JP3298815B2 - 電気特性測定方法および装置 - Google Patents
電気特性測定方法および装置Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、試料の電気特性を
測定する電気特性測定方法および電気特性測定装置に関
する。本発明の好ましい適用例には、フィルタ、電圧制
御発振器、共振器などに広く用いられている誘電体材
料、磁性体材料、絶縁体材料、または高分子材料などの
電気特性、および、その温度依存性の測定等が含まれて
おり、特に高周波領域における誘電特性、磁気特性およ
びその温度依存性の測定に有効である。
測定する電気特性測定方法および電気特性測定装置に関
する。本発明の好ましい適用例には、フィルタ、電圧制
御発振器、共振器などに広く用いられている誘電体材
料、磁性体材料、絶縁体材料、または高分子材料などの
電気特性、および、その温度依存性の測定等が含まれて
おり、特に高周波領域における誘電特性、磁気特性およ
びその温度依存性の測定に有効である。
【０００２】
【従来の技術】この種の電気特性測定技術を開示した公
知文献としては、電子情報通信学会技術研究報告Vol.9
6,No.74、P57-62(1996)を挙げることができる。この文献
は、摂動法による比誘電率温度特性評価方法を開示して
いる。摂動法の適用にあたっては棒状試料を切り出し、
切り出された棒状試料を導波装置の電界最大領域または
磁界最大領域に挿入する。そして、導波装置に試料を挿
入しない場合と挿入した場合との、共振周波数の変化量
と無負荷Ｑ値の変化量から、挿入された試料の誘電特性
または磁気特性を算出する。電界最大領域に試料を配置
した場合には、試料の磁気特性に関する寄与が無視され
るので、試料の複素誘電率を求めることができる。磁界
最大領域に試料を配置した場合には、試料の複素透磁率
を算出することができる。
知文献としては、電子情報通信学会技術研究報告Vol.9
6,No.74、P57-62(1996)を挙げることができる。この文献
は、摂動法による比誘電率温度特性評価方法を開示して
いる。摂動法の適用にあたっては棒状試料を切り出し、
切り出された棒状試料を導波装置の電界最大領域または
磁界最大領域に挿入する。そして、導波装置に試料を挿
入しない場合と挿入した場合との、共振周波数の変化量
と無負荷Ｑ値の変化量から、挿入された試料の誘電特性
または磁気特性を算出する。電界最大領域に試料を配置
した場合には、試料の磁気特性に関する寄与が無視され
るので、試料の複素誘電率を求めることができる。磁界
最大領域に試料を配置した場合には、試料の複素透磁率
を算出することができる。
【０００３】上述した文献は、更に、結露や高湿度によ
る試料の特性劣化および導波装置の酸化劣化を抑制する
手段として、導波装置内に乾燥ガス（乾燥窒素ガス）を
導入する方法、更に、上記乾燥ガスの圧力もしくは流れ
を利用して、導波装置に対する試料の出し入れを行な
い、導波装置に対する試料の出し入れを容易化する手段
も開示している。
る試料の特性劣化および導波装置の酸化劣化を抑制する
手段として、導波装置内に乾燥ガス（乾燥窒素ガス）を
導入する方法、更に、上記乾燥ガスの圧力もしくは流れ
を利用して、導波装置に対する試料の出し入れを行な
い、導波装置に対する試料の出し入れを容易化する手段
も開示している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した文献
は、乾燥ガスを導波装置内に導入した場合に、導波装置
の導波空間の変化に起因して生じる誤差を抑制する手段
を開示していない。
は、乾燥ガスを導波装置内に導入した場合に、導波装置
の導波空間の変化に起因して生じる誤差を抑制する手段
を開示していない。
【０００５】導波装置内に乾燥ガスを導入することは、
導波装置に対する試料の出し入れの容易さや、試料およ
び導波装置の特性劣化防止の観点から、きわめて有効で
あるが、乾燥ガスの導入によって、導波装置の内部が僅
かに膨らむ。このため、摂動法による電気特性計算時の
