JP2004069337A

JP2004069337A - 磁気センサ、側面開放型ｔｅｍセル、およびこれらを利用した装置

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Publication number: JP2004069337A
Application number: JP2002225436A
Authority: JP
Inventors: Yasunori Miyazawa; 宮澤　安範; Katsuji Uenishi; 上西　克二; Masahiro Yamaguchi; 山口　正洋; Kenichi Arai; 荒井　賢一
Original assignee: RYOWA DENSHI KK
Current assignee: RYOWA DENSHI KK
Priority date: 2002-08-01
Filing date: 2002-08-01
Publication date: 2004-03-04
Anticipated expiration: 2022-08-01
Also published as: JP4219634B2; US6856131B2; US20040021463A1

Abstract

【課題】高周波磁界強度に対して超高周波まで滑らから応答を示す磁気センサを得る。
【解決手段】トリプレート型のストリップ線路構造を有するシールディドループコイル型の磁気センサ１０において、第１層１１と第５層１５のそれぞれに形成された１ターンのループ状のグランド線路２２、２８を並列接続したインダクタンスをＬとし、ギャップ１８ａ、１８ｂを間にして対向する１ターンのループ状のグランド線路端側電極の間で高周波的に形成される合成容量をＣとするとき、積（Ｌ×Ｃ）が２．５×１０^−２０以下とされ、かつ１ターンのループ状のグランド線路２２、２４の最外周長が５０［ｍｍ］以下とされている。
【選択図】図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、高周波磁界強度に対して低周波から超高周波帯域まで滑らかな応答を示す磁界検出コイルとしての磁気センサ、およびたとえば空間的に均一な高周波電磁界を発生する装置に適用して好適な側面開放型ＴＥＭ（Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ　Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｍａｇｎｅｔｉｃ）セル、並びにこれらを応用した透磁率測定装置等に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近の急激なＩＴ（Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）技術の進展に伴い、そのインフラストラクチャーを支える情報・通信機器においては高速化が加速し、多くの機器がＧＨｚ帯までの信号を処理する能力を持つものになってきている。これらの機器の高速性を実現するためには、機器の内部ではＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｃｉｒｃｕｉｔ）を初めとして多数の高周波デバイスが不可欠となっている。
【０００３】
高周波デバイスの中でも磁気材料に絞って見たときには、ＧＨｚ帯で所望の周波数特性を示す軟磁性薄膜への要求が高くなっている。例えば、ＲＦ（Ｒａｄｉｏ　Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）集積化インダクタ等のように、小さな磁界で大きな磁化変化を示し、かつ、低損失のものが望まれる一方、電磁雑音対策用としての電波吸収体では高損失な虚数部の値が大きな透磁率を持つ磁気材料が求められている。
【０００４】
いずれにせよ、これら高周波磁気材料の開発には、材料評価の基準となる高周波帯域での複素透磁率を正しく測定できる装置が必須である。２〜３ＧＨｚ程度まで複素透磁率を測定可能なダブレット構造の空洞で終端を短絡した定在波型透磁率測定装置と、該装置のキーデバイスである磁気センサ（トリプレート型のストリップ線路構造を有するシールディドループコイル型の磁気センサ）が、この出願の発明者の一部により発明され、既に特許第３０８５６５１号として成立している。
【０００５】
さらに、最近では、ブロードバンド・インターネットの要請に適う５ＧＨｚ帯の無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ　Ａｒｅａ　Ｎｅｔｗｏｒｋ）の規格が確定され、それに対応したチップセットや製品の発表が急増している。一方、光通信技術分野では、１０ＧＨｚ光通信モジュールが安価な汎用市場にシフトする動きが強まり、また１０ＧＢＥ（Ｇｉｇａ−Ｂｙｔｅ　Ｅｔｈｅｒｎｅｔ　（登録商標））の規格化の動きも最終局面に至っている。
【０００６】
これら基本周波数が５ＧＨｚを超える信号を扱う機器が爆発的に拡大する傾向にあり、これに呼応して、１０ＧＨｚ以上まで高周波特性が延びた超高周波磁気材料の開発も活発化している。これに伴い、精度良くかつ容易に扱える透磁率測定装置に対しても、１０ＧＨｚ程度まで測定可能な周波数の拡大の要求が緊急の課題となってきている。
【０００７】
当然、それらの機器使用時に当っては超高周波帯域でのＥＭＣ（Ｅｌｅｃｔｏｒ−Ｍａｇｎｅｔｉｃ　Ｃｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｔｙ）も重要な問題であり、ＥＭＣの定量計測実現のためには高周波磁界を精度良く測定できる高感度磁気センサに対する要求も高まってきている。また、磁気センサの周波数応答特性を正確に測定したり、磁気材料の透磁率を測定するためには、デバイスや試料に１０ＧＨｚ程度までの帯域に渡って既知で空間的に均一な高周波電磁界を印加するための電磁界発生装置が必要となってきている。
【０００８】
従来、磁気センサの高周波化を妨げてきた最大の問題は、シールディドループコイル型の磁気センサが高周波的に優れていることは認められながらも、その電気的モデル化が確立されておらず、その周波数応答特性の振舞いがどう成っていれば正しいかも判らず、かつ、磁気センサの何が周波数特性の限界を規定しているかも明らかにされていなかったことにある。
【０００９】
即ち、従来は、シールディドループコイル型の磁気センサの物理的解析が不明のまま、セミリジッド同軸ケーブルから加工された磁気センサのモデルをベースに、プリント基板の加工技術や多層セラミック基板の加工技術を適用した磁気センサが発明されてきた。
【００１０】
従来、実用に供された例を調べてみると、矩形センサの長辺が１０ｍｍ程度のデバイスについては１ＧＨｚ程度、これにトライアンドエラーの工夫を施すか、デバイス形状を数ｍｍ以下に小さくすることによって、３ＧＨｚ程度までの高周波化が図られている。
【００１１】
しかし、シールディドループコイル型の磁気センサとしての動作の物理的原理が解明されないまま、経験的な手法で高性能化をこれ以上進めることは、至って困難な状況となっていた。
【００１２】
高周波化を妨げるもう一つの要素は、高周波で空間的に強度が一定で磁界の向きが平行な高周波磁界の発生手段が得られていないことである。上述したダブレット構造の空洞で終端を短絡した定在波型透磁率測定装置では、空洞内に定在波が立ち、２〜３ＧＨｚ程度が限界である。また、ダブレット構造では、同軸構造伝送線路を伝搬してきたＴＥＭ波と、空洞を伝搬する電磁界モードとしての擬似ＴＥＭ波ではモードが大きく異なる。このため、コネクタ接続部で大きなモード変換損失が生じて、ＲＦ信号源から得られる高周波電力を有効に高周波磁界に変換して使うことは難しい。
【００１３】
また、この損失の問題を避け、かつ均一な高周波電磁界を発生する手段として、ＴＥＭセルが実用に供されている。しかし、ＴＥＭセルでは最高使用周波数が１ＧＨｚ程度に制限されることに加えてＴＥＭセル空洞の外側全面は、構造的にグランド導体の金属で覆われており、空洞内に測定試料を着脱するには大きな困難を伴うもので透磁率測定装置への適用は難しい状況にあった。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、上述した種々の課題を考慮してなされたものであって、以下に列挙する課題を解決する磁気センサを提供することを目的とする。
【００１５】
第１に、磁気センサの物理的限界に迫り、従来技術に比べて数倍以上の高周波化を可能とする。
【００１６】
第２に、周波数に対する感度が高く、定量的な周波数応答特性を示す。
【００１７】
第３に、厳密に電界信号成分の混入を抑え、磁気信号だけを検出できる。
【００１８】
第４に、低コスト、歩留が高く、かつ、製造し易い。
【００１９】
第５に、結果として、透磁率測定の誤差を小さくして高精度化と高周波化を図る。
【００２０】
また、この発明は、以下に列挙する課題を解決する側面開放型ＴＥＭセル（高周波空洞）と透磁率測定装置を提供することを目的とする。
【００２１】
第１に、外部から空洞内部に容易に接近でき、かつ、ある程度の空間的ボリュームの範囲では、周波数に依らず均一な（一定値の平行な）高周波磁界が発生できる構造（側面開放型ＴＥＭセル空洞）を実現する。
【００２２】
第２に、インピーダンス整合が良く、伝送ロスが小さく、周波数依存性の少ない広帯域側面開放型ＴＥＭセル空洞（理想的なＴＥＭ波に近い電磁界が発生でき、種々の計測用高周波標準電磁界源として活用できる）を提供する。
【００２３】
第３に、負荷が固定的なときに、負荷により生じるインピーダンスのずれを補償する構造的変形を施したもの、または空洞内部にインピーダンス補償部材を具備した空洞を提供する。
【００２４】
