JP4428232B2 - Dielectric constant measuring apparatus and dielectric constant measuring method using the same - Google Patents
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Description
本発明は、誘電率測定装置及びこれを用いた誘電率測定方法に関する。 The present invention relates to a dielectric constant measuring apparatus and a dielectric constant measuring method using the same.
高周波回路や高速動作回路などの電子部品が内蔵されている電子機器において、数百MHzから数GHzの高周波数帯の利用が一般的となっている。 In an electronic device in which electronic components such as a high-frequency circuit and a high-speed operation circuit are incorporated, it is common to use a high frequency band from several hundred MHz to several GHz.
このような高周波帯で安定して動作する電子部品の開発には、電子部品に使用されている誘電体、例えば、熱硬化性樹脂材料、セラミック材料などの誘電率を測定し、評価する必要がある。誘電体の誘電率を測定する1つの方法として、摂動法が知られている。 In developing electronic components that operate stably in such a high frequency band, it is necessary to measure and evaluate the dielectric constant of dielectrics used in electronic components, such as thermosetting resin materials and ceramic materials. is there. A perturbation method is known as one method for measuring the dielectric constant of a dielectric.
摂動法とは、誘電率の測定対象となる誘電体を空洞共振器内に挿入し、挿入前後における空洞共振器内の共振特性を夫々測定し、この変化から誘電体の誘電率を測定するものである。このような摂動法を用いた誘電率測定方法として、例えば下記特許文献1に記載の誘電率測定方法が知られている。
In the perturbation method, the dielectric to be measured for dielectric constant is inserted into the cavity resonator, the resonance characteristics in the cavity resonator are measured before and after insertion, and the dielectric constant of the dielectric is measured from this change. It is. As a dielectric constant measurement method using such a perturbation method, for example, a dielectric constant measurement method described in
特許文献1記載の発明で用いられる空洞共振器は、円筒状の本体部と本体部の両端側にそれぞれ設けられる2枚の平板状側壁部とを有しており、2枚の平板状側壁部のうち一方の側壁部には試料挿入口が形成されている。そして、この試料挿入口から棒状に加工された誘電体を挿入し、挿入前後における空洞共振器内の共振特性を測定することにより、誘電体の誘電率が測定されるようになっている。
しかしながら、上述した特許文献1に記載の誘電体の誘電率を測定方法では、試料挿入口から誘電体を挿入するために誘電体を棒状に加工する必要があった。このため、極めて硬質な材料などの加工が困難な誘電体のように、誘電体自体を所定の形状に成形することが困難なものについては誘電率を測定することができず、誘電率を測定できる対象が極めて制約されるものとなっていた。
However, in the method for measuring the dielectric constant of the dielectric described in
また、測定される誘電率の値は、測定装置に装着された誘電体全体の平均的な誘電率であった。従って、試料の局所的な誘電率を測定することができず、試料における誘電率の分布を調べることができなかった。 Further, the measured dielectric constant value was the average dielectric constant of the entire dielectric mounted on the measuring apparatus. Therefore, the local dielectric constant of the sample cannot be measured, and the distribution of the dielectric constant in the sample cannot be examined.
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、種々の形状の試料について局所的な誘電率を測定できる誘電率測定装置及びこれを用いた誘電率測定方法を提供することを目的とする。 This invention is made | formed in view of the said situation, and it aims at providing the dielectric constant measuring apparatus which can measure a local dielectric constant about the sample of various shapes, and a dielectric constant measuring method using the same. .
上記課題を解決するため、本発明による誘電率測定装置は、筒状の本体部、及び前記本体部の両端側に夫々設けられ前記本体部とともに空洞を形成する一対の側壁部を有し、前記一対の側壁部のうちの一方の側壁部が、貫通孔を有し且つ測定用試料が配置される試料配置部である空洞共振器と、前記空洞共振器の前記空洞内に配置される柱状誘電体とを備え、前記試料配置部は前記空洞共振器の外側であって前記貫通孔に対向する位置に前記測定用試料を配置する平坦面を有し、前記柱状誘電体は一端が前記貫通孔に挿入されており、当該貫通孔に挿入される挿入部と、前記挿入部に連結され前記空洞内に設けられる非挿入部とで構成され、前記非挿入部が前記挿入部よりも太いことを特徴とする。 In order to solve the above problems, a dielectric constant measuring apparatus according to the present invention includes a cylindrical main body portion and a pair of side wall portions that are provided on both end sides of the main body portion and form a cavity together with the main body portion, A cavity resonator that is a sample placement portion in which one of the pair of sidewall portions has a through hole and a measurement sample is placed, and a columnar dielectric placed in the cavity of the cavity resonator. and a body, the sample placement part has a flat surface for positioning the measurement sample at a position opposed to the through hole a outside of the cavity resonator, the columnar dielectric end the through hole The insertion portion is inserted into the through hole, and the non-insertion portion is connected to the insertion portion and provided in the cavity, and the non-insertion portion is thicker than the insertion portion. Features.
