JP2024007472A - 材料のサンプルの１つ以上の電磁特性を測定するための装置 - Google Patents

Abstract

【課題】材料のサンプルの１つ以上の電磁特性を測定するための装置を提供する。【解決手段】内部キャビティ４０２と取外可能カバーとを有するハウジングで４００であって、前記カバーを有する前記ハウジングが、電磁共振チャンバ４０６を形成する、ハウジングと、材料サンプルを収容するように構成されている容器１０２であって、容器と、前記ハウジングのｘ軸に沿って配向されている２つの対向する電気信号線１０４、１０６であって、前記キャビティの電磁共振モードに結合するように配置および構成されており、かつ、前記キャビティ内において前記１つ以上の共振器と前記ハウジングの側壁４０８のうちの一方との間に少なくとも部分的に配置されている周波数チューナ１１０であって、ｙ軸に沿って移動可能であるように固定されている。【選択図】図１

Description

本開示は、一般に、材料のサンプルの１つ以上の電磁特性を測定するための装置に関し、詳細には、材料のサンプルの磁気特性および誘電特性のうちの少なくとも一方を測定するための装置に関し、より詳細には、同じ材料のサンプルの磁気特性および誘電特性を測定するための装置に関する。

材料のサンプルの１つ以上の電磁特性を測定するための既存の装置は、例えば、同軸プローブと、伝送線路と、自由空間における送信機および受信機と、共振キャビティと、平行板と、トロイダルインダクタと、を備える。

材料のサンプルの電磁特性を測定するための既存の装置は、自身の意図された目的に適し得るが、材料のサンプルの複数の電磁特性を測定する技術、詳細には、材料のサンプルの磁気材料特性および誘電材料特性の両方を測定する技術は、同じ材料のサンプルの磁気特性および誘電特性の両方を測定するために使用され得る装置によって進歩する。

一実施形態は、添付の独立請求項によって定められる、材料のサンプルの１つ以上の電磁特性を測定するための装置を含む。材料のサンプルの１つ以上の電磁特性を測定するための装置のさらなる有利な修正は、添付の従属請求項によって定められる。

一実施形態では、材料のサンプルの１つ以上の電磁特性を測定するための装置は、内部キャビティと取外可能カバーとを有するハウジングであって、前記ハウジングと取り付けられている前記カバーとの組合せが、電磁共振チャンバを形成する、ハウジングと、前記材料のサンプルを収容するように構成されている容器であって、前記ハウジングの対向する側壁を通じて前記ハウジングのｙ軸に沿って延び、前記キャビティのｘ－ｙ－ｚ中心点を通過する、容器と、前記ハウジングのｘ軸に沿って配向されている２つの対向する電気信号線であって、前記キャビティの電磁共振モードに結合するように配置および構成されている、電気信号線と、前記容器の周りに前記容器と中心を等しくするように配置されており、かつ、前記キャビティ内に配置されている１つ以上の共振器であって、固定されているかまたは前記ｙ軸に対して移動可能であるように固定されている、１つ以上の共振器と、前記容器の周りに前記容器と中心を等しくするように配置されており、かつ、前記キャビティ内において前記１つ以上の共振器と前記ハウジングの前記側壁のうちの一方との間に少なくとも部分的に配置されている周波数チューナであって、前記ｙ軸に沿って移動可能であるように固定されている、周波数チューナと、を備える。

一実施形態では、材料のサンプルの磁気特性を測定する方法は、上記の装置を使用する工程と、特定の前記材料のサンプルが前記容器における前記キャビティの完全に内側に配置されるまで特定の前記材料のサンプルを前記容器へと挿入する工程と、２つの対向する前記電気信号線に特定の周波数によりエネルギーを付与して前記第１の誘電体共振器パックおよび前記第２の誘電体共振器パックを共振させる工程と、ネットワークアナライザを介して２つの対向する前記電気信号線上の信号フィードバックを監視しながら、前記第１の誘電体共振器パックおよび前記第２の誘電体共振器パック間の前記間隙を前記ｙ軸に沿って調整して粗チューニング調整を行い、前記周波数チューナを前記ｙ軸に沿って調整して微チューニング調整を行う工程であって、前記粗チューニング調整および前記微チューニング調整により、前記第１の共振器パックおよび前記第２の共振器パックおよび特定の前記サンプルが前記キャビティの前記共振モードにてＴＥモードにより共振する、工程と、前記信号フィードバックおよび前記ネットワークアナライザを介して特定の前記サンプルの透磁率および磁気損失正接のうちの少なくとも一方を測定する工程と、を備える。

一実施形態では、材料のサンプルの電気特性を測定する方法は、前記の装置を使用する工程と、特定の前記材料のサンプルが前記容器における前記キャビティの完全に内側に配置されるまで特定の前記材料のサンプルを前記容器へと挿入する工程と、２つの対向する前記電気信号線に特定の周波数によりエネルギーを付与する工程と、ネットワークアナライザを介して２つの対向する前記電気信号線上の信号フィードバックを監視しながら、前記１つ以上の共振器の位置を前記ｙ軸に沿って調整することによって周波数チューニング条件を前記ｙ軸に沿って調整し、その結果、前記１つ以上の共振器および特定の前記サンプルが前記キャビティの前記共振モードにてＴＭモードにより共振する、工程と、前記信号フィードバックおよび前記ネットワークアナライザを介して特定の前記サンプルの誘電率および誘電損失正接のうちの少なくとも一方を測定する工程と、を備える。

本発明の上記の特徴および利点ならびに他の特徴および利点は、添付の図面に関連して考慮されるとき、本発明の以下の詳細な記載から容易に明らかになる。
例示的であり非限定的な図面を参照する。添付の図面では、同様の要素には同様の番号が付されているか、または同様に図示されている。

