Доброго времени суток, дорогие форумчане.
Собственно, задача заключается в изготовлении измерительной вставки в криостат. Необходимо завести два коаксиальных кабеля (до 18ГГц). Мощности не большие, <25мВт и особых проблем тут нет. Если бы не одно "но", низкие температуры (до 5К).

Нужен совет, желательно тех кто сталкивался с подобными проблемами, впрочем и теорифекат тоже подойдет, потому что, как при таких температурах будет вести себя кабель я даже не представляю.
Но кабель это ещё пол беды, на концах кабелей должна крепится измерительная ячейка, при этом под различные экспериментальные задачи нужны разные ячейки. Поэтому было решено делать съёмную ячейку используя в качестве соединения SMA-коннекторы. Что будет происходить с ними я тоже не понятно.
Кроме того, возможно, проблема тут будет ещё и в большом градиенте температур, на 1 метр кабеля разница на концах будет порядка 300 градусов.
Изначально хотел купить кабель и компоненты фирмы HUBER+SUHNER, однако возникли сомнения, а стоит ли оно того. Было бы очень обидно потратить деньги, а потом выяснить, что при низких температурах HUBER+SUHNER ни чем не лучше аналогичной отечественной продукции.

Со всем выше изложенным возникли следующие вопросы:
1. Какой кабель выбрать?
То что это будет полу-жёсткий кабель даже не обсуждается. Но какой диаметр выбрать? Слишком толстый - большие потери тепла + большое изменение линейных размеров, слишком тонкий - а его там не порвет? С каким диэлектриком? Какой будет лучше - монолит, пористы, вспененный из какого материала? Может есть какие то специальные кабеля для таких целей?
2. Стоит ли использовать разъёмы для измерительной ячейки или лучше для каждой ячейки сделать свою вставку и намертво впаять в нее кабель? Если стоит, то какие? Может SMA в таких условиях не лучший выбор?
3. Каких казусов ожидать при охлаждении ? Понятно что улучшения параметров кабеля и разъёмов ждать не стоит, но опять же, на сколько они ухудшаться ? Может моя затея изначально обречена на провал и кроме волновода ни чего не придумать?

Буду рад любой помощи.

Непросто это. Надо смотреть на материалы.
Подходят -
Латунь, бронза (не уверена, что любая), нержавеющая сталь (два вида), мельхиор, нейзильбер, медь, серебро, золото, титан, Д16(Т, кажется)
тефлон, полиэтилен, стеклотекстолит даже.
Никакой материал не будет гнуться при таких температурах.
Так как важна низкая теплопередача, то чистые металлы не подойдут, - нужно думать в сторону тонкостенных трубок из нержавейки (есть такие специальные) или др. сплавов. Внутри нужно будет покрыть гальванически тонким слоем чистого металла.
Искать примеры конструкций в ПТЭ, Review of Scientific Instruments, J. of Physics E.

Мы фторопластовые тонкие (1 мм) кабели использовали при работе на гелии. Но с гигагерцами будут проблемы однозначно. Думаю, что нужен посеребоенный волновод из тонкой нержи, коаксиал не пойдет из-за большого диаметра центральной медной жилы, весь гелий улетит. Криостат-то хоть с регенрацией гелия ? (Хотя у нас считается нормально в атмосферу стравить дьюар гелия только на захолаживание, а потом плакаться, что денег нет на эксперименты.)

SMA в гелии - это нечто новое, сильно. Для этих температур ВСЕ делается в единичном экземпляре под конкретный эксперимент, включая разъемы и провода.

Видела 2 мм ЭПР. Там детектор в стандартном гелиевом дьюаре. Вставка. Сверху волновод. Что внутри - не знаю. Долго жил гелий.
Если кабель намотать в спираль, то теплопередача упадет, но потери...