この誘電率測定装置によれば、空洞共振器の空洞内に高周波の電力を入力すると、空洞内に所定の電磁界モードが発生する。このとき、試料配置部の貫通孔からエバネッセントな電磁界が空洞共振器の外側に漏れ出てくる。そして、空洞共振器の外側であって試料配置部の貫通孔に対向する位置に試料を配置し、空洞共振器における共振周波数と無負荷Q値を求める。ここで、共振周波数と無負荷Q値は、試料が配置される前と後で変化し、試料の誘電率はこれらの変化量に基づいて算出することができる。従って、試料が配置される前と後とで共振周波数および無負荷Q値を比較し、これらの変化量を求めることで、試料の誘電率を算出することができる。このように、本発明によれば、試料が空洞共振器の外側に配置されても、試料の誘電率を測定することが可能である。このため、種々の形状の試料について誘電率を測定することができる。 According to this dielectric constant measuring apparatus, when high frequency power is input into the cavity of the cavity resonator, a predetermined electromagnetic field mode is generated in the cavity. At this time, an evanescent electromagnetic field leaks out of the cavity resonator from the through hole of the sample placement portion. Then, a sample is arranged outside the cavity resonator at a position facing the through hole of the sample arrangement portion, and a resonance frequency and an unloaded Q value in the cavity resonator are obtained. Here, the resonance frequency and the no-load Q value change before and after the sample is arranged, and the dielectric constant of the sample can be calculated based on the amount of change. Therefore, the dielectric constant of the sample can be calculated by comparing the resonance frequency and the no-load Q value before and after the sample is arranged and obtaining the amount of change between them. Thus, according to the present invention, the dielectric constant of the sample can be measured even when the sample is disposed outside the cavity resonator. Therefore, the dielectric constant can be measured for samples having various shapes.
また、貫通孔より空洞共振器の外側に漏れ出すエバネッセントな電磁界は、空洞共振器の外側に向かって指数関数的に減衰する。このため、エバネッセントな電磁界が存在する領域は、貫通孔近傍の狭い領域に限られる。従って、試料配置部に試料を配置すると、試料中の局所領域にエバネッセントな電磁界が入射され、このとき測定される共振周波数と無負荷Q値は局所領域の誘電率を反映する。従って、本発明の誘電率測定装置によれば、試料における局所的な誘電率を算出することができ、試料における誘電率の均一性、誘電率の値の分布を調べることができる。 Further, the evanescent electromagnetic field that leaks out of the cavity resonator from the through hole attenuates exponentially toward the outside of the cavity resonator. For this reason, the region where the evanescent electromagnetic field exists is limited to a narrow region near the through hole. Therefore, when a sample is placed in the sample placement portion, an evanescent electromagnetic field is incident on the local region in the sample, and the resonance frequency and no-load Q value measured at this time reflect the dielectric constant of the local region. Therefore, according to the dielectric constant measuring apparatus of the present invention, the local dielectric constant in the sample can be calculated, and the uniformity of the dielectric constant and the distribution of the dielectric constant value in the sample can be examined.
更に、空洞共振器内の電界は、誘電体がない場合に比べて誘電体中により多く集中する。これに伴い、空洞共振器の外に漏れ出てくるエバネッセントな電磁界の強度も増加する。このため、誘電率の小さい試料であっても、高精度に誘電率を測定することができる。 Furthermore, the electric field in the cavity resonator is more concentrated in the dielectric than when there is no dielectric. Along with this, the intensity of the evanescent electromagnetic field leaking out of the cavity resonator also increases. For this reason, even if it is a sample with a small dielectric constant, a dielectric constant can be measured with high precision.
上記誘電率測定装置においては、前記柱状誘電体が、前記貫通孔に挿入される挿入部と、前記挿入部に連結され前記空洞内に設けられる非挿入部とで構成され、前記非挿入部が前記挿入部よりも太い。 In the dielectric constant measuring apparatus, the columnar dielectric body includes an insertion portion that is inserted into the through hole, and a non-insertion portion that is connected to the insertion portion and provided in the cavity. It has thick than the insertion portion.
この場合、柱状誘電体の非挿入部が挿入部よりも太いため、試料の重量による試料配置部の変形が十分に抑制される。従って、試料配置部の変形による共振周波数及び無負荷Q値の変化が十分に抑えられ、試料についての誘電率の測定精度を向上させることができる。 In this case, since the non-insertion portion of the columnar dielectric is thicker than the insertion portion, deformation of the sample placement portion due to the weight of the sample is sufficiently suppressed. Therefore, changes in the resonance frequency and no-load Q value due to deformation of the sample placement portion can be sufficiently suppressed, and the dielectric constant measurement accuracy for the sample can be improved.
また、前記試料配置部が、前記貫通孔を含み前記試料が配置される薄肉部と、前記薄肉部を包囲し前記薄肉部よりも大きい厚さを有する厚肉部とで構成されていることが好ましい。 In addition, the sample placement part is configured by a thin part including the through-hole and where the sample is placed, and a thick part surrounding the thin part and having a thickness larger than the thin part. preferable.
試料配置部が薄ければ薄いほど貫通孔から漏れ出てくるエバネッセントな電磁界の強度が増加する。このため、上記のように試料配置部が、貫通孔を含む薄肉部と、これを包囲する厚肉部とで構成されていると、貫通孔に対向する位置に試料を配置する前後で共振周波数および無負荷Q値の変化量が大きくなる。従って、誘電率の小さい試料の誘電率についても測定することができる。 The thinner the sample placement portion, the greater the strength of the evanescent electromagnetic field that leaks from the through hole. For this reason, when the sample placement part is composed of a thin part including a through hole and a thick part surrounding the specimen as described above, the resonance frequency is measured before and after placing the sample at a position facing the through hole. In addition, the amount of change in the no-load Q value increases. Therefore, the dielectric constant of a sample having a small dielectric constant can also be measured.
また、試料配置部全体が薄くなっている空洞共振器と比較すると、肉厚の薄い部分が試料配置部の試料を配置する薄肉部に限られるので、試料配置部の機械的強度不足による変形を原因とする測定誤差を十分に小さくすることができる。 In addition, compared with a cavity resonator in which the entire sample placement part is thin, the thin part is limited to the thin part where the sample in the sample placement part is placed, so deformation due to insufficient mechanical strength of the sample placement part. The measurement error caused can be sufficiently reduced.
