Способ определения поверхностного сопротивления Советский патент 1993 года по МПК G01N22/00 

Изобретение относится к технике измерений на СВЧ и может быть использовано в радиоэлектронной, электротехнической промышленности, в научных исследованиях, в частности, для измерения поверхностного сопротивления высокотемпературных сверхпроводников.

Целью данного изобретения является повышение чувствительности и точности измерений.

Преимущества заявляемого способа заключаются в повышении точности и чувствительности измерений за счет расположения ДР на исследуемом образце и учете крутизны перестройки частоты ДР исследуемым образцом; в возможности измерения RS тонколистовых проводящих материалов за счет непосредственного прижатия образца к торцевой поверхности ДР и в высокой производительности измерений, т.к. не требуется специальной технологии изготовления образца.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе определения поверхностного сопротивления проводящих материалов на СВЧ, заключающемся в измерении собственной добротности диэлектрического резонатора Qo, в размещении диэлектрического резонатора на поверхности исследуемого образца и измерении собственной добротности диэлектрического резонатора и резонансной частоты f Q и определении поверхностного сопротивления Rs, дополнительно определяют крутизну перестройки резонансной частоты ДР по расстоянию между исследуемым образцом и диэлектрическим резонатором

С

00 СА) СЛ

сл о о

а поверхностное сопротивление RS исследуемого образца определяют по формуле

R8ytfiflprg

Qo/ki/

где:С1а-(СЈ3:-К20о У:

К2 - коэффициент зависящей от параметров ДР;

// - относительная магнитная проницаемость исследуемого образца.

Резонатор изготавливается из диэлектриков с низкими диэлектрическими потерями, таких как монокристаллический кварц, лейкосапфир (tg д ). При этом собственная добротность ДР ограничена только диэлектрическими потерями и значительно превышает добротность металлических объемных резонаторов (при 300 к в 5-tO раз, а при охлаждении до криогенных температур 100-1000 раз).

Образец для исследуемого проводящего материала прижимается к плоской торцевой поверхности ДР. Измерение Rs проводится по изменению собственной добротности ДР с прижатым образцом относительно собственной добротности ДР, удаленного от проводящей поверхности на расстояние не менее половины рабочей длины волны.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается от известного тем, что расчет поверхностного сопротивле- ния Rs проводят по измерению собственной добротности QCT ДР. расположенного непосредственно на испытуемом образце с учетом крутизны перестройки резонансной частоты ДР исследуемым образцом.

На фиг. 1 приведена структурная электрическая схема установки для измерения поверхностного сопротивления проводников, реализующая предлагаемый способ.

Устройство содержит СВЧ-генератор 1, направленный ответвитель 2, вентиль 3, поляризационный аттенюатор 4, диэлектрический волновод 5, измерительную ячейку 6 с диэлектрическим резонатором 7 и исследуемым проводящим образцом 8, СВЧ-детек- тор 9. индикатор 10, частотомер 11,

На фиг.2 показана измерительная ячейка 6, в которой размещен резонатор 7, жестко закрепленный на металлическом подвижном штоке 12 с пружиной 13, обес- печивающей постоянное давление резонатора на исследуемый образец 8, который расположен на металлическом основании

14. Перемещение штока 12 осуществляется регулирующим винтом 15, а его фиксация - винтом 16.

На фиг.З представлены экспериментальные результаты определения поверхностного сопротивления Rs проводящих материалов.

В отсутствие исследуемого металлического образца 8 в ячейке 6 диэлектрический резонатор (ДР) 7 с азимутальными колебаниями возбуждается с помощью диэлектрического волновода 5 сигналом генератора СВЧ 1. Прошедший СВЧ сигнал детектируется СВЧ-детектором 9 и регистрируется индикатором 10. На частотах fn, совпадающих с резонансными частотами ДР, наблюдаются резонансы в прошедшем сигнале. По полуширине резонансной кривой и глубине резонансного провала определяются значения нагруженной добротности Qn. коэффициента связи / и собственной добротности Qo Qn (1 + Р) для последова- тельности резонансных частот fn для колебаний НЕП.1,1.

Формула изобретения

Способ определения поверхностного сопротивления проводящих материалов на СВЧ, заключающийся в измерении собственной добротности диэлектрического резонатора Qo, в размещении диэлектрического резонатора на поверхности исследуемого образца и измерении добротности собственно диэлектрического резонатора Ооорезонансной частоты fcr и

определении поверхностного сопротивления, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения чувствительности и точности измерений, дополнительно определяют крутизну перестройки резонансной частоты диэлектрического резонатора по расстоянию между исследуемым образцом и диэлектрическим резонатором

df

Tfi

Ki

а поверхностное

сопротивление исследуемого образца определяют по формуле

Rs

ЛЦЦо f a

Qo/ki/

Qa-CQoa-fcQo 1)-1: где Ra - коэффициент, зависящий от параметров диэлектрического резонатора;

ц - относительная магнитная проницаемость исследуемого образца.

Пб

Я

ФЫ

lSzKi6

Л I III.

М

6 48 20 22. 2.4- 26 2Ј 30 31 34 3

5 35