一実施形態に従う、材料のサンプルの横電気（ＴＥ）モードを介して透磁率μ及び磁気損失正接δμを測定するための装置の第１の部分の上から見た平面図。 一実施形態に従う、図１の材料のサンプルの横磁気（ＴＭ）モードを介して誘電率（ε）および誘電損失正接（δε）を測定するための装置の第２の部分の上から見た平面図。 一実施形態に従う、図１の第１の部分の例示的な構成の組立工程を順に示す図。 一実施形態に従う、図１の第１の部分の例示的な構成の組立工程を順に示す図。 一実施形態に従う、図１の第１の部分の例示的な構成の組立工程を順に示す図。 一実施形態に従う、図１の第１の部分の例示的な構成の組立工程を順に示す図。 一実施形態に従う、図１の第１の部分の例示的な構成の組立工程を順に示す図。 一実施形態に従う、図１の第１の部分の例示的な構成の組立工程を順に示す図。 一実施形態に従う、図１の第１の部分の例示的な構成の組立工程を順に示す図。 一実施形態に従う、図１の第１の部分の例示的な構成の組立工程を順に示す図。 一実施形態に従う、図１の第１の部分の例示的な構成の組立工程を順に示す図。 一実施形態に従う、電界強度がプロットされたＴＥモードにより共振するように構成された第１の部分の解析的電磁性能特性を示す図。 一実施形態に従う、材料の試験サンプルがその場にある場合とない場合との図４Ａに示される再構成可能共振器応答を示す図。 一実施形態に従う、磁界強度がプロットされたＴＭモードにより共振するように構成された第２の部分の解析的電磁性能特性を示す図。

当業者は、本明細書において以下にさらに記載される図面は、例示を目的とするだけであることを理解する。説明を簡単かつ明確にするために、図面に示される要素は、必ずしも一定の縮尺に描かれていないことが認識される。例えば、いくつかの要素の寸法または縮尺は、明確さのため、他の要素に対して誇張されていることがある。さらに、適切であると考えられる場合、参照番号は、対応する要素または類似の要素を示すように図面間において繰り返されてよく、または類似の要素は、すべての図面において繰り返し列挙されなくてよく、そうした列挙は、存在しない場合、本質的に開示されることが認識および理解される。

本明細書において使用される際、「実施形態」という語句は、「本明細書において開示および／または示される実施形態」を意味する。これは、添付の特許請求の範囲に係る発明の特定の実施形態を必ずしも包含しないことがあるが、それにもかかわらず、添付の特許請求の範囲に係る発明の完全な理解に有用であるものとして本明細書において提供される。

以下の詳細な説明は、例示を目的として多くの詳細を含むが、当業者は、以下の詳細に対する多くの変形形態および代替形態が添付の特許請求の範囲内にあることを理解する。例えば、記載される特徴が他の記載される特徴に関して互いに排他的でない場合、互いに排他的でない特徴のそうした組み合わせは、本明細書において本質的に開示されていると考えられる。これに加えて、共通する特徴は、様々な図において共通して示され得るが、簡単のためにすべての図において具体的に列挙されない場合があるが、特定の図において列挙されない場合であっても、明示的に開示された特徴であるとして当業者によって認識される。したがって、以下の例示的な実施形態は、本明細書に開示される特許請求の範囲に記載の発明に対する一般性を失うことなく、かつ、特許請求の範囲に記載の発明に限定を課すことなく記載される。

透磁率、誘電率、およびそれぞれの損失正接の測定を可能にする２つの共振ベースの測定システムが提案されている。２つの共振ベースの測定システムは、材料の同じサンプルを使用してよく、それによって、材料のサンプルの透磁率および誘電率を測定するために異なるサンプルを使用するときの差による潜在的な誤差を取り除き得る。

第１の測定システムは、共振ベースの測定システムであり、透磁率および損失正接を測定する方法を実装するように使用される。
透磁率と透磁率のそれぞれの損失正接とを測定する第１のシステムは、基本ＴＥモードにより動作する再構成可能な共振器を形成する複数の高誘電率「パック」を備える。システムは、パック間の相対距離を調整するターナーアセンブリを使用して、所望の測定周波数にチューニングされる。中心に穴を有する低誘電率シャフトは、サンプルが挿入されることを可能にし、それによって、次いで、システムの共振周波数をシフトさせる。周波数シフトは、ベクトルネットワークアナライザ（ＶＮＡ）を使用して測定され、挿入されたサンプルの透磁率に比例する。これに加えて、応答曲線（Ｑ）の３ｄＢ帯域幅も、ＶＮＡを使用して測定され、挿入されたサンプルの透磁率の損失正接に比例する。電磁シミュレーションは、上述の測定値と、共振器アセンブリ、金属キャビティ、およびシステムへの結合ループの仕様に依存するサンプル材料の透磁率および透磁率の損失正接との間のスケーリング関係を較正するように使用される。

例示的な測定の工程は、以下を含む。
チューナを使用して、空のキャビティを、結合ループに結合されたＶＮＡを使用して測定される所望の測定周波数にチューニングする。

サンプルを挿入する。
ＶＮＡを使用して測定される応答曲線の共振周波数シフトおよびＱを測定する。
サンプルを取り出し、サンプルの断面寸法を測定する。

測定された周波数シフトおよびサンプルの断面寸法を、較正されたスケーリング関係へと入力して、透磁率を計算する。
測定されたＱおよびサンプルの断面寸法を較正されたスケーリング関係へと入力して、透磁率の損失正接を計算する。

