)。對(duì)于超導(dǎo)材料的微波表面電阻，就不可能通過直流電阻率和公式換算得到理想情況下的微波表面電阻，它只能是一個(gè)測(cè)量的參量。因此，準(zhǔn)確、精密地測(cè)量這一參數(shù)，對(duì)于了解材料的物理和其他特性，發(fā)展新材料提供方和超導(dǎo)微波元件的設(shè)計(jì)需求方都有重要意義。
在本發(fā)明之前，根據(jù)被測(cè)樣品的制備特征和幾何形狀，微波表面電阻的測(cè)量的方法可有多種，最常用的方法是諧振腔法。
根據(jù)目前國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)草案(TC-90INTERNATIONAL STANDARDSuperconductivity-Part 7)中關(guān)于微波表面電阻標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量中規(guī)定的方法是一種被稱為開式腔的介質(zhì)諧振腔，此腔是由兩片表面平整的導(dǎo)體平板和一塊介質(zhì)圓柱桿(如Al2O3，藍(lán)寶石)組成，如圖1和圖2。
一個(gè)介質(zhì)圓柱桿2‘被夾在兩塊導(dǎo)體平板1’之間，通過耦合裝置耦合微波，在兩塊導(dǎo)體平板之間和介質(zhì)內(nèi)部即可產(chǎn)生微波震蕩。通過此系統(tǒng)理論模型和理論分析公式和測(cè)量其TE01N模的微波震蕩頻譜即可計(jì)算出導(dǎo)體平板1、介質(zhì)的一系列微波材料參數(shù)。
耦合系統(tǒng)包括耦合電纜3‘和電纜連接器4‘，采用圓環(huán)耦合，屬于磁耦合激勵(lì)。該耦合的激勵(lì)場(chǎng)型屬于磁偶極場(chǎng)，相對(duì)開式諧振腔系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，是偏軸TE模式。它包含了除了主模TEljk外的其它模式(寄生模)。主模TEljk進(jìn)入諧振腔形成所需的TE01p、震蕩模，寄生模一部分通過徑向向外輻射出去，這對(duì)精密測(cè)量導(dǎo)體的表面電阻、介質(zhì)材料的εr和tgδ值是有害的，在實(shí)際測(cè)量裝置中應(yīng)當(dāng)要有效抑制掉。
具體而言，現(xiàn)有技術(shù)的方法有三種。
一是如圖3所示的測(cè)量方法，該方法是對(duì)原理的簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)，也即只對(duì)上、下兩塊導(dǎo)電平板和中間介質(zhì)的安裝方法以及消除中間介質(zhì)的寄生膜作了原則性的描述，而沒有給出消除寄生膜的規(guī)范和定量解決方法，而在實(shí)際操作過程中存在著復(fù)雜性和不確定性，即腔外的任何變動(dòng)和不確定因素嚴(yán)重影響和干擾實(shí)際測(cè)量，造成不精確和誤差，兩塊導(dǎo)電平板和中間介質(zhì)要求同心放置的精度根本無(wú)法保證。
二是如圖4所示的測(cè)量方法，增加了銅環(huán)5‘和銅塊6‘形成封閉式諧振腔，雖解決了腔外的任何變動(dòng)和不確定因素對(duì)實(shí)際測(cè)量的影響和干擾，但仍然無(wú)法心保證兩塊導(dǎo)電平板和中間介質(zhì)的同心放置的精度，并且仍然無(wú)法抑制耦合裝置產(chǎn)生的寄生膜問題，其場(chǎng)型結(jié)構(gòu)也不適合于開式腔的精確數(shù)學(xué)表達(dá)。另外，該方法對(duì)腔的加工精度和兩塊導(dǎo)電平板和中間介質(zhì)的同心的精度要求更高，既要圓又要內(nèi)壁拋光，裝配周期長(zhǎng)，精度要視裝配人員的經(jīng)驗(yàn)來(lái)確定。
三是微波暗室測(cè)量方法。這種方法是在室內(nèi)墻壁上設(shè)置能夠吸收微波的材料，以減少外界傳入和內(nèi)部反射的微波測(cè)量?jī)x器的干擾，但它不能消除儀器輻射對(duì)人體的傷害，也不能消除同室內(nèi)儀器之間的相互直接干擾，且體積太大，成本太高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就在于克服上述各種測(cè)量方法和設(shè)備的缺陷，研制一種復(fù)合諧振腔結(jié)構(gòu)的測(cè)量?jī)x器和測(cè)量方法。
