CN1641370A - 测量相对介电常数的方法、其中所用共振器及应用设备 - Google Patents

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Abstract

计算由粉末和液体介质组成的混合物质的相对介电常数，然后在混合物质18的相对介电常数变得等于液体介质的相对介电常数时计算混合物质的相对介电常数或液体介质的相对介电常数作为粉末的相对介电常数。因此，即使在超过几GHz的高频带也能高精度地测量粉末的相对介电常数。

Description

测量相对介电常数的方法、其 中所用共振器及应用设备
发明背景
本发明涉及测量粉末电介质的相对介电常数的方法，更特别地涉及测量粉末的相对介电常数的方法，该方法即使在超过几GHz的高频带也能高精度地测量粉末电介质的相对介电常数。
随着各种无线电设备性能的提高，需要具有更高性能的高频陶瓷电介质。通常，以烧结制品的形式使用陶瓷电介质，烧结制品通过烧结粉末电介质获得。另外，使用粉末电介质和树脂等以各种比例混合的复合电介质作为线路部件。因此，在发展高频陶瓷电介质时，有必要且必需测量电介质处于粉末状态时的相对介电常数作为这类电介质的介电性质。
例如，如日本专利No.3127623等所公开的，将要测量相对介电常数的粉末密封在有一对电极以预定间隔彼此相对布置的容器中，然后测量粉末的相对介电常数。然后，通过在一对电极间施加电压测量由粉末和液体组成的混合物质的相对介电常数，然后根据测量的混合物质的相对介电常数计算粉末的相对介电常数。
但是，在现有技术的测量粉末相对介电常数的方法中，当要在超过几GHz的高频带中测量粉末的相对介电常数时，杂散电容和杂散电抗的存在不能被忽略。因此，存在能引起整个测量系统共振这样的问题，并因而难于高精度地测量粉末的相对介电常数。
发明概述
因此，本发明的一个目的是提供一种测量粉末的相对介电常数的方法，该方法即使在超过几GHz的高频带也能高精度地测量粉末的相对介电常数。
通过提供包括以下步骤的测量粉末的相对介电常数的方法达到本发明的这个目的：计算由粉末和液体介质组成的混合物质的相对介电常数，然后在混合物质的相对介电常数变得等于液体介质的相对介电常数时计算混合物质的相对介电常数或液体介质的相对介电常数作为粉末的相对介电常数。
另外，通过提供包括以下步骤的测量粉末的相对介电常数的方法达到本发明的目的：在共振器中密封由粉末和液体介质组成的混合物质，然后向共振器输入电磁波，然后根据电磁波的响应计算混合物质的相对介电常数，然后由混合物质的相对介电常数和液体介质的相对介电常数计算粉末的相对介电常数。
通过提供包括以下步骤的测量粉末的相对介电常数的方法达到本发明的目的：向装满由粉末和液体介质组成的混合物质的容器中输入电磁波，然后根据电磁波的响应计算混合物质的相对介电常数，然后由混合物质的相对介电常数和液体介质的相对介电常数计算粉末的相对介电常数。
在本发明的优选实施方式中，通过在混合物质的相对介电常数变得等于液体介质的相对介电常数时计算混合物质的相对介电常数或液体介质的相对介电常数作为粉末的相对介电常数来进行粉末的相对介电常数的计算。
通过在逐渐改变液体介质的相对介电常数的同时测量混合物质的相对介电常数进行检测混合物质的相对介电常数变得等于液体介质的相对介电常数时的时间点的步骤。
在本发明的优选实施方式中，液体介质包含液体，或液体和粉末电介质，或液体、粉末电介质和分散剂。
通过提供包括以下步骤的测量粉末的相对介电常数的方法达到本发明的目的：在共振器中密封由粉末和液体介质组成的混合物质，然后向共振器输入电磁波，然后根据电磁波的响应计算混合物质的相对介电常数，然后由计算的混合物质的相对介电常数和混合物质中粉末的体积比计算粉末的相对介电常数。
通过提供包括以下步骤的测量粉末的相对介电常数的方法达到本发明的目的：向装满由粉末和液体介质组成的混合物质的容器中输入电磁波，然后根据电磁波的响应计算混合物质的相对介电常数，然后由计算的混合物质的相对介电常数和混合物质中粉末的体积比计算粉末的相对介电常数。
在本发明的优选实施方式中，液体介质的相对介电常数是粉末成分的相对介电常数的0.5倍或更高。
在本发明的优选实施方式中，液体介质的相对介电常数是粉末成分的相对介电常数的0.5倍至2.0倍。
在本发明的优选实施方式中，液体介质包含液体，或液体和粉末电介质，或液体、粉末电介质和分散剂。
在本发明的优选实施方式中，使用对数混合定则或Lichtenecker-Rother公式进行粉末的相对介电常数的计算。
一种空腔共振器，其中在空腔共振器轴向上的中部形成至少一个能插入被测电介质的开口部分，并且还在开口部分的外部形成支架，其中开口部分的长度d和支架的长度h之间的关系h/d设为0.5或更高。因此，可抑制电磁波从共振器的泄漏。
一种空腔共振器，在包括以下步骤的测量粉末的相对介电常数的方法中使用：在共振器中密封由粉末和液体介质组成的混合物质，然后向共振器输入电磁波，然后根据电磁波的响应计算混合物质的相对介电常数，然后由混合物质的相对介电常数和液体介质的相对介电常数计算粉末的相对介电常数；其中在空腔共振器内形成至少一个能插入被测电介质的开口部分，并且还在开口部分的外部形成支架，其中开口部分的长度d和支架的长度h之间的关系h/d设为0.5或更高。因此，可通过防止电磁波从共振器开口部分的泄漏得到截止结构。
一种空腔共振器，在包括以下步骤的测量粉末的相对介电常数的方法中使用：在共振器中密封由粉末和液体介质组成的混合物质，然后向共振器输入电磁波，然后根据电磁波的响应计算混合物质的相对介电常数，然后由计算的混合物质的相对介电常数和混合物质中粉末的体积比计算粉末的相对介电常数；其中在空腔共振器内形成至少一个能插入被测电介质的开口部分，并且还在开口部分的外部形成支架，其中开口部分的长度d和支架的长度h之间的关系h/d设为0.5或更高。因此，可通过防止电磁波从共振器开口部分的泄漏得到截止结构，并且可稳定地测量共振器的共振频率和空载Q值。