Может как-то помогут эти книги:
Менде Ф.Ф., Бондаренко И.Н., Трубицын А.В. =Сверхпроводящие и охлаждаемые резонансные системы= (Киев. Наукова думка, 1976)
Buschow K.H.J. =Concise encyclopedia of magnetic and superconducting materials= 2-ed. (Elsevier, 2005)
Солнцев Ю.П. (ред.), Ермаков Б.С., Слепцов О.И. =Материалы для низких и криогенных температур= (СПб. Химиздат, 2008)
Степанов Г.А., Фаткина А.М., Толкачева О.А. =Свойства цветных металлов, применяемых в криогенной технике. Вып 1. Алюминий, титан и их сплавы= (М. Изд-во Стандартов, 1981)
Книги эти есть в Сети, если не найдете пишите.

И теплоемкость ...

http://www.keycom.co.jp/eproducts/upj/top.htm

попробуйте кабель с жилой из BeCu и оплеткой из нержавейки, а разъем лучше поменьше что-то топа gppo

Давно ищу ПТЭ за 70-е...90-е в электронном виде. Интересно почитать и Review of Scientific Instruments.

А, кстати, криостат уже есть, или только планируется ? Может имеет смысл взять криостат с окнами, и завести излучение через окно ?

Доброго времени суток!
Уважаемый Manganite!

Даже внутри гермоконтура будет иметь существенное значение где включена коаксиальная вставка потому, что подведение СВЧ сигнала (мощьности) от источника элементу будет играть роль, как Вы заметили, теплопроводника.
При ремонте криоэлектронных систем (на гигах) мы использовали отрезки полужесткого коаксиала, если мне не изменяет память, РК-50-2-21 с фторопластовой изоляцией. Изгибы плавные, выполняются один раз, повторно изгибать недопустимо. Припой спицефический, марку не помню, остался от настройщиков, приезжавших в далёком "застойном" году.
Хорошие специалисты по этой тематике работали в харьковском ПО "Сатурн", попробуйте поспрошать у них.

А ведь еще и не такое делают. Вот у Сascade microtech есть решение для тестирование чипов в крио среде. В свое время купили они подразделение Suss - первоначально это их разработка. По картинкам обычные с виду кабели, разъемы похоже не sma, а с воздушным диэлектриком. Но тем не менее все работает и даже продается.



Нажмите для просмотра прикрепленного файла
Нажмите для просмотра прикрепленного файла

В этой системе кабели работают "в тепле". Да и такой сопособ охлаждения образца не назовешь экономным. В наших условиях это может означать закрытие эксперимента.

Спасибо всем за отклик, просто завалили меня информацией, аж голова пухнет
Пожалуй следует мне уточнить некоторые детали.
Что касается волноводов, такие вставки у нас есть, на 3см и на на 8мм, температурная развязка сделана из вставки из нержавейки с проводящим покрытием (каким точно не скажу, сделали ещё до меня, разбирать желания как то нет). И все бы хорошо, но во первых, волновод это привязка к частотному диапазону, по частоте сильно не погуляешь. Во вторых, на конце объёмный резонатор (по сути просто закороченная линия + диафрагма с отверстием связи), работать с такими одна морока, например чтобы поменять образец приходится разбирать резонатор, плюс конструктивные особенности эксперимента...а к чёрту подробности.
Главная суть в том что сделать миро-полосковую измерительную ячейку для конкретной задачи проще, и работать с ней приятнее. Поэтому и хочу коаксиалы завести.

Да, бесспорно, ключевой момент именно материалы, копаю в этом направлении. Мне собственно и не надо чтобы материал гнулся, конструкция будет максимально жесткая.
Потери тепла может быть тут и не так важны, главное чтобы на конце кабеля торчащем из криостата конденсата не было. Медь, используемая везде и повсеместно для таких целей конечно не лучший вариант. Но можно попробовать сделать развязку из миро-полосковой линии.
А по повожу трубок, это вы про волноводы?


