专利名称：用于超导交流电压标准的测试探杆的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种低温测试探杆，特别涉及一种用于超导交流电压标准的测试探杆。
背景技术：
低温测试探杆是超导交流电压标准中的重要组成部分，在测试过程中，探杆负责把交流偏置电流源输出的多路驱动信号连接到低温环境中的二进制超导阵列结上，驱动该阵列结使其输出所需的交流电压信号。 如图I所示，现有的低温测试探杆包括微波转接头I'、测量转接盒2'、连接杆3'、屏蔽筒4'、超导阵列结5'和驱动连接引线6';通常在超导交流电压标准中，现有低温探杆中的驱动连接引线6'采用多根单芯线组成，每相邻的两根驱动连接引线组成一个驱动回路，分别驱动相应的二进制超导阵列结段。由于二进制超导阵列结上每一段结阵所在的回路中的阻抗各不相同，故驱动电流源的各路输出所带的负载也不完全相同，所以这就引起了交流偏流源多路输出的带载不平衡，影响了信号传输线上的信号传输质量。另外，超导阵列结接收到合适的驱动信号后，响应输出量子电压台阶，所以信号传输线上的驱动电流信号传输质量影响了超导交流电压标准输出合成交流电压信号的上升时间。超导交流电压标准输出合成交流电压信号的上升时间在超导交流电压标准输出电压的不确定度评定中是一项最重要的参数，上升时间的大小直接影响输出量子交流电压的不确定度的大小，特别是随着输出电压频率的提高，上升时间所产生的影响会越来越重要。为了提高超导交流电压标准的不确定度，必须减小输出电压信号的上升时间。然而在超导交流电压标准中，低温探杆的驱动连接引线采用多根单芯线组成，每相邻的两根驱动连接线组成一个驱动回路，分别驱动相应的二进制阵列结段，所以无法为每一段阵列结单独设计阻抗匹配电路。
发明内容本实用新型的目的在于改进现有技术的缺陷，而提供一种用于超导交流电压标准的测试探杆，该测试探杆解决了以往交流低温测试探杆在交流偏置电流源驱动超导阵列结的阻抗匹配问题，减小输出电压的上升时间，提高超导电压标准的测量不确定度。为实现上述目的，本实用新型提供一种用于超导交流电压标准的测试探杆，所述测试探杆包括转接头、测量转接盒、连接杆和屏蔽筒，所述转接头固定设置于所述测量转接盒的一端，所述测量转接盒的另一端与所述连接杆的上端部固接在一起，所述屏蔽筒与所述连接杆的下端部固定连接在一起；所述屏蔽筒内设置有阵列结和负载电阻；所述连接杆内设有驱动连接引线，该驱动连接引线的一端与所述测量转接盒内的电流输入接口相连接，另一端与所述阵列结的电流输入接头相连接；所述的负载电阻一端连接阵列结的电流输入低端，另一端连接阵列结的电流输入高端。进一步的，所述连接杆内设有至少两根驱动连接引线。进一步的，所述的驱动连接引线为同轴电缆，所述同轴电缆包括线芯和屏蔽层；所述各同轴电缆上端头的线芯分别与所述测量转接盒内的各电流输入接口高端相连接，所述各同轴电缆上端头的屏蔽层分别与所述测量转接盒内的各电流输入接口低端相连接；所述各同轴电缆下端头的线芯分别与所述阵列结的各电流输入接头相连接，所述各同轴电缆下端头的屏蔽层相互短接在一起。进一步的，所述阵列结的电流输入低端与所述任意一同轴电缆下端头的屏蔽层相 连接。进一步的，所述的转接头为微波转接头。进一步的，所述同轴电缆的线芯直径为O. 2033mm，屏蔽层厚度为O. 203mm，工作温度范围为IOmK 400K，传输阻抗为50 Ω。进一步的，所述负载电阻的阻值为50 Ω。进一步的，所述同轴电缆的线芯材质和屏蔽层材质均为铜镀银。本实用新型与现有产品相比，具有如下积极有益的效果本实用新型所提供的低温测试探杆改变了驱动连接引线，将偏置电流源各个驱动支路采用同一个公共参考低端(即阵列结的电流输入低端与任意一同轴电缆下端头的屏蔽层相连接，同轴电缆下端头的屏蔽层相互短接在一起)，使得各个驱动回路在阻抗匹配电路上相互独立。更改后的探杆设计上，各偏置电流驱动支路是完全相同的，故偏置电流源的各支路的阻抗匹配电路也是相同的。同时增加了负载电阻，完成了阻抗匹配电路的设计，实现了偏置驱动电流源和驱动连接引线、超导阵列结的阻抗匹配，提高了驱动信号的传输质量，可以有效地减小输出电压的上升时间。