另外，实现了电介质测量系统，用于将棒状电介质插入到空腔共振器内，然后测量空腔共振器的共振频率和空载Q值，然后根据测量结果测量插入的棒状电介质的相对介电常数和介电损耗角正切。
另外，实现了能通过插入棒状电介质到空腔共振器内达到预期共振特性的共振器或滤波器。
根据本发明的第一种测量方法，能提供一种测量粉末的相对介电常数的方法，该方法即使在超过几GHz的高频带也能高精度地测量粉末的相对介电常数。另外，能提供一种测量粉末的相对介电常数的方法，该方法能高精度地测量相对介电常数高的粉末的相对介电常数。
另外，根据第二种测量方法，能提供一种测量粉末的相对介电常数的方法，该方法能通过选择相对介电常数值接近于被检测粉末相对介电常数值的液体介质来防止在用外推法检测粉末的相对介电常数时导致的测量精度的降低。另外，通过使用对数混合定则或Lichtenecker-Rother公式计算粉末的相对介电常数也能获得粉末相对介电常数测量精度的提高。
另外，在本发明中用于测量粉末的相对介电常数的空腔共振器中，在轴向上中部形成至少一个插入被测电介质的开口部分，并且还在开口部分的外部形成支架。在这种空腔共振器中，可通过设定开口部分的长度d和支架的长度h之间的关系h/d为0.5或更高获得支架的最佳长度。
在这种情况下，空腔共振器不限于粉末用途，而能适用于任何被测样品，只要此被测样品由电介质形成即可。
另外，可实现电介质测量系统，该系统将棒状电介质插入到空腔共振器内，然后测量空腔共振器的共振频率和空载Q值，然后根据测量结果测量插入的棒状电介质的相对介电常数和介电损耗角正切。
另外，可实现能通过插入棒状电介质到空腔共振器内达到目标共振特性的共振器或滤波器。
图1为用于实行根据本发明优选实施方式的测量粉末相对介电常数的方法的测量系统的方框图。
图2为电介质密封装置4的透视示意图。
图3为图2所示电介质密封装置4沿X-X线的截面示意图。
图4为显示液体介质的相对介电常数和混合物质18的相对介电常数之间关系的图。
图5为显示液体介质的相对介电常数和混合物质18的相对介电常数之间另一关系的图。
图6为显示粉末的体积比和混合物质18的相对介电常数之间关系的图。
图7为使用泵的流态化设备38A的示意图。
图8为用于实行根据本发明另一优选实施方式的测量粉末相对介电常数的方法的测量系统的截面图。
图9为使用搅拌桨的流态化设备38B的示意图。
图10为显示实施例1中液体介质的相对介电常数和混合物质18的相对介电常数之间关系的图。
图11为显示实施例2中液体介质的相对介电常数和混合物质18的相对介电常数之间关系的图。
图12为显示实施例3中液体介质的相对介电常数和混合物质18的相对介电常数之间关系的图。
图13为显示实施例4中粉末的体积比和混合物质18的相对介电常数之间关系的图。
图14为显示实施例4中粉末的体积比和混合物质18的相对介电常数之间另一关系的图。
图15为显示实施例5中粉末的体积比和混合物质18的相对介电常数之间关系的图。
图16为显示实施例5中粉末的体积比和混合物质18的相对介电常数之间另一关系的图。
图17为显示实施例6中粉末的体积比和混合物质18的相对介电常数之间关系的图。
图18为显示实施例6中粉末的体积比和混合物质18的相对介电常数之间另一关系的图。
图19为本发明中粉末相对介电常数测量中使用的圆柱状空腔共振器的构造图。
图20为圆柱状空腔共振器中电场分布的说明图。
图21为圆柱状空腔共振器中支架部分的截止频率示意图。
图22显示了共振器形状所需的条件，其用以进行得到圆柱状空腔共振器支架最佳值的模拟。
图23为模拟结果图。
图24为说明由被测电介质的相对介电常数ε引起的差异的图。
图25为说明由共振器的高度H引起的差异的图。
图26为说明由电介质的插入孔直径d引起的差异的图。
优选实施方式详述
下文中将结合附图对本发明的优选实施方式进行详细说明。
图1为用于实施根据本发明优选实施方式的测量粉末相对介电常数的方法的测量系统的方框图。
如图1所示，测量系统2包括电介质密封装置4、网络分析仪6和运算器8。
电介质密封装置4为密封由要被测量相对介电常数的粉末和液体介质组成的混合物质的一种装置。
构造网络分析仪6以将电磁波输入到电介质密封装置4中，并输出从电介质密封装置4响应电磁波输入而输出的电磁波测量结果到运算器8。
构造运算器8以根据从网络分析仪6输出的测量结果计算粉末的相对介电常数。
图2为电介质密封装置4的透视示意图，图3为图2所示电介质密封装置4沿X-X线的截面示意图。
如图2所示，电介质密封装置4包括空腔共振器10、管12、注射器14a和注射器14b。
如图3所示，在空腔共振器10上表面和下表面的中部形成管12能穿过的孔16a和孔16b。另外，在空腔共振器10的侧面上形成均与网络分析仪6连接的连接器20a和连接器20b。在连接器20a和连接器20b的顶端部分分别形成环形天线22a和环形天线22b。使用管12在空腔共振器10中密封由粉末和液体介质组成的混合物质18。在这种情况下，优选管12应由介电常数低和损耗小的材料如四氟乙烯等形成。注射器14a和注射器14b用于将混合物质18注入到管12内并还使混合物质18在管12中流态化。
在如上构造的测量系统2中，按如下所述测量粉末的相对介电常数。
首先，将在下文中说明来自测量粉末相对介电常数的方法的第一种测量方法。
在粉末相对介电常数的第一种测量方法中，首先制备液体如水、醇等或水、醇等混合的混合物质作为液体介质。如果改变混合液体的比例，则能改变该液体介质的相对介电常数。
通过使用公知的液体介质相对介电常数测量方法如空腔共振器法、S参数法、电容法等测量液体介质的相对介电常数。
然后，将液体介质中混合了粉末作为被测物的混合物质18装入到注射器14a和注射器14b中。然后，将注射器14a插入到管12内，然后从注射器14a中将混合物质18注入到管12内。
然后，在管12中充满混合物质18时将注射器14b插入到管12内。
在这种情况下，优选在混合粉末和液体介质时，应将分散剂混合到液体介质中以加速粉末到液体介质的分散。
通过移动注射器14a和注射器14b的活塞使注入到管12内的混合物质18在管12内流态化。