さらに、柱状誘電体が、試料配置部の貫通孔に挿入される挿入部と、挿入部に連結され空洞内に設けられる非挿入部とで構成され、非挿入部が前記挿入部よりも太いと、試料の重量による試料配置部の薄肉部の変形が十分に抑制される。従って、試料配置部の変形による共振周波数及び無負荷Q値の変化が十分に抑えられ、試料についての誘電率の測定精度を向上させることができる。 Further, the columnar dielectric is composed of an insertion portion that is inserted into the through hole of the sample placement portion, and a non-insertion portion that is connected to the insertion portion and provided in the cavity, and the non-insertion portion is thicker than the insertion portion. The deformation of the thin portion of the sample placement portion due to the weight of the sample is sufficiently suppressed. Therefore, changes in the resonance frequency and no-load Q value due to deformation of the sample placement portion can be sufficiently suppressed, and the dielectric constant measurement accuracy for the sample can be improved.
また、本発明の誘電率測定装置は、筒状の本体部、及び前記本体部の両端側に夫々設けられ前記本体部とともに空洞を形成する一対の側壁部を有し、前記一対の側壁部のうちの一方の側壁部が、貫通孔を有し且つ測定用試料が配置される試料配置部である空洞共振器を備え、前記試料配置部は前記空洞共振器の外側であって前記貫通孔に対向する位置に前記測定用試料を配置する平坦面を有するとともに、前記貫通孔を含み前記試料が配置される薄肉部と、前記薄肉部を包囲し前記薄肉部よりも大きい厚さを有する厚肉部とで構成されていることを特徴とする。 In addition, the dielectric constant measuring apparatus of the present invention includes a cylindrical main body portion and a pair of side wall portions that are provided on both ends of the main body portion to form a cavity together with the main body portion. One of the side walls includes a cavity resonator that is a sample placement portion having a through-hole and on which a measurement sample is placed, and the sample placement portion is outside the cavity resonator and is located in the through-hole. A flat surface on which the measurement sample is arranged at an opposing position, a thin portion including the through-hole and where the sample is arranged, and a thick wall surrounding the thin portion and having a larger thickness than the thin portion It is comprised by the part.
この誘電率測定装置によれば、空洞共振器内に電磁界を発生させると、空洞内に所定の電磁界モードが発生する。このとき、試料配置部の貫通孔からエバネッセントな電磁界が空洞共振器の外側に漏れ出てくる。そして、空洞共振器の外側であって試料配置部の貫通孔に対向する位置に試料を配置し、空洞共振器における共振周波数と無負荷Q値を求める。ここで、共振周波数と無負荷Q値は、試料が配置される前と後で変化し、試料の誘電率はこれらの変化量に基づいて算出することができる。従って、試料が配置される前と後とで共振周波数および無負荷Q値を比較し、これらの変化量を求めることで、試料の誘電率を算出することができる。このように、本発明によれば、試料が空洞共振器の外側に配置されても、試料の誘電率を測定することが可能である。このため、種々の形状の試料について誘電率を測定することができる。 According to this dielectric constant measuring apparatus, when an electromagnetic field is generated in the cavity resonator, a predetermined electromagnetic field mode is generated in the cavity. At this time, an evanescent electromagnetic field leaks out of the cavity resonator from the through hole of the sample placement portion. Then, a sample is arranged outside the cavity resonator at a position facing the through hole of the sample arrangement portion, and a resonance frequency and an unloaded Q value in the cavity resonator are obtained. Here, the resonance frequency and the no-load Q value change before and after the sample is arranged, and the dielectric constant of the sample can be calculated based on the amount of change. Therefore, the dielectric constant of the sample can be calculated by comparing the resonance frequency and the no-load Q value before and after the sample is arranged and obtaining the amount of change between them. Thus, according to the present invention, the dielectric constant of the sample can be measured even when the sample is disposed outside the cavity resonator. Therefore, the dielectric constant can be measured for samples having various shapes.
また、貫通孔より空洞共振器の外側に漏れ出すエバネッセントな電磁界は、空洞共振器の外側に向かって指数関数的に減衰する。このため、エバネッセントな電磁界が存在する領域は、貫通孔近傍の狭い領域に限られる。従って、試料配置部に試料を配置すると、試料中の局所領域にエバネッセントな電磁界が入射され、このとき測定される共振周波数と無負荷Q値は局所領域の誘電率を反映する。従って、本発明の誘電率測定装置によれば、試料における局所的な誘電率を算出することができ、試料における誘電率の均一性、誘電率の値の分布を調べることができる。 Further, the evanescent electromagnetic field that leaks out of the cavity resonator from the through hole attenuates exponentially toward the outside of the cavity resonator. For this reason, the region where the evanescent electromagnetic field exists is limited to a narrow region near the through hole. Therefore, when a sample is placed in the sample placement portion, an evanescent electromagnetic field is incident on the local region in the sample, and the resonance frequency and no-load Q value measured at this time reflect the dielectric constant of the local region. Therefore, according to the dielectric constant measuring apparatus of the present invention, the local dielectric constant in the sample can be calculated, and the uniformity of the dielectric constant and the distribution of the dielectric constant value in the sample can be examined.