第４に、透磁率測定装置における高周波化の技術的必須条件の、均一高周波磁界発生の現実化を図る。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
この発明の磁気センサは、第１、第３、第５層の３層の導体層と、前記第１および第３導体層との間および前記第３及び第５導体層の間に配される第２、第４層の２層の誘電体層を備え、トリプレート型のストリップ線路構造を有するシールディドループコイル型の磁気センサにおいて、周上の同一位置にギャップを有する１ターンのループ状のグランド線路が前記第１層と前記第５層に対向して形成され、前記各グランド線路の中央から外方に延びる出力リード用のグランド線路が形成され、前記第３層に形成され、一端側がビアを介して前記第１層と第５層のループ状のグランド線路の前記ギャップ端の近くに接続され、前記一端側が前記ギャップ部を延び、さらに前記ループ状のグランド線路の対向面の間を延びて略半ターンのループ状の信号線路とされ、前記信号線路の他端側が、前記外方に延びる前記出力リード用の前記グランド線路の対向面の間を延び、出力リード用の信号線路とされるトリプレート型のストリップ線路構造を有し、前記第１層と第５層のそれぞれに形成された前記１ターンのループ状のグランド線路を並列接続したインダクタンスをＬとし、前記ギャップを間にして対向する前記１ターンのループ状のグランド線路端側電極の間で高周波的に形成される合成容量をＣとするとき、前記インダクタンスＬと前記合成容量Ｃとの積ＬＣが２．５×１０^−２０以下とされ、かつ前記１ターンのループ状のグランド線路の最外周長が５０［ｍｍ］以下とされていることを特徴とする（請求項１記載の発明）。
【００２６】
前記１ターンのループ状のグランド線路は、長方形、５角形以上の多角形、円形あるいは楕円形等に形成され、前記ギャップの形成位置は、前記１ターンのループ状のグランド線路の中央から外方に延びる出力リード用グランド線路が形成された半周側の反対の半周側の周上のどこかの位置、たとえば、中央位置、長方形であれば上辺の位置等とする。
【００２７】
上記構成の磁気センサは、以下の種々の作用効果を奏する。すなわち、磁気センサの物理的限界に迫り、従来技術に比べて数倍以上の高周波化を可能とする。また、周波数に対する感度が高く、定量的な周波数応答特性を示す。さらに、厳密に電界信号成分の混入を抑え、磁気信号だけを検出できる。さらにまた、低コスト、歩留が高く、かつ、製造し易いという作用効果を奏する。
【００２８】
この場合、前記磁気センサにおいて、前記第２、第４層の誘電体層の、前記１ターンのループ状のグランド線路の内周側の位置に開口を形成する（請求項２記載の発明）。この開口内に磁性試料を挿入して使用される磁気センサを透磁率測定装置に利用することにより、透磁率の測定誤差が小さくなり、高精度化と高周波化を同時に図ることができる。
【００２９】
ここで、磁気センサ中、第１層と第５層のグランド線路を接続する複数のビアを形成することで、不要モードの発生を抑制することによって磁気センサの高周波特性を物理的限界まで近づけることができる（請求項３記載の発明）。
【００３０】
さらに、磁気センサの第３層の導体層に形成されている略半ターンのループ状の信号線路および前記出力リード用の信号線路のそれぞれ両側に、前記ビアに接続されたグランド導体線路を形成することで、電界シールド効果が高くなり、信号線路およびセンサコイルとして機能するグランド線路の線幅を物理的に細くすることができる（請求項４記載の発明）。
【００３１】
この発明の側面開放型のＴＥＭセルは、直方体の導体に、長さ方向側面から垂直方向に長方形四隅を落とした横長八角形の内側断面を持つ空洞を形成して上下面グランド電極と長さ方向両端面グランド電極からなる高周波空洞グランド胴体を形成し、前記両端面グランド電極の中心にパネル取り付け型の第１および第２の高周波同軸コネクタを配し、当該高周波同軸コネクタそれぞれのセンタピンの対向する電極間には、幅が前記上下面グランド電極幅の０．７倍より狭い長方形形状の四隅を落とした横長八角形の板状の高周波信号電極を、前記上下面グランド電極と平行に配し、前記高周波信号電極と前記上下面のグランド電極とが、前記高周波コネクタ間でトリプレート構造の伝送線路を形成し、前記板状の高周波信号電極の、前記高周波同軸コネクタのセンタピンとの接続断面の横幅が前記板状の高周波電極の板厚の３倍以内の値とされ、前記トリプレート構造の伝送線路の全長に渡って特性インピーダンスが５０Ωに制御されていることを特徴とする（請求項５記載の発明）。
【００３２】
この発明によれば、高周波空洞の中央部では、電界が板状の高周波信号電極の電極面から上下面グランド電極に向かう垂直向きとなり、磁界が高周波信号の伝搬方向および前記電界方向に互いに直交する方向、すなわち、高周波信号電極と上面グランド電極に平行で、前記高周波信号の進行方向に直角な向きとなる。しかも、ある程度の空間的広がり範囲では、電磁界強度は略一定であって、その向きが互いに直交する。
【００３３】
さらに、この発明の透磁率測定装置は、特性インピーダンス５０Ωの平行伝送線路構造の空洞の一端から高周波信号が入力され、前記空洞の他端を短絡するか終端抵抗で整合して空洞中に前記高周波信号の進行方向に直角かつ前記平行伝送線路に対して平行の高周波磁界を発生させ、この高周波磁界中に、前記請求項２〜４のいずれか１項に記載の前記磁気センサの前記開口が前記高周波磁界と直交しかつ前記ギャップが前記平行伝送線路中、高周波信号伝送線路に対向するように配置し、前記開口中に磁性試料を水平に挿入配置し、前記高周波信号の進行方向と同じ向きに外部直流磁界の大きさを変えて印加したときの、前記磁性試料の磁気飽和時と非飽和時における前記磁気センサの誘起電圧と前記磁気センサのインピーダンスを測定して、前記磁性試料の複素透磁率を測定することを特徴とする（請求項６記載の発明）。
【００３４】
この発明では、平行伝送線路構造の空洞として、ダブレット型の空洞あるいはトリプレート型の空洞のいずれも使用することができる。たとえばダブレット型の空洞の他端を短絡して使用する構造とすることで、廉価な透磁率測定装置となる。
【００３５】
また、前記特性インピーダンス５０Ωの平行伝送線路構造の空洞として、前記第２の高周波同軸コネクタが５０Ω終端されたトリプレート型の側面開放型ＴＥＭセルを用いることで、空洞中に、超広帯域に渡りきわめて均一な高周波電磁界を発生することができる（請求項７記載の発明）。
【００３６】
この場合において、前記磁気センサが、前記高周波信号電極と前記下面グランド電極との間の下半分の空間に配されるとき、前記上面グランド電極の前記高周波信号電極で形成される上半分の空間が拡張するように前記上面グランド電極の前記高周波信号電極の対向面側が加工され、前記側面開放型ＴＥＭセル全体の伝送方向各部の特性インピーダンスが５０Ωに整合性されるようにすることで、より一層不要モードの発生を抑制することが可能となり、より一層高周波帯で使用することができる（請求項８記載の発明）。
【００３７】
ここで、前記側面開放型ＴＥＭセルの下面グランド電極の中央には電磁波進行方向に沿って前記開口を有する前記磁気センサ中、センサヘッド部として機能する前記１ターンのループ状のグランド線路が挿入できる大きさのスリットを形成し、前記１ターンのループ状のグランド線路全体が前記スリットを介して前記下半分の空間に挿入されたときの挿入位置が、前記磁気センサと前記高周波信号電極との正方向伝達係数Ｓ２１が−１０［ｄＢ］より小さい値となる挿入位置にすることにより、電磁界の空間的乱れを最小にすることができる（請求項９記載の発明）。もちろん、前記開口が、前記側面開放型ＴＥＭセルの前記下半分の空間の中に存在することはいうまでもない。前記１ターンのループ状のグランド線路パターンの下端位置が、前記側面開放型ＴＥＭセルの下面グランド電極の空洞側の面に一致する程度の位置が好ましい。
【００３８】
さらには、前記特性インピーダンス５０Ωの平行伝送線路構造の空洞の開口から漏れでる高周波電磁波を反射し、干渉し、または吸収する電磁波抑制部材を前記空洞の近傍に配置することで、空洞外部境界で反射した空洞の開口への高周波電磁波の反射もどり強度を抑える、または反射波の位相を乱して、共振横モードが生じるのを抑制することができる（請求項１０記載の発明）。なお、電磁波抑制部材としては、反射板、干渉板または電波吸収板を使用することができる。
【００３９】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００４０】
図１は、この発明の第１実施形態に係る磁気センサ１０の斜視図、図２は、図１の磁気センサ１０のＩＩ−ＩＩ線断面図、図３は、磁気センサ１０の分解斜視図を示している。図４は、磁気センサ１０の導体パターンの一部の模式図を示している。
【００４１】
この第１実施形態の磁気センサ１０は、基本的には、磁気を検出するセンサとして機能するシールディドループコイル１００と、後述する同軸線等に接続される高周波接続部１０２と、シールディドループコイル１００および高周波接続部１０２とを接続する出力リード部１０４とから構成されている。
【００４２】
図１〜図４において、磁気センサ１０は、第１層（表面導体層または第１表面導体層ともいう。）１１、第３層（内部導体層ともいう。）１３、第５層（裏面導体層または第２表面導体層ともいう。）１５の３層の導体層と、第１表面導体層１１と内部導体層１３との間および内部導体層１３と第２表面導体層１５の間に配される第２層（誘電体層）１２および第４層（誘電体層）１４の２層の誘電体層を備える５層のプリント配線回路基板で作製された、トリプレート型のストリップ線路構造を有するシールディドループコイル型の磁気センサ１０の構成とされている。
【００４３】