通过使混合物质18在管12中流态化使粉末均匀地扩散在液体介质中。因此，能获得粉末相对介电常数测量精度的提高。
然后，将来自网络分析仪6的电磁波从环形天线22a输入到空腔共振器10的内部。响应电磁波的输入，来自空腔共振器10的电磁波通过环形天线22b输出到网络分析仪6。
在网络分析仪6中，通过使用从空腔共振器10输出到网络分析仪6的电磁波测量空腔共振器10的共振频率。作为测量结果，共振频率从网络分析仪6输出到运算器8。
然后，通过运算器8计算混合物质18的相对介电常数。
按照这种方式，可通过运算器8计算预定粉末体积比的混合物质18的相对介电常数。
然后，在逐渐改变同一粉末体积比的液体介质的相对介电常数的同时，通过运算器8计算相对于每一液体介质的相对介电常数的混合物质18的相对介电常数。
在运算器8中作显示液体介质的相对介电常数和混合物质18的相对介电常数之间关系的图。
图4为显示液体介质的相对介电常数和混合物质18的相对介电常数之间关系的图。
另外，在图4中，横坐标表示液体介质的相对介电常数，纵坐标表示混合物质18的相对介电常数。另外，画了描绘混合物质18的相对介电常数值(εs)变得等于液体介质的相对介电常数值(ε1)即εs＝εl的各点的辅助线。
在表示混合物质18的相对介电常数相对于液体介质的相对介电常数的曲线和辅助线之间的交点处，液体介质的相对介电常数等于等于混合物质18的相对介电常数。液体介质的相对介电常数等于混合物质18的相对介电常数的事件限于液体介质的相对介电常数等于粉末的相对介电常数的情形。因此，在图4中，在曲线和辅助线交点处的液体介质的相对介电常数和混合物质18的相对介电常数(二者具有相同值)产生了粉末的相对介电常数。
在图4中，由曲线和辅助线间的交点得到粉末的相对介电常数，其中曲线表示分别根据检测的混合物质18的相对介电常数估计的混合物质18相对于液体介质的相对介电常数的相对介电常数，即通过内插混合物质18的多个测量点得到的混合物物质18的相对介电常数。
图5为显示液体介质的相对介电常数和混合物质18的相对介电常数之间另一关系的图。另外，在图5中，横坐标表示液体介质的相对介电常数，纵坐标表示混合物质18的相对介电常数。另外，画了描绘混合物质18的相对介电常数值(εs)变得等于液体介质的相对介电常数值(εl)即εs＝εl的各点的辅助线。
与图4不同，图5显示了当粉末的相对介电常数不能由曲线和辅助线之间的交点检测时得到粉末的相对介电常数的方法，其中曲线表示检测的混合物质18的相对介电常数和通过内插得到的混合物质18的相对介电常数，即混合物质18在内插范围内的相对介电常数。
更具体地，如图5所示，根据混合物质18在内插范围内的相对介电常数估计混合物质18在内插范围外的相对介电常数。换句话说，由混合物质18的相对介电常数(通过基于混合物质18的多个测量点进行内插得到)的曲线和辅助线之间的交点检测粉末的相对介电常数。
如上所述，根据本实施方式，可通过检测混合物质18的相对介电常数变得等于液体介质的相对介电常数的点检测粉末的相对介电常数。因此，可高精度地检测粉末的相对介电常数。
接下来，将在下文中说明来自测量粉末相对介电常数的方法的第二种测量方法。
在粉末相对介电常数的这种测量方法中，首先制备液体介质如离子交换水等。
然后，将液体介质中混合了粉末作为被测物的混合物质18装入到注射器14a和注射器14b中。
然后，将注射器14a插入到管12内，然后从注射器14a中将混合物质18注入到管12内。
然后，在管12中充满混合物质18时将注射器14b插入到管12内。
在这种情况下，优选在混合粉末和液体介质时，应将分散剂混合到液体介质中以加速粉末到液体介质的分散。
通过移动注射器14a和注射器14b的活塞使注入到管12内的混合物质18在管12内流态化。
通过使混合物质18在管12中流态化使粉末均匀地扩散在液体介质中。因此，能获得粉末相对介电常数测量精度的提高。
然后，将来自网络分析仪6的电磁波从环形天线22a输入到空腔共振器10的内部。响应电磁波的输入，来自空腔共振器10的电磁波通过环形天线22b输出到网络分析仪6。
在网络分析仪6中，通过使用从空腔共振器10输出到网络分析仪6的电磁波测量空腔共振器10在TM010模下的共振频率。作为测量结果，共振频率从网络分析仪6输出到运算器8。然后，通过运算器8计算混合物质18的相对介电常数。
按照这种方式，可通过运算器8计算一定粉末体积比的混合物质18的相对介电常数。
在这种情况下，直到目前进行的处理步骤类似于上面第一种测量方法中的那些。
然后，为了提高粉末相对介电常数的测量精度，通过在逐渐改变粉末在注入到管12内的混合物质18中占有的体积比的同时利用运算器8得到混合物质18的相对介电常数。
运算器8将用于由混合物质18的相对介电常数计算粉末的相对介电常数的公式如对数混合定则、Lichtenecker-Rother公式等应用于按照这种方式计算的混合物质18的相对介电常数以计算粉末的相对介电常数。
在运算器8中作显示粉末的体积比和混合物质18的相对介电常数之间关系的图。
图6为基于最小二乘法应用对数混合定则拟合粉末的体积比和混合物质1 8的相对介电常数之间关系得到的图。在图6中，横坐标表示粉末的体积比，纵坐标表示混合物质18的相对介电常数。
在图6中，粉末体积比为1.0的事实表示混合物质18中不存在液体介质而只存在粉末。
因此，粉末的体积比为1.0时得到的相对介电常数值相当于粉末的相对介电常数。因此，通过从图6所示曲线中读出粉末的体积比为1.0时得到的相对介电常数值检测粉末的相对介电常数。
通过检测混合物质18相对于粉末体积比的相对介电常数并根据检测的混合物质18的相对介电常数估计测量范围之外的混合物质18的相对介电常数绘制如图6所示的曲线，即通过检测混合物质18的相对介电常数并通过外推混合物质18的多个测量点绘制如图6所示的曲线。
在图6中，粉末体积比为0.0的事实表示混合物质18中不存在粉末而只存在液体介质。
因此，粉末体积比为0.0时得到的相对介电常数值就是液体介质的相对介电常数。
