平行板法测量高温超导材料表面特性

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1、第15卷第1期太赫兹科学与电子信息学报Vo1．15，No．12017年2月JournalofTerahertzScienceandElectronicInformationTechnologyFeb．，2017文章编号：2095-4980(2017)01-0081-03平行板法测量高温超导材料表面特性1121张海，王传福，王伟鹏，樊飞燕(1.南昌工程学院信息工程学院，江西南昌330099；2.西安电子科技大学电子工程学院，陕西西安710071)摘要：设计分析了一种工作在3~6GHz内嵌平行板谐振器(PPR)的矩形腔测量系统，给出其几何结构设计

2、方案，在预设观察模式和频点下确定腔体尺寸；采用电磁模拟分析方法，在腔体谐振背景下识别平行板谐振器模式。在此基础上通过品质因数求解获得表面电阻Rs，从而获取高温超导材料的表面电磁特性。将高温超导材料应用于射频乃至更高频段的微波器件中。关键词：高温超导薄膜；表面电阻；平行板谐振器中图分类号：TN751.2文献标志码：Adoi：10.11805/TKYDA201701.0081AParallelPlateResonatortechniqueformicrowavelossmeasurementsonhigh-Tcsuperconductivefil

3、m1121ZHANGHai，WANGChuanfu，WANGWeipeng，FANFeiyan(1.SchoolofInformationEngineering，NanchangInstituteofTechnology，NanchangJiangxi330099，China；2.SchoolofElectronicEngineering，XidianUniversity，Xi’anShaanxi710071，China)Abstract：AtestsystemofarectangularcavitywithaParallelPlateRes

4、onator(PPR)inside,workingbetween3GHzand6GHz,isdesignedandanalyzed.Itsgeometricstructureisdiscussedindetailanditssizescanbedeterminedbythreesetsofmodesandfrequencies.Inthecontextoftheresonanceofthecavity,themodeofthePPRcanbeidentified,thevaluesofQareobtainedaswell,andtherefo

5、re,themicrowavesurfaceresistance(Rs)canbedetermined.Theelectromagneticcharacteristicsofhigh-Tcsuperconductivefilmcanbeobtainedbyanalyzingthesimulationresults.Thehigh-TcsuperconductivematerialcanbeappliedtomicrowavedevicesinRFandsomehigherbands.Keywords：high-Tcsuperconductiv

6、efilm；surfaceresistance(Rs)；ParallelPlateResonator高温超导材料以其独特的零电阻性、完全抗磁性、极低的高频损失，广泛用于高性能微波电子器件中。由于具备很低的微波表面电阻(Rs)和较高的临界电流密度(Jc)，用高温超导薄膜制成的无源微波器件具有高Q值、低插损、尖锐的滤波截止特性；在有源微波器件的应用上也表现出极低的噪声(直至量子极限)和很低的功率损耗(纳[1]瓦级)。高温超导薄膜制备技术的提高，薄膜应用更加广泛，因而迫切需要对超导薄膜主要特性参数——表面电阻(Rs)进行精确的测试，其大小将直接影响

7、到材料的导电和导磁性能。传统微波表面电阻测量法包括圆柱腔谐振器法、平行板谐振器法、微带谐振器法、介质谐振器法。本文采用矩形腔内嵌平行板谐振器(PPR)的方法对其进行测量。相比传统方法，它兼具测量精确性高、重复性好和对高温超导薄膜无损性等优点，但技术相对复杂。电磁波通过耦合天线馈入矩形腔，并产生振荡，由于矩形腔和平行板谐振器之间耦合，会激发平行板的振荡模式。在腔体谐振背景下识别平行板谐振器振荡模式，通过品质因数，得出Rs。将平行板谐振器置于矩形谐振腔中，在腔体振荡电磁环境下，平行板振荡器在其频点发生较弱强度的谐振。因此要求腔体的谐振频率和平行板

8、谐振频率有一定的间隔，避免二者之间发生过强耦合。如果腔体的振荡强度太弱，那么整个系统都难以起振，将难以出现振荡峰；如果太强的话，由于平行板谐振器在整个系统所占较小的