图I为现有低温测试探杆的结构示意图。图2为本实用新型的整体结构示意图。图3为图2中的A部放大示意图。图4为图2中的B部放大示意图。
具体实施方式
以下结合附图说明本实用新型的具体实施方式
。如图2、3、4所示，一种用于超导交流电压标准的测试探杆，所述测试探杆包括微波转接头I、测量转接盒2、连接杆3和屏蔽筒4，所述微波转接头I固定设置于所述测量转接盒2的一端，所述测量转接盒2的另一端与所述连接杆3的上端部固接在一起，所述屏蔽筒4与所述连接杆3的下端部固定连接在一起；所述微波转接头I是微波源的输入接口，由微波源为超导阵列结提供特定的微波频率以及微波功率，从而实现约瑟夫森电压效应的微波条件；测量转接盒2、连接杆3、屏蔽筒4实现输入以及输出信号的屏蔽，避免外界信号对系统的干扰。[0026]所述屏蔽筒4内设置有阵列结41和负载电阻42 ;所述的连接杆3内设有驱动连接引线5，该驱动连接引线5的一端与所述测量转接盒2内的电流输入接口相连接，另一端与所述阵列结41的电流输入接头相连接；所述驱动连接引线5为同轴电缆，该同轴电缆包括线芯511和屏蔽层522 ;各同轴电缆上端头51的线芯511分别与测量转接盒2内的各电流输入接口高端相连接，各同轴电缆上端头51的屏蔽层522分别与所述测量转接盒2内的各电流输入接口低端相连接；各同轴电缆下端头52的线芯511分别与所述阵列结41的各电流输入接头相连接；所述各同轴电缆下端头52的屏蔽层522相互短接在一起，且任意一同轴电缆下端头52的屏蔽层522与阵列结41的电流输入低端相连接。所述的负载电阻42 —端421连接阵列结41的电流输入低端，另一端422连接阵列结41的电流输入高端，该负载电阻42的阻值为50 Ω。针对现有低温测试探杆(如图I所示)和本实用新型所提供的测试探杆(如图2所示)中的两种测试探杆的合成交流电压波形的上升时间分别进行测量，在测量中测试探杆中的驱动连接引线5 (即同轴电缆)采用Lakeshore公司的C型低温屏蔽细导线，该导线中心导体为铜镀银材质，直径为O. 2033mm,屏蔽层材质也为铜镀银，厚度为O. 203mm,绝缘层材料为聚四氟乙烯，使用温度范围为IOmK 400K，其传输阻抗为50 Ω。由于所述负载电阻42 —端421连接阵列结41的电流输入低端(即同轴电缆下端头52的屏蔽层522处)，另一端422连接阵列结41的电流输入高端，并采用了传输阻抗为50 Ω的同轴电缆(即Lakeshore公司的C型低温屏蔽细导线)作为测试探杆的偏置电流驱动连接引线；多路驱动电流的高端采用同轴电缆的芯线511，低端为同轴电缆的屏蔽层522。这样驱动连接引线5下端头52的屏蔽层522作为公共参考低端(即阵列结41的电流输入低端与任意一同轴电缆下端头52的屏蔽层522相连接，同轴电缆下端头52的屏蔽层522相互短接在一起)，使得各个驱动回路在阻抗匹配电路上相互独立；传输阻抗为50 Ω的同轴电缆，配合50 Ω的终端负载电阻42，每个偏置电流源回路均可以达到阻抗匹配。经测量现有低温测试探杆(如图I所示)组成的超导交流电压标准输出电压波形的上升时间约为200ns，而本实用新型所提供的用于超导交流电压标准的测试探杆(如图2所示)组成的超导交流电压标准输出电压波形的上升时间约为50ns。