更に、試料配置部が薄ければ薄いほど貫通孔から漏れ出てくるエバネッセントな電磁界の強度が増加する。このため、上記のように試料配置部が、貫通孔を含む薄肉部と、これを包囲する厚肉部とで構成されていると、貫通孔に対向する位置に試料を配置する前後で共振周波数および無負荷Q値の変化量が大きくなる。従って、誘電率の小さい試料の誘電率についても測定することができる。 Furthermore, the thinner the sample placement portion, the greater the intensity of the evanescent electromagnetic field that leaks from the through hole. For this reason, when the sample placement part is composed of a thin part including a through hole and a thick part surrounding the specimen as described above, the resonance frequency is measured before and after placing the sample at a position facing the through hole. In addition, the amount of change in the no-load Q value increases. Therefore, the dielectric constant of a sample having a small dielectric constant can also be measured.
また、試料配置部全体が薄くなっている空洞共振器と比較すると、肉厚を薄くする部分が、試料配置部の試料が配置される薄肉部に限られるので、試料配置部の機械的強度不足によるたわみを起因とする測定誤差を十分に小さくすることができる。 In addition, compared with a cavity resonator in which the entire sample placement part is thin, the portion where the thickness is reduced is limited to the thin part where the sample is placed in the sample placement part, so the mechanical strength of the sample placement part is insufficient. The measurement error caused by the deflection due to can be sufficiently reduced.
本発明の誘電率測定方法は、筒状の本体部、及び前記本体部の両端側に夫々設けられ前記本体部とともに空洞を形成する一対の側壁部を有し、前記一対の側壁部のうちの一方の側壁部が、貫通孔を有し且つ測定用試料が配置される試料配置部である空洞共振器内の前記貫通孔からエバネッセント波を漏出させるエバネッセント波漏出工程と、前記空洞共振器内の共振周波数及び無負荷Q値を測定する第1測定工程と、前記空洞共振器の外側であって前記貫通孔に対向する位置に被測定試料を配置する試料配置工程と、前記試料が前記貫通孔に対向する位置に配置されている状態で、前記空洞共振器内の共振周波数及び無負荷Q値を測定する第2測定工程と、前記第1測定工程と前記第2測定工程とで得られた測定結果から前記試料の誘電率を算出する誘電率算出工程とを備えることを特徴とする。
The dielectric constant measurement method of the present invention includes a cylindrical main body portion and a pair of side wall portions that are provided on both ends of the main body portion and form a cavity together with the main body portion. An evanescent wave leaking step for leaking an evanescent wave from the through hole in the cavity resonator in which the one side wall portion has a through hole and the measurement sample is arranged, and in the cavity resonator, A first measurement step of measuring a resonance frequency and a no-load Q value; a sample placement step of placing a sample to be measured at a position outside the cavity resonator and facing the through hole; and Obtained in the second measurement step of measuring the resonance frequency and unloaded Q value in the cavity resonator, the first measurement step, and the second measurement step. From the measurement results, the dielectric constant of the sample Characterized in that it comprises a dielectric constant calculation step of leaving.
本発明の誘電率測定方法によれば、試料配置部の貫通孔からエバネッセントな電磁界が空洞共振器の外側に漏出される。そして、空洞共振器の外側であって試料配置部の貫通孔に対向する位置に試料を配置し、空洞共振器における共振周波数と無負荷Q値を求める。ここで、共振周波数と無負荷Q値は、試料が配置される前と後で変化し、試料の誘電率はこれらの変化量に基づいて算出することができる。従って、試料が配置される前と後とで共振周波数および無負荷Q値を比較し、これらの変化量を求めることで、試料の誘電率を算出することができる。このように、本発明によれば、試料が空洞共振器の外側に配置されても、試料の誘電率を測定することが可能である。このため、種々の形状の試料について誘電率を測定することができる。 According to the dielectric constant measurement method of the present invention, an evanescent electromagnetic field leaks out of the cavity resonator from the through hole of the sample placement portion. Then, a sample is arranged outside the cavity resonator at a position facing the through hole of the sample arrangement portion, and a resonance frequency and an unloaded Q value in the cavity resonator are obtained. Here, the resonance frequency and the no-load Q value change before and after the sample is arranged, and the dielectric constant of the sample can be calculated based on the amount of change. Therefore, the dielectric constant of the sample can be calculated by comparing the resonance frequency and the no-load Q value before and after the sample is arranged and obtaining the amount of change between them. Thus, according to the present invention, the dielectric constant of the sample can be measured even when the sample is disposed outside the cavity resonator. Therefore, the dielectric constant can be measured for samples having various shapes.
また、貫通孔より空洞共振器の外側に漏れ出すエバネッセントな電磁界は、空洞共振器の外側に向かって指数関数的に減衰する。このため、エバネッセントな電磁界が存在する領域は、貫通孔近傍の狭い領域に限られる。従って、試料配置部に試料を配置すると、試料中の局所領域にエバネッセントな電磁界が入射され、このとき測定される共振周波数と無負荷Q値は局所領域の誘電率を反映する。従って、本発明の誘電率測定装置によれば、試料における局所的な誘電率を算出することができ、試料における誘電率の均一性、誘電率の値の分布を調べることができる。 Further, the evanescent electromagnetic field that leaks out of the cavity resonator from the through hole attenuates exponentially toward the outside of the cavity resonator. For this reason, the region where the evanescent electromagnetic field exists is limited to a narrow region near the through hole. Therefore, when a sample is placed in the sample placement portion, an evanescent electromagnetic field is incident on the local region in the sample, and the resonance frequency and no-load Q value measured at this time reflect the dielectric constant of the local region. Therefore, according to the dielectric constant measuring apparatus of the present invention, the local dielectric constant in the sample can be calculated, and the uniformity of the dielectric constant and the distribution of the dielectric constant value in the sample can be examined.
本発明によれば、種々の形状の試料について局所的な誘電率を測定できる誘電率測定装置及びこれを用いた誘電率測定方法が提供される。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the dielectric constant measuring apparatus which can measure a local dielectric constant about the sample of various shapes, and the dielectric constant measuring method using the same are provided.
