JP2019035586A - 誘電率測定システム、誘電率測定装置および方法 - Google Patents
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Description
本発明の第1の実施の形態に係る誘電率測定システム1は、周波数軸上で隣り合う2つの周波数の周波数間隔fsのそれぞれが、互いに異なる値を有し、かつ周波数間隔fsのそれぞれが、隣り合う2つの周波数の位相差が2π以上変化しないための条件を満たす、複数の周波数f1,f2,・・・,fmの信号を生成する単周波発振器21a〜21nと、生成された複数の信号を合波する合波器22と、合波された信号を送信するアンテナ23とを有する送信機2と、合波された信号を受信するアンテナ31と、受信信号を検波する自乗検波素子32と、合波された信号の差周波信号を出力するフィルタ33と、差周波信号の位相を測定する位相測定部35と、測定された位相を位相接続する位相処理部36と、位相接続された位相の情報に基づいて被測定物4の比誘電率εrを算出する比誘電率算出部37とを有する受信機3とを備える。
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る誘電率測定システム1の構成例を示すブロック図である。誘電率測定システム1は、送信機2と、受信機3とを備え、被測定物4の比誘電率εrを測定する。
単周波発振器21a〜21nは、電圧制御発振器(VCO:Voltage Controlled Oscillator)などによって構成される発振器である。単周波発振器21a〜21nはそれぞれ互いに異なる所定の周波数f1,f2,・・・,fmの(mは3以上の整数である。)信号を生成する。なお、生成される信号は電磁波であり、例えば、RF信号などの高周波信号が用いられる。
アンテナ31は、送信機2が送信した複数の周波数の信号が合波された信号を受信する。
次に、誘電率測定システム1の動作について、図3のフローチャートを参照して説明する。まず、単周波発振器21a〜21nはそれぞれ周波数f1,f2,・・・,fmの信号を生成する(ステップS101)。単周波発振器21a〜21nが生成する周波数f1,f2,・・・,fmの各信号において、周波数軸上で隣り合う2周波の周波数間隔fs1=f2−f1,fs2=f3−f2,・・・,fsm-1=fm−fm-1の値は、それぞれ異なる。さらに、これらの周波数f1,f2,・・・,fmの周波数間隔fs1,fs2,・・・,fsm-1は、それぞれ式(3)の条件を満たす。
次に、本実施の形態に係る誘電率測定システム1を用いた被測定物4の比誘電率εrの測定シミュレーションについて説明する。本実施の形態におけるシミュレーションでは、3つの周波数f1(300GHz)、f2(310GHz)、f3(319.9GHz)(以下、「3周波」という。)の信号(間隔df=19.9GHz)を用いて被測定物4の比誘電率εrを測定する。また、比較対象として、従来の誘電率測定システム100を用いてf1(300GHz)、f2(310GHz)の2周波(間隔df=10GHz)の信号を用いて被測定物4の比誘電率εrを測定する。
次に、本発明の第2の実施の形態について説明する。図8は、第2の実施の形態に係る誘電率測定システム1aの構成例を示すブロック図である。なお、以下の説明では、上述した第1の実施の形態と同じ構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。
次に、本発明の第3の実施の形態について説明する。図9は、第3の実施の形態に係る誘電率測定システム1bの構成例を示すブロック図である。なお、以下の説明では、上述した第1および第2の実施の形態と同じ構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。
次に、本発明の第4の実施の形態について説明する。図10は、第4の実施の形態に係る周波数f1,f2,・・・,fmの信号を示す図である。なお、以下の説明では、上述した第1から第3の実施の形態と同じ構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。
次に、本発明の第5の実施の形態について説明する。第4の実施の形態では、単周波発振器21a〜21nがそれぞれ生成する周波数f1,f2,・・・,fmの信号は、周波数軸上で隣り合う2周波の周波数間隔fs=fsn+1−fsnがそれぞれ異なり、各周波数間隔fsの値が式(3)の条件を満たし、かつ、周波数軸上で隣り合う周波数間隔fsn、fsn+1の差分Δfs(n+1)nが一定値である場合について説明した。
Claims (8)
- m個の互いに異なる周波数の信号を生成する複数の単周波発振器と、
前記単周波発振器によって生成された前記m個(mは3以上の整数)の信号を足し合わせ、周波数f1、f2、・・・、fmの信号を合波する合波器と、
前記合波器から出力された、合波された信号を送信する第1のアンテナと、
を備え、
前記単周波発振器は、
前記m個の周波数f1、f2、・・・、fmの信号の周波数軸上で隣り合う2つの信号の周波数fn、fn+1(nは1から(m−1)の整数、ただし、fn<fn+1)の周波数間隔fs=fn+1−fnが互いに異なり、かつ、被測定物の取り得る最大比誘電率をεeff_max、前記被測定物の厚さをL、光速をcとしたとき、
送信機と、
前記合波された信号を受信する第2のアンテナと、
前記第2のアンテナで受信した前記合波された信号を検波する自乗検波素子と、
前記自乗検波素子から出力される信号から前記隣り合う2つの信号の周波数fn+1、fnの差fn+1−fnの周波数の差周波信号を出力するフィルタと、
前記フィルタから出力された前記差周波信号の位相を測定する位相測定部と、
前記位相測定部から出力された前記差周波信号の位相を位相接続する位相処理部と、
前記位相測定部から出力された前記差周波信号の位相の情報に基づいて前記被測定物の比誘電率を算出する比誘電率算出部と、
を備える受信機と、
を備えることを特徴とする誘電率測定システム。 - 前記自乗検波素子は、前記被測定物が存在しない状態を透過した前記合波された信号と、前記被測定物が存在する状態を透過した前記合波された信号を検波し、