本發(fā)明的技術(shù)方案是測(cè)量超導(dǎo)材料微波表面電阻的復(fù)合諧振腔，上、下兩個(gè)導(dǎo)電平板，中間是介質(zhì)桿，與導(dǎo)電平板同心放置，兩側(cè)是耦合裝置，由耦合電纜、電纜連接器組成，形成介質(zhì)諧振腔，其主要技術(shù)特征在于在介質(zhì)諧振腔外設(shè)置一個(gè)背景腔，形成復(fù)合諧振腔。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和效果在于不改變?cè)虚_式腔的介質(zhì)諧振腔結(jié)構(gòu)和理論模型的基礎(chǔ)上，發(fā)明了復(fù)合諧振腔結(jié)構(gòu)，并且發(fā)明了同心定位機(jī)構(gòu)，利用復(fù)合諧振腔所形成的背景腔，并在背景腔上設(shè)置微波吸收材料，吸收和衰減耦合裝置沿徑向輻射的所有寄生膜，一舉解決了這個(gè)難題，同時(shí)又杜絕了其他的向內(nèi)輻射，給內(nèi)部的開式腔提供了一個(gè)微波全黑的背景，形成了一個(gè)虛擬的、無(wú)限大的空間，只出不進(jìn)，因而對(duì)中心定位的要求降低了，擴(kuò)大了中心定位的裕度；背景腔的設(shè)置給定位機(jī)構(gòu)提供了參照坐標(biāo)，即在背景腔的腔壁上設(shè)置定位螺孔，采用定位螺桿分別對(duì)兩塊導(dǎo)電平板、中間介質(zhì)進(jìn)行精確的同心放置定位，大幅度提高了定位精度，中心偏差＜0.5mm，由于安裝規(guī)范化，使裝配調(diào)整周期短，一般小于20分鐘；使寄生模的抑制程度大于吸收材料衰減系數(shù)的二倍，即一般大于30dB；測(cè)量結(jié)果的重復(fù)性大大提高，也即使測(cè)量精度大大提高，使原先的精度從20％提高到5％及以上；對(duì)于加工要求卻是一般，故造價(jià)低。


圖1——介質(zhì)諧振器原理示意圖。
圖2——是圖1的立體示意圖。
圖3——現(xiàn)有技術(shù)中簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)原理的儀器結(jié)構(gòu)圖。
圖4——現(xiàn)有技術(shù)中諧振腔封閉的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5——本發(fā)明使用過程中剖視結(jié)構(gòu)圖。
圖6——本發(fā)明使用過程中的立體結(jié)構(gòu)透視圖。
圖7——本發(fā)明安裝過程中的立體結(jié)構(gòu)示意圖。
圖8——本發(fā)明安裝過程俯視圖。
具體實(shí)施例方式
如圖5、6、7、8所示，腔內(nèi)中間有上、下各一塊導(dǎo)電平板4，其兩側(cè)中間是耦合裝置，由耦合電纜5、電纜連接器6構(gòu)成，在上、下導(dǎo)電平板4中間是介質(zhì)桿7，與導(dǎo)電平板4是同心設(shè)置，構(gòu)成開式腔的介質(zhì)諧振腔；在該介質(zhì)諧振腔外設(shè)置外腔側(cè)筒1、外腔蓋板2，形成內(nèi)腔(原介質(zhì)諧振腔)、外腔又稱背景腔，由此構(gòu)成復(fù)合式諧振腔。
在合上外腔側(cè)筒1和上、下外腔蓋板2之前，首先將微波吸收材料3設(shè)置在背景腔的外腔側(cè)筒1的內(nèi)壁上，將耦合裝置的耦合電纜5、電纜連接器6也安裝在外腔側(cè)筒1上，并可將下面一塊導(dǎo)電平板4放置在下面的外腔蓋板2上，然后套上外腔側(cè)筒1，用固定螺釘11將上、下外腔蓋板2和外腔側(cè)筒1固定結(jié)合在一起。