第２の測定システムは、共振ベースの測定システムであり、材料のサンプルの誘電率および損失正接を測定する方法を実装するように使用される。
誘電率と誘電率のそれぞれの損失正接とを測定する第２のシステムは、金属または高誘電率材料から形成された共振器を備え、その共振器は、自身の基本ＴＭモードにより動作する再構成可能な共振器を形成する。システムは、共振器と金属キャビティ内のチューナの金属表面との間の相対距離を調整するターナーアセンブリを用いて、所望の測定周波数にチューニングされる。チューナおよび共振器の中心にある穴は、サンプルが挿入されることを可能にし、サンプルは、システムの共振周波数をシフトさせる。周波数シフトは、ベクトルネットワークアナライザ（ＶＮＡ）を使用して測定され、挿入されたサンプルの誘電率に比例する。これに加えて、応答曲線（Ｑ）の３ｄＢ帯域幅もＶＮＡを使用して測定され、挿入されたサンプルの誘電率の損失正接に比例する。電磁シミュレーションは、上述の測定値と、共振器アセンブリ、金属キャビティ、およびシステムへの結合ループの仕様に依存するサンプル材料誘電率および誘電率の損失正接との間のスケーリング関係を較正するように使用される。

例示的な測定の工程は、以下を含む。
チューナを使用して、空のキャビティを、結合ループに結合されたＶＮＡを使用して測定される所望の測定周波数にチューニングする。

サンプルを挿入する。
ＶＮＡを使用して測定される応答曲線の共振周波数シフトおよびＱを測定する。
サンプルを取り出し、サンプルの断面寸法を測定する。

測定された周波数シフトおよびサンプルの断面寸法を、較正されたスケーリング関係へと入力して、誘電率を計算する。
測定されたＱおよびサンプルの断面寸法を較正されたスケーリング関係へと入力して、誘電率の損失正接を計算する。

様々な図および添付の文章によって示され記載されるような実施形態は、材料の同じサンプルの電磁特性、特に透磁率および誘電率特性を測定するための装置を提供する。材料の１つのサンプルと材料の別のサンプルとの間の、材料特性に影響を及ぼし得る材料特性または物理的特性におけるわずかな差を打ち消すことができるため、材料の同じサンプルを透磁率測定と誘電率測定との両方に使用してよく、それによって測定の精度が大幅に改善されることに留意することが重要である。材料のサンプルは、固体、粉末、または液体であってよい。

一実施形態では、図１および図２をまとめて参照すると、材料のサンプル５００の１つ以上の電磁特性を測定するための装置１００（第１の部分２００および第２の部分３００は、互いに別々に使用されてよく、別々のユニットとして一緒に使用されてよく、組み合わされたユニットとして一緒に使用されてもよいように、別々に示されている）が開示されている。第１の部分２００（図１参照）は、横電気（ＴＥ）モードを介して、材料のサンプル５００の透磁率μおよび磁気損失正接δμなどの磁気特性を測定するのに有用である。第２の部分３００（図２参照）は、横磁気（ＴＭ）モードを介して、図１に示されるような材料のサンプル５００の誘電率εおよび誘電損失正接δεなどの電気特性を測定するのに有用である。一実施形態では、さらに図１および図２をまとめて参照すると、装置１００の第１の部分２００および第２の部分３００の各々は、内部キャビティ４０２と取外可能カバー４０４とを有するハウジング４００（図３Ａおよび図３Ｉを参照すると最もよく見られる）であって、ハウジング４００と取り付けられているカバー４０４との組合せが、キャビティ４０２の内側に電磁共振チャンバ４０６を形成する、ハウジング４００と、材料のサンプル５００を収容するように構成されている容器１０２であって、ハウジング４００の対向する側壁４０８，４１０を通じてハウジング４００のｙ軸に沿って延び、キャビティ４０２のｘ－ｙ－ｚ中心点４１２を通過する、容器１０２と、ハウジング４００のｘ軸に沿って配向されている２つの対向する電気信号線１０４，１０６であって、材料のサンプル５００を有するキャビティ４０２の電磁共振モードに結合するように配置および構成されており、コネクタ１１６を介してハウジング４００に接続されている、電気信号線１０４，１０６と、容器１０２の周りに容器１０２と中心を等しくするように配置されており、かつ、キャビティ４０２内に配置されている、１つ以上の共振器１０８であって、固定されているかまたはｙ軸に対して移動可能であるように固定されている、１つ以上の共振器１０８と、容器１０２の周りに容器１０２と中心を等しくするように配置されており、かつ、キャビティ４０２内において１つ以上の共振器１０８とハウジング４００の側壁４０８，４１０のうちの一方との間に少なくとも部分的には配置されている、周波数チューナ１１０であって、ｙ軸に沿って移動可能であるように固定されている、周波数チューナ１１０と、を備える。一実施形態では、ハウジング４００およびカバー４０４は、例えば、アルミニウムなどであるがこれに限定されない非磁性金属材料から形成される。

一実施形態では、ここで特に図１を参照すると、１つ以上の共振器１０８は、容器１０２の周りに容器１０２と中心を等しくするように配置されており、かつ、キャビティ４０２内に配置されている第１および第２の誘電体共振器パック１０８．１，１０８．２を含み、第１および第２の誘電体共振器パック１０８．１，１０８．２は、ｙ軸に沿って互いに対し移動可能であるように固定されており、間隙１１２によって分離されている。一実施形態では、周波数チューナ１１０は、誘電体周波数チューナパック１１０であり、誘電体周波数チューナパック１１０は、容器１０２の周りに容器１０２と中心を等しくするように配置されており、かつ、キャビティ４０２内において第１および第２の誘電体共振器パック１０８．１，１０８．２のうちの一方とハウジング４００の側壁４０８，４１０との間に配置されており、ｙ軸に沿って移動可能であるように固定されている。一実施形態では、容器１０２および誘電体周波数チューナパック１１０は、ロックナット１１８によってハウジング４００に対して定位置に保持される。