为此，在液体介质的相对介电常数大大低于或高于粉末的相对介电常数时，曲线的梯度变化变陡。因此，通过外推得到的粉末相对介电常数的测量精度可能被降低。
因此，如果选择相对介电常数值接近于检测的粉末相对介电常数值的液体介质，则当通过外推得到粉末的相对介电常数时能防止测量精度的降低。
对于选择相对介电常数值接近于检测的粉末相对介电常数值的液体介质适用的标准，使用由陶瓷组合物制成的被测粉末的相对介电常数值。
如果选择相对介电常数为由陶瓷组合物制成的粉末的相对介电常数0.5倍至2.0倍的液体介质，则能提高粉末相对介电常数的测量精度。
在这种情况下，在下文中给出上述对数混合定则或Lichtenecker-Rother公式。众所周知，对数混合定则用下式表示。
logεr＝v1logεr1+v2logεr2
另外，Lichtenecker-Rother公式用下式表示。
εr k＝v1εr1 k+v2εr2 k
其中εr：粉末的相对介电常数
εr1：液体介质的相对介电常数
εr2：混合物质18的相对介电常数
v1：液体介质的体积比
v2：粉末的体积比
k：拟合参数(-1≤k≤1)。
如上所述，根据第二种测量方法，可通过使用相对介电常数值接近于检测的粉末相对介电常数值的液体介质检测粉末的相对介电常数。因此，可高精度地得到粉末的相对介电常数。
在第一种和第二种测量方法中，通过使用注射器14a和注射器14b使注入到管12内的混合物质18流态化。在这种情况下，可通过使用图7所示的流态化设备38A使混合物质18流态化。
图7为使用泵的流态化设备38A的示意图。
图7所示的流态化设备38A通过使用泵40使这种混合物质18循环来使混合物质18流态化。
通过使用图7所示的流态化设备38A可使混合物质18中的粉末均匀扩散。因此，能获得粉末相对介电常数测量精度的提高。
接下来，将在下文中说明本发明的另一优选实施方式。
图8为用于实行根据本发明另一优选实施方式的测量粉末相对介电常数的方法的测量系统的截面图。
如图8所示，测量系统30包括网络分析仪6、运算器8、探针32、电缆34和容器36。
网络分析仪6和运算器8与构成测量系统2的相同。
探针32为将来自网络分析仪6的电磁波输入到盛在容器36中的混合物质18中的同轴电缆。这个探针32通过电缆34与网络分析仪6连接。
在按如上构造的测量系统30中，按下面所述测量粉末的相对介电常数。
首先，象用测量系统2测量粉末的相对介电常数那样，制备液体如水、醇等或水、醇等混合的混合物质作为液体介质。通过使用公知的液体介质相对介电常数测量方法如空腔共振器法、S参数法、电容法等测量液体介质的相对介电常数。
然后，将在液体介质中混合了粉末作为被测物的混合物质18盛放到容器36内。然后，通过电缆34将来自网络分析仪6的电磁波从探针32输入到混合物质18内。
响应电磁波的输入，通过电缆34将这种电磁波从探针32输出到网络分析仪6。
在网络分析仪6中，根据从探针32输出到网络分析仪6的电磁波测量探针32的端面和混合物质18之间的反射系数。将反射系数从网络分析仪6中输出到运算器8作为测量结果。在运算器8中计算混合物质18的相对介电常数。
此刻，优选应从超声波发生器(未示出)中输出超声波到容器36以使混合物质18流态化。
当在运算器8中计算混合物质18的相对介电常数时，按与上述测量系统2相同的方式作显示液体介质的相对介电常数和混合物质18的相对介电常数之间关系的图，而且还计算粉末的相对介电常数。
如上所述，根据本发明的另一优选实施方式，可通过使用探针32得到粉末的相对介电常数。因此，可高精度地检测粉末的相对介电常数。
另外，在上述实施方式中，使用超声波使盛放在容器36中的混合物质18循环，但也可使用图9所示的循环设备38B使这种混合物质18循环。图9为使用搅拌桨的循环设备38B的示意图。
如图9所示，流态化设备38B通过促使连接到电机42的搅拌桨44转动使混合物质18流态化。
通过使用图9所示的流态化设备38B可使混合物质18中的粉末均匀扩散。因此，能获得粉末相对介电常数测量精度的提高。
为了阐明本发明更多的优点，将在下文中给出各种实施例。
首先，将在下文中说明根据第一种测量方法的实施例。
实施例1
制备Al2O3粉末作为粉末电介质样品，制备离子交换水和醇混合的混合物质作为液体介质。另外，使用图1所示的测量系统2作为测量系统。
然后，制备在液体物质中混合了样品作为被测物的混合物质18，然后装到注射器14a和注射器14b中。样品中粉末在混合物质18中的体积比设为0.1。使用空腔共振器法测量液体介质的相对介电常数。
然后，将注射器14a插入到管12中，然后将混合物质18注入到管12内。然后，当管12中充满混合物质18时，将注射器14b插入到管12中。
通过移动注射器14a和注射器14b的活塞使注入到管12内的混合物质18在管12内流态化。
本文中，使用直径为80mm和高度为10mm的空腔共振器作为空腔共振器10，使用由四氟乙烯制成并且内径为1mm和外径为3mm的管作为管12。
然后，将来自网络分析仪6的2.5-3.0GHz的电磁波从环形天线22a输入到空腔共振器10内。
响应电磁波的输入，来自空腔共振器10的这种电磁波通过环形天线22b输出到网络分析仪6。通过网络分析仪6根据从空腔共振器10输出到网络分析仪6的电磁波测量空腔共振器10在TM010模下的共振频率。共振频率为2.86GHz。共振频率从网络分析仪6被输出到运算器8作为测量结果，然后通过运算器8计算混合物质18的相对介电常数。
按照这种方式，通过运算器8计算样品体积比为0.1的混合物质18的相对介电常数。
然后，在相同体积比下在8-14.7的范围内逐渐改变液体介质的相对介电常数，通过运算器8计算与每种液体介质的相对介电常数相对应的混合物质18的相对介电常数。
在运算器8中作显示液体介质的相对介电常数和混合物质18的相对介电常数之间关系的图。
图10为显示液体介质的相对介电常数和混合物质18的相对介电常数之间关系的图。另外，在图10中，横坐标表示液体介质的相对介电常数，纵坐标表示混合物质18的相对介电常数。另外，画了描绘混合物质18的相对介电常数值(εs)变得等于液体介质的相对介电常数值(εl)即εs＝εl的各点的辅助线。