在超导交流电压标准的不确定度计算中，上升时间引入的不确定度分量约为16t,/6NT (其中，t,为上升时间#为采样点数；T为输出信号的周期)，与上升时间的大小成正比。在Ν=256和T=O. OOls的情况下，上升时间引入的误差分别为2. 1Χ10_6和5.2Χ10_7，下降了近一个量级。本文中所采用的描述方位的词语“上”、“下”、“左”、“右”等均是为了说明的方便基于附图中图面所示的方位而言的，在实际装置中这些方位可能由于装置的摆放方式而有所不同。综上所述，本实用新型所述的实施方式仅提供一种最佳的实施方式，本实用新型的技术内容及技术特点已揭示如上，然而熟悉本项技术的人士仍可能基于本实用新型所揭示的内容而作各种不背离本发明创作精神的替换及修饰；因此，本实用新型的保护范围不限于实施例所揭示的技术内容，故凡依本实用新型的形状、构造及原理所做的等效变化，均涵盖在本实用新型的保护范围内。
权利要求1.一种用于超导交流电压标准的测试探杆，其特征在于所述测试探杆包括转接头、测量转接盒、连接杆和屏蔽筒，所述转接头固定设置于所述测量转接盒的一端，所述测量转接盒的另一端与所述连接杆的上端部固接在一起，所述屏蔽筒与所述连接杆的下端部固定连接在一起； 所述屏蔽筒内设置有阵列结和负载电阻；所述连接杆内设有驱动连接引线，该驱动连接引线的一端与所述测量转接盒内的电流输入接口相连接，另一端与所述阵列结的电流输入接头相连接； 所述的负载电阻一端连接阵列结的电流输入低端，另一端连接阵列结的电流输入高端。
2.根据权利要求I所述的用于超导交流电压标准的测试探杆，其特征在于所述连接杆内设有至少两根驱动连接引线。
3.根据权利要求2所述的用于超导交流电压标准的测试探杆，其特征在于所述的驱动连接引线为同轴电缆，所述同轴电缆包括线芯和屏蔽层；所述各同轴电缆上端头的线芯分别与所述测量转接盒内的各电流输入接口高端相连接，所述各同轴电缆上端头的屏蔽层分别与所述测量转接盒内的各电流输入接口低端相连接； 所述各同轴电缆下端头的线芯分别与所述阵列结的各电流输入接头相连接，所述各同轴电缆下端头的屏蔽层相互短接在一起。
4.根据权利要求3所述的用于超导交流电压标准的测试探杆，其特征在于所述阵列结的电流输入低端与所述任意一同轴电缆下端头的屏蔽层相连接。
5.根据权利要求4所述的用于超导交流电压标准的测试探杆，其特征在于所述的转接头为微波转接头。
6.根据权利要求5所述的用于超导交流电压标准的测试探杆，其特征在于所述同轴电缆的线芯直径为0. 2033mm，屏蔽层厚度为0. 203mm，工作温度范围为IOmK 400K，传输阻抗为50 Q o
7.根据权利要求6所述的用于超导交流电压标准的测试探杆，其特征在于所述负载电阻的阻值为50 Q。
8.根据权利要求7所述的用于超导交流电压标准的测试探杆，其特征在于所述同轴电缆的线芯材质和屏蔽层材质均为铜镀银。
专利摘要本实用新型公开了一种用于超导交流电压标准的测试探杆，包括转接头、测量转接盒、连接杆和屏蔽筒，转接头固定设置于所述测量转接盒的一端，测量转接盒的另一端与所述连接杆的上端部固接在一起，屏蔽筒与所述连接杆的下端部固定连接在一起；屏蔽筒内设置有阵列结和负载电阻；连接杆内设有驱动连接引线，该驱动连接引线的一端与所述测量转接盒内的电流输入接口相连接，另一端与所述阵列结的电流输入接头相连接；所述的负载电阻一端连接阵列结的电流输入低端，另一端连接阵列结的电流输入高端。本实用新型解决了以往交流低温测试探杆在交流偏置电流源驱动超导阵列结的阻抗匹配问题，减小输出电压的上升时间，提高超导电压标准的测量不确定度。
文档编号G01R19/04GK202421300SQ201220071769
公开日2012年9月5日 申请日期2012年2月29日 优先权日2012年2月29日
发明者康焱, 朱珠 申请人:北京无线电计量测试研究所