一実施形態では、第１および第２の誘電体共振器パック１０８．１，１０８．２は、ｙ軸に沿った運動自由度が制御されている誘電体保持器１１４によって互いに対して移動可能であるように固定されている。一実施形態では、誘電体保持器１１４は、第１および第２の誘電体共振器パック１０８．１，１０８．２のそれぞれの各側に１つのナットが配置されている２対のナット１１４．１，１１４．２を含み、ナット１１４．１，１１４．２は、容器１０２と螺合し、容器１０２は雄ねじを有し、ナット１１４．１，１１４．２は雌ねじを有する。一実施形態では、誘電体周波数チューナパック１１０も容器１０２と螺合し、容器１０２は雄ねじを有し、周波数チューナパック１１０は雌ねじを有する。

一実施形態では、第１および第２の誘電体共振器パック１０８．１，１０８．２は第１の誘電体材料から形成され、誘電体保持器１１４は第２の誘電体材料から形成され、第１の誘電体材料は第２の誘電体材料の誘電率よりも大きい誘電率を有する。一実施形態では、第１の誘電体材料の誘電率は３０以上であり、第２の誘電体材料の誘電率は４以下である。一実施形態では、第１の誘電体材料はセラミックを含む。一実施形態では、第２の誘電体材料はプラスチックを含む。第１および第２の誘電体共振器パック１０８．１，１０８．２、および誘電体保持器１１４の材料に対して、前者が後者よりも高い、実質的に異なる誘電率を用いることによって、電磁共振チャンバ４０６における向上したＱ値（品質係数Ｑ）が達成可能である。一実施形態では、誘電体周波数チューナパック１１０も第１の誘電体材料から形成される。

一実施形態では、第１および第２の誘電体共振器パック１０８．１，１０８．２のうちの所与の１つは第１の体積の材料から形成され、誘電体保持器１１４のうちの所与の１つは第２の体積の材料から形成され、誘電体周波数チューナパック１１０は第３の体積の材料から形成され、第１の体積の材料は第２の体積の材料よりも大きく、第３の体積の材料よりも大きく、第３の体積の材料は第２の体積の材料よりも大きい。一実施形態では、すべての誘電体保持器１１４の第２の体積の材料をまとめたものは、第１および第２の誘電体共振器パック１０８．１，１０８．２の第１の体積の材料をまとめたものの５０％未満である。本明細書に開示されるように、電磁共振チャンバ４０６内の様々な誘電体コンポーネントの体積の材料を区別することによって、電磁共振チャンバ４０６におけるさらに向上したＱ値（品質係数Ｑ）が達成可能である。

一実施形態では、次に図２を特に参照すると、周波数チューナ１１０は、金属または高誘電率材料から形成され、一実施形態では、誘電率が３０以上である。一実施形態では、１つ以上の共振器１０８は、ｙ軸に沿った運動自由度を持たないように固定され、誘電率が３０以上である。一実施形態では、１つ以上の共振器１０８は、誘電体共振器、またはこれに代えて金属共振器である。一実施形態では、周波数チューナ１１０は、容器１０２と螺合し、ｙ軸に沿った運動自由度が制御されている保持器１１４によって移動可能であるように固定されている。一実施形態では、保持器１１４は、容器１０２と螺合するナットであり、容器１０２は雄ねじを有し、ナット１１４は雌ねじを有する。

一実施形態では、材料のサンプル５００は、変更することなく、第１の装置２００および第２の装置３００の両方とともに使用可能な特定のサンプルである。
ここで図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃ、図３Ｄ、図３Ｅ、図３Ｆ、図３Ｇ、図３Ｈ、および図３Ｉを参照すると、これらの図は、図１の装置１００の第１の部分２００の例示的な構造の組立工程を順に示す。

図３Ａでは、第１の部分２００のすべての部品が、組立前に示されており、図１に従って列挙されている。
図３Ｂでは、コネクタ１１６は、電気信号線１０４，１０６を収容する準備として設置される。