以下、図面を参照しながら本発明の誘電率測定装置の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明では、同一又は相当部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。 Hereinafter, preferred embodiments of a dielectric constant measuring apparatus of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following description, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
(第1実施形態)
図1は、本発明に係る誘電率測定装置の好適な実施形態の主要構成を示す斜視図であり、図2は、図1に示す誘電率測定装置の縦断面図である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a perspective view showing a main configuration of a preferred embodiment of a dielectric constant measuring apparatus according to the present invention, and FIG. 2 is a longitudinal sectional view of the dielectric constant measuring apparatus shown in FIG.
図1及び図2に示すように、誘電率測定装置10は、円筒状の空洞共振器11と柱状誘電体2とを備えている。空洞共振器11は、円筒状の本体部3aと、本体部3aの両端側に夫々設けられる一対の側壁部3b、3cとを備えており、本体部3aと一対の側壁部3b、3cとによって空洞5が形成されている。一対の側壁部3b、3cのうちの一方の側壁部3cは、貫通孔7を有する平板状の試料配置部1となっており、もう一方の側壁部3bは空洞共振器11の底部となっている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the dielectric
空洞5内には柱状誘電体2が設けられている。より具体的には、柱状誘電体2は、円筒状の本体部3aの延び方向と同一方向に且つ試料配置部1に直交するように延びている。この柱状誘電体2の一端は、試料配置部1の貫通孔7に挿入されており、柱状誘電体2の他端は本体部3aの底部3bの面に接触している。柱状誘電体2は、空洞5内に高周波電力を入力した場合に発生する電界を当該柱状誘電体2内に集中させる役割を有する。
A
なお、貫通孔7は試料配置部1の中央部に配置され、それに伴って、柱状誘電体2は、円筒状の本体部3aの中心軸線を通るように延びている。このように貫通孔7が試料配置部1の中央部に配置されているのは、空洞5内に発生する種々の電磁界モードのうちTM010モードを用いて誘電率を測定するためである。
The through-
空洞共振器11を構成する試料配置部1、底部3b及び本体部3aに用いられる材料は、導電性を有する材料で構成されていれば特に限定されないが、加工性、機械的強度などの点から金属が好適に用いられる。このような金属としては、例えば銀、銅、アルミニウム、真鍮などが挙げられる。
The material used for the
柱状誘電体2を構成する誘電体材料としては、アルミナ、マグネシア、ジルコニアなどの無機酸化物材料、炭化ケイ素、窒化ケイ素などのケイ素含有材料、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ポリアミド、ポリエステル、ポリカーボネートなどの熱可塑性樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、フェノール樹脂、ポリエステル樹脂、フタル酸ジアリル系樹脂などの熱硬化性樹脂などが挙げられる。これらの誘電体材料のなかでも、加工性、誘電損失が小さいなどの点から、アルミナが好ましい。
Examples of the dielectric material constituting the
誘電率測定装置10のより具体的な構成について、図3を参照して説明する。図3は、誘電率測定装置10の構成を示す概略図である。図3に示すように、誘電率測定装置10は、空洞共振器の本体部3aに設けられる発信ループアンテナ端子8及び受信ループアンテナ9を有している。
A more specific configuration of the dielectric
発信ループアンテナ8は、高周波電源12に電気的に接続されており、高周波電源12から入力される高周波電流により空洞内に電磁界モードが形成されるようになっている。受信ループアンテナ9は検波装置13に電気的に接続されており、空洞5内に発生している電界を受信して検波装置13へ送るようになっている。検波装置13は、空洞共振器内の各モードに対応する共振ピークの位置及びピーク強度の関係を求めるものであり、演算処理装置14に電気的に接続されている。なお、演算処理装置14における演算処理結果、即ち試料の誘電率の値は、モニタ装置15により表示可能となっている。
The
次に、上記誘電率測定装置10を用いた試料の誘電率測定方法について説明する。
Next, a method for measuring the dielectric constant of a sample using the dielectric
試料Sの誘電率測定にあたっては、まず、試料Sが空洞共振器11に装着されていない状態で、空洞5内に生じる共振特性を測定する。そのためには、空洞共振器11の発信ループアンテナ端子8を通じて高周波電源12から高周波電力を印加し、空洞共振器11の空洞5内にマルチモードの共振を発生させる。これにより、貫通孔7よりエバネッセント波を漏出させる(エバネッセント波漏出工程)。
In measuring the dielectric constant of the sample S, first, resonance characteristics generated in the
そして、空洞共振器11の受信ループアンテナ端子9を通じて、空洞5内に発生している電界を受信して検波装置13へ送る。検波装置13では、各モードに対応した共振ピークの位置及びピーク強度の関係が得られる。そこで、試料Sが装着されていない状態でのTM010モードの共振周波数fo及び無負荷Q値Qoを決定する(第1測定工程)。
Then, the electric field generated in the
次に、試料Sを空洞共振器11の外側であって試料配置部1上の貫通孔7に対向する位置に配置する(試料配置工程)。なお、試料Sは試料配置部1上で安定して配置するために平坦面を有している。
Next, the sample S is placed outside the
そして、試料Sが空洞共振器11の試料配置部1上に載置された状態で、TM010モードの共振周波数fs及び無負荷Q値Qsを決定する(第2測定工程)。
Then, the resonance frequency f s and the no-load Q value Q s of the TM 010 mode are determined in a state where the sample S is placed on the
上記測定で得られる共振周波数fo、無負荷Q値Qo、共振周波数fs、無負荷Q値Qsとから試料Sの誘電率を算出する(誘電率算出工程)。ここで、共振周波数と無負荷Q値は、試料Sが配置される前と後で変化し、試料Sの誘電率はこれらの変化量に基づいて算出することができる。従って、試料Sが配置される前と後とで共振周波数および無負荷Q値を比較し、これらの変化量を求めることで、試料Sの誘電率を算出することができる。なお、誘電率の算出は、検波装置13から送られる出力データに基づき演算処理装置14で行われ、演算処理結果がモニタ装置15に表示される。