А какие у вас были частоты?
По поводу гелия, криостат заливной, с выходом в обратку, а потом на криогенную станцию. Герметизировать вставку не проблема, можно использовать разъёмы с метало-стеклянным спаем. В принципе, мы тут тестировали полужёсткий советский кабель(марку сейчас не вспомню), не так уж и много через него натекает, потери гелия вполне допустимые.
Кроме того при таких температурах, так как кабель не герметичный, в нем неизбежно будет замерзать атмосфера, а это азот, кислород и, что самое скверное, пары воды. Поэтому я решил что пусть уж он лучше будет неспешно продуваться гелием.
Я бы рад сделать всё под конкретный эксперимент, но кто мне на это денег даст. Сейчас надо собрать из доступных материалов, и когда всё это заработает, но к примеру, при охлаждении ниже 40К обмерзнет кабель, я могу смело сказать "хотите ниже? давайте денег на разработку уникальной вставки". А просто так, в воздух, у нас сейчас ни кто денег не даст, инновации жеж кругом.

Огромное спасибо, уже изучаю.

Есть доступ к вставке от импульсного ЭПР на 3см, там не волноводы, а коаксиалы. Но не дают, ироды, разобрать Впрочем правильно делают, заводская сборка, калибровка, потом винтик затянул потуже или послабее и всё, уже не то.

Спасибо за ссылку, именно то что мне надо, но что то уж совсем космические характеристики, прям даже не верится в такую стабильность от температуры. Да и цены тоже я думаю космические. А так конечно идеальный вариант.
Тоже думал про микроминиатюрные разъёмы, но вот как то смущает способ фиксации защёлкой, боюсь что поведёт его при охлаждении.

Криостат уже есть, в нём конечно есть оптические окна, но вот заводить через него СВЧ как то...антенной что ли? Что то вот тут я совсем в галошу сел, можно поподробнее?

Да чёрт с ней с теплопроводностью, это не самая большая проблема, меня интересуют потери, КСВН и стабильность фазы.
А марку припоя ни как уже не вспомнить? Жаль.
Про ПО "Сатурн", это то которое турбореактивными двигателями занимается? Просто я набрал в поиске "ПО "Сатурн" Харьков" и прям даже как то растерялся, может быть дадите точную ссылку?

Красиво, дорого, но не много не то, и температуры не те и кабеля вполне обычные,типа унифлекс.
По разъёмам не понятно, снаружи не отличить SMA от К-серии под 2,92мм кабель.

Ладно, спасибо за пищу для ума, пойду грызть, может чего интересного нагрызу

Если есть регенерация гелия и свой ожижитель, это намного легче. Тогда Вам подойдут японские кабели, на которые была ссылка. Даже если они дорогие, думаю в итоге получится экономнее по затратам собственного времени. Ну или действительно, диэлектрической антенной заводить через окно, хотя, если у Вас переменные частоты, это не выход.

Мы на низких частотах работали, так что просто выбирался наиболее тонкий кабель. 18 ГГц через такой просто не пролезет. Теоретически можно сделать кабель самим, взяв посеребренную изнутри нержавеющую трубку, подходящие по размеру керамические бусины и центральный проводник. Проводник вклеивается в бусины с каким-то шагом, потом все это заталкивается в трубку. В местах изгиба бусины надо ставить чаще. Но, ей богу, легче купить.

По поводу разъемов. Вспомнила. Ставили какой-то старый советский... керамический. Все работало. Это был съемный токовод.
Так что... пробовать нужно. Там, кажется бронзовые пружинистые элементы были. Магнитом можно (нужно) проверять. И пробовать. По поводу конденсата - нужно продувать. Гелий должен обдувать провода, идущие наверх (в теплую зону). Это еще сильно уменьшает тепловой поток. Даже 100x2-амперные продуваемые тоководы не сильно увеличивают теплоприток.

Прошу прощения за неточность: давненько был к нам визит специалистов по криоэлектронике.
С тех пор как Россия и Украина намерили эту чёртову границу и поставили на ней замок, к сожалению, их мы больше не видели. Это предприятие не из Харькова, а из Киева. Запомнилось так потому, что билеты на обратную дорогу им брали до Харькова (на поезд Владивосток-Харьков).
Вот ссылочка предприятия,
www.jssaturn.com/
Припой точно не помню какой: натриевый что-ли.
К счастью у нас случаев, требующих что-либо припаивать после 1998 г. не было.

