一种测量超导薄膜材料微波表面阻抗的介质谐振器的制造方法
【专利摘要】一种测量超导薄膜材料微波表面阻抗的介质谐振器，包括底座、弹簧、金属衬底、样品固定环、屏蔽腔体、耦合电缆和上顶盖；所述屏蔽腔体为圆环柱体结；所述屏蔽腔体的圆柱体空腔下部设有环状台阶结构，上部构成屏蔽腔，下部构成卡位腔；所述耦合电缆分输入耦合电缆和输出耦合电缆，分别设于屏蔽腔的两对侧；所述弹簧、金属衬底和样品固定环设于所述卡位腔内；所述样品固定环夹持在金属衬底和屏蔽腔体的环状台阶结构的台阶面之间；所述底座中心设有卡环；所述卡环中心为弹簧槽；可以根据被测样品的大小，采用不同内圆半径的样品固定环来定位样品，省却了要将样品固定环集成在屏蔽空腔内的部件，结构简单，不会影响屏蔽空腔内的整体性和热传导性。
【专利说明】一种测量超导薄膜材料微波表面阻抗的介质谐振器
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种介质谐振器。
【背景技术】
[0002]超导薄膜的微波表面阻抗\:Rs—i ω μ0λ是它的一个重要性能指标，它不仅表征超导薄膜的微波表面损耗的性能，还可以得到磁穿透深度和超导能隙的有关信息，在超导物理和超导薄膜的电子学应用中是一项重要的材料参数。一般对于常规的材料，可以比较精准地测量到直流电阻率，通过公式换算得到理想情况下的微波表面电阻，但是只能作为参考，因为它还和机械加工水平有关。而对于超导材料，要得到其微波表面阻抗的准确值，就不可能通过上述的方法简单地得到，它只能是一个测量参量。因此，精密测量这一参数对于了解材料的物理和其他特性，发展新材料和设计超导微波元件都有重要意义。
[0003]在本实用新型之前，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方法可有很多种，常用的方法就是金属空腔法和介质谐振器法。介质谐振器的介质一般是具有高介电常数和低损耗的介质块，它具有明显的边界，绝大部分电磁能量集中在介质内部；而且损耗辐射小；相比于金属空腔谐振器，相同谐振频率下介质谐振器的体积只有金属空腔谐振器的几十到几百分之一，Q值却相差无几。
[0004]根据目前国际标准草案(TC-90INTERNAT1NAL STANDARDSUPERC0NDUCTIVITY-Part7)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器，此腔是由两片表面平整的导体平板和一块介质圆柱杆(如A1203，蓝宝石)组成。开式腔的介质谐振器会引入辐射损耗，降低Q值。所以大多采用闭式腔的设计，将待测样品作为腔的端面，介质放置在待测样品薄膜的中心位置，同样与圆柱形金属屏蔽腔同心放置。
[0005]介质谐振器的尺寸的设计会受到测量条件的限制，同样要考虑到其可行性，介质谐振器设计好之后通常只能测量规定尺寸的样品，对样品的选择上有局限性。为了固定样品或者是使其能够在介质谐振器中正常被测量，通常在屏蔽腔的设计上会略显复杂。通常测量过程是在低温下进行，复杂的设计会使得屏蔽腔的整体性遭到破坏，不利于热传导，使得待测超导样品温度不能够降到期望值。目前有些屏蔽腔的做法是将样品固定环集合到屏蔽腔体上成为一体，这样的好处是装配的时候方便，但是由于此样品固定环比较薄，所以容易变形，变形之后会影响测量的准确度，更换时需要更换整个腔体，这即增加成本也浪费时间。
【发明内容】
[0006]针对上述现有技术的不足之处，本实用新型解决的问题为:所述介质谐振器将样品固定环集合到屏蔽腔体上成为一体，结构复杂，不利于热传导，对样品的选择有局限性，样品固定环损坏后需更换整个屏蔽腔体，浪费时间和成本。
[0007]本实用新型的技术方案为:
