专利名称：测量超导材料穿透深度的微波传输法的制作方法
技术领域：
本发明属超导技术领域，是一种超导材料穿透深度的测量方法。
超导体穿透深度不仅对高Tc超导体本身，而且对于用高Tc超导体制作的电路和器件的设计都是一个重要的参量。常用的测量超导体穿透深度的微波谐振法，它只工作于一个频率(S.M.Anlage，Apple.Phys.Lett.Vol.54，NO.26(1989)P2710)。如果采用微带谐振腔，必须考虑谐振腔终端引起的效应，使用不方便。
本发明的目的在于提出一中不仅使用方便，而且可以在一个频段范围内工作的超导材料穿透深度微波测量方法，我们称之为微波传输法。
在超导微带线中(见
图1)，电磁波的速度因磁场贯穿入超导体而被减慢，这可用超导传输线的等效电感因贯穿效应而增加予以描述(W.M.ChangJ.Apple.Phys.Vol.50，NO.12(1979)，P8129;钱鉴有限宽度厚度超导微带线电感的精确解析公式南京大学研究生论文1981年)。超导微带线1单位长度的电感L可用下式表示L= (μOh)/(wk) (1+β1+β2+β3+β4) (1)其中β1，β2，β3，β4是与超导体1穿透深度λ和接地板2穿透深度λ2有关的增感因子，其关系式如下β1=2λπwk［(1+4pr2b)cotht1λ+4prbcscht1λ］［ln4pp-1-lnra］,]]>β2=2λwkcothw2λ［(1+2pk)(1+(p+1)rb-p2k)］,]]>β3=8pλ2(1+2prb)(p-1)hwk]]>β4=2λ2πwkcotht2λ2［ln4p(p+1)2- lnra］]]>这里w是微带线1的宽度，h是微带线1和接地板2之间的距离，μ0是自由空间的导磁系数，k是边缘场因子，t1是微带线的厚度，t2是接地板的厚度，这些都是已知物理量，而k、p、ra、rb都是由h、t1，w决定的可求参量。所以β1、β2、β3、β4可以表示如下β1＝β1(λ)，β2＝β2(λ)，β3＝β3(λ)，β4＝β4(λ)，特别当λ2＝0时，β2＝0，所以L为λ的函数，记为L＝F(λ)(2)另外，超导微带线单位长度的电容C与正常金属微带线相同，它可以用下式表示(W.H.Chang，J.Appl.Phys，Vol.50，NO.12(1979)8129)C＝εeC0(3)这里εe是有效介电常数，C0是无介质时单位长度的电容，均为已知物理量。
一段微带线段在超导态和正常态时的相位差可用下式来表示△φ=2πflc(L-L1)]]>(4)这里L1是超导微带线在正常态时单位长度的电感，f是工作频率，l是微带线段的长度，均为可测物理量。因而△ψ为L的函数，记为△ψ＝F1(L)，于是由(2)式有△ψ＝F1(F(λ)) (5)因此，只要测量出微带线段在超导态和正常态时的相位差，就可以由关系式(5)计算出穿透深度λ。
本发明采用微波网络分析仪A作为测量工具，具体测量方法如下制作一条特性阻抗为50Ω的铜微带线，用A测出电磁波通过它的相位ψ0;在50Ω铜微带线上取下一段，用相同长度和宽度的被测超导线段(体材料或薄膜)来代替它，同样用A测出电磁波通过它的相位ψ1，基于上述两次测量，可得超导微带线段在室温下电磁波通过它的相位ψ2＝ψ＊+(ψ1-ψ0)，这里ψ＊为替换下的那段铜微带线的相位，为可测已知量。然后用液氮冷却微带线，并再次用A测出电磁波通过它的相位ψ3，于是，就可得到在超导和室温两种状态下，电磁波通过超导微带线段的相位差△ψ＝ψ3-ψ2。由于测试时，仅微带线部分是超导体，接地板仍是铜，所义取λ2＝0，于是就可以利用关系式(5)计算出超导材料在液氮温度下的穿透深度λ。
由于微波网络分析仪可以工作在扫频状态，因此，本发明可以在一个频段范围内测出超导材料穿透深度的值。图1为超导微带线结构剖面示意图。图2表示在室温和液氮温度下，电磁波通过包含一段体超导材料YBCO的微带线时相位与频率的关系，测量范围是1700～2000MHz。曲线3为室温下相位与频率的关系，曲线4为液氮温度下相位与频率的关系。图3表示在液氮温度下测量得到的在1700～2000MHz频段范围的该体YBCO的穿透深度值。
本发明提出的测量超导材料穿透深度的微波传输法，使用方便，并具有宽频带的优点。该测量方法对体超导材料和超导薄膜均适用。
权利要求
1.一种测量超导材料穿透深度的微波传输法，以微波网络分析仪A为测量工具，其特征在于包括如下步骤(1)制作一条特性阻抗为50Ω的铜微带线，用A测出电磁波通过它的位相ψ0；(2)在50Ω铜微带线上取下一段，以相同长度和宽度的超导微带线段(体材料或薄膜)来代替，用A测出电磁波通过它的相位ψ1，从而得到在室温下电磁波通过超导微带线段的相位ψ2=ψ*+(ψ1-ψ0)，其中ψ*为替换下铜带线段的相位，是可测已知值；(3)用液氮冷却微带线段，并用A测出该微带线段在超导状态下电磁波通过它的相位ψ3，从而获得微带线段在超导态和正常态下的相位差△ψ=ψ3-ψ2；(4)由函数关系式△ψ=F1(F(λ))，求得超导体的穿透深度λ。
全文摘要
本发明是一种超导材料穿透深度的测量方法，该方法是建立在超导材料的穿透深度与该材料的微带线段于超导态和正常态时的相位差有明确的函数关系这一基础之上的。本发明先制作一条特性阻抗为50Ω的铜微带线，其中取下一段，代以相同长度和宽度的被测超导线段，用微波网络分析仪分别测出有关相位值，从而获得超导微带线段在超导态和正常态下的相为差，并通过计算求得穿透深度值。本发明使用方便，并具有宽频带的优点，对体超导材料和超导薄膜均适用。
文档编号G01N22/00GK1045181SQ9010282
公开日1990年9月5日 申请日期1990年3月27日 优先权日1990年3月27日
发明者蔡树榛 申请人:复旦大学