この第１実施形態では、５層構造のプリント配線回路基板として、従来、標準的に使われているガラスエポキシ系樹脂のプリント基板材料のＦＲ４に比較して、誘電率および周波数分散が比較的に小さく高周波特性が優れているＰＰＥ（ポリフェニレンエーテル）樹脂で０．２［ｍｍ］厚みの誘電体層１２、１４と、それぞれＣｕで厚み１８［μｍ］の第１および第２表面導体層１１、１５並びにＣｕで厚み３５［μｍ］の内部導体層１３からなる基板を使用している。
【００４４】
このシールディドループコイル型の磁気センサ１０は、シールディドループコイル１００中に、第１〜第５層１１〜１５を貫通する開口１６を有している。
【００４５】
なお、開口１６は、後述するように、複素透磁率を測定しようとする磁性薄膜試料挿入用の開口として設けているので、磁性薄膜試料挿入用の開口が不要な磁気センサとして使用する場合には、第２、第４層の誘電体層１２、１４には設ける必要はない。すなわち、この発明の磁気センサとしては、貫通する開口１６の不要な形状も採りうる。
【００４６】
図５は、貫通する開口１６の不要な第２実施形態の磁気センサ１０Ａの構成を示している。なお、この磁気センサ１０Ａの構成は、開口１６が存在しない以外は、図１〜図４に示す第１実施形態の磁気センサ１０と同一の構成である。
【００４７】
図１〜図４に示す第１実施形態では、シールディドループコイル１００を構成する開口１６の周囲に、周上の同一位置にギャップ１８ａ、１８ｂを有する１ターンのループ状のグランド線路２２、２４が、第１層（第１導体表面層）１１と第５層（第２導体表面層）１５に対向して形成されている。
【００４８】
さらに、１ターンのループ状のグランド線路２２、２４の中央から外方に延びる出力リード部１０４を構成するグランド線路２６、２８が形成されている。
【００４９】
図６にも示すように、一端側がループ状のグランド線路２２、２４の中央部に接続されるこのグランド線路２６、２８の他端側は、同軸線４０と５０Ω系で接続するために、徐々にパターン幅が広げられたＵ字状のグランド線路３６とされている。この徐々にパターン幅が広げられる部分、換言すれば、前記Ｕ字状（２本の縦線部と、この２本の縦線部の一端側を接続する略円弧状部からなる形状、袖状ともいう。）のグランド線路３６の略円弧状部のグランド線路上に、この第１実施形態の磁気センサ１０では、第１表面導体層１１と第２表面導体層１５の間に前記グランド線路に沿ってそれぞれ３個のビア６２、６４が、磁気センサ１０の長さ方向の軸（信号線路３４（たとえば、図３参照）の延長方向）に対称に形成されている。
【００５０】
さらに第３導体層１３には、一端側がビア３０を介して第１導体層１１と第５導体層１５のループ状のグランド線路２２、２４のギャップ端の近くに接続され、その一端側がギャップ１８ａ、１８ｂの部分を延び、さらにループ状のグランド線路２２、２４の対向面の間を延びて略半ターンのループ状の信号線路３２が形成され、ストリップ線路となっている。
【００５１】
略半ターンのループ状の信号線路３２の他端側が、外方に延びるグランド線路２６、２８の対向面の間を延び、出力リード部１０４を構成する信号線路３４の一端側に接続され、ストリップ線路となっている。
【００５２】
この信号線路３４の他端側は、図６に示した同軸線４０の信号線電極４２と半田付け等で接続するための切欠ビア４４に接続されている。
【００５３】
ここで、同軸線４０は、特性インピーダンスが５０Ω、外部導体５０がＣｕのパイプ、誘電体がポリテトラフルオロエチレン製の樹脂、信号線電極４２となる中心導体がＣｕの単線または撚線の、いわゆるセミリジッドケーブルを使用している。
【００５４】
なお、図６に示す、磁気センサ１０の切欠ビア４４と袖状のグランド線路３６に対する同軸線４０の高周波伝送線接続構造は、損失が少なく、かつインピーダンス整合のきわめて良好な接続であり（接続部で、５０±１［Ω］以内を容易に実現することができる。）、この出願の発明者の一部が、特願２００２−５６４００号明細書で提案した一例を示している。
【００５５】
この高周波伝送線接続構造において、袖状のグランド線路３６間の間隙に同軸線４０の一端側の外部導体５０を挿入して外部導体５０と袖状のグランド線路３６とを半田５２（好ましくは、外部導体５０の両側の上下、合計４箇所）で接続するとともに、電極（同軸線の心線）４２と切欠ビア４４とを半田で接続する。
【００５６】
なお、同軸線４０の他端側は、ＳＭＡ型の同軸コネクタ５８に接続される。同軸線４０および同軸コネクタ５８が接続された磁気センサ１０、１０Ａを（後述する磁気センサ１０Ｂ〜１０Ｇについても）磁気センサ組立体６０という。
【００５７】
ここで、この発明の根幹に係わるシールディドループコイル型磁気センサ１０の全周波数領域に渡る物理特性の振舞いを、正しく記述する電気的マクロモデルについて説明する。なお、この第１実施形態の磁気センサ１０において、シールディドループコイル１００は、図３を参照して説明すれば、開口１６と、ギャップ１８ａ、１８ｂを有する１ターンのループ状のグランド線路２２、２４と、このグランド線路２２、２４にビア３０を介して電気的に接続されている略半ターンのループ状の信号線路３２と、これら開口１６、ギャップ１８ａ、１８ｂ、グランド線路２２、２４、信号線路３２がパターンとして形成されている部分の誘電体層１２、１４とから構成されている。
【００５８】
図７は、１０［ＧＨｚ］以上の周波数まで応答する試作した磁気センサ１０の出力リード部１０４の一部が接続されたシールディドループコイル１００の模式図である。シールディドループコイル１００のサイズは、外部が３．６［ｍｍ］×６．８［ｍｍ］（外周長２０．８［ｍｍ］）の長方形、内部が１．８［ｍｍ］×４．８［ｍｍ］（内周長１３．２［ｍｍ］）の長方形形状となっており、上部に０．５［ｍｍ］のギャップ１８（１８ａ、１８ｂ）が設けられている。
【００５９】
この場合、トリプレート構造の第１表面導体層１１と第２表面導体層１５のＣｕのグランド線路２２、２４は、グランド電極であり、厚さは上述したように１８［μｍ］である。中間の内部導体層１３の略半ターンのループ状の信号線路３２は、信号電極面であり、この信号電極面の信号線路３２は、この信号線路３２を上下に挟むグランド線路２２、２４とで５０Ωのストリップ線路を形成して出力リード部１０４に接続されている。
【００６０】
グランド線路２２、２４の導体は、紙面に垂直に鎖交する外部磁界に対して各々１ターンのループコイルとして作用し、コイル上部の間隙１８の間にはファラデーの法則に従った誘導起電力が発生する。
【００６１】
第１表面導体層１１と第２表面導体層１５で並列に接続されたグランド線路２２、２４を１ターンのコイルとしてみたときのインダクタンスＬの値は、物理的形状とサイズで規定されて決定される。
【００６２】
また、コイル上部の０．５［ｍｍ］の間隙であるギャップ１８には、グランド線路２２、２４の電極端部２２ｘと２２ｙ、２４ｘと２４ｙ同士が対向した時に形成される容量と、同一平面上に広がりを持った電極（電極端部２２ｘと２２ｙ、２４ｘと２４ｙ近傍のグランド線路２２、２４同士）間に形成される容量を合成した容量Ｃ、すなわちギャップ１８ａ、１８ｂを間にして対向する１ターンのループ状のグランド線路２２、２４の端側電極の間で高周波的に形成される合成容量をＣとするとき、ギャップ１８を間にして対向する電極間で高周波的に形成される合成容量Ｃが形成される。この合成容量Ｃの値も物理的形状とサイズで一義的に決まる値である。
【００６３】
一方、グランド線路２２、２４と信号線路３２は、ビア３０を介して、図７中、ギャップ１８の右傍で接続されているため、ギャップ１８間に発生した誘起電圧は、インダクタンスＬと並列に接続された容量Ｃの合成インピーダンスを経由して５０Ωの伝送線路である出力リード部１０４に接続され伝送され（ループアンテナとして機能するシールディドループコイル１００をデバイスとしてみたとき、デバイス内にグランド線路２２、２４と信号線路３２で形成されるストリップ線路と、出力リード部１０４のストリップ線路を経由して、このデバイスの外に取り出され）、最終的には伝送線路の固有インピーダンス５０Ωに整合して検出される。具体的には、出力リード部１０４から接続部１０２および同軸線４０を通じて５０Ωの終端器に接続され、その終端器の端子間電圧として検出される。
【００６４】
図８は、上述した作用を忠実にモデル化したマクロモデルＭＭである。シールディドループコイル１００が存在する周囲の空間に振幅一定で均一に分布する角周波数ω［ｒａｄ／ｓｅｃ］の高周波磁界ｈ［Ａ／ｍ］は、インダクタンスＬへの変換係数をｋ［ｍ］として誘起電圧ｋ・ωＬ・ｈを発生する。
【００６５】
磁気センサ１０のデバイス中に形成された各種ストリップ線路を含め、理想的な伝送線路Ｔを経由して完全に整合されて検出される電圧信号は、より簡略した電気的マクロモデルＭＭとして図９に示すように表すことができる。
【００６６】
このとき、抵抗値Ｒ＝５０Ωの終端抵抗器に発生する検出電圧Ｖは、並列に接続されたインダクタンスＬと容量Ｃとの合成インピーダンスをＺｓとするとき、次の（１）式で表される。
【００６７】
Ｖ＝ｋ・ωＬ・ｈ×Ｒ／（Ｚｓ＋Ｒ）
＝ｋ・ωＬ・ｈ×５０／（Ｚｓ＋５０）
＝５０（１−ω^２ＣＬ）ｋωＬｈ／｛ｊωＬ＋５０（１−ω^２ＣＬ）｝…　（１）
ここで、合成容量ＣがＣ＝３．０×１０^−１５［Ｆ］＝３［ｆＦ］、インダクタンスＬがＬ＝３．９×１０^−９［Ｈ］＝３．９［ｎＨ］として、（１）式を計算する。
【００６８】
図１０は、検出電圧Ｖの計算値（一点鎖線）と、磁気センサ１０のネットワークアナライザによるＳパラメータの正方向伝達係数Ｓ２１の実測値（実線）の利得特性を示している。周波数１００ＭＨｚから９ＧＨｚまでの全ての周波数で観測値である実測値（実線）と上記（１）式による予測値である計算値（一点鎖線）が、良く一致していることが確認できる。
【００６９】