The dielectric constant of the sample S is calculated from the resonance frequency f o , the no-load Q value Q o , the resonance frequency f s , and the no load Q value Q s obtained by the above measurement (dielectric constant calculation step). Here, the resonance frequency and the no-load Q value change before and after the sample S is arranged, and the dielectric constant of the sample S can be calculated based on these changes. Therefore, the dielectric constant of the sample S can be calculated by comparing the resonance frequency and the no-load Q value before and after the sample S is arranged, and obtaining these changes. The calculation of the dielectric constant is performed by the
このように、誘電率測定装置10によれば、試料Sが空洞共振器11の外側に配置されても、試料Sの誘電率を測定することが可能である。このため、空洞共振器11内に挿入するために試料Sを特別な形状に加工する必要がなくなり、加工が困難な試料についても誘電率の測定が可能である。よって、誘電率測定装置10によれば、種々の形状の試料について誘電率を測定することができる。
Thus, according to the dielectric
また、貫通孔7より空洞共振器11の外側に漏れ出すエバネッセントな電磁界は、空洞共振器11の外側に向かって指数関数的に減衰する。このため、エバネッセントな電磁界が存在する領域は、貫通孔7近傍の狭い領域に限られる。従って、試料配置部1に試料Sを配置すると、試料S中の局所領域にエバネッセントな電磁界が入射され、このとき測定される共振周波数と無負荷Q値は局所領域の誘電率を反映する。従って、誘電率測定装置10によれば、試料Sにおける局所的な誘電率を算出することができる。よって、試料配置部1の上で試料Sを移動させ、移動させるたびごとに試料Sについての誘電率を測定することによって、試料Sにおける誘電率の均一性、誘電率の値の分布を調べることができる。
Further, the evanescent electromagnetic field leaking outside the
更に、空洞共振器11内の電界は、柱状誘電体12がない場合に比べて誘電体12中により多く集中する。これに伴い、空洞共振器11の外に漏れ出てくるエバネッセントな電磁界の強度も増加する。このため、誘電率の小さい試料であっても、高精度に誘電率を測定することができる。
Furthermore, the electric field in the
また、空洞共振器11の試料配置部1の試料が配置される面は平坦面となっているので、試料Sを試料配置部1の平坦面上に載置して誘電率を測定する場合、試料Sを安定して載置することができる。従って、試料Sが不安定な状態で載置されることによる測定誤差を十分に小さく抑えることができる。
Further, since the surface on which the sample is arranged in the
(第2実施形態)
次に、図4を参照しながら、本発明に係る誘電率測定装置の第2実施形態について説明する。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the dielectric constant measuring apparatus according to the present invention will be described with reference to FIG.
図4は、本発明に係る誘電率測定装置の第2実施形態を示す断面図である。図4に示すように、本実施形態の誘電率測定装置20は、柱状誘電体2が試料配置部1の貫通孔7に挿入される挿入部2aと、挿入部2aに連結され空洞5内に設けられる非挿入部2bとで構成されており、且つ非挿入部2bが挿入部2aよりも太くなっている点で第1実施形態の誘電率測定装置10と相違する。
FIG. 4 is a sectional view showing a second embodiment of the dielectric constant measuring apparatus according to the present invention. As shown in FIG. 4, the dielectric
誘電率測定装置20によれば、柱状誘電体2の非挿入部2bが挿入部2aよりも太くなっているため、試料配置部1上に試料Sを載置した際に、試料Sの重量による試料配置部1の変形が十分に抑制される。従って、誘電率測定装置20によれば、試料配置部1の変形による測定誤差が十分に抑えられ、試料Sについての誘電率の測定精度を向上させることができる。
According to the dielectric
(第3実施形態)
次に、図5を参照しながら、本発明に係る誘電率測定装置の第3実施形態について説明する。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment of the dielectric constant measuring apparatus according to the present invention will be described with reference to FIG.
図5は、本発明に係る誘電率測定装置の第3実施形態を示す切断面端面図である。図5に示すように、本実施形態の誘電率測定装置30は、試料配置部1が以下のように構成されている点で第2実施形態の誘電率測定装置20と相違する。
FIG. 5 is a cross-sectional end view showing a third embodiment of the dielectric constant measuring apparatus according to the present invention. As shown in FIG. 5, the dielectric
即ち本実施形態の誘電率測定装置30では、試料配置部1は、試料Sが載置される薄肉部1aと、薄肉部1aを包囲し薄肉部1aよりも大きい厚さを有する厚肉部1bとで構成されている。ここで、薄肉部1aは貫通孔7を有している。
That is, in the dielectric
このように、貫通孔7の周辺に薄肉部1aを形成し、薄肉分1aをこれを包囲する厚肉部1bより薄くすると、高い強度を持ったエバネッセントな電磁界が貫通孔7から漏れ出てくる。このため、試料Sを試料配置部1に配置していない状態から配置した状態にしたときに生じる空洞5内の電磁界モードの変化量を大きくすることができる。よって、試料Sの誘電率をより高精度で測定できたり、誘電率の低い試料についてもより高感度で誘電率を測定できたりする利点がある。
As described above, when the
これに対し、試料配置部1に薄肉部1aを設けることで試料配置部1の一部分を薄くすると、試料配置部1の機械的強度が低下する傾向があり、過度に薄い部分を有する試料配置部1に試料Sを載置すると、試料Sの重量によって試料配置部1が変形し、この変形に起因して測定誤差が生じるおそれがある。このような測定誤差は、特に機械強度が低い材料を試料配置部1に使用した場合に生じ得る。
On the other hand, if a part of the
本実施形態の誘電率測定装置30においては、図5に示すように、柱状誘電体2の非挿入部2bが挿入部2aよりも太くなっている。このため、誘電率測定装置30によれば、試料Sが、薄肉部1a上に載置されても、試料Sの重量による試料配置部1の変形が十分に抑制される。
In the dielectric
以上より、誘電率測定装置30によれば、試料配置部1の変形を十分に防止しながら、貫通孔7の周辺の肉厚を十分に薄くすることができる。このため、試料Sについて誘電率の測定精度を向上させることができる。
As described above, according to the dielectric
(第4実施形態)
次に、図6を参照しながら、本発明に係る誘電率測定装置の第4実施形態について説明する。
(Fourth embodiment)
Next, a fourth embodiment of the dielectric constant measuring apparatus according to the present invention will be described with reference to FIG.