在曲线和辅助线之间交点处得到液体介质的相对介电常数和混合物质18的相对介电常数均为12.07，其中曲线显示混合物质18相对于每一种液体介质的相对介电常数的相对介电常数。因此，计算被检测Al2O3粉末的相对介电常数为12.07。
实施例2
制备分别由样品A、样品B、样品C和样品D组成的四种粉末作为样品。
所有这些粉末均由Ba(NdBi)2TiO4制成。样品A通过粉碎试验的烧结粉末形成，样品B由球形粉末形成，样品C由球形粉末形成，样品D通过粉碎样品C形成。
制备将离子交换水、醇和0.3重量％分散剂混合的混合物质作为样品的液体介质。
在这种情况下，样品A在混合物质18中的体积比设为0.2，样品B的体积比设为0.2，样品C的体积比设为0.4，样品D的体积比设为0.4。
制备液体介质中分别混合了样品A、样品B、样品C和样品D作为被测物的混合物质18。然后，使用图1所示的测量系统2作为测量系统计算各种混合物质18的相对介电常数。
在实施例2中，在66-77的范围内改变液体介质的相对介电常数的同时计算分别包含样品A、样品B、样品C和样品D的混合物质18的相对介电常数。
图11为显示液体介质的相对介电常数和混合物质18的相对介电常数之间关系的图。另外，在图11中，横坐标表示液体介质的相对介电常数，纵坐标表示混合物质18的相对介电常数。另外，另外，画了描绘混合物质18的相对介电常数值(εs)变得等于液体介质的相对介电常数值(εl)即εs＝εl的各点的辅助线。
按与实施例1相同的方法，通过读出曲线和辅助线间的交点处液体介质的相对介电常数和混合物质18的相对介电常数计算样品A、样品B、样品C和样品D的相对介电常数。
计算样品A的相对介电常数为82.22，计算样品B的相对介电常数为77.71，计算样品C的相对介电常数为77.34，计算样品D的相对介电常数为79.78。
实施例3
在实施例3中，制备与实施例2相同的样品即分别由样品A、样品B、样品C和样品D组成的四种粉末电介质作为样品。
至于样品中的液体介质，制备在离子交换水中混合了BaTiO3粉末和分散剂的混合物质。
在这种情况下，样品A在混合物质18中的体积比设为0.2，样品B的体积比设为0.2，样品C的体积比设为0.4，样品D的体积比设为0.4。
同实施例2，制备液体介质中分别混合了样品A、样品B、样品C和样品D作为被测物的混合物质18。然后，使用图1所示的测量系统2作为测量系统计算各种混合物质18的相对介电常数。
在实施例3中，在74-96的范围内改变液体介质的相对介电常数的同时计算分别包含样品A、样品B、样品C和样品D的混合物质18的相对介电常数。
图12为显示液体介质的相对介电常数和混合物质18的相对介电常数之间关系的图。另外，在图12中，横坐标表示液体介质的相对介电常数，纵坐标表示混合物质18的相对介电常数。
按与实施例1相同的方法，通过读出曲线和辅助线间的交点处液体介质的相对介电常数和混合物质18的相对介电常数计算样品A、样品B、样品C和样品D的相对介电常数。
计算样品A的相对介电常数为88.71，计算样品B的相对介电常数为77.80，计算样品C的相对介电常数为78.04，计算样品D的相对介电常数为80.32。
在实施例2和实施例3中，样品A、样品B、样品C和样品D的相对介电常数的计算结果示于表1。
表1
    样品A     样品B     样品C     样品D
    实施例2     82.22     77.71     77.34     79.78
    实施例3     88.71     77.80     78.04     80.32
如表1所示，当在分别改变液体介质的相对介电常数后测量各个样品的相对介电常数时，这些相对介电常数变得基本上相等。
接下来，将在下文中说明根据第二种测量方法的实施例。
实施例4
制备分别由样品A、样品B和样品C组成的三种粉末作为样品。
所有这些粉末均由Ba(NdBi)2TiO4制成。样品A通过粉碎试验的烧结粉末形成，样品B由球形粉末形成，样品C通过粉碎样品B形成。
制备由99.7重量％的离子交换水和0.3重量％的分散剂组成的混合物质作为样品的液体介质。使用图1所示测量系统2作为测量系统。
这里，样品中陶瓷组合物的相对介电常数为93，液体介质的相对介电常数为74。因此，液体介质的相对介电常数为陶瓷组合物粉末的相对介电常数的0.80倍。
然后，制备液体介质中混合了样品A作为被测物的混合物质18，然后装到注射器14a和注射器14b中。按样品A中的粉末体积比为0.4的方式制备混合物质18。
然后，将注射器14a插入到管12中，然后将混合物质18注入到管12内。然后，当管12中充满混合物质18时，将注射器14b插入到管12中。
通过移动注射器14a和注射器14b的活塞使注入到管12内的混合物质18在管12内流态化。
这里，使用直径为80mm和高度为10mm的空腔共振器作为空腔共振器10，使用由四氟乙烯制成并且内径为1mm和外径为3mm的管作为管12。
然后，将来自网络分析仪6的2.5-3.0GHz的电磁波从环形天线22a输入到空腔共振器10内。
响应电磁波的输入，来自空腔共振器10的这种电磁波通过环形天线22b输出到网络分析仪6。
通过网络分析仪6根据从空腔共振器10输出到网络分析仪6的电磁波测量空腔共振器10在TM010模下的共振频率。共振频率为2.86GHz。共振频率从网络分析仪6被输出到运算器8作为测量结果，然后通过运算器8计算混合物质18的相对介电常数。
按照这种方式，通过运算器8计算样品A的体积比为0.4的混合物质18的相对介电常数。
然后，在0-0.4的范围内逐渐改变样品A在混合物质18中占有的体积比的同时，按照与样品A的体积比为0.4时相同的方法计算混合物质18的相对介电常数。
在运算器8中作显示粉末的体积比和混合物质18的相对介电常数之间关系的图。
图13为基于最小二乘法应用对数混合定则拟合粉末的体积比和混合物质18的相对介电常数之间关系得到的图。