容量ＣとインダクタンスＬの値についても、Ｍａｘｗｅｌｌの方程式を有限要素法を使って解析するソフトウエアから求めた値とも近い値であった。積ωＬが５０Ωより小さいときには、検出電圧Ｖｏは、ｋ・ωＬ・ｈと周波数に比例して利得が増大し、純粋にコイルと見なされる特性である（図１０の例では、低周波から１［ＧＨｚ］近傍までの特性）。
【００７０】
一方、積ωＬが５０Ωより大きい領域では、５０・ｋ・ｈと周波数に依存せず一定の利得を示す（４ＧＨｚ近傍〜１０ＧＨｚ近傍）。そして、さらに、高い周波数でω^２ＣＬ＝１に近づくと緩やかに利得は下がる。
【００７１】
図１０に示すように、単純にＬＣの並列共振周波数（ｆｐとする。）を計算するとｆｐ＝４６ＧＨｚとなるが、実測値ではそれよりも低周波の約１５ＧＨｚに鋭い共振状の利得の落ち込みが観測される。
【００７２】
この周波数（ノッチ周波数ｆｎという。）１５ＧＨｚの自由空間での波長を調べて見ると、ちょうど、これは図７に示したシールディドループコイル１００の外周長（最外周長）２０．８［ｍｍ］）の長さに略一致する値となっており、低インピーダンスの電圧信号源ｋωＬｈと出力リード部１０４までの間のシールディドループコイル１００の物理長に対応しているので、現象的に妥当な値であるといえる。
【００７３】
以上、図７例のシールディドループコイル１００では、比較的物理形状が大きい場合を扱った。それにも拘わらず９ＧＨｚを超える周波数特性を示し、最高周波数を制限するものはコイルの最外周の長さ（最外周長）であることが分かった。もちろん、これはＬＣ並列共振周波数がより高い周波数にあるためである。
【００７４】
一方、さらなる高周波特性を得るためには、コイルサイズを小さくしてコイルの最外周の長さの制限を解放してやれば良い。
【００７５】
例えばセラミックとリソグラフィー技術、またはＳｉ半導体プロセス技術を適用して、一辺が１ｍｍ程度以下のシールディドループコイルを作ることができる。そのとき、物理的サイズに比例してＬは小さくできるが、Ｃは単純には減らすことができなくなって、ＬＣ並列共振周波数ｆｐがコイルの最大周波数をリミットすることになる。
【００７６】
以上示した通り、シールディドループコイル１００からなる磁気センサ１０の電気的マクロモデルＭＭと物理的特性が初めて明らかとなり、かつ理想的なモデルＭＭにおける磁気センサ素子の特性を制限する条件が明らかになった。
【００７７】
上記のように作用する第１実施形態のトリプレート型のストリップ線路構造を有する磁気センサ１０は、ＬＣの並列共振周波数ｆｐがｆｐ≧１［ＧＨｚ］以上の高周波の領域で他の原理の磁気センサより優れた特性を発揮でき、かつノッチ周波数ｆｎに関しｆｎ≧６［ＧＨｚ］以上が有効であることを考慮すると、第１層（第１表面導体層）１１と第５層（第２表面導体層）１５のそれぞれの導体層に形成された１ターンのループ状のグランド線路２２、２４を並列接続したインダクタンスをＬとし、ギャップ１８ａ、１８ｂを有する半ターン側のグランド線路２２、２４のギャップ１８ａ、１８ｂを間にして対向する電極間で高周波的に形成される合成容量をＣとするとき、インダクタンスＬと合成容量との積ＬＣがＬＣ＝２．５×１０^−２０以下とされ、かつ１ターンのループ状のグランド線路２２、２４の上述した最外周長が５０［ｍｍ］以下とされていることが好ましい。なお、図１１は、並列共振周波数ｆｐと積ＬＣとの関係を示している。
【００７８】
１ターンのループ状のグランド線路２２、２４は、長方形、５角形以上の多角形、円形あるいは楕円形等に形成され、ギャップ１８ａ、１８ｂの形成位置は、１ターンのループ状のグランド線路２２、２４の中央から外方に延びる出力リード部１０４のグランド線路２６、２８が形成された半周側の反対の半周側の周上のいずれかの位置、たとえば、中央位置（図１に示す位置）、長方形であれば上辺の位置等とする。
【００７９】
第１実施形態の磁気センサ１０についてさらに補足的な説明を加える。
【００８０】
図３に示すように、内部導体層１３に形成されている略半ターンのループ状の信号線路３２および直線状の信号線路３４は、線路幅およびコーナー部特性インピーダンス５０Ωとなるように隅を切り落として設計し、かつ、同軸線４０との高周波接続部１０２は、上述したように、特願２００２−５６４００号明細書で開示した技術（図６参照）で設計し、基板作成プロセスを管理して加工した結果、５０±０．５［Ω］以下にインピーダンス制御された線路で信号を伝搬でき、たとえばネットワークアナライザーの第２ポートに入力され、伝送線路の特性インピーダンスに５０Ωにマッチングされた無反射終端された検波器（図示省略）に接続される。
【００８１】
従来は、シールディドループコイルより発生した信号を前記検出器まで伝搬する際、伝送線路上に存在するインピーダンスが乱れている点で生じる反射と、物理的に短絡終端としての作用を持つコイル接続点（ビア３０の形成されている点）における反射とが多重干渉を起こし、大小の多数の異常共振が発生して、結果的に利得が乱れるためにそれが磁気センサの帯域制限となっていることが十分には認識されていなかった。
【００８２】
前記の実施形態のように、５０±０．５［Ω］以下に制御できれば、伝送線路上の信号の乱れが発生せず、１ターンのループコイル（１ターンコイル）部の理論的特性がそのまま観測された。センサの利得特性誤差をどこまで許容するかにも依存するが、インピーダンス誤差は５０±５［Ω］以内に制限することが望ましいことが分かった。
【００８３】
さらに、これらインピーダンスの乱れに原因するものに加え、従来は純粋なコイルを仮定し、周波数に比例して電圧利得が増大するのが理想と考えられ、利得が飽和気味に現れる特性を周波数の限界と捉える解釈もあったが、フォトリソグラフィー技術を使って磁気センサ１０の形状は再現性良く製作できるので、上記周波数感度特性を１ｄＢ以内で再現できる。
【００８４】
１ターンのループコイルとして働くグランド線路２２、２４の線幅に関しては、検出する磁界を乱さないようにするにはなるべく狭い方が良い。一方、グランド線路２２、２４のインピーダンスを設計の５０Ωに一致するようにし、かつ高周波電磁界のシールド特性を保つためにはなるべく広い方が良い。
【００８５】
実用的には、グランド線路２２、２４並びにグランド線路２６、２８は、信号線路３２、３４の線路幅の８倍以下で２倍以上とするように選ぶと良い結果が得られた。
【００８６】
なお、たとえば図４に示すように、有限の線幅を持ったコイルであるグランド線路２２、２４に対して、実際に検出される磁界の磁束密度は、コイルであるグランド線路２２、２４の凡そ中心線６６で囲まれた範囲が誘起電圧Ｖに寄与していることが実験的に確かめられている。この中心線６６の内側の面積をコイル有効面積という。
【００８７】
また図１２に再掲するように、第１実施形態のシールディドループコイル１００は、上部中心にギャップ１８を持つループコイルが電気的に左右対称な形状をしているため、両端に矢印を有する矢線で示した電界に対してモノポール・アンテナとして作用する左右の電極部７２、７３では、実質的に電界誘起電流または電圧信号が同一で逆向きとなるような信号が生じるので、ストリップ線路に伝搬される磁界信号には重畳される高周波電界誘起信号が互いにキャンセルして、出力リード部１０４に導出される出力信号には電界信号による誤差は小さく抑えられる特性を示す。その結果、進行波モードの電磁界に対しても、磁界成分の大きさだけを選択的に超高周波まで正しく計測できる。電気的構造の左右対称のバランスが厳密には確保できなかった場合でも、その周波数応答は、周波数の２乗に比例した特性を示すので、磁界信号と同程度の大きさになる周波数より周波数以下では急激に減衰するので、実質的に無視できる大きさの誤差とすることができる。
【００８８】
この特性は、後述する透磁率測定装置の高精度化と広帯域化の実現に決定的に寄与する作用として働く。
【００８９】
なお、シールディドループコイル１００の形状としては、図１（図１２）に示した、磁気センサ１０の長軸に対して左右対称な形状ではなく、図１３に示すように、ギャップ１８が長辺の端にあるシールディドループコイル１００ｘ、図１４に示すように、円状のシールディドループコイル１００ｙ、さらには、図１５に示すように、円周の横側にあるシールディドループコイル１００ｚとすることができる。これらの場合には、略半ターンのループ状の信号線路３２は、図１３例では約２／３ターンの信号線路３２ｘ、図１５例では約１／４ターンの信号線路３２ｚになる。
【００９０】
図１６、図１７、図１８は、それぞれ、第３、第４、第５実施形態の磁気センサ１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄの構成を示す斜視図である。なお、以下に参照する図面において、図１〜図１５に示したものと対応するものには同一の符号を付け、その詳細な説明は省略する。
【００９１】
図１６の磁気センサ１０Ｂでは、シールディドループコイル１００Ｂを構成する１ターンのループ状のグランド線路２２、２４の周囲の４隅部を接続するビア（グランドビア）１２０と、出力リード部１０４のグランド線路２２、２４の両端４箇所を接続するビア（グランドビア）１２２を形成している。
【００９２】
図１７のシールディドループコイル１００Ｃを有する磁気センサ１０Ｃでは、ビア１２０、１２２に加えて、さらに、出力リード部１０４のグランド線路２６、２８の軸に沿って対称に４個のビア（グランドビア）１２４を形成している。
【００９３】
図１８のシールディドループコイル１００Ｄを有する磁気センサ１０Ｄでは、さらに、略半ターンのループ状の信号線路３２に沿っておよび開口１６の４隅にビア（グランドビア）１２６を形成している。
【００９４】
ビア１２０、１２２、１２４、１２６が形成されていないときには、上下のグランド線路２２（２４）、２６（２８）の対向面間が独立電極として電磁界に作用することによって生じる不要モードが発生し、１０ＧＨｚ近傍では感度特性に緩やかな周波数依存性が見られる。