図6は、本発明に係る誘電率測定装置の第4実施形態を示す切断面端面図である。図6に示すように、本実施形態の誘電率測定装置40は、柱状誘電体12を有していない点で第3実施形態の誘電率測定装置30と相違する。
FIG. 6 is a sectional end view showing a fourth embodiment of the dielectric constant measuring apparatus according to the present invention. As shown in FIG. 6, the dielectric
この誘電率測定装置40であっても、試料Sが空洞共振器11の外側に配置される場合に、試料Sの誘電率を測定することは可能である。このため、空洞共振器11内に挿入するために試料Sを特別な形状に加工する必要がなくなり、加工が困難な試料についても誘電率の測定が可能である。従って、誘電率測定装置40によれば、種々の形状の試料について誘電率を測定することができる。
Even in the dielectric
また、貫通孔7より空洞共振器11の外側に漏れ出すエバネッセントな電磁界は、空洞共振器11の外側に向かって指数関数的に減衰する。このため、エバネッセントな電磁界が存在する領域は、貫通孔7近傍の狭い領域に限られる。従って、試料配置部1に試料Sを配置すると、試料S中の局所領域にエバネッセントな電磁界が入射され、このとき測定される共振周波数と無負荷Q値は局所領域の誘電率を反映する。従って、誘電率測定装置10によれば、試料Sにおける局所的な誘電率を算出することができる。よって、試料配置部1の上で試料Sを移動させ、移動させるたびごとに試料Sについての誘電率を測定することによって、試料Sにおける誘電率の均一性、誘電率の値の分布を調べることができる。
Further, the evanescent electromagnetic field leaking outside the
誘電率測定装置40においては、試料配置部1の一部である薄肉部1aが十分な機械的強度を有する材料(例えば銅など)で構成されることが好ましい。この場合、試料Sの重量が大きくなっても、試料配置部1の変形による測定誤差を十分小さく抑えることができ、測定精度を向上させることができる。
In the dielectric
本発明は、上記第1〜第4実施形態に限定されるものではない。例えば上記実施形態の誘電率測定装置では、円筒状の空洞共振器が用いられているが、これは、加工が容易であるという理由に基づくものである。従って、本発明の誘電率測定装置に用いる空洞共振器の形状は、必ずしも円筒状に限られるものではない。例えば本発明の誘電率測定装置に用いる空洞共振器の形状は、楕円形又は多角形の断面を有する筒状であってもよい。 The present invention is not limited to the first to fourth embodiments. For example, in the dielectric constant measuring apparatus of the above-described embodiment, a cylindrical cavity resonator is used, which is based on the reason that the processing is easy. Therefore, the shape of the cavity resonator used in the dielectric constant measuring apparatus of the present invention is not necessarily limited to a cylindrical shape. For example, the shape of the cavity resonator used in the dielectric constant measuring apparatus of the present invention may be a cylinder having an elliptical or polygonal cross section.
また、上記実施形態では、被測定試料の誘電率を算出するために、空洞5内の電磁界モードとしてTM010モードが利用されているが、誘電率の算出に利用する電磁界モードはTM010モードに限られず、TM010モード以外の電磁界モードであってもよい。この場合、空洞共振器の側壁部に形成する貫通孔の位置は、電界モード又は磁界モードの振幅が最大となる位置とすることが好ましい。これにより、その貫通孔から高強度のエバネッセントな電磁界を漏出させて、試料の誘電率を測定することができる。
In the above embodiment, the TM 010 mode is used as the electromagnetic field mode in the
1…試料配置部(側壁部)、1a…薄肉部、1b…厚肉部、2…柱状誘電体、2a…挿入部、2b…非挿入部、3a…本体部、3b…底部(側壁部)、5…空洞、7…貫通孔、10、20、30、40…誘電率測定装置、11、33…空洞共振器、S…試料。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記空洞共振器の前記空洞内に配置される柱状誘電体とを備え、
前記試料配置部は、前記空洞共振器の外側であって前記貫通孔に対向する位置に前記測定用試料を配置する平坦面を有し、
前記柱状誘電体は、一端が前記貫通孔に挿入されており、当該貫通孔に挿入される挿入部と、前記挿入部に連結され前記空洞内に設けられる非挿入部とで構成され、前記非挿入部が前記挿入部よりも太いことを特徴とする誘電率測定装置。 A cylindrical main body portion and a pair of side wall portions that are provided on both ends of the main body portion to form a cavity together with the main body portion, and one side wall portion of the pair of side wall portions has a through hole. A cavity resonator which is a sample placement portion on which a measurement sample is placed;
A columnar dielectric disposed in the cavity of the cavity resonator,
The sample placement portion has a flat surface on which the measurement sample is placed at a position outside the cavity resonator and facing the through hole,
The columnar dielectric has one end inserted into the through hole, is constituted by an insertion portion to be inserted into the through hole, the non-insertion portion that is coupled to said insertion portion provided in the cavity, the non The dielectric constant measuring apparatus, wherein the insertion portion is thicker than the insertion portion .
