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公開番号2025084006
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-06-02
出願番号2023197738
出願日2023-11-21
発明の名称複素誘電率の測定装置、複素誘電率の測定方法および共振器
出願人京セラ株式会社
代理人弁理士法人酒井国際特許事務所
主分類G01R 27/26 20060101AFI20250526BHJP(測定;試験)
要約【課題】比誘電率ε_rt及び誘電正接tanδ_tのマイクロ波帯などの周波数依存性を高精度に測定する。
【解決手段】複素誘電率の測定装置は、第1面に位置する第1凹部を有する導電性の第1筐体と、第2面に位置する第2凹部を有する導電性の第2筐体と、第1凹部及び第2凹部に電磁界を形成する電磁界形成部とを備える。第1凹部及び第2凹部は何れも直方体形状である。第1凹部及び第2凹部の深さ方向に沿った辺を第1辺とし、第1辺に直交する2辺のうち短辺を第2辺、長辺を第3辺とし、第1辺の寸法をh/2、第2辺の寸法をw、第3辺の寸法をLとした場合にw<h<Lの関係を有する。第1凹部と第2凹部とが直方体形状となるように第1面と第2面とで測定試料を挟み込み、電磁界形成部によって第2辺と平行な電界を有する1又は複数の共振モードを第1凹部及び第2凹部に形成することで、1又は複数の共振モードの共振周波数及び無負荷Qを測定する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
第１面と、前記第１面に位置する第１凹部とを有する導電性の第１筐体と、
第２面と、前記第２面に位置する第２凹部とを有する導電性の第２筐体と、
前記第１凹部および前記第２凹部の少なくとも一方に設けられ、前記第１凹部および前記第２凹部に電磁界を形成する電磁界形成部と、
を備え、
前記第１凹部および前記第２凹部はいずれも直方体形状であり、前記第１凹部および前記第２凹部の深さ方向に沿った辺を第１辺とし、前記第１凹部および前記第２凹部の前記深さ方向に直交する２辺のうち短辺を第２辺、長辺を第３辺とし、前記第１辺の寸法をｈ／２、前記第２辺の寸法をｗ、前記第３辺の寸法をＬとした場合に、ｗ＜ｈ＜Ｌの関係を有し、
前記第１凹部と前記第２凹部とが直方体形状となるように、前記第１筐体の前記第１面と前記第２筐体の前記第２面とで板状の測定試料を挟み込み、
前記電磁界形成部によって前記第２辺と平行な電界を有する１または複数の共振モードを前記第１凹部および前記第２凹部に形成することで、前記１または複数の共振モードの共振周波数および無負荷Ｑを測定する
複素誘電率の測定装置。
続きを表示（約 1,500 文字）【請求項２】
前記ｗおよび前記ｈは、０．１≦ｗ／ｈ≦０．７である
請求項１に記載の複素誘電率の測定装置。
【請求項３】
前記Ｌおよび前記ｈは、Ｌ／ｈ≧２である
請求項２に記載の複素誘電率の測定装置。
【請求項４】
前記電磁界形成部によって前記第２辺と平行な電界を有する複数の共振モードを前記第１凹部および前記第２凹部に形成することで、前記複数の共振モードの共振周波数および無負荷Ｑを測定する
請求項１～３のいずれか一つに記載の複素誘電率の測定装置。
【請求項５】
前記第１筐体は、前記第１凹部を囲むように位置し、前記測定試料を挟み込む際に前記測定試料と接触する、誘電性または導電性の第１スペーサを有し、
前記第２筐体は、前記第２凹部を囲むように位置し、前記測定試料を挟み込む際に前記測定試料と接触する、誘電性または導電性の第２スペーサを有する
請求項１～３のいずれか一つに記載の複素誘電率の測定装置。
【請求項６】
前記第１スペーサおよび前記第２スペーサは、前記第１凹部および前記第２凹部からそれぞれ離れて位置する
請求項５に記載の複素誘電率の測定装置。
【請求項７】
前記電磁界形成部は、送信アンテナおよび受信アンテナを有し、
前記送信アンテナおよび前記受信アンテナは、複数の前記第２辺の中央同士を通る平面上に位置する
請求項１～３のいずれか一つに記載の複素誘電率の測定装置。
【請求項８】
前記電磁界形成部は、送信アンテナおよび受信アンテナを有し、
前記送信アンテナおよび前記受信アンテナは、前記測定試料の面内方向とは垂直な向きに移動可能に構成される
請求項１～３のいずれか一つに記載の複素誘電率の測定装置。
【請求項９】
前記電磁界形成部は、電磁波を前記第１凹部または前記第２凹部に送信する第１導波管と、前記第１凹部または前記第２凹部から電磁波を受信する第２導波管とを有する
請求項１～３のいずれか一つに記載の複素誘電率の測定装置。
【請求項１０】
第１面と、前記第１面に位置する第１凹部とを有する導電性の第１筐体と、
第２面と、前記第２面に位置する第２凹部とを有する導電性の第２筐体と、