【００９５】
ビア１２０、１２２、１２４、１２６および袖部３６のビア６２を形成することによって、上下全てのグランド電極が電気的に強く結合されるため、独立電極的挙動は抑圧され、結果的に不要モードの発生が抑えられて高周波まで平坦な応答特性が得られる。
【００９６】
特に、３ＧＨｚ以上の周波数帯域では、センサ感度がなだらかに最大数ｄＢ程度落ち込む場合があるが、図１６、図１７に示す構造のビア１２０、１２２、１２４を形成することによって完全に感度、すなわち誘起電圧Ｖの落ち込みを避けることができる。
【００９７】
図１８に示すように、１ターンのループ状のグランド線路２２、２４の内側、すなわちコイル内側にもビア１２６を形成した場合には、図１６例の感度曲線とほとんど差異が認められなかった。
【００９８】
よって、実用的には、１ターンのループ状のグランド線路２２、２４の内側または外側、すなわちコイルの内側または外側だけにビアを設ければ理想的な感度特性が実現できる。
【００９９】
なお、ビア１２０、１２４等を形成する目的は、不要モードを抑圧して理想的な磁気センサ１０の感度特性を得ることにあるが、信号線路３４等の脇にグランド短絡線を形成することになるので、副次的には、電界シールド効果も得られる可能性がある。
【０１００】
図１９、図２０は、第６、第７実施形態の磁気センサ１０Ｅ、１０Ｆの内部導体層１３の正面図を示している。
【０１０１】
図１９例のシールディドループコイル１００Ｅの磁気センサ１０Ｅでは、略半ターンのループ状の信号線路３２および出力リード部１０４の信号線路３４をそれぞれ両側から沿うようにグランドビアとグランドビアとを接続するグランド導体線路１３２、１３４を設けている。
【０１０２】
また、図２０例のシールディドループコイル１００Ｆの磁気センサ１０Ｆでは、略半ターンのループ状の信号線路３２および出力リード部１０４の信号線路３４の片側に沿うようにグランド導体線路１３２を設けるとともに、信号線路３２のもう片側に沿いかつ開口１６の周囲に沿うグランド導体線路１３６とシールディドループコイル１００Ｆの全外周に沿わせるためのグランド導体線路１３８とを設けている。
【０１０３】
これら図１９例、図２０例の磁気センサ１０Ｅ、１０Ｆにおいて、グランド導体線路１３２、１３４、１３６、１３８が側に存在する信号線路３２、３４では、信号線とグランドとの間に分布容量が発生するため、磁気センサ１０Ａ〜１０Ｄと同じ信号線幅では特性インピーダンスが５０Ωより低下してしまう。
【０１０４】
このインピーダンスの低下を避けるため、図１９例、図２０例の磁気センサ１０Ｅ、１０Ｆでは、磁気センサ全体の寸法を変えることなく、信号線路３２、３４の線幅を細くすることによって調節した。
【０１０５】
図１９例、図２０例のように、信号線路３２、３４の両側に沿うグランド導体線路１３２、１３４、１３６、１３８を設ける前には、高周波電磁界の信号が−３０［ｄＢ］程度漏れていたが、設けた後には、結果として、信号線路３２、３４をグランドパターンで囲んだ後には、グランド電極のシールド効果が現れ、低周波側でさらに−５［ｄＢ］、ＧＨｚ帯ではさらに−２０［ｄＢ］程度の効果が観測された。
【０１０６】
図１９例、図２０例の伝送線路構造を別の視点から見ると、グランディドコプレナー線路とも見なせる。すなわち、信号線路３２、３４の線幅は変えずに、内部導体層１３のグランド導体線路１３２、１３４、１３６、１３８を信号線路３２、３４に近づけ、さらに、第１表面導体層１１と第２表面導体層１５のグランド線路２２、２４、２６、２８の線幅を狭くしてインピーダンスを５０［Ω］に整合させることもできる。
【０１０７】
このときには、実質的なコイル線幅を物理的に狭くできるため、検出する磁界エリアを局所的に特定したり、コイル自身の形状を小さくすることに、威力を発揮させることができる。
【０１０８】
もともと信号線路３２、３４の線幅より数倍以上幅が広いグランド線路２２、２４、２６、２８が使われていることに加えて、グランド線路２２、２４、２６、２８の導体厚さは、スキンデプスより厚く、グランド線路２２、２４、２６、２８間に挟まれた信号線路３２、３４に直接侵入する電磁界強度は外部電磁界の大きさに比べてかなり小さい。
【０１０９】
事実、Ｍａｘｗｅｌｌの方程式を厳密に解く方式の電磁界シミュレーション解析を行った結果では、−３０［ｄＢ］以下となることが分かり実験結果の値と一致している。
【０１１０】
そのため、通常のトリプレート構造の伝送線路を使用するアプリケーションでは、現実には、内部導体層１３に一定間隔で点線状的にビアを設けただけではシールド効果は小さい。
【０１１１】
図１９、図２０の第６、第７実施形態の磁気センサ１０Ｅ、１０Ｆにおけるグランド線路２２、２４、２６、２８（たとえば、図１８等参照）のシールド効果は、点線状にビアを設けた磁気センサに比較して大きいものの、グランド線路２２、２４、２６、２８による本来のシールド効果に比べてそれ程大きいものではない。
【０１１２】
ただし、以下に説明する透磁率測定装置のセンサに応用するときのように、高度なシールド特性を要求される場合には、グランド線路２２、２４、２６、２８のシールド効果も大きい。
【０１１３】
図２１は、この発明の第８実施形態に係る透磁率測定装置２００の構成を示すブロック図である。
【０１１４】
この透磁率測定装置２００は、試料としての磁性薄膜材料等の磁性試料２０２の複素透磁率を測定する装置である。
【０１１５】
この透磁率測定装置２００は、磁性試料２０２が水平方向から挿入配置される均一高周波磁界発生装置として機能し詳細構成を後述する側面開放型ＴＥＭセル２０４と、磁性試料２０２が配置された側面開放型ＴＥＭセル２０４を内部の空間に保持して直流飽和磁界と非飽和磁界を磁性試料２０２に印加するソレノイドコイル２０５とを備えている。ソレノイドコイル２０５は、透磁率を測定するときには左側に移動して、側面開放型ＴＥＭセル２０４がソレノイドコイル２０５の中心に配置されるように設定して使用する。
【０１１６】
ソレノイドコイル２０５には、パーソナルコンピュータ２０８からＧＰＩＢ（Ｇｅｎｅｒａｌ　Ｐｕｒｐｏｓｅ　Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ　Ｂｕｓ）インタフェースを通じて電流量が制御される直流電源２１０から所定の電流が供給される。パーソナルコンピュータ２０８は、図示しないＧＰＩＢインタフェースを備えるとともに、モニタ１９２、キーボード１９４、マウス１９６に接続されている。
【０１１７】
側面開放型ＴＥＭセル２０４の入力端２１６には、パーソナルコンピュータ２０８によりＧＰＩＢインタフェースを通じて動作が制御されるネットワークアナライザ２１２のポートＰ１から５０Ωの同軸ケーブル２１４を通じて一定高周波信号の入射波Ｅ１ｉが供給される。
【０１１８】
この側面開放型ＴＥＭセル２０４の出力端２１８は、５０Ωの終端器２２８で終端されている。側面開放型ＴＥＭセル２０４の出力端２１８が５０Ωの終端器２２８で終端されることで、均一磁界電界発生装置として機能するようになる。
【０１１９】
図２２は、この透磁率測定装置２００に適用される磁気センサ組立体２２０の構成を示している。この磁気センサ組立体２２０は、シールディドループコイル１００（これまで説明した図１のシールディドループコイル１００、その他のシールディドループコイル１００Ｂ〜１００Ｇ等を代表する。）を有する磁気センサ１０（同様に図１の磁気センサ１０、その他の磁気センサ１０Ｂ〜１０Ｇ等を代表する。）がＬ字形状を有する構成とされている。
【０１２０】
図２３に示すように、この磁気センサ組立体２２０は、シールディドループコイル１００の部分が、側面開放型ＴＥＭセル２０４の底面に形成されているスリット２０６から挿入される。
【０１２１】
挿入された後、シールディドループコイル１００の開口１６に、ポリテトラフルオロエチレン製等の樹脂製のＬ型の試料ホルダ２２２が、側面開放型ＴＥＭセル２０４の側面の両側から挿入して固定される。
【０１２２】
この試料ホルダ２２２の凹状のチャネル部２２３に載せられて水平方向から磁性試料２０２が挿入され、開口１６を横切って配置されることで、磁性材料２０の複素透磁率の測定可能な状態とされる。
【０１２３】
測定結果、すなわち、上述の誘起電圧Ｖは、同軸線４０および同軸ケーブル２２４を介してネットワークアナライザ２１２のポートＰ２に、出力側の伝達波Ｅ２ｒとして供給される。
【０１２４】
ネットワークアナライザ２１２は、入射波Ｅ１ｉと伝達波Ｅ２ｒとから正方向伝達係数Ｓ２１（Ｓパラメータ）を計算して、パーソナルコンピュータ２０８に送る。また、後述するようにネットワークアナライザ２１２は、入力側の入射波Ｅ１ｉと反射波Ｅ１ｒとから入射端反射係数Ｓ１１を計算し、さらには、出力側の入射波Ｅ２ｉと反射波Ｅ２ｒとから出力端反射係数Ｓ２２を計算してパーソナルコンピュータ２０８に送る。
【０１２５】
ここで、図２１の透磁率測定装置２００のさらに詳細な動作説明（透磁率の計算の説明）に先立ち、この透磁率測定装置２００の均一電界磁界発生装置等として利用される各種ＴＥＭセルについて詳細に説明する。
【０１２６】
図２４は、切り出し加工により作製された第９実施形態の一体型の側面開放型ＴＥＭセル２０４の構成を示している。
【０１２７】
図２５は、第１０実施形態に係る分割型の側面開放型ＴＥＭセル２０４Ａの斜視構成を示している。
【０１２８】
図２６は、第１０実施形態に係る分割型の側面開放型ＴＥＭセル２０４Ａの分解斜視構成を示している。
【０１２９】