図３Ｃでは、周波数チューナ１１０が設置される。
図３Ｄでは、容器１０２が一緒に設置される。
図３Ｅおよび図３Ｆでは、リテーナ１１４が設置される。

図３Ｇでは、共振器１０８が設置される。
図３Ｈでは、ロックナット１１８が取り付けられる。
図３Ｉでは、カバー４０４が取り付けられる。

ここで図４Ａ、図４Ｂ、および図４Ｃを参照すると、これらの図は、電界強度がプロットされた（図４Ａ）ＴＥモードにより共振するように構成された装置１００の第１の部分２００（図１参照）、および磁界強度がプロットされた（図４Ｃ）ＴＭモードにより共振するように構成された装置１００の第２の部分３００（図２参照）の解析的電磁性能特性を示す。図４Ｂは、材料５００のサンプルがその場にある場合（図４Ｂの左側プロット）およびない場合（図４Ｂの右側プロット）の図４Ａに示される再構成可能共振器応答のＳ（２，１）特性を示す。図４Ａに示される実施形態では、電界分布がプロットされ、材料５００のサンプルに非常に近接し、材料５００のサンプルを取り囲む付近において低強度であることが示される。より具体的には、第１の部分２００は、材料のサンプル５００が配置されるキャビティ４０２の中心４１２において電界を実質的に生成しないようにチューニングされる。図４Ｂから理解されるように、周波数シフトは、容器１０２へと完全に挿入されている材料のサンプル５００の存在下において生じ、装置１００は、電磁共鳴チャンバ４０６の共振周波数にチューニングされ、周波数シフトΔｆは、材料のサンプル５００の透磁率μに比例する。図４Ｂからさらに理解されるように、３ｄＢ帯域幅ＢＷが定義され、これは、材料のサンプル５００の磁気損失正接δμを定義する。具体的に示されないが、図４Ｃの第２の部分３００についての同様の出力グラフを生成して、材料５００のサンプルの誘電率εおよび誘電損失正接δεについての試験結果を提供することが可能である。図４Ｃに示される実施形態に関して、磁界分布がプロットされ、材料のサンプル５００に近接し、材料のサンプル５００を取り囲む近傍において低強度であることが示される。より具体的には、第２の部分３００は、材料のサンプル５００が配置されるキャビティ４０２の中心４１２において実質的に磁界を生成しないようにチューニングされる。

装置１００の第１の部分２００の前述の記載から、材料のサンプル５００の磁気特性を測定する方法は、特定のサンプル５００が容器１０２におけるキャビティ４０２の完全に内側に配置されるまで特定のサンプル５００を容器１０２へと挿入し、２つの対向する電気信号線１０４，１０６に特定の周波数によりエネルギーを付与して第１および第２の誘電体共振器パック１０８．１，１０８．２を共振させ、ネットワークアナライザ６００を介して２つの対向する電気信号線１０４，１０６上の信号フィードバックを監視しながら、第１および第２の誘電体共振器パック１０８．１，１０８．２間の間隙１１２をｙ軸に沿って調整して粗チューニング調整を行い、周波数チューナ１１０をｙ軸に沿って調整して微チューニング調整を行い、粗チューニング調整および微チューニング調整により、第１および第２の共振器パック１０８．１，１０８．２および特定のサンプル５００が電磁共振チャンバ４０６の共振モードにてＴＥモードにより共振し、信号フィードバックおよびネットワークアナライザ６００を介して特定のサンプル５００の透磁率および磁気損失正接のうちの少なくとも一方を測定することによって、本明細書に開示されるような装置１００の第１の部分２００を使用することを含むことが理解される。一実施形態では、使用される特定の周波数は１．６ＧＨｚである。装置１００の第２の部分３００の前述の記載から、材料のサンプル５００の電気的特性を測定する方法は、特定のサンプル５００が容器１０２におけるキャビティ４０２の完全に内側に配置されるまで特定のサンプル５００を容器１０２へと挿入し、２つの対向する電気信号線１０４，１０６に特定の周波数によりエネルギーを付与し、ネットワークアナライザ６００を介して２つの対向する電気信号線１０４，１０６上の信号フィードバックを監視しながら、１つ以上の共振器１０８の位置をｙ軸に沿って調整することによって周波数チューニング条件をｙ軸に沿って調整し、その結果、１つ以上の共振器１０８および特定のサンプル５００がキャビティ４０２の共振モードにてＴＭモードにより共振し、信号フィードバックおよびネットワークアナライザ６００を介して特定のサンプル５００の誘電率および誘電損失正接のうちの少なくとも一方を測定することによって、本明細書に開示されるような装置１００の第２の部分３００を使用することを含むことが理解される。一実施形態では、使用される特定の周波数は１．６ＧＨｚである。

個々の特徴の特定の組合せが本明細書に記載され図示されているが、特徴のこれらの特定の組合せは例示する目的に過ぎず、そうした組合せが明示的に図示されているか否かにかかわらず、そうした個々の特徴のいずれかの任意の組合せを実施形態に従って使用してよく、本明細書の開示と一致することが理解される。本明細書に開示される特徴のあらゆるそうした組合せは、本明細書において企図され、本出願を全体として考慮するときに当業者の理解の範囲内であると見なされ、当業者によって理解されるように、添付の特許請求の範囲によって定められる本発明の範囲内にある限り、本明細書に開示される本発明の範囲内であると見なされる。

例示的な実施形態を参照して本明細書において本発明を説明したが、特許請求の範囲から逸脱することなく、様々な変更がなされてよく、その要素を均等物により置き換えてよいことが当業者に理解される。本発明の本質的な範囲から逸脱することなく、特定の状況または材料を本発明の教示に適合させるように、多くの修正がなされてよい。したがって、本発明は、本発明を実施するために想定される最良の形態または唯一の形態として本明細書に開示された特定の１つまたは複数の実施形態に限定されず、本発明は、添付の特許請求の範囲内にあるすべての実施形態を含むことが意図される。図面および記載では、例示的な実施形態が開示されており、特定の用語および／または寸法が使用されている場合があるが、それらは、特に明記しない限り、一般的な、例示的な、および／または説明的な意味においてのみ使用され、限定する目的ではなく、したがって、特許請求の範囲はそのように限定されない。第１、第２などの用語の使用、または図面にそのように列挙されたものは、順序または重要性を示すものではなく、むしろ、第１、第２などの用語は、１つの要素を別の要素から区別するように使用される。用語「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」などの使用は、量の限定を示すのではなく、参照された項目の１つ以上の存在を示す。本明細書において使用される「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語は、１つまたは複数の追加の特徴の可能な包含を排除するものではない。また、本明細書に提供される任意の背景情報は、本明細書に開示される本発明に関連する可能性があると出願人が考える情報を明らかにするように提供される。そうした背景情報のいずれかが、本明細書に開示される本発明の実施形態に対する先行技術を構成することを必ずしも容認することを意図するものではなく、そのように解釈されるものでもない。