前記試料配置部は、前記空洞共振器の外側であって前記貫通孔に対向する位置に前記測定用試料を配置する平坦面を有するとともに、前記貫通孔を含み前記試料が配置される薄肉部と、前記薄肉部を包囲し前記薄肉部よりも大きい厚さを有する厚肉部とで構成されていることを特徴とする誘電率測定装置。 A cylindrical main body portion and a pair of side wall portions that are provided on both ends of the main body portion to form a cavity together with the main body portion, and one side wall portion of the pair of side wall portions has a through hole. A cavity resonator that is a sample placement portion on which a measurement sample is placed,
The sample placement portion has a flat surface on which the measurement sample is placed at a position outside the cavity resonator and facing the through-hole, and a thin-wall portion including the through-hole and where the sample is placed A dielectric constant measuring apparatus comprising: a thick part surrounding the thin part and having a thickness larger than that of the thin part.
前記空洞共振器内の共振周波数及び無負荷Q値を測定する第1測定工程と、
前記空洞共振器の外側であって前記貫通孔に対向する位置に被測定試料を配置する試料配置工程と、
前記試料が前記貫通孔に対向する位置に配置されている状態で、前記空洞共振器内の共振周波数及び無負荷Q値を測定する第2測定工程と、
前記第1測定工程と前記第2測定工程とで得られた測定結果から前記試料の誘電率を算出する誘電率算出工程と
を備え、
前記試料配置部は、前記空洞共振器の外側であって前記貫通孔に対向する位置に前記測定用試料を配置する平坦面を有し、前記空洞共振器は、前記空洞内に配置される柱状誘電体を備え、当該柱状誘電体は一端が前記貫通孔に挿入されており、当該貫通孔に挿入される挿入部と、前記挿入部に連結され前記空洞内に設けられる非挿入部とで構成され、前記非挿入部が前記挿入部よりも太いことを特徴とする誘電率測定方法。 A cylindrical main body portion and a pair of side wall portions that are provided on both ends of the main body portion to form a cavity together with the main body portion, and one side wall portion of the pair of side wall portions has a through hole. An evanescent wave leaking step for leaking an evanescent wave from the through hole in the cavity resonator, which is a sample placement portion on which the measurement sample is placed;
A first measurement step of measuring a resonance frequency and an unloaded Q value in the cavity resonator;
A sample placement step of placing a sample to be measured at a position outside the cavity resonator and facing the through hole;
A second measurement step of measuring a resonance frequency and an unloaded Q value in the cavity resonator in a state where the sample is disposed at a position facing the through hole;
A dielectric constant calculation step of calculating a dielectric constant of the sample from the measurement results obtained in the first measurement step and the second measurement step ;
The sample placement section has a flat surface on which the measurement sample is placed at a position outside the cavity resonator and facing the through hole, and the cavity resonator is a columnar shape disposed in the cavity. The columnar dielectric is provided with a dielectric, and one end of the columnar dielectric is inserted into the through hole. The columnar dielectric is composed of an insertion portion that is inserted into the through hole and a non-insertion portion that is connected to the insertion portion and provided in the cavity. And the non-insertion part is thicker than the insertion part .
前記空洞共振器内の共振周波数及び無負荷Q値を測定する第1測定工程と、
前記空洞共振器の外側であって前記貫通孔に対向する位置に被測定試料を配置する試料配置工程と、
前記試料が前記貫通孔に対向する位置に配置されている状態で、前記空洞共振器内の共振周波数及び無負荷Q値を測定する第2測定工程と、
前記第1測定工程と前記第2測定工程とで得られた測定結果から前記試料の誘電率を算出する誘電率算出工程と
を備え、
前記試料配置部は、前記空洞共振器の外側であって前記貫通孔に対向する位置に前記測定用試料を配置する平坦面を有するとともに、前記貫通孔を含み前記試料が配置される薄肉部と、前記薄肉部を包囲し前記薄肉部よりも大きい厚さを有する厚肉部とで構成されていることを特徴とする誘電率測定方法。 A cylindrical main body portion and a pair of side wall portions that are provided on both ends of the main body portion to form a cavity together with the main body portion, and one side wall portion of the pair of side wall portions has a through hole. An evanescent wave leaking step for leaking an evanescent wave from the through hole in the cavity resonator, which is a sample placement portion on which the measurement sample is placed;
A first measurement step of measuring a resonance frequency and an unloaded Q value in the cavity resonator;
A sample placement step of placing a sample to be measured at a position outside the cavity resonator and facing the through hole;
A second measurement step of measuring a resonance frequency and an unloaded Q value in the cavity resonator in a state where the sample is disposed at a position facing the through hole;
A dielectric constant calculation step of calculating a dielectric constant of the sample from the measurement results obtained in the first measurement step and the second measurement step ;
The sample placement portion has a flat surface on which the measurement sample is placed at a position outside the cavity resonator and facing the through-hole, and a thin-wall portion including the through-hole and where the sample is placed A dielectric constant measuring method comprising: a thick part surrounding the thin part and having a thickness larger than that of the thin part .
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