図２４に示す一体型の側面開放型ＴＥＭセル２０４は、直方体の導体（たとえば、幅３０ｍｍ、高さ１９ｍｍ長さが５１．７ｍｍのＣｕの直方体ブロック）に、長さ方向側面から垂直方向に長方形四隅を落とした横長八角形（上下辺の長さ２０［ｍｍ］、４つの傾斜辺の長さ１３．５［ｍｍ］、両端面の辺の長さ３［ｍｍ］）の内側断面を持つ空洞を切削して上下面グランド電極２３０、２３２と、両端面グランド電極２３４、２３６からなる高周波空洞のグランド胴体を形成したものである。
【０１３０】
図２５、図２６に示す分割型の側面開放型ＴＥＭセル２０４Ａは、外観形状は、一体型の側面開放ＴＥＭセル２０４と同様であり、長さ方向側面から垂直方向に長方形四隅を落とした横長八角形の内側断面を持つ空洞を形成するための、上下面グランド電極２３０Ａ、２３２Ａと、両端面グランド電極２３４Ａ、２３６Ａからなる外観が直方体形状の分解・組立可能な高周波空洞のグランド胴体を形成したものである。
【０１３１】
図２４の一体型の側面開放型ＴＥＭセル２０４および図２５の分割型の側面開放型ＴＥＭセル２０４において、両端面グランド電極２３４、２３４Ａ、２３６、２３６Ａの中心にはパネル取り付け型の第１および第２の高周波同軸コネクタ２３８、２４０が取り付けるための深さ３．３５ｍｍの穴が明けられ、その穴に高周波コネクタ２３８、２４０が取り付けられている、この穴の深さは、センタピン２４２をささえるポリテトラフルオロエチレンなどの樹脂製のガイド２５２の長さと一致させている。
【０１３２】
高周波同軸コネクタ２３８、２４０のそれぞれのセンタピン２４２の対向する電極間には、幅Ｗ２が上下面グランド電極２３０、２３０Ａ、２３２、２３２Ａの幅Ｗ１の０．７倍（Ｗ２≦０．７×Ｗ１：図２７の模式図参照）より狭い長方形形状の四隅を落とした横長八角形（板厚が１ｍｍで、横幅が１６ｍｍ、長さが４５ｍｍの長方形Ｃｕ板の四隅を長手に１２．５ｍｍ、幅方向に７．１７ｍｍだけ切った八角形）の板状の高周波信号電極２５０が、上下面グランド電極２３０、２３０Ａ、２３２、２３２Ａと平行して配されている。
【０１３３】
この高周波信号電極２５０とセンタピン２４２との接続部は、完全に平面となるように仕上げた。その結果、トリプレート構造の伝送線路を持つ高周波空洞のトリプレート構造の伝送線路の全長に渡って特性インピーダンスが５０Ωになっている。
【０１３４】
この構造の高周波空洞は、通常のＴＥＭセルではグランド電極が全ての側面がグランド電極で覆われているのに対して両側面が開放されている側面開放型ＴＥＭセルである。
【０１３５】
このように構成される側面開放型ＴＥＭセル２０４、２０４Ａは、高周波信号電極２５０と上下面のグランド電極２３０、２３０Ａ、２３２、２３２Ａとが、高周波コネクタ２３８、２４０間でトリプレート構造の伝送線路を形成している。
【０１３６】
この場合、図２８（図２７のＹＹ線一部省略断面）に示すように、板状の高周波信号電極２５０の、高周波同軸コネクタ２４０のセンターピン２４２との接続断面の横幅Ｗ３は板状の高周波電極２５０の板厚（信号線板の厚さ）ｔ１の３倍以内（Ｗ３≦３×ｔ１）の値とされ、トリプレート構造の伝送線路の全長に渡って特性インピーダンスが５０［Ω］に制御されている。
【０１３７】
なお、図２８中、幅Ｗ３は、板状の高周波信号電極２５０のセンタピン２４２への取付面の幅である。
【０１３８】
センタピン２４２は、図２６を参照して説明すれば、樹脂ガイド２５２に嵌められた状態で、両端面グランド電極２３４Ａ、２３６Ａ内の開口、および同軸コネクタ２３８、２４０の開口内に嵌められて固定される。
【０１３９】
図２６に示す分割型の側面開放型ＴＥＭセル２０４Ａを組み立てる際には、両端に同軸コネクタ２３８、２４０が固定された両端面グランド電極２３４Ａ、２３６Ａのセンタピン２４２間に、板状の高周波信号電極２５０が導電性接着剤で固定され、上下面グランド電極２３０Ａ、２３２Ａが、樹脂製のねじ２５２でねじ穴のクリアランスを利用して上下位置、すなわち電極間隔が調整されて両端面グランド電極２３４Ａ、２３６Ａに取り付けられる。
【０１４０】
このようにして組み立てられた分割型の側面開放型ＴＥＭセル２０４Ａは、もちろん、図２４に示した一体型の側面開放型ＴＥＭセル２０４も、特性インピーダンスは、全長に渡って５０±１［Ω］以内にインピーダンスが制御されている。
【０１４１】
側面開放型ＴＥＭセル２０４、２０４Ａの形状は設計の自由度が大きいが、できるだけ高周波まで良好な特性を保つためには、信号線幅Ｗ２は空洞グランド幅Ｗ１の０．７倍以内、信号線電極２５０の板厚は、空洞長に応じ撓みによるインピーダンス誤差が５Ω以下となる値以上とし、上述したように、センタピン２４２と接続される信号線端面の横幅Ｗ３は板厚ｔ１の３倍以内とすることが望ましい。空洞長については特別に制限はない。ただし、均一電磁界を広い領域で利用したい場合には長めの方が有利なのは言うまでもない。
【０１４２】
以上の説明では、空洞を上面から見たとき長方形になるグランドの電極形状を想定してきた。しかし、伝送線路の空洞としては同軸コネクタが接続されている部分まで幅が広いグランドは必要ない。従って、通常のＴＥＭセル同様、同軸コネクタ２３８、２４０から中心に向かってテーパー状になるように四隅を隅きりしたグランド電極の形状に変更してもよい。
【０１４３】
以上のように構成される側面開放型ＴＥＭセル２０４、２０４Ａでは、同軸モードの電磁界分布が、側面を開放にしたトリプレート空洞への電磁界分布に変換されるだけなので、モード変換は比較的スムーズである。その結果ダブレット構造の伝送線路で見られるような超高周波領域での挿入損失は大きくなく、１０ＧＨｚでも０．５［ｄＢ］以下の通過損失であった。
【０１４４】
図２９は、側面開放型ＴＥＭセル２０４、２０４Ａ単体の入力端反射係数Ｓ１１の特性測定図である。９ＧＨｚまで−３０［ｄＢ］以下の値を示しており、挿入損失の値と組合わせて考えると空洞内に発生する高周波電磁界の強度は、周波数に依存しないで数％以内で一定に保つことができる。
【０１４５】
以上のような構造および高周波特性を有する側面開放型ＴＥＭセル２０４、２０４Ａを５０Ωの終端器２２８で終端して、上述した図２１の透磁率測定装置２００に好適に使用することができる。
【０１４６】
なお、この透磁率測定装置２００では、これら、５０Ωの終端器２２８で終端して、均一磁界電界発生装置として使用するトリプレート構造の側面開放型ＴＥＭセル２０４、２０４Ａに代えて、図３０に示す第１１実施形態のダブレット構造の側面開放型ＴＥＭセル２６２を使用することもできる。
【０１４７】
このダブレット構造の側面開放型ＴＥＭセル２６２は、板状の高周波信号電極２６４の端部と下面グランド電極２６６の端部とが端面２６８で短絡されている定在波モード型の側面開放型ＴＥＭセル２６２である。
【０１４８】
次に、上述したトリプレート構造の側面開放型ＴＥＭセル２０４、２０４Ａおよびダブレット構造の側面開放型ＴＥＭセル２６２をそれぞれ均一電磁界発生装置として使用する図２１に示した透磁率測定装置２００のさらに詳細な動作を説明（透磁率の計算等の説明）する。
図２１例の透磁率測定装置２００では、特性インピーダンス５０Ωの平行伝送線路構造の高周波空洞（ＴＥＭセル２０４、２０４ＡまたはＴＥＭセル２６２）の一端側の高周波同軸コネクタ２３８を通じて高周波信号が入射波Ｅ１ｉとしてネットワークアナライザ２１２から入力される。
【０１４９】
この場合、高周波空洞（ＴＥＭセル２０４、２０４ＡまたはＴＥＭセル２６２）の他端側を短絡するか（ダブレット構造の側面開放型ＴＥＭセル２６２の場合）終端抵抗で整合して（トリプレート構造の側面開放型ＴＥＭセル２０４、２０４Ａの場合）空洞中に高周波信号の進行方向に直角かつ平行伝送線路に対して平行の、すなわち、後述するように開口１６に挿入されている磁性試料２０２の軸方向に均一な高周波磁界を発生させる。
【０１５０】
まず、トリプレート構造の側面開放型ＴＥＭセル２０４、２０４Ａが高周波均一電磁界発生装置として機能している場合について説明する。
【０１５１】
この場合、ネットワークアナライザ２１２のポートＰ１から一定の高周波電圧である入射波Ｅ１ｉが磁気センサ組立体２０２の１ターンコイル部を収容した側面開放型ＴＥＭセル２０４，２０４Ａの入力端２１６に供給される。
【０１５２】
このとき、側面開放型ＴＥＭセル２０４，２０４Ａの空洞の上半分または下半分（磁気センサ組立体２２０が挿入されている側の空洞）の中心付近（下半分の中心付近は、磁気センサ１０の図１２に示す開口１６の中心点４００付近に略等しい。）では、電界は信号導体である高周波信号電極２５０から上下面グランド電極２３０、２３２に向けて高周波信号の伝搬方向に対して垂直向き平行に均一に発生し（図１２参照）、一方、磁界は高周波信号の伝搬方向および電界方向に互いに直交する方向、すなわち高周波信号電極２５０と上下面グランド電極２３０、２３２に平行で進行方向に直角な向きで平行に均一に発生する。
【０１５３】
入力した高周波電圧の振幅に比例する磁界と電界の電磁界強度の均一な発生範囲（向きが互いに直交し強度が一定の範囲）は、この側面開放型ＴＥＭセル２０４、２０４Ａの下半分の中心付近では、図４を参照して説明した中心線６６の内側の有効面積と磁性試料２０２の体積を十分に囲える立体範囲となっている。
【０１５４】
このトリプレート構造の側面開放型ＴＥＭセル２０４、２０４Ａが高周波均一電磁界発生装置として機能している透磁率測定装置２００は、磁性試料２０２に印加される高周波磁界の均一性が高く、平均電力が一定でかつ同じ入力では強い磁界が発生するため、非常に優れた装置となっている。
【０１５５】
側面開放型ＴＥＭセル２０４、２６２中に発生した高周波磁界中に、磁気センサ１０のシールディドループコイル１００の開口１６が高周波磁界と直交しかつギャップ１８が平行伝送線路を構成する高周波伝送線路である高周波信号電極２５０、２６４に対向するように配置されている。そして、開口１６中に磁性試料２０２を水平に挿入配置する。
【０１５６】