上記のすべてを考慮して、少なくとも以下の態様および／または態様の組み合わせに従うがこれらに限定されない実施形態の様々な態様が本明細書に開示されることが理解される。

態様１．材料のサンプルの１つ以上の電磁特性を測定するための装置であって、内部キャビティと取外可能カバーとを有するハウジングであって、前記ハウジングと取り付けられている前記カバーとの組合せが、電磁共振チャンバを形成する、ハウジングと、前記材料のサンプルを収容するように構成されている容器であって、前記ハウジングの対向する側壁を通じて前記ハウジングのｙ軸に沿って延び、前記キャビティのｘ－ｙ－ｚ中心点を通過する、容器と、前記ハウジングのｘ軸に沿って配向されている２つの対向する電気信号線であって、前記キャビティの電磁共振モードに結合するように配置および構成されている、電気信号線と、前記容器の周りに前記容器と中心を等しくするように配置されており、かつ、前記キャビティ内に配置されている１つ以上の共振器であって、固定されるかまたは前記ｙ軸に対し移動可能であるように固定されている、１つ以上の共振器と、前記容器の周りに前記容器と中心を等しくするように配置されており、かつ、前記キャビティ内において前記１つ以上の共振器と前記ハウジングの前記側壁のうちの一方との間に少なくとも部分的に配置されている周波数チューナであって、前記ｙ軸に沿って移動可能であるように固定されている、周波数チューナと、を備える、装置。

態様２．前記１つ以上の共振器は、前記ｙ軸に対し移動可能であるように固定されている１つ以上の誘電体共振器である、態様１に記載の装置。
態様３．前記１つ以上の電磁特性は磁気特性であり、前記１つ以上の誘電体共振器は、前記容器の周りに前記容器と中心を等しくするように配置されており、かつ、前記キャビティ内に配置されている第１の誘電体共振器パックおよび第２の誘電体共振器パックを含み、前記第１の誘電体共振器パックおよび前記第２の誘電体共振器パックは、前記ｙ軸に沿って互いに対し移動可能であるように固定されており、間隙によって分離されており、前記周波数チューナは、誘電体周波数チューナパックを含み、前記誘電体周波数チューナパックは、前記容器の周りに前記容器と中心を等しくするように配置されており、かつ、前記キャビティ内において前記第１の誘電体共振器パックおよび前記第２の誘電体共振器パックのうちの一方と前記ハウジングの１つの側壁との間に配置されており、前記誘電体周波数チューナパックは前記ｙ軸に沿って移動可能であるように固定されている、態様２に記載の装置。

態様４．前記１つ以上の電磁特性は透磁率および磁気損失正接を含む、態様１～３のいずれか１つに記載の装置。
態様５．前記ハウジングおよび前記カバーは、非磁性金属材料から形成される、態様１～４のいずれか１つに記載の装置。

態様６．前記非磁性金属材料はアルミニウムを含む、態様５に記載の装置。
態様７．前記第１の誘電体共振器パックおよび前記第２の誘電体共振器パックは、前記ｙ軸に沿った運動自由度が制御されている誘電体保持器によって互いに対し移動可能であるように固定されている、態様３～６に記載の装置。

態様８．前記誘電体保持器は、前記第１の誘電体共振器パックおよび前記第２の誘電体共振器パックの各側に１つのナットが配置されている２対のナットを含み、前記ナットは、前記容器と螺合する、態様７に記載の装置。

態様９．前記誘電体周波数チューナパックは、前記容器と螺合する、態様３～８のいずれか１つに記載の装置。
態様１０．前記第１の誘電体共振器パックおよび前記第２の誘電体共振器パックは第１の誘電体材料から形成され、前記誘電体保持器は第２の誘電体材料から形成される、態様７または８に記載の装置。

態様１１．前記第１の誘電体材料の誘電率は、前記第２の誘電体材料の誘電率よりも大きい、態様１０に記載の装置。
態様１２．前記第１の誘電体材料の誘電率は３０以上である、態様１０または１１に記載の装置。

態様１３．前記第１の誘電体材料はセラミックを含む、態様１０～１２のいずれか１つに記載の装置。
態様１４．前記第２の誘電体材料の誘電率は４以下である、態様１０～１３のいずれか１つに記載の装置。

態様１５．前記第２の誘電体材料はプラスチックを含む、態様１０～１４のいずれか１つに記載の装置。
態様１６．前記誘電体周波数チューナパックは前記第１の誘電体材料から形成される、態様１０～１５に記載の装置。

態様１７．前記第１の誘電体共振器パックおよび前記第２の誘電体共振器パックのうちの所与の１つは第１の体積の材料から形成され、前記誘電体保持器のうちの所与の１つは第２の体積の材料から形成され、前記誘電体周波数チューナパックは第３の体積の材料から形成され、前記第１の体積の材料は前記第２の体積の材料よりも大きく、前記第３の体積の材料よりも大きく、前記第３の体積の材料は前記第２の体積の材料よりも大きい、態様７～１６のいずれか１つに記載の装置。

態様１８．すべての前記誘電体保持器の前記第２の体積の材料をまとめたものは、第１の誘電体共振器パックおよび前記第２の誘電体共振器パックの前記第１の体積の材料をまとめたものの５０％未満である、態様１１に記載の装置。

態様１９．前記材料のサンプルは、固体、粉末、または液体である、態様１～１８のいずれか１つに記載の装置。
態様２０．前記１つ以上の電磁特性は電気特性であり、前記周波数チューナは、金属または高誘電率材料から形成される、態様１に記載の装置。