[0008]一种测量超导薄膜材料微波表面阻抗的介质谐振器，包括底座、弹簧、金属衬底、样品固定环、屏蔽腔体、耦合电缆和上顶盖；所述屏蔽腔体为圆环柱体结构，内部设有圆柱体空腔；所述圆柱体空腔与所述圆环柱体的屏蔽腔体同心轴；所述屏蔽腔体的圆柱体空腔下部设有环状台阶结构，上部构成屏蔽腔，下部构成卡位腔；所述耦合电缆分输入耦合电缆和输出耦合电缆，分别设于屏蔽腔的两对侧；所述弹簧、金属衬底和样品固定环设于所述卡位腔内；所述样品固定环为环状圆片体；所述金属衬底为圆片体；所述样品固定环夹持在金属衬底和屏蔽腔体的环状台阶结构的台阶面之间；所述底座中心设有卡环；所述卡环的外径与所述卡位腔的直径相匹配；所述屏蔽腔体通过所述卡环卡在所述底座上；所述卡环中心为弹簧槽；所述弹簧设在所述弹簧槽内，一端顶着底座，另一端顶着金属衬底的下方；所述上顶盖设于所述屏蔽腔体的上方；所述上顶盖、屏蔽腔体和底座通过螺栓固定。
[0009]进一步，所述的顶盖、屏蔽腔体、底座自上而下通过螺栓一体固定，所述螺栓的个数为4个。
[0010]进一步，所述屏蔽腔体的最小内径为20mm,最大内径为28mm。
[0011]进一步，还包括介质圆柱，所述的介质圆柱自由放置在金属衬底上，且介质圆柱和圆柱体空腔同心放置。
[0012]本实用新型的有益效果:
[0013](1)样品固定环和整个屏蔽空腔是不固定的，样品固定环夹持在金属衬底和屏蔽腔体的环状台阶结构的台阶面之间，可以根据被测样品的大小，采用不同内圆半径的样品固定环来定位样品，省却了要将样品固定环集成在屏蔽空腔内的部件，结构简单，不会影响屏蔽空腔内的整体性和热传导性。当长时间使用样品固定环后，样品固定环会发生变形，只需要更换样品固定环即可，操作方便、简单。屏蔽腔体为圆环柱体结构，上顶盖设于所述屏蔽腔体的上方，使屏蔽腔体的各个内壁更加便于加工，高加工精度也使得测量精度大大提高，同时由于屏蔽腔体一体性的提高，热量能够更加顺畅地传递到整个腔，放置于制冷机内更利于降温。
[0014](2)顶盖、屏蔽腔体、底座自上而下通过螺栓一体固定，减少了装配所需的螺钉，现在只需4颗螺钉即可固定整个装置，结构简单。
[0015](3)此装置可容纳的最大薄膜样品直径为28mm，当样品直径大于屏蔽腔体内径20_时，可拆除此样品固定环，得到更高的Q值，更高的精度。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1本实用新型安装过程中的立体结构示意图。
[0017]图2本实用新型的俯视透视示意图。
[0018]图3本实用新型的正视方向的剖视图。
【具体实施方式】
[0019]下面对结合附图对本实用新型内容作进一步详细说明。
[0020]如图1、2所示，一种测量超导薄膜材料微波表面阻抗的介质谐振器，包括底座1、弹簧2、金属衬底3、样品固定环5、屏蔽腔体6、耦合电缆和上顶盖9。屏蔽腔体6为圆环柱体结构，内部设有圆柱体空腔。圆柱体空腔与所述圆环柱体的屏蔽腔体6同心轴。如图3所示，屏蔽腔体6的圆柱体空腔下部设有环状台阶结构63，上部构成屏蔽腔63，下部构成卡位腔64。如图1所示，耦合电缆分输入耦合电缆7和输出耦合电缆8，分别设于屏蔽腔63的两对侧。如图3所不，弹簧2、金属衬底3和样品固定环5设于卡位腔64内。如图1所不，样品固定环5为环状圆片体，金属衬底3为圆片体。样品固定环5夹持在金属衬底3和屏蔽腔体6的环状台阶结构63的台阶面之间。底座1中心设有卡环13。卡环13的外径与卡位腔64的直径相匹配。屏蔽腔体6通过卡环13卡在底座1上。卡环13中心为弹簧槽