すなわち、トリプレート構造の側面開放型ＴＥＭセル２０４（２０４と２０４Ａを代表して２０４という。）の左端のＳＭＡコネクタである同軸コネクタ２３８が設置されたトリプレート構造の特性インピーダンスが５０Ωの平行状伝送線路構造の空洞には、ほぼ一定の高周波信号がネットワークアナライザ２１２から入力され、もう一端のＳＭＡコネクタである同軸コネクタ２４０の出力は５０Ωの終端器２２８で整合が採られている。
【０１５７】
この場合、高周波信号源から空洞を経由して終端器２２８まで全て、ほぼ５０Ωにインピーダンス整合が採られているため、空洞中にはＴＥＭモードの進行波が周波数に依存することなく発生されている。すなわち、空洞中に進行方向に直角の方向に高周波磁界が発生されている。この高周波磁界は、入力電圧に比例した振幅の均一高周波磁界である。
【０１５８】
そして、高周波磁界の中心には、高周波磁界は垂直の向きで、かつ高周波進行方向に平行に磁気センサ１０が設置されている。
【０１５９】
磁気センサ１０の開口１６の両側にはポリテトラフルオロエチレン製の試料ホルダ２２２が設置されており、開口１６を貫く形に試料ホルダ２２２上には磁性試料２０２が水平に設置されている。
【０１６０】
次に、高周波信号の進行方向と同じ向きに、パーソナルコンピュータ２１０により電流値が制御される直流電源２１０から電流が供給されるソレノイドコイル２０５により外部直流磁界の大きさを変えて印加する。
【０１６１】
このとき、磁性試料２０２の磁気飽和時と非飽和時における磁気センサ１０の誘起電圧Ｖ０、すなわち正方向伝達係数Ｓ２１と磁気センサ１０のインピーダンス、すなわち入力端反射係数Ｓ１１と出力端反射係数Ｓ２２をネットワークアナライザ２１２により測定して、磁性試料２０２の複素透磁率をパーソナルコンピュータ２０８により計算で求める。計算結果（測定結果）は、モニタ１９２上に表示される。
【０１６２】
すなわち、高周波フィクスチャである側面開放型ＴＥＭセル２０４の外側にはソレノイドコイル２０５が設置され、高周波進行方向と同一向きの外部直流磁界が印加できるようになっている。この外部直流磁界の大きさを変えて測定することで、磁性試料２０２の飽和時と非飽和時各々の磁気センサの誘起電圧である正方向伝達係数Ｓ２１ｓ、Ｓ２１ｎと、磁気センサ１０のインピーダンスＺｓとＺｎを複素数として測定する。
【０１６３】
このとき、開口１６に挿入設置されている磁性試料２０２の複素比透磁率μｒは、次の（２）式の計算式で求めることができる。
【０１６４】
μｒ＝１＋［Ｓ２１ｎ（Ｚｎ＋５０）／Ｓ２１ｓ（Ｚｓ＋５０）−１］／Ｆ…（２）
ここでＦは、磁性試料２０２の高周波磁場の向きの断面積（磁性試料２０２は、扁平な直方体形状であるので、長手方向の軸と直交する方向の断面積（ｍとする。）のコイル内側断面積（開口１６より大きく、グランド線路２２、２４の内側の面積、ｎとする。）に対する比（ｍ／ｎ）である。
【０１６５】
以上、トリプレート構造の空洞である側面開放型ＴＥＭセル２０４を使用した例で説明した。
【０１６６】
図３０に示したダブレット構造の終端短絡の定在波モード型空洞である側面開放型ＴＥＭセル２６２を使用した場合には、２〜３ＧＨｚ程度の周波数帯域までの透磁率を測定する透磁率測定装置を実現できる。
【０１６７】
これに対して、進行波モードの高周波電磁界を利用した側面開放型ＴＥＭセル２０４を使用する透磁率測定装置２００の場合には、空洞内に定在波が立たないために広帯域であり、９ＧＨｚ以上の高周波まで測定することができる。
【０１６８】
また、ダブレット構造の終端短絡型の定在波モード型空洞である側面開放型ＴＥＭセル２６２を使用した場合に比べると、トリプレート構造の側面開放型ＴＥＭセル２０４を使用したときの方が高周波磁界の空間的均一性が高かったほか、印加される高周波磁界強度もほとんど同じか、むしろ１ＧＨｚ超では大幅に向上しており、側面開放型ＴＥＭセル２０４を進行波モードで使う透磁率測定装置２００がより有利であることが分かる。
【０１６９】
図３１は、図２３に示した側面開放型ＴＥＭセル２０４の空洞の上側の上面グラウンド電極２３０に加工をして凹みを設けた形の第１２実施形態の側面開放型ＴＥＭセル２０４Ｂの構成を示している。側面開放型ＴＥＭセル２０４の空洞に磁気センサ１０を挿入すると、その場所のインピーダンスが約３．７Ω低下する。これは、負荷インピーダンスが小さい磁気センサ１０は、基本的には空洞からのエネルギー散逸の作用をなすため、見掛上インピーダンスが下がり、容量性負荷が付いたことと同じになる。
【０１７０】
一方、上面グランド電極２３０の形状を加工して凹みを設けることは、電極間隔が広がって上半分の容量を低下させ、下半分の容量性インピーダンスの増大を補償し、総合的にインピーダンスをマッチングさせることとなる。
【０１７１】
この図３１例のように上面グランド電極２３０を加工した側面開放型ＴＥＭセル２０４Ｂに磁気センサ１０を挿入したときのインピーダンスを測定すると、０．５［Ω］以内で一定であった。
【０１７２】
図３２は、この図３２例の側面開放型ＴＥＭセル２０４Ｂの入射端反射係数Ｓ１１の測定結果を示している。この場合においても、８ＧＨｚまでは全て−３０［ｄＢ］以下であることが観測され、図３０に示した理想的な状態の特性と変わらない特性が得られた。
【０１７３】
なお、このように、上面グランド電極２３０を単純に加工するだけではなく、予めインダクタンスを過剰気味に空洞を形成しておき、ポリテトラフルオロエチレンのような高周波特性の良い誘電体ブロックを、上面グランド電極２３０側に挿入配置することによっても、ローカルな容量調整が可能となり、マッチング特性が改善することが出来た。
【０１７４】
この方法は、磁気センサ１０の挿入によって生じるインピーダンス分布の空間的非対称特性も容易に補償して改善する手法にも活用すると有効であることが分かった。
【０１７５】
透磁率を精度良く測定するには、できるだけ均一な高周波磁界を利用することが重要である。できるだけ均一な高周波磁界を発生できる位置は、側面開放型ＴＥＭセル２０４の空洞の下半分中央部分である。そこは同時に、高周波電界の電気力線が上下向平行の均一になる位置でもある。電気的に略左右対称に作られた磁気センサ１０は、均一電界では高周波電界による影響が最小となり、高周波磁界信号だけを検出できる理想的なデバイスとして働く。
【０１７６】
従って、図２４、図２５に示したように、下面グランド電極２３２には電磁波進行方向に沿って磁気センサ１０のシールディドループコイル１００が挿入できる大きさの細いスリット２０６を穴加工し、図２３、図３１に示したように、磁気センサ１０が挿入されたとき、開口１６が下面グランド電極２３２の内面よりは上で、かつ信号電極２５０との正方向伝達係数（結合利得）Ｓ２１が−１０［ｄＢ］よりは小さい値となる程度に低い挿入位置することによって、側面開放型ＴＥＭセル２０４の空洞の周波数依存性を生じないようにすることができる。
【０１７７】
図２１例の透磁率測定装置２００を使用するとき、直流磁界を印加するソレノイドコイル２０５など電気的に空間境界（電気境界）を限定する物が、高周波フィクスチャである磁気センサ組立体２２０挿入された側面開放型ＴＥＭセル２０４を囲うことになる。
【０１７８】
そのような電気境界での反射は、空洞内モードに影響して小さな周波数依存性を生じることがあり、かつ、それが空洞の入出力ポート近傍での僅かのインピーダンス乱れが残っている場合には、反射電気長の差分で、利得または位相が急激に変化する特性につながることがあった。
【０１７９】
このときでも、図２３等に示したように、物理的にシールディドループコイル１００を空洞の中心に置くことによって、入力ポートと出力ポートの干渉が相殺されて透磁率測定の誤差を最小とすることができる。
【０１８０】
図３３は、磁気センサ組立体２２０が挿入された側面開放型ＴＥＭセル２０４を囲う直流磁化印加用のソレノイドコイル２０５の内面に発泡ウレタンにカーボンを含浸させた電波吸収体３００を貼り付けた透磁率測定装置の一部構成を示している。
【０１８１】
電波吸収体３００が存在しない場合には、側面開放型ＴＥＭセル２０４から漏れ出た高周波電磁波は、ソレノイドコイル２０５の内面で反射した後、再び、側面開放型ＴＥＭセル２０４の空洞内に戻り異常共振モードを発生することがある。
【０１８２】
共振は急激な利得または位相の変化を伴い、僅かの観測条件の変化で測定データの誤差に繋がるため、測定した透磁率には共振周波数で雑音が増大して現れる。
【０１８３】
電波吸収体３００を設置することによって、異常共振モードは小さくなり、かつ幅が大きく広がるため、測定誤差を著しく小さくすることができる。
【０１８４】
電波吸収体３００に限らず、空洞開口から漏れでる高周波電波に対して、空洞外近傍に反射板を設けたり、電波干渉を使用したりしても、空洞外部境界で反射した空洞開口への高周波電磁波の反射戻り強度を抑えたり、または、反射波の位相を乱して、共振横モードが生じるのを抑えことができる。
【０１８５】
元々、空間への漏れ電波が少ない側面開放型ＴＥＭセル２０４を使った透磁率測定装置２００では、このような手段を必要とする場合は少ないが、図３１に示したダブレット構造の短絡型空洞である側面開放型ＴＥＭセル２６２を使う場合には、効果的である。
【０１８６】
なお、側面開放型ＴＥＭセル２０４、２６２を構成する部品中、空洞の内部表面には金メッキを施すことが好ましい。また、構成部品は、Ｃｕ以外に真鍮その他の金属を使用することができる。
【０１８７】
磁気センサ１０等を形成する基板材料としては、上述したＰＰＥ基板の他、ＦＲ−４、ポリテトラフルオロエチレン基板、あるいはガラス、アルミナ、窒化アルミ等のセラミック基板、またはＧａＮ、ＧａＡｓ、Ｉｐなどの半絶縁型半導体基板等を利用することが可能である。また、半田を用いている箇所は、導電性接着剤に代替することが可能である。
【０１８８】