前記フィルタは、前記被測定物が存在しない状態を透過した前記合波された信号に基づく第1の差周波信号と、前記被測定物が存在する状態を透過した前記合波された信号に基づく第2の差周波信号を出力し、
前記位相測定部は、前記第1の差周波信号の第1の位相と、前記第2の差周波信号の第2の位相とを測定し、
前記位相処理部は、前記第2の位相の位相接続を行い、
前記比誘電率算出部は、前記第1の位相と、位相接続された前記第2の位相とに基づいて前記被測定物の前記比誘電率を算出する
ことを特徴とする請求項1に記載の誘電率測定システム。 - 前記送信機が備える前記単周波発振器は、
前記周波数f1の信号を生成する第1の単周波発振器と、
周波数f2−f1、f3−f1、・・・、fm−f1の信号を生成する第2の単周波発振器と、を含み、
前記合波器は、
前記第2の単周波発振器によって生成された前記周波数f2−f1、f3−f1、・・・、fm−f1の信号を合波する第1の合波器と、
前記第1の合波器によって合波された信号を中間周波信号とし、前記周波数f1の信号を局部発振信号として、単側波帯変調信号を出力する単側波帯ミキサと、
をさらに備え、
前記第1のアンテナは、前記単側波帯ミキサから出力された前記単側波帯変調信号を送信することを特徴とする
請求項1又は請求項2に記載の誘電率測定システム。 - 前記受信機は、
前記フィルタから出力された前記差周波信号について、前記差周波信号の周波数よりも低い周波数に変換する周波数変換器と、
前記周波数変換器と前記位相測定部との間に接続され、前記差周波信号をアナログ信号からデジタル信号に変換するアナログデジタル変換器と、
をさらに備え、
前記位相測定部は、前記周波数変換器によって前記低い周波数に変換された差周波信号の位相を測定することを特徴とする
請求項1から3のうちのいずれか1項に記載の誘電率測定システム。 - 前記単周波発振器が生成する前記周波数f1、f2、・・・、fmの前記信号は、周波数軸上で互いに隣り合う前記周波数間隔fsの値の差分値が一定であることを特徴とする請求項1から4のうちのいずれか1項に記載の誘電率測定システム。
- 前記差分値は、前記単周波発振器が有する最小の周波数分解能と同じ値であることを特徴とする請求項5に記載の誘電率測定システム。
- 周波数軸上で隣り合う2つの信号の周波数fn、fn+1の周波数間隔fs=fn+1−fnが、互いに異なり、かつ、被測定物の取り得る最大比誘電率をεeff_max、前記被測定物の厚さをL、光速をcとしたとき、
前記第2のアンテナで受信した前記合波された信号を検波する自乗検波素子と、
前記自乗検波素子から出力される信号から前記隣り合う2つの信号の周波数fn+1、fnの差fn+1−fnの周波数の差周波信号を出力するフィルタと、
前記フィルタから出力された前記差周波信号の位相を測定する位相測定部と、
前記位相測定部から出力された前記差周波信号の位相を位相接続する位相処理部と、
前記位相測定部から出力された前記差周波信号の位相の情報に基づいて前記被測定物の比誘電率を算出する比誘電率算出部と、
を備えることを特徴とする誘電率測定装置。 - m個の互いに異なる周波数の信号を生成する複数単周波生成ステップと、
前記複数単周波生成ステップで生成された前記m個(mは3以上の整数)の信号を足し合わせ、周波数f1、f2、・・・、fmの信号を合波する合波ステップと、
前記合波ステップで出力された合波された信号を送信する信号送信ステップと、
を備え、
前記複数単周波生成ステップは、
前記m個の周波数f1、f2、・・・、fmの信号の周波数軸上で隣り合う2つの信号の周波数fn、fn+1(nは1から(m−1)の整数、ただし、fn<fn+1)の周波数間隔fs=fn+1−fnが互いに異なり、かつ、被測定物の取り得る最大比誘電率をεeff_max、前記被測定物の厚さをL、光速をcとしたとき、
送信ステップと、
前記合波された信号を受信する信号受信ステップと、
受信した前記合波された信号を検波する自乗検波ステップと、
前記自乗検波ステップで出力される信号から前記隣り合う2つの信号の周波数fn+1、fnの差fn+1−fnの周波数の差周波信号を出力するフィルタリングステップと、
前記フィルタリングステップで出力された前記差周波信号の位相を測定する位相測定ステップと、
前記位相測定ステップで出力された前記差周波信号の位相を位相接続する位相処理ステップと、
前記位相測定ステップで出力された前記差周波信号の位相の情報に基づいて前記被測定物の比誘電率を算出する比誘電率算出ステップと、
を備える受信ステップと、
を備えることを特徴とする誘電率測定方法。
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WO2021124563A1 (ja) * | 2019-12-20 | 2021-06-24 | 日本電信電話株式会社 | 誘電率測定方法、誘電率測定装置及び誘電率測定プログラム |
CZ309946B6 (cs) * | 2022-06-09 | 2024-02-21 | Ústav fotoniky a elektroniky AV ČR, v. v. i | Způsob stanovení komplexní permitivity |
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JP2011117778A (ja) * | 2009-12-01 | 2011-06-16 | Hakko Automation Kk | シート状物の枚数検査装置 |
JP2014052272A (ja) * | 2012-09-06 | 2014-03-20 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 電磁波検出システム及び電磁波検出方法 |
WO2015045266A1 (ja) * | 2013-09-24 | 2015-04-02 | 国立大学法人東京農工大学 | 測定装置 |
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