前記第１凹部および前記第２凹部の少なくとも一方に設けられ、前記第１凹部および前記第２凹部に電磁界を形成する電磁界形成部と、
を備え、
前記第１凹部および前記第２凹部はいずれも直方体形状であり、前記第１凹部および前記第２凹部の深さ方向に沿った辺を第１辺とし、前記第１凹部および前記第２凹部の前記深さ方向に直交する２辺のうち短辺を第２辺、長辺を第３辺とし、前記第１辺の寸法をｈ／２、前記第２辺の寸法をｗ、前記第３辺の寸法をＬとした場合に、ｗ＜ｈ＜Ｌの関係を有する測定装置を用いて、
前記第１凹部と前記第２凹部とが直方体形状となるように、前記第１筐体の前記第１面と前記第２筐体の前記第２面とで板状の測定試料を挟み込む挟持工程と、
前記第１凹部および前記第２凹部に、前記電磁界形成部によって前記第２辺と平行な電界を有する１または複数の共振モードを形成する形成工程と、
前記１または複数の共振モードの共振周波数および無負荷Ｑを測定する測定工程と、
前記測定工程によって測定された共振周波数および無負荷Ｑに基づいて、前記測定試料の面内方向の複素誘電率を算出する算出工程と、
を含む複素誘電率の測定方法。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、主にマイクロ波帯またはミリ波帯などの高い周波数領域で用いられる誘電体の複素誘電率（具体的には比誘電率および誘電正接）、およびこの複素誘電率の周波数依存性を測定する測定装置、測定方法および測定に用いられる共振器に関するものである。
続きを表示（約 1,600 文字）【背景技術】
【０００２】
近年の移動体通信やセンシング技術の進歩に伴い、５Ｇ通信または車載用ミリ波レーダーなど、マイクロ波帯からミリ波帯までの広い周波数帯が利用されるようになっている。そのため、誘電体基板の比誘電率および誘電正接の周波数依存性をマイクロ波帯からミリ波帯までの広い周波数領域で正確に測定することは、基板材料開発や平面回路設計にとって重要である。
【０００３】
さらに、ガラスクロスまたは分子配向を有する有機基板は、基板の面に平行な方向（以下、面内方向とも呼称する。）と、基板の面に垂直な方向（以下、法線方向とも呼称する。）に異方性のある比誘電率および誘電正接を持つことが知られている。そのため、基板の面内方向および法線方向の比誘電率および誘電正接をそれぞれ分離して測定する必要がある。
【０００４】
マイクロ波帯またはミリ波帯における誘電体基板の法線方向の比誘電率ε
ｒｎ
および誘電正接ｔａｎδ
ｎ
は、たとえば、平衡型円板共振器法によって測定することができる（たとえば、非特許文献１～３を参照）。
【０００５】
この方法では、ＴＭ
０ｍ０
共振モードのみの励振および検波が選択的に行われるため、複数の共振モードを用いた広い周波数領域での比誘電率ε
ｒｎ
および誘電正接ｔａｎδ
ｎ
、およびそれらの周波数依存性の測定が可能である。しかし、この方法では、基板の面内方向の比誘電率ε
ｒｔ
および誘電正接ｔａｎδ
ｔ
を測定することはできない。
【０００６】
マイクロ波帯またはミリ波帯における基板の面内方向の比誘電率ε
ｒｔ
および誘電正接ｔａｎδ
ｔ
は、分割円筒空洞共振器法（たとえば、非特許文献４、５を参照）または遮断円筒導波菅共振器法（たとえば、非特許文献６を参照）によって測定することができる。
【０００７】
これらの共振器法では、一般にＴＥ
０１１
モードを用いた単一周波数での比誘電率ε
ｒｔ
および誘電正接ｔａｎδ
ｔ
の測定が行われる。これは、高次のＴＥ
０ｍｐ
モードが近傍の不要なモードによって干渉されやすいためである。
【０００８】
すなわち、上記の非特許文献４～６などの測定方法では、比誘電率ε
ｒｔ
および誘電正接ｔａｎδ
ｔ
の周波数依存性を測定することはできない。また、上記の非特許文献４～６などの測定方法では、１００ＧＨｚ付近およびそれ以上の周波数において、比誘電率ε
ｒｔ
および誘電正接ｔａｎδ
ｔ
の測定が困難である。
【０００９】
一方で、ファブリペロー共振器（開放形共振器とも呼ばれる。）によれば、１００ＧＨｚ以上の周波数においても、誘電体基板の面内方向の比誘電率ε
ｒｔ
および誘電正接ｔａｎδ
ｔ
の測定が可能であることが報告されている（たとえば、非特許文献７を参照）。
【００１０】
しかしながら、ファブリペロー共振器法では、２枚の凹面鏡間で励振されるＴＥＭ
００ｑ
共振モードの電界分布の一部だけが試料内に分布するため、比誘電率ε
ｒｔ
および誘電正接ｔａｎδ
ｔ
の測定精度が不十分であるという課題がある。また、ファブリペロー共振器は開放系の共振器であるため、温度、湿度など測定環境等の外乱の影響を受けやすいという課題もある。
【先行技術文献】
【非特許文献】
（【００１１】以降は省略されています）

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