另外，在图13中，横坐标表示粉末的体积比，纵坐标表示混合物质18的相对介电常数。
图14为基于最小二乘法应用Lichtenecker-Rother公式拟合粉末的体积比和混合物质18的相对介电常数之间关系得到的图。
另外，在图14中，横坐标表示粉末的体积比，纵坐标表示混合物质18的相对介电常数。
在图13中，通过读出粉末体积比为1.0时的相对介电常数值检测样品A的相对介电常数。
另外，在图14中，通过读出粉末体积比为1.0时的相对介电常数值检测样品A的相对介电常数。
然后，按照与测量样品A的相对介电常数时相同的方法检测样品B和样品C的相对介电常数。
样品A、B、C的相对介电常数的测量结果示于表2。
表2
    对数混合定则     Lichtenecker-Rother公式
    样品A     87.5     86.3
    样品B     77.7     76.8
    样品C     80.2     79.6
如表2所示，使用对数混合定则和Lichtenecker-Rother公式得到的样品A、B、C的相对介电常数变得几乎彼此相等。
实施例5
制备由Ba(NdBi)2TiO4制成的球形粉末作为样品。
制备在84.10重量％的离子交换水中混合了15.65重量％的BaTiO3粉末和0.3重量％分散剂的混合物质作为液体介质。
同实施例4，制备在液体介质中混合了样品作为被测物的混合物质18，其中液体介质中混合了离子交换水、BaTiO3粉末和分散剂。使用图1所示的测量系统2作为测量系统计算混合物质18的相对介电常数。
这里，样品中陶瓷组合物的相对介电常数为93，液体介质的相对介电常数为80.1。因此，液体介质的相对介电常数为陶瓷组合物粉末的相对介电常数的0.86倍。
在实施例5中，在0-0.4的范围内逐渐改变样品在混合物质18中占有的体积比的同时检测混合物质18的相对介电常数。
在运算器8中作显示粉末的体积比和混合物质18的相对介电常数之间关系的图。
图15为基于最小二乘法应用对数混合定则拟合粉末的体积比和混合物质18的相对介电常数之间关系得到的图。
在图15中，横坐标表示粉末的体积比，纵坐标表示混合物质18的相对介电常数。
图16为基于最小二乘法应用Lichtenecker-Rother公式拟合粉末的体积比和混合物质18的相对介电常数之间关系得到的图。
在图16中，横坐标表示粉末的体积比，纵坐标表示混合物质18的相对介电常数。
同实施例5，在图15中，通过读出粉末体积比为1.0时的相对介电常数值检测样品的相对介电常数。
另外，在图16中，通过读出粉末体积比为1.0时的相对介电常数值检测样品的相对介电常数。
使用对数混合定则检测的样品的相对介电常数为77.7，而使用Lichtenecker-Rother公式检测的样品的相对介电常数为77.3。因此，两种相对介电常数变成几乎彼此相等的值。
实施例6
制备Al2O3粉末作为样品。制备离子交换水和甲醇混合的混合物质作为液体介质。
改变混入到离子交换水中的甲醇量，制备由液体介质A(相对介电常数10.23)、液体介质B(相对介电常数14.08)、液体介质C(相对介电常数18.26)、液体介质D(相对介电常数22.88)和液体介质E(相对介电常数41.69)组成的五种液体介质。
使用图1所示的测量系统2作为测量系统计算混合物质18的相对介电常数。这里，陶瓷组合物样品的相对介电常数为11。因此，五种液体介质的相对介电常数分别是陶瓷组合物样品的0.93倍(液体介质A)、1.28倍(液体介质B)、1.66倍(液体介质C)、2.08倍(液体介质D)和3.79倍(液体介质E)。
在实施例6中，对于液体介质A，在0-0.2的范围内逐渐改变样品在混合物质18中占有的体积比的同时检测混合物质18的相对介电常数。
在运算器8中作显示粉末的体积比和混合物质18的相对介电常数之间关系的图。
图17为基于最小二乘法应用对数混合定则拟合粉末的体积比和混合物质18的相对介电常数之间关系得到的图。
在图17中，横坐标表示粉末的体积比，纵坐标表示混合物质18的相对介电常数。
图18为基于最小二乘法应用Lichtenecker-Rother公式拟合粉末的体积比和混合物质18的相对介电常数之间关系得到的图。
在图18中，横坐标表示粉末的体积比，纵坐标表示混合物质18的相对介电常数。
同实施例4，在图17中，通过读出粉末体积比为1.0时的相对介电常数值检测样品的相对介电常数。
另外，在图18中，通过读出粉末体积比为1.0时的相对介电常数值检测样品的相对介电常数。
对于液体介质A，使用对数混合定则检测的样品的相对介电常数为12.72，而使用Lichtenecker-Rother公式检测的样品的相对介电常数为12.41。因此，两种相对介电常数具有几乎彼此相等的值。类似地，对于液体介质B、C、D、E，检测样品的相对介电常数。
对于液体介质A、B、C、D、E，检测样品的相对介电常数示于表3。
表3
    对数混合定则     Lichtenecker-Rother公式
    样品A     12.723     12.405
    样品B     12.886     12.456
    样品C     12.837     11.776
    样品D     12.144     8.6696
    样品E     15.314     2.2302
如表3所示，对于液体介质A、B、C，使用对数混合定则和Lichtenecker-Rother公式检测的样品的相对介电常数变得几乎彼此相等。
液体介质的相对介电常数分别是陶瓷组合物样品的相对介电常数的0.93倍(液体介质A)、1.28倍(液体介质B)和1.66倍(液体介质C)。因此，当混合物质的相对介电常数相对于陶瓷组合物样品在0.93倍-1.66倍的范围内时，能高精度地得到粉末的相对介电常数。
本发明不限于上述实施方式和实施例。毋庸讳言，可在本申请权利要求阐明的发明范围内对本申请进行各种改变，这些改变都包含在权利要求内。