正是由于設(shè)置了內(nèi)、外腔，外腔側(cè)筒1的存在為解決上、下導(dǎo)電平板4與介質(zhì)桿7的同心安裝的難題提供了可能。在外腔側(cè)筒1上，按上面的一個(gè)導(dǎo)電平板4、中間的介質(zhì)桿7、下面一個(gè)導(dǎo)電平板4的三個(gè)層面上設(shè)置定位螺孔8，每一個(gè)層面設(shè)置三個(gè)定位螺孔8，按120度分開設(shè)置；由于定位螺桿9是標(biāo)準(zhǔn)件，可以在上面的外腔蓋板2蓋上之前，一層一層從下至上，將下面的導(dǎo)電平板4放在下外腔蓋板1上，介質(zhì)桿7放置在下面的導(dǎo)電平板4上，上面的導(dǎo)電平板4再放置在介質(zhì)桿7上，在上面的導(dǎo)電平板4上放置軟墊圈10，最后安裝上面的外腔蓋板2，用固定螺桿11將上、下外腔蓋板2預(yù)緊(并不完全固定住)；然后，每一層面的三個(gè)定位螺孔8中插入同樣三個(gè)定位螺桿9，調(diào)整上面的導(dǎo)電平板4、中間的介質(zhì)桿7以及下面的導(dǎo)電平板4的同心度，直至同心度完全達(dá)到或符合要求，然后再旋緊固定螺桿11，將上、下外腔蓋板2緊緊固定住即可。
本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于上述描述。
權(quán)利要求
1.測(cè)量超導(dǎo)材料微波表面電阻的復(fù)合諧振腔，上、下兩個(gè)導(dǎo)電平板，中間是介質(zhì)桿，與導(dǎo)電平板同心放置，兩側(cè)是耦合裝置，由耦合電纜、電纜連接器組成，形成介質(zhì)諧振腔，其特征在于在介質(zhì)諧振腔外設(shè)置一個(gè)背景腔，形成復(fù)合諧振腔。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量超導(dǎo)微波表面電阻的復(fù)合諧振腔，其特征在于在背景腔內(nèi)壁上設(shè)置與所測(cè)量頻率波段相同的微波吸收材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1、2所述的測(cè)量超導(dǎo)微波表面電阻的復(fù)合諧振腔，其特征在于在背景腔的腔壁上設(shè)置定位螺孔，按上、下導(dǎo)電平板，中間的介質(zhì)桿三個(gè)平面層設(shè)置。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的測(cè)量超導(dǎo)微波表面電阻的復(fù)合諧振腔，其特征在于每個(gè)平面層的定位螺孔均設(shè)置三個(gè)，每個(gè)定位螺孔沿徑向按120度設(shè)置。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的測(cè)量超導(dǎo)微波表面電阻的復(fù)合諧振腔，其特征在于每個(gè)定位螺孔插入定位螺桿。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種測(cè)量超導(dǎo)材料表面電阻的復(fù)合諧振腔。本發(fā)明采用在原有開式腔的介質(zhì)諧振腔結(jié)構(gòu)外加背景腔，形成復(fù)合諧振腔結(jié)構(gòu)，并發(fā)明了同心定位機(jī)構(gòu)，背景腔上設(shè)置微波吸收材料，吸收和衰減耦合裝置沿徑向輻射的所有寄生膜，一舉解決了這個(gè)難題，同時(shí)又杜絕了其他的向內(nèi)輻射，給內(nèi)部的開式腔提供了一個(gè)微波全黑的背景，形成了一個(gè)虛擬的、無(wú)限大的空間，對(duì)中心定位的要求降低了，擴(kuò)大了中心定位的裕度；背景腔的設(shè)置給定位機(jī)構(gòu)提供了參照坐標(biāo)，即在背景腔的腔壁上設(shè)置定位螺孔，采用定位螺桿分別對(duì)兩塊導(dǎo)電平板、中間介質(zhì)進(jìn)行精確的同心放置定位，大幅度提高了定位精度。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便。
文檔編號(hào)G01R27/02GK1645153SQ200510038190
公開日2005年7月27日 申請(qǐng)日期2005年1月21日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月21日
發(fā)明者吉爭(zhēng)鳴, 吳培亨, 許偉偉 申請(qǐng)人:南京大學(xué)