[发明专利]微波表面电阻连续频谱测试装置

说明书

本发明公开了微波表面电阻连续频谱测试装置，包括固定介质柱和移动介质柱；所述固定介质柱设置于待测超导薄膜上，且移动介质柱连续运动并与固定介质柱产生相对位移，使得移动介质柱和固定介质柱之间电磁场变化。本发明微波表面电阻连续频谱测试装置，通过将固定介质柱和移动介质柱进行相对位移，实现了谐振频率的连续变化从而测得样品微波表面电阻的连续频率谱特性，实现准确连续无损的检测。

技术领域

本发明涉及超导测试技术，具体涉及微波表面电阻连续频谱测试装置。

背景技术

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。目前各类超导器件已被广泛应用于各种微波无线系统。然而作为超导材料重要参数之一的薄膜表面电阻随频率连续变化的特性却一直没有切实可行的测试装置。现有的微波谐振器表面电阻(R_S)测试方法通常仅能在一个频率点上进行，通过仔细设计采用谐波模式或高次模式，可以获得在几个频率点上的R_S信息。但是这样的信息量对超导薄膜R_S在频率维度的特性描述，特别是大功率情况下的特性描述是远远不够的，所以设计一种微波表面电阻连续频谱测试的装置成为亟待解决的难题。

国内外目前尚无专门针对微波表面电阻连续频谱测试的方法和装置。国内外对微波表面电阻的测试只适用于单频点或高次模产生的离散的几个频点。在诸多高温超导薄膜微波非线性测试方法中，最具代表性的是已被采纳为针对超导薄膜电特性测试国家标准的双端短路结构双介质谐振器法，但是该标准测试对象为高温超导薄膜微波表面电阻在单一频率下随功率的变化关系。

国家标准中利用双介质谐振器法测试高温超导薄膜表面电阻测试装置如图1和图2所示，图中超导薄膜A1、超导薄膜B2、超导薄膜C4、超导薄膜D5，其中超导薄膜A1、超导薄膜B2和超导薄膜C4、超导薄膜D5采用同一对超导薄膜；蓝宝石介质柱A3和介质柱B6，介质柱A3和介质柱B6的直径相同，两个介质柱的ε'和tanδ相同，高度不同，介质柱B6的高度是介质柱A3的p倍。TE011谐振器的谐振频率f₀和无载品质因数Q_u，记为f₀₁和Q_u1；TE_01p谐振器的谐振频率f₀和无载品质因数Q_u，记为f_0p和Q_up。从测量得到的Q_u值可以计算出tanδ和R_S的值。然而由于介质柱尺寸固定，只能产生固定单一频率点的进行测试，不能反映连续频率微波表面电阻的变化信息。

国外给出了一种基于平面电路谐振器的设计方法，见：Yi Wang,Hieng Tiong Su,Frederick Huang,and Michael J.Lancaster.,Measurement ofYBCO Thin Film SurfaceResistanceUsing Coplanar Line Resonator TechniquesFrom 20MHz to 20GHz,IEEETRANSACTIONS ON APPLIED SUPERCONDUCTIVITY,VOL.17,NO.2,JUNE 2007。其测试装置如图3所示，利用共面波导结构，在20MHz到20GHz产生超过1000个谐振点，从而实现离散频率的微波表面电阻的测量。其中馈电输入口7，馈电输出口8，在超导薄膜E10表面刻蚀双螺旋折线槽9，在20MHz到20GHz每20MHz即可产生一个谐振点。利用测得的S参数和无载品质因数Q₀值，即可计算出HTS薄膜的R_S。但是在双螺旋折线槽图形成型的过程中会引入不确定因素，介质片的厚度和辐射损耗估算的不确定性，都会影响微波表面电阻的精度。同时在超导薄膜上刻蚀双螺旋折线会对破坏超导薄膜的完整性，不能做到无损测试。