在上述实施方式和实施例中，当测量共振频率时，使用TM010模作为共振模。例如，可使用除TM010模之外的TM0m0模(m＝2，3，4，…)作为共振模。
另外，在上述实施方式和实施例中，空腔共振器被形成为圆柱状。但空腔共振器可被形成为正方形、矩形、三角形等。
另外，在上述实施方式中，使用离子交换水作为液体介质。但可使用除离子交换水之外的液体或包含液体和粉末电介质的混合物质作为液体介质。
另外，在上述实施例中，使用注射器14a和注射器14b使注入到管12内的混合物质18流态化。但也可使用图7所示的流态化设备38A使混合物质18流态化。
另外，在上述实施例中，使用注射器14a和注射器14b使注入到管12内的混合物质18流态化。但也可使用图7所示的流态化设备38A使混合物质18流态化。
接下来，将在下文中结合图19-21描述本发明中使用的空腔共振器。
将在下文中结合图20说明空腔共振器成形为圆柱状时产生的电场的分布。
图20(a)显示了理想的圆柱状空腔共振器中TM010模下的电场分布，各自用箭头指示的电场集中在圆柱体的中部。
然后，将作为被测物的电介质放置在共振器的最大电场点处。
如图19(a)所示，理想地希望在本发明粉末相对介电常数的测量中使用的TM010模圆柱状空腔共振器应形成为封闭的圆柱体。
但是，实际上难于从封闭的圆柱体中取出作为被测物的电介质。因此，如图19(b)所示，通过为共振器中部的一处提供开口部分的结构使取出作为被测物的电介质成为可能。
同时，如图20(b)所示，电磁波通过如图19(b)所示的在共振器中形成开口部分的结构中的开口部分从共振器内部泄漏到外部。
存在因电磁波泄漏而使共振频率或空载Q值的测量不稳定的问题，这对介电常数和介电损耗角正切的测量有影响。
为了解决这个问题，如图19(c)(d)所示，在开口部分外部提供支架是有效的。
图19(c)显示了当共振器中部的一处提供开口部分时在开口部分外部提供支架的例子。图19(d)显示了当共振器中部的两处提供开口部分时在两个开口部分外部提供支架的例子。
如图19(c)(d)所示，当构造支架部分的开口部分充分小于共振器的直径时，这种支架部分可作为截止区域。
图21中示出了支架部分的截止频率(TM010模)。
从图21看出，当开口部分的长度变短时，截止频率就变高。
如果共振器的共振频率和支架部分的截止频率之间的差异提高的越大，则截止特性就越优异，并因此可抑制电磁波从共振器的泄漏。
图20(c)示出了当如图19(d)所示提供支架时的电场分布。
如图20(d)所示，当开口部分为圆形时，将直径设为开口部分的长度。当开口部分具有不同于圆形的形状时，将开口部分的最长部分设为开口部分的长度。
这种机理能防止电磁波的泄漏并得到截止结构，从而能稳定地测量共振器的共振频率和空载Q值。
另外，可容易地想到当支架的长度变长时可得到较好的截止。实际上，得到适于得到截止的最佳支架长度是困难的。在一些情况下，使用多余长的支架。
接下来，将在下文中说明检测圆柱状共振器中支架最佳值的模拟。
图22显示了共振器形状所需的条件，其用以进行得到圆柱状空腔共振器支架最佳值的模拟。
现在，如图22所示，通过设置共振器各个部分的形状和电介质的介电常数模拟共振频率。
图23示出了模拟结果。
从图23看出，当改变支架长度时，得到共振频率在h超过约1.5mm的范围内变得恒定的这种截止结构。
接下来，将在下文中说明由于被测电介质的相对介电常数造成的差异。
图24(a)为显示当电介质的相对介电常数分别设为ε＝1、ε＝100和ε＝500时支架长度和共振频率之间关系的原始数据的图，图24(b)为显示相同情况下的规格化数据的图。
从图24(b)看出，如果h/d超过0.5则能得到截止结构。
另外，在下文中将说明由于共振器的高度H造成的差异。
图25(a)为显示当共振器的高度分别设为H＝12.5mm、H＝25mm、H＝50mm、H＝100mm和H＝140mm时支架长度和共振频率之间关系的原始数据的图，图25(b)为显示相同情况下的规格化数据的图。
从图25(b)看出，如果h/d超过0.5则能得到截止结构。
另外，将在下文中说明由于电介质中插入孔的直径d造成的差异。
图26(a)为显示当插入孔的直径d分别设为d＝1mm、d＝3mm和d＝5mm时支架长度和共振频率之间关系的原始数据的图，图25(b)为显示相同情况下的规格化数据的图。
从图26(b)看出，如果h/d超过0.5则能得到截止结构。
在这种情况下，上述模拟适用于图22中的共振器。但上述模拟结果可完全适用于共振器的形状和开口部分的形状被改变的情况。
另外，本发明的空腔共振器不限于粉末应用，而是可适用于任何被测样品，只要这种被测样品由电介质形成即可。
本发明不限于上述实施方式和实施例。毋庸讳言，可在本申请权利要求阐明的发明范围内对本申请进行各种改变，这些改变都包含在权利要求内。
在上述实施方式和实施例中，在混合物质18的相对介电常数的测量中，通过将电磁波输入到空腔共振器中然后根据应答电磁波测量共振频率来检测混合物质18的相对介电常数。例如，如专利文献1所公开，可通过向布置有一对电极并充满混合物质的容器内施加电压来检测混合物质的相对介电常数。
另外，可通过将电磁波输入到波导内然后测量应答电磁波的透射系数和反射系数来检测混合物质的相对介电常数。
另外，在上述实施例中，当测量共振频率时，使用TM010模作为应用的共振模。可使用除TM010模之外的TM0m0模(m＝2，3，4，…)作为共振模。
另外，在上述实施方式和实施例中，可使用测量系统2测量液体物质的相对介电常数。
另外，在上述实施方式和实施例中，空腔共振器被形成为圆柱状。但空腔共振器可被形成为正方形、矩形、三角形等。
另外，在上述实施方式和实施例中，通过在粉末体积比保持不变的情况下改变液体物质的相对介电常数测量混合物质的相对介电常数。在通过选择不同粉末体积比的情况下改变液体物质的相对介电常数测量混合物质的相对介电常数时，可通过应用对数混合定则或Lichtenecker-Rother公式测量混合物质18的相对介电常数。