態様２１．前記周波数チューナは、誘電率が３０以上である高誘電率材料から形成される、態様２０に記載の装置。
態様２２．前記１つ以上の電磁特性は誘電率および誘電損失正接を含む、態様１，２０または２１に記載の装置。

態様２３．前記ハウジングおよび前記カバーは、非磁性金属材料から形成される、態様２０～２２のいずれか１つに記載の装置。
態様２４．前記非磁性金属材料はアルミニウムを含む、態様２３に記載の装置。

態様２５．前記１つ以上の共振器は、前記ｙ軸に沿った運動自由度を持たないように固定されている、態様１，２０～２４のいずれか１つに記載の装置。
態様２６．前記周波数チューナは前記容器と螺合する、態様１，２０～２５のいずれか１つに記載の装置。

態様２７．前記１つ以上の共振器の誘電率は３０以上である、態様１，２０～２６のいずれか１つに記載の装置。
態様２８．前記周波数チューナは、前記ｙ軸に沿った運動自由度が制御されている保持器によって移動可能であるように固定されている、態様１，２０～２７のいずれか１つに記載の装置。

態様２９．前記保持器は、容器と螺合するナットを含む、態様２８に記載の装置。
態様３０．前記材料のサンプルは、固体、粉末、または液体である、態様２０～２９のいずれか１つに記載の装置。

態様３１．前記材料のサンプルは、態様１～３０の装置とともに使用可能な特定のサンプルである、態様１～３０のいずれか１つに記載の装置。
態様３２．材料のサンプルの磁気特性を測定する方法であって、態様３～１９のいずれか１つに記載の装置を使用する工程と、態様３１の特定の前記サンプルが前記容器における前記キャビティの完全に内側に配置されるまで特定の前記サンプルを前記容器へと挿入する工程と、２つの対向する前記電気信号線に特定の周波数によりエネルギーを付与して前記第１の誘電体共振器パックおよび前記第２の誘電体共振器パックを共振させる工程と、ネットワークアナライザを介して２つの対向する前記電気信号線上の信号フィードバックを監視しながら、前記第１の誘電体共振器パックおよび前記第２の誘電体共振器パック間の前記間隙を前記ｙ軸に沿って調整して粗チューニング調整を行い、前記周波数チューナを前記ｙ軸に沿って調整して微チューニング調整を行う工程であって、前記粗チューニング調整および前記微チューニング調整により、前記第１の共振器パックおよび前記第２の共振器パックおよび特定の前記サンプルが前記キャビティの前記共振モードにてＴＥモードにより共振する、工程と、前記信号フィードバックおよび前記ネットワークアナライザを介して特定の前記サンプルの透磁率および磁気損失正接のうちの少なくとも一方を測定する工程と、を備える、方法。

態様３３．前記特定の周波数は１．６ＧＨｚである、態様３２に記載の方法。
態様３４．材料のサンプルの電気特性を測定する方法であって、態様２０～３０のいずれか１つに記載の装置を使用する工程と、特定の前記材料のサンプルが前記容器における前記キャビティの完全に内側に配置されるまで特定の前記材料のサンプルを前記容器へと挿入する工程と、２つの対向する前記電気信号線に特定の周波数によりエネルギーを付与する工程と、ネットワークアナライザを介して２つの対向する前記電気信号線上の信号フィードバックを監視しながら、前記１つ以上の共振器の位置を前記ｙ軸に沿って調整することによって周波数チューニング条件を前記ｙ軸に沿って調整し、その結果、前記１つ以上の共振器および特定の前記サンプルが前記キャビティの前記共振モードにてＴＭモードにより共振する、工程と、前記信号フィードバックおよび前記ネットワークアナライザを介して特定の前記サンプルの誘電率および誘電損失正接のうちの少なくとも一方を測定する工程と、を備える、方法。

態様３５．前記特定の周波数は１．６ＧＨｚである、態様３４に記載の方法。

Claims (20)