12。弹簧2设在所述弹簧槽12内，一端顶着底座1，另一端顶着金属衬底3的下方。上顶盖3设于所述屏蔽腔体6的上方。上顶盖3、屏蔽腔体6和底座1通过螺栓10固定。如图1和3所示，图中还标出了样品a，样品a放置在金属衬底3上，且和金属衬底3同心放置。工作时，样品a放置在金属衬底3上，样品固定环5压在样品a上，同心设置，样品固定环5的上端面抵在环状台阶结构63处。需要说明的是:由于屏蔽腔体6下部内侧的环状台阶结构63的存在，所以屏蔽腔体存在最大内径和最小内径，当样品a的外径长度大于最小内径的长度小于最大内径的长度时，就可将样品固定环5撤出；当样品a的外径长度小于最小内径的长度时，就需要用样品固定环5压住样品a ;当样品a的外径长度大于最大内径的长度时，就超出了本介质谐振器的测量范围。样品固定环5和整个屏蔽腔体6是不固定的，样品固定环5夹持在金属衬底3和屏蔽腔体6的环状台阶结构63的台阶面之间，可以根据被测样品a的大小，采用不同内圆半径的样品固定环5来定位样品，省却了要将样品a固定环集成在屏蔽腔体6内的部件，结构简单，不会影响屏蔽空腔6内的整体性和热传导性。当长时间使用样品固定环5后，样品固定环5会发生变形，只需要更换样品固定环5即可，操作方便、简单。屏蔽腔体6为圆环柱体结构，上顶盖9设于所述屏蔽腔体6的上方，使屏蔽腔体6的各个内壁更加便于加工，高加工精度也使得测量精度大大提高，同时由于屏蔽腔体6 —体性的提高，热量能够更加顺畅地传递到整个腔，放置于制冷机内更利于降温。
[0021]进一步优选，上顶盖9上设有穿孔91，屏蔽腔体6的上端面61上设有定位孔62，底座1上设有螺纹孔11。顶盖、屏蔽腔体、底座自上而下通过螺栓一体固定，所述螺栓的个数为4个，结构简单。
[0022]进一步优选，所述屏蔽腔体的最小内径为20mm,最大内径为28mm。此装置可容纳的最大样品a直径为28mm,当样品a直径大于屏蔽腔体内径20mm时，可拆除样品固定环5,得到更高的Q值，更高的精度。
[0023]进一步，还包括介质圆柱4,所述的介质圆柱自由放置在金属衬底上。作业时，介质圆柱放置在样品a的中心位置，压住样品a。
[0024]整个装配过程如下:将样品固定环5、样品a、金属衬底3自上而下同心装入屏蔽腔体6中，样品固定环5的上端面抵在环状台阶结构63处，再将弹簧2放置于底座1的卡环13中间的弹簧槽12内，将底座1和弹簧2 —起放置在屏蔽腔体6的下方，介质圆柱4放置在样品a的上端面的中心位置，最后再将上顶盖9放置到屏蔽腔体6的上方，用四颗固定螺栓10从上至下贯穿上顶盖9、屏蔽腔体6、底座1，最后整个装置就固定住了。可以看出，装配也十分方便。
【权利要求】
1.一种测量超导薄膜材料微波表面阻抗的介质谐振器，其特征在于，包括底座、弹簧、金属衬底、样品固定环、屏蔽腔体、耦合电缆和上顶盖；所述屏蔽腔体为圆环柱体结构，内部设有圆柱体空腔；所述圆柱体空腔与所述圆环柱体的屏蔽腔体同心轴；所述屏蔽腔体的圆柱体空腔下部设有环状台阶结构，上部构成屏蔽腔，下部构成卡位腔；所述耦合电缆分输入耦合电缆和输出耦合电缆，分别设于屏蔽腔的两对侧；所述弹簧、金属衬底和样品固定环设于所述卡位腔内；所述样品固定环为环状圆片体；所述金属衬底为圆片体；所述样品固定环夹持在金属衬底和屏蔽腔体的环状台阶结构的台阶面之间；所述底座中心设有卡环；所述卡环的外径与所述卡位腔的直径相匹配；所述屏蔽腔体通过所述卡环卡在所述底座上；所述卡环中心为弹簧槽；所述弹簧设在所述弹簧槽内，一端顶着底座，另一端顶着金属衬底的下方；所述上顶盖设于所述屏蔽腔体的上方；所述上顶盖、屏蔽腔体和底座通过螺栓固定。
2.根据权利要求1所述的测量超导薄膜材料微波表面阻抗的介质谐振器，其特征在于，所述的顶盖、屏蔽腔体、底座自上而下通过螺栓一体固定，所述螺栓的个数为4个。
3.根据权利要求1任意一项所述的测量超导薄膜材料微波表面阻抗的介质谐振器，其特征在于，所述屏蔽腔体的最小内径为20mm,最大内径为28mm。
4.根据权利要求1所述的测量超导薄膜材料微波表面阻抗的介质谐振器，其特征在于，还包括介质圆柱，所述的介质圆柱自由放置在金属衬底上，且介质圆柱和圆柱体空腔同心放置。
【文档编号】G01R27/02GK204116459SQ201420523178
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年9月12日 优先权日:2014年9月12日
【发明者】金飚兵, 胡宗渝, 吉争鸣 申请人:南京大学