另外，在上述实施方式中，使用液体如水、醇等或水、醇等混合的混合物质作为液体介质。但也可使用除水或醇以外的液体、它们的混合物质或由液体和粉末电介质组成的混合物质作为液体介质。
另外，在上述实施例中，使用注射器14a和注射器14b使注入到管12内的混合物质18流态化。但也可使用图7所示的流态化设备38A使混合物质18流态化。
可通过利用模为最低模(其具有偏离有限数量共振峰的最低共振频率)和电场集中在空腔共振器中心轴上的特性将空腔共振器中的TM010模应用于以下系统。
可实现电介质测量系统，用于将棒状电介质插入到提供有支架的空腔共振器的中心轴上电场集中部分，然后测量空腔共振器的共振频率和空载Q值，然后根据测量结果测量插入的棒状电介质的相对介电常数和介电损耗角正切。
由于提供有支架的空腔共振器中的TM010模为最低模，因此可实现寄生性能优异的共振器或滤波器。
在这种情况下，当将棒状电介质插入到提供有支架的空腔共振器的中心轴上电场集中部分时，能达到预定的共振特性。

Claims (22)

1.一种测量粉末的相对介电常数的方法，包括以下步骤：
计算由粉末和液体介质组成的混合物质的相对介电常数；和
在混合物质的相对介电常数变得等于液体介质的相对介电常数时计算混合物质的相对介电常数或液体介质的相对介电常数作为粉末的相对介电常数。
2.一种测量粉末的相对介电常数的方法，包括以下步骤：
在共振器中密封由粉末和液体介质组成的混合物质；
向共振器输入电磁波；
根据电磁波的响应计算混合物质的相对介电常数；和
由混合物质的相对介电常数和液体介质的相对介电常数计算粉末的相对介电常数。
3.一种测量粉末的相对介电常数的方法，包括以下步骤：
向装满由粉末和液体介质组成的混合物质的容器中输入电磁波；
根据电磁波的响应计算混合物质的相对介电常数；和
由混合物质的相对介电常数和液体介质的相对介电常数计算粉末的相对介电常数。
4.根据权利要求2或3所述的测量粉末的相对介电常数的方法，其中通过在混合物质的相对介电常数变得等于液体介质的相对介电常数时计算混合物质的相对介电常数或液体介质的相对介电常数作为粉末的相对介电常数来进行粉末的相对介电常数的计算。
5.根据权利要求1至3中任意一项所述的测量粉末的相对介电常数的方法，其中通过在逐渐改变液体介质的相对介电常数的同时测量混合物质的相对介电常数进行检测混合物质的相对介电常数变得等于液体介质的相对介电常数时的时间点的步骤。
6.根据权利要求1至3中任意一项所述的测量粉末的相对介电常数的方法，其中液体介质包含液体。
7.根据权利要求1至3中任意一项所述的测量粉末的相对介电常数的方法，其中液体介质包含液体和粉末电介质。
8.根据权利要求1至3中任意一项所述的测量粉末的相对介电常数的方法，其中液体介质包含液体、粉末电介质和分散剂。
9.一种测量粉末的相对介电常数的方法，包括以下步骤：
在共振器中密封由粉末和液体介质组成的混合物质；
向共振器输入电磁波，然后根据电磁波的响应计算混合物质的相对介电常数；和
由计算的混合物质的相对介电常数和混合物质中粉末的体积比计算粉末的相对介电常数。
10.一种测量粉末的相对介电常数的方法，包括以下步骤：
向装满由粉末和液体介质组成的混合物质的容器中输入电磁波；
根据电磁波的响应计算混合物质的相对介电常数；和
由计算的混合物质的相对介电常数和混合物质中粉末的体积比计算粉末的相对介电常数。
11.根据权利要求9或10所述的测量粉末的相对介电常数的方法，其中液体介质的相对介电常数是粉末成分的相对介电常数的0.5倍或更高。
12.根据权利要求9或10所述的测量粉末的相对介电常数的方法，其中液体介质的相对介电常数是粉末成分的相对介电常数的0.5倍至2.0倍。
13.根据权利要求9或10所述的测量粉末的相对介电常数的方法，其中液体介质包含液体。
14.根据权利要求9或10所述的测量粉末的相对介电常数的方法，其中液体介质包含液体和粉末电介质。
15.根据权利要求9或10所述的测量粉末的相对介电常数的方法，其中液体介质包含液体、粉末电介质和分散剂。
16.根据权利要求9或10所述的测量粉末的相对介电常数的方法，其中使用对数混合定则或Lichtenecker-Rother公式进行粉末的相对介电常数的计算。
17.一种空腔共振器，包括：
在空腔共振器轴向上的中部形成至少一个插入被测电介质的开口部分；和
形成在开口部分外部的支架，
其中开口部分的长度d和支架的长度h之间的关系h/d设为0.5或更高。
18.一种空腔共振器，在包括以下步骤的测量粉末的相对介电常数的方法中使用：在共振器中密封由粉末和液体介质组成的混合物质，然后向共振器输入电磁波，然后根据电磁波的响应计算混合物质的相对介电常数，然后由混合物质的相对介电常数和液体介质的相对介电常数计算粉末的相对介电常数；该空腔共振器包括：
在空腔共振器内形成至少一个插入被测电介质的开口部分；和
在开口部分的外部形成支架，
其中开口部分的长度d和支架的长度h之间的关系h/d设为0.5或更高。
19.一种空腔共振器，在包括以下步骤的测量粉末的相对介电常数的方法中使用：在共振器中密封由粉末和液体介质组成的混合物质，然后向共振器输入电磁波，然后根据电磁波的响应计算混合物质的相对介电常数，然后由计算的混合物质的相对介电常数和混合物质中粉末的体积比计算粉末的相对介电常数；该空腔共振器包括：
在空腔共振器内形成至少一个能插入被测电介质的开口部分；和
在开口部分的外部形成支架，
其中开口部分的长度d和支架的长度h之间的关系h/d设为0.5或更高。
20.一种电介质测量系统，用于将棒状电介质插入到如权利要求17至19中任意一项所述的空腔共振器内，然后测量空腔共振器的共振频率和空载Q值，然后根据测量结果测量插入的棒状电介质的相对介电常数和介电损耗角正切。
21.一种通过将棒状电介质插入到如权利要求17至19中任意一项所述的空腔共振器内实现目标共振特性的共振器。
22.一种通过将棒状电介质插入到如权利要求17至19中任意一项所述的空腔共振器内实现目标共振特性的滤波器。
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