1. 材料のサンプルの１つ以上の電磁特性を測定するための装置であって、
   内部キャビティと取外可能カバーとを有するハウジングであって、前記ハウジングと取り付けられている前記カバーとの組合せが、電磁共振チャンバを形成する、ハウジングと、
   前記材料のサンプルを収容するように構成されている容器であって、前記ハウジングの対向する側壁を通じて前記ハウジングのｙ軸に沿って延び、前記キャビティのｘ－ｙ－ｚ中心点を通過する、容器と、
   前記ハウジングのｘ軸に沿って配向されている２つの対向する電気信号線であって、前記キャビティの電磁共振モードに結合するように配置および構成されている、電気信号線と、
   前記容器の周りに前記容器と中心を等しくするように配置されており、かつ、前記キャビティ内に配置されている１つ以上の共振器であって、固定されているかまたは前記ｙ軸に対して移動可能であるように固定されている、１つ以上の共振器と、
   前記容器の周りに前記容器と中心を等しくするように配置されており、かつ、前記キャビティ内において前記１つ以上の共振器と前記ハウジングの前記側壁のうちの一方との間に少なくとも部分的に配置されている周波数チューナであって、前記ｙ軸に沿って移動可能であるように固定されている、周波数チューナと、を備える、装置。
2. 前記１つ以上の共振器は、前記ｙ軸に対し移動可能であるように固定されている１つ以上の誘電体共振器である、請求項１に記載の装置。
3. 前記１つ以上の電磁特性は磁気特性であり、
   前記１つ以上の誘電体共振器は、前記容器の周りに前記容器と中心を等しくするように配置されており、かつ、前記キャビティ内に配置されている第１の誘電体共振器パックおよび第２の誘電体共振器パックを含み、前記第１の誘電体共振器パックおよび前記第２の誘電体共振器パックは、前記ｙ軸に沿って互いに対し移動可能であるように固定されているとともに、間隙によって分離されており、
   前記周波数チューナは、誘電体周波数チューナパックを含み、前記誘電体周波数チューナパックは、前記容器の周りに前記容器と中心を等しくするように配置されており、かつ、前記キャビティ内において前記第１の誘電体共振器パックおよび前記第２の誘電体共振器パックのうちの一方と前記ハウジングの１つの側壁との間に配置されており、前記誘電体周波数チューナパックは前記ｙ軸に沿って移動可能であるように固定されている、請求項２に記載の装置。
4. 前記１つ以上の電磁特性は透磁率および磁気損失正接を含む、請求項１に記載の装置。
5. 前記第１の誘電体共振器パックおよび前記第２の誘電体共振器パックは、前記ｙ軸に沿った運動自由度が制御されている誘電体保持器によって、互いに対し移動可能であるように固定されている、請求項３に記載の装置。
6. 前記誘電体保持器は、前記第１の誘電体共振器パックおよび前記第２の誘電体共振器パックの各側に１つのナットが配置されている２対のナットを含み、前記ナットは、前記容器と螺合する、請求項５に記載の装置。
7. 前記誘電体周波数チューナパックは、前記容器と螺合する、請求項３に記載の装置。
8. 前記第１の誘電体共振器パックおよび前記第２の誘電体共振器パックは第１の誘電体材料から形成され、
   前記誘電体保持器は第２の誘電体材料から形成される、請求項５に記載の装置。
9. 前記第１の誘電体材料の誘電率は、前記第２の誘電体材料の誘電率よりも大きい、請求項８に記載の装置。
10. 前記誘電体周波数チューナパックは前記第１の誘電体材料から形成される、請求項１０に記載の装置。
11. 前記第１の誘電体共振器パックおよび前記第２の誘電体共振器パックのうちの所与の１つは第１の体積の材料から形成され、
    前記誘電体保持器のうちの所与の１つは第２の体積の材料から形成され、
    前記誘電体周波数チューナパックは第３の体積の材料から形成され、
    前記第１の体積の材料は前記第２の体積の材料よりも大きく、前記第３の体積の材料よりも大きく、
    前記第３の体積の材料は前記第２の体積の材料よりも大きい、請求項５に記載の装置。
12. すべての前記誘電体保持器の前記第２の体積の材料をまとめたものは、第１の誘電体共振器パックおよび第２の誘電体共振器パックの前記第１の体積の材料をまとめたものの５０％未満である、請求項１１に記載の装置。
13. 前記１つ以上の電磁特性は電気特性であり、
    前記周波数チューナは、金属または高誘電率材料から形成される、請求項１に記載の装置。
14. 前記１つ以上の電磁特性は誘電率および誘電損失正接を含む、請求項１に記載の装置。
15. 前記１つ以上の共振器は、前記ｙ軸に沿った運動自由度を持たないように固定されている、請求項１に記載の装置。
16. 前記周波数チューナは前記容器と螺合する、請求項１に記載の装置。
17. 前記周波数チューナは、前記ｙ軸に沿った運動自由度が制御されている保持器によって、移動可能であるように固定されている、請求項１に記載の装置。
18. 前記材料のサンプルは、請求項３および請求項１３の両方の装置とともに使用可能な特定のサンプルである、請求項１に記載の装置。
19. 材料のサンプルの磁気特性を測定する方法であって、
    請求項３に記載の装置を使用する工程と、
    前記材料のサンプルが前記容器における前記キャビティの完全に内側に配置されるまで前記材料のサンプルを前記容器へと挿入する工程と、
    ２つの対向する前記電気信号線に特定の周波数によりエネルギーを付与して前記第１の誘電体共振器パックおよび前記第２の誘電体共振器パックを共振させる工程と、
    ネットワークアナライザを介して２つの対向する前記電気信号線上の信号フィードバックを監視しながら、前記第１の誘電体共振器パックと前記第２の誘電体共振器パックとの間の前記間隙を前記ｙ軸に沿って調整して粗チューニング調整を行い、前記周波数チューナを前記ｙ軸に沿って調整して微チューニング調整を行う工程であって、前記粗チューニング調整および前記微チューニング調整により、前記第１の共振器パックおよび前記第２の共振器パックおよび特定の前記サンプルが前記キャビティの前記共振モードにてＴＥモードにより共振する、工程と、
    前記信号フィードバックおよび前記ネットワークアナライザを介して特定の前記サンプルの透磁率および磁気損失正接のうちの少なくとも一方を測定する工程と、を備える、方法。
20. 材料のサンプルの電気特性を測定する方法であって、
    請求項１３に記載の装置を使用する工程と、
    前記材料のサンプルが前記容器における前記キャビティの完全に内側に配置されるまで前記材料のサンプルを前記容器へと挿入する工程と、
    ２つの対向する前記電気信号線に特定の周波数によりエネルギーを付与する工程と、
    ネットワークアナライザを介して２つの対向する前記電気信号線上の信号フィードバックを監視しながら、前記１つ以上の共振器の位置を前記ｙ軸に沿って調整することによって周波数チューニング条件を前記ｙ軸に沿って調整し、その結果、前記１つ以上の共振器および特定の前記サンプルが前記キャビティの前記共振モードにてＴＭモードにより共振する、工程と、
    前記信号フィードバックおよび前記ネットワークアナライザを介して特定の前記サンプルの誘電率および誘電損失正接のうちの少なくとも一方を測定する工程と、を備える、方法。