以上では、高周波コネクタに対してＳＭＡコネクタを例として述べたが、Ｎ型コネクタ、Ｋコネクタ、Ｖコネクタ、３．５ｍｍコネクタなど同軸型高周波コネクタの種類は問わない。
【０１８９】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、従来技術に比較して高周波特性が数倍向上したシールディドループコイル型磁気センサを簡易に製作できる。
【０１９０】
また、この発明によれば、外部から空洞内部に容易に接近でき、かつ、ある程度の空間的ボリュームの範囲では、周波数に依らず均一な（一定値の平行な）高周波電磁界が発生できる構造（側面開放型ＴＥＭセル空洞）を実現することができる。
【０１９１】
さらに、この発明によれば、超高周波まで透磁率を測定可能な透磁率測定装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施形態に係る磁気センサの斜視図である。
【図２】図１例のＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【図３】図１例の分解斜視図である。
【図４】図１例の導体パターンの一部の模式図である。
【図５】開口のない磁気センサの斜視図である。
【図６】磁気センサ組立体の斜視図である。
【図７】シールディドループコイルの模式図である。
【図８】シールディドループコイルのマクロモデルである。
【図９】簡略化したマクロモデルである。
【図１０】検出電圧の計算値（一点鎖線）と、正方向伝達係数Ｓ２１の実測値（実線）の特性図である。
【図１１】並列共振周波数とＬＣ積との関係を示す図である。
【図１２】シールディドループコイルと電界の関係説明図である。
【図１３】ギャップが長辺端にあるシールディドループコイルの模式図である。
【図１４】円状のシールディドループコイルの模式図である。
【図１５】ギャップが横についているシールディドループコイルの模式図である。
【図１６】他の実施形態の磁気センサの分解斜視図である。
【図１７】さらに他の実施形態の磁気センサ（ビア形成その１）の分解斜視図である。
【図１８】さらに他の実施形態の磁気センサ（ビア形成その２）の分解斜視図である。
【図１９】さらに他の実施形態の磁気センサの内部導体（グランド導体線路その１）の正面図である。
【図２０】さらに他の実施形態の磁気センサの内部導体（グランド導体線路その２）の正面図である。
【図２１】この発明の実施形態に係る透磁率測定装置の構成を示すブロック図である。
【図２２】磁気センサ組立体の斜視図である。
【図２３】磁気センサ組立体が取り付けられた側面開放型ＴＥＭセルの斜視図である。
【図２４】一体型の側面開放型ＴＥＭセルの斜視図である。
【図２５】分割型の側面開放型ＴＥＭセルの斜視図である。
【図２６】分割型の側面開放型ＴＥＭセルの分解斜視図である。
【図２７】分割型ＴＥＭセルの正面図である。
【図２８】図２７の分割型ＴＥＭセルのＹＹ線断面図である。
【図２９】側面開放型ＴＥＭセル単体の入力端反射係数の特性測定図である。
【図３０】磁気センサ組立体が取り付けられたダブレット構造の終端短絡の定在波モード型空洞である側面開放型ＴＥＭセルの斜視図である。
【図３１】上面グラウンド電極が加工された側面開放型ＴＥＭセルの斜視図である。
【図３２】図３１例の側面開放型ＴＥＭセルの入射端反射係数の特性測定図である。
【図３３】側面開放型ＴＥＭセルを囲うソレノイドコイルの電波吸収体を貼り付けた透磁率測定装置の一部構成図である。
【符号の説明】
１０、１０Ａ〜１０Ｇ…磁気センサ
１１…第１層（表面導体層または第１表面導体層）
１２…第２層（誘電体層）　　　　　　　　　１３…第３層（内部導体層）
１４…第４層（誘電体層）
１５…第５層（裏面導体層または第２表面導体層）
１６…開口　　　　　　　　　　　　　　　　１８、１８ａ、１８ｂ…ギャップ２２、２４…１ターンのループ状のグランド線路
２６、２８…グランド線路　　　　　　　　　３０…ビア
３２…略半ターンのループ状の信号線路　　　３４…信号線路
４０…同軸線　　　　　　　　　　　　　　　６０、２２０…磁気センサ組立体２００…透磁率測定装置　　　　　　　　　　２０２…磁性試料
２０４、２０４Ａ、２０４Ｂ…側面開放型ＴＥＭセル
２０５…ソレノイドコイル　　　　　　　　　２０６…スリット
３００…電波吸収体

Claims

第１、第３、第５層の３層の導体層と、前記第１および第３導体層との間および前記第３及び第５導体層の間に配される第２、第４層の２層の誘電体層を備え、トリプレート型のストリップ線路構造を有するシールディドループコイル型の磁気センサにおいて、
周上の同一位置にギャップを有する１ターンのループ状のグランド線路が前記第１層と前記第５層に対向して形成され、
前記各グランド線路の中央から外方に延びる出力リード用のグランド線路が形成され、
前記第３層に形成され、一端側がビアを介して前記第１層と第５層のループ状のグランド線路の前記ギャップ端の近くに接続され、前記一端側が前記ギャップ部を延び、さらに前記ループ状のグランド線路の対向面の間を延びて略半ターンのループ状のストリップ線路中心導体の信号線路とされ、
前記信号線路の他端側が、前記外方に延びる前記出力リード用の前記グランド線路の対向面の間を延び、出力リード用の信号線路とされるトリプレート型のストリップ線路構造を有し、
前記第１層と第５層のそれぞれに形成された前記１ターンのループ状のグランド線路を並列接続したインダクタンスをＬとし、前記ギャップを間にして対向する前記１ターンのループ状のグランド線路端側電極の間で高周波的に形成される合成容量をＣとするとき、前記インダクタンスＬと前記合成容量Ｃとの積ＬＣが２．５×１０^−２０以下とされ、かつ前記１ターンのループ状のグランド線路の最外周長が５０［ｍｍ］以下とされている
ことを特徴とする磁気センサ。
請求項１記載の磁気センサにおいて、
前記第２、第４層の誘電体層の、前記１ターンのループ状のグランド線路の内周側の位置に開口が形成されている
ことを特徴とする磁気センサ。
請求項１または２記載の磁気センサにおいて、
前記第１層と第５層のグランド線路を接続する複数のビアが形成されている
ことを特徴とする磁気センサ。
請求項３記載の磁気センサにおいて、
前記第３層の導体層に形成されている前記略半ターンのループ状の信号線路および前記出力リード用の信号線路のそれぞれ両側に前記ビアに接続されたグランド導体線路を有する
ことを特徴とする磁気センサ。
直方体の導体に、長さ方向側面から垂直方向に長方形四隅を落とした横長八角形の内側断面を持つ空洞を形成して上下面グランド電極と長さ方向両端面グランド電極からなる高周波空洞グランド胴体を形成し、前記両端面グランド電極の中心にパネル取り付け型の第１および第２の高周波同軸コネクタを配し、当該高周波同軸コネクタそれぞれのセンタピンの対向する電極間には、幅が前記上下面グランド電極幅の０．７倍より狭い長方形形状の四隅を落とした横長八角形の板状の高周波信号電極を、前記上下面グランド電極と平行に配し、前記高周波信号電極と前記上下面のグランド電極とが、前記高周波コネクタ間でトリプレート構造の伝送線路を形成し、
前記板状の高周波信号電極の、前記高周波同軸コネクタのセンタピンとの接続断面の横幅が前記板状の高周波電極の板厚の３倍以内の値とされ、前記トリプレート構造の伝送線路の全長に渡って特性インピーダンスが５０Ωに制御されている
ことを特徴とする側面開放型ＴＥＭセル。
特性インピーダンス５０Ωの平行伝送線路構造の空洞の一端から高周波信号が入力され、前記空洞の他端を短絡するか終端抵抗で整合して空洞中に前記高周波信号の進行方向に直角かつ前記平行伝送線路に対して平行の高周波磁界を発生させ、この高周波磁界中に、前記請求項２〜４のいずれか１項に記載の前記磁気センサの前記開口が前記高周波磁界と直交しかつ前記ギャップが前記平行伝送線路中、高周波信号伝送線路に対向するように配置し、
前記開口中に磁性試料を水平に挿入配置し、
前記高周波信号の進行方向と同じ向きに外部直流磁界の大きさを変えて印加したときの、前記磁性試料の磁気飽和時と非飽和時における前記磁気センサの誘起電圧と前記磁気センサのインピーダンスを測定して、前記磁性試料の複素透磁率を測定する
ことを特徴とする透磁率測定装置。
請求項６記載の透磁率測定装置において、
前記特性インピーダンス５０Ωの平行伝送線路構造の空洞として、
請求項５記載の前記第２の高周波同軸コネクタが５０Ω終端された側面開放型ＴＥＭセルが用いられている
ことを特徴とする透磁率測定装置。
請求項７記載の透磁率測定装置において、
前記磁気センサが、前記高周波信号電極と前記下面グランド電極との間の下半分の空間に配されるとき、前記上面グランド電極の前記高周波信号電極で形成される上半分の空間が拡張するように前記上面グランド電極の前記高周波信号電極の対向面側が加工され、前記側面開放型ＴＥＭセル全体の伝送方向各部の特性インピーダンスが５０Ωに整合性される
ことを特徴とする透磁率測定装置。
請求項７または８記載の透磁率測定装置において、
前記側面開放型ＴＥＭセルの下面グランド電極の中央には電磁波進行方向に沿って請求項２〜４のいずれか１項に記載された前記磁気センサ中、センサヘッド部として機能する前記１ターンのループ状のグランド線路が挿入できる大きさのスリットが形成され、
前記１ターンのループ状のグランド線路全体が前記スリットを介して前記下半分の空間に挿入されたときの挿入位置が、前記磁気センサと前記高周波信号電極との正方向伝達係数Ｓ２１が−１０［ｄＢ］より小さい値となる挿入位置にある
ことを特徴とする透磁率測定装置。
請求項６〜９のいずれか１項に記載の透磁率測定装置において、
前記特性インピーダンス５０Ωの平行伝送線路構造の空洞の開口から漏れる高周波電磁波を反射し、干渉し、または吸収する電磁波抑制部材を前記空洞の近傍に配置することを特徴とする透磁率測定装置。