Обычный полужеский коаксиал прекрасно работает до гелия, даже сверхтекучего (1.8к). Немного уходит волновое сопротивление из-за механических деформаций. Для ЭПРа это непринципиально, а для измерений импеданса при гелии -надо учитывать. Чтобы тепло не утекало- из коаксиала мотается спираль, расположенная соосно с осью криостата- тогда темературный градиент получаестя удовлетвориительный. Можно в пару местах припаять оплетку кабеля к азотному тепловому экрану и промежуточному тепловому экрану между гелием и азотом (если он предусмотрен конструкцией криостата).

Спасибо за информацию, импеданс мерить не собираюсь, хотя конечно возникает вопрос согласования с нагрузкой, но это уже кроме как опытным путём не решишь, так как не ясно что будет происходить с миро-полосковой нагрузкой при таких температурах.

В общем, пока решил остановится на обычных, медных коаксиалах, смотаю внизу спираль в несколько витков, не только теплопотери уменьшатся, но и механическая нагрузка на кабель. А то я боялся что его может порвать или деформирует конструкцию, концы то у него будут жёстко закреплены. Чтобы ещё снизить теплопотери сточу кольцом внешнюю оплётку, меньше площадь сечения - меньше потери тепла.

Что же касается разъёмов, тут конечно вопрос остаётся открытым, хочу попробовать разные варианты. Отказываться от SMA не хочется по причине большого ассортимента панельных разъёмов и удобства их использования. Пока что выбор пал на разъёмы из бериллиевой бронзы с золотым покрытием и диэлектриком из PTFE.
Если не получится, то попробую миниатюрные и микроминиатюрные из серий SMPX и MMPX, хотя у меня и нет доверия к защёлкам, попробую сделать поджимающую конструкцию на основе всё той же бериллиевой бронзы, благо есть сырой материал под рукой.
Ну а если и это не подойдёт, то придётся впаивать провода в ячейку.
Остался только вопрос по поводу припоя, но это уже детали.

Всем спасибо за помощь, побегу искать где купить и буду ваять

Не стоит оплетку портить. Снаружи к ней припаять крылышки-радиаторы или засунуть кабель в трубку. Можно даже регулировать в ней поток газа. Вам уже примерно такое советовали.
А припой - самый обычный - ПОС подойдет. Еще индием паяют. Он, кажется, даже сохраняет пластичность.
При пайке нужно продумать конструкцию. Если спаивают разные материалы, то надо делать так, чтобы снаружи был материал с большим коэффициентом теплового расширения - тогда при охлаждении конструкция будет сжиматься.

Спираль надо делать не внизу, а в области максимальных температурных градиентов. Надо смотреть на конструкцию криостата.
Точить оплетку- убить кабель- резец будет вминать трубку оплетки в тефлон. Если уж очень хочется- то электрохимическая фрезеровка, т.е локальное размывание меди электролизом с подачей зоны обработки на токарном станке. Т.е электролизная головка ставится вместо резца и контролируя диаметр оплетки микрометром потихоньку снимаем металл.

Оставляем обычные SMA. Но применяем вакуум-плотные SMA переходники. Что то типа http://www.tect-electronics.com/product.ph...41&cat_id=1 Проще купить готовые фланцы, чем самому впаивать переход.
В этой ситуации разем SMA на кабеле остается в гелии и негерметичность кабеля и разема рояли не играет. Конечно важно, чтобы воды не насосался при размораживании. Можно пустить немного очищенного керосина или вазелинового масла, чтобы оно капиллярно всосалось в зазор оплетки кабеля. Но немного портятся характеристики на Вч. Т.е до 10 ГГЦ оно незаметно, а на 18 растут потери. Надо подбирать гидрофобную жидкость, вернее ее СВЧ свойства.
А проще размораживать установку в ваккуме или гелии- т.е не открывать, пока не прогреется до комнаты.