導波装置の体積に誤差が生じる。これは、試料の複素誘
電率や複素透磁率の算出に誤差を生じさせる。
導波装置に対する試料の出し入れの容易さや、試料およ
び導波装置の特性劣化防止の観点から、きわめて有効で
あるが、乾燥ガスの導入によって、導波装置の内部が僅
かに膨らむ。このため、摂動法による電気特性計算時の
導波装置の体積に誤差が生じる。これは、試料の複素誘
電率や複素透磁率の算出に誤差を生じさせる。
【０００６】また、乾燥ガスによって駆動されるエアシ
リンダを用いて、試料を出し入れする場合、乾燥ガスの
圧力または流れを受けるホルダーに試料を取り付ける。
このホルダが導波装置の開口部やエアシリンダ先端を塞
ぎ、乾燥ガスの流路を狭める。このため、導波装置の内
部へ流入する乾燥ガス量に差がでてしまい、乾燥ガスの
流れ方向によって導波装置の僅かな膨らみに差がでる。
これも、摂動法によって計算される試料の複素誘電率や
複素透磁率に誤差を生じさせる。
リンダを用いて、試料を出し入れする場合、乾燥ガスの
圧力または流れを受けるホルダーに試料を取り付ける。
このホルダが導波装置の開口部やエアシリンダ先端を塞
ぎ、乾燥ガスの流路を狭める。このため、導波装置の内
部へ流入する乾燥ガス量に差がでてしまい、乾燥ガスの
流れ方向によって導波装置の僅かな膨らみに差がでる。
これも、摂動法によって計算される試料の複素誘電率や
複素透磁率に誤差を生じさせる。
【０００７】しかも、乾燥ガスの流量が必ずしも常時一
定ではないため、導波装置の内部の膨らみ量が微妙に変
動し、導波装置の体積が変動してしまう。このため、試
料の複素誘電率や複素透磁率の算出時に、誤差やばらつ
きがを生じてしまい、再現性が悪化する。
定ではないため、導波装置の内部の膨らみ量が微妙に変
動し、導波装置の体積が変動してしまう。このため、試
料の複素誘電率や複素透磁率の算出時に、誤差やばらつ
きがを生じてしまい、再現性が悪化する。
【０００８】本発明の課題は、試料および導波装置の特
性劣化を防止し得る試料の電気特性測定方法および測定
装置を提供することである。
性劣化を防止し得る試料の電気特性測定方法および測定
装置を提供することである。
【０００９】本発明のもう一つの課題は、乾燥ガスによ
る測定誤差を生じない試料の電気特性測定方法および測
定装置を提供することである。
る測定誤差を生じない試料の電気特性測定方法および測
定装置を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ため、本発明に係る電気特性方法は、導波装置内に乾燥
ガスを導入するステップと、電気特性測定ステップとを
含む。そして、前記電気特性測定ステップにおいて、前
記導波装置内への前記乾燥ガスの導入を停止する。すな
わち、電気特性測定時に、乾燥ガスの導入を止め、その
後、乾燥ガスを流して試料の出し入れを行う。
ため、本発明に係る電気特性方法は、導波装置内に乾燥
ガスを導入するステップと、電気特性測定ステップとを
含む。そして、前記電気特性測定ステップにおいて、前
記導波装置内への前記乾燥ガスの導入を停止する。すな
わち、電気特性測定時に、乾燥ガスの導入を止め、その
後、乾燥ガスを流して試料の出し入れを行う。
【００１１】上記方法によれば、電気特性測定時に、乾
燥ガスの流れまたは圧力の影響を受けて、導波装置が膨
らむことがない。従って、摂動法による電気特性計算時
の導波装置の体積に誤差が生じることがないので、試料
の複素誘電率や複素透磁率を、正確に算出し得る。
燥ガスの流れまたは圧力の影響を受けて、導波装置が膨
らむことがない。従って、摂動法による電気特性計算時
の導波装置の体積に誤差が生じることがないので、試料
の複素誘電率や複素透磁率を、正確に算出し得る。
【００１２】乾燥ガスによって駆動されるエアシリンダ
を用いて、試料を出し入れする場合、このホルダが導波
装置の開口部やエアシリンダ先端を塞ぎ、乾燥ガスの流
路を狭めることがあっても、このタイミングでは、電気
特性測定を行なっていないので、摂動法による電気特性
計算時に、試料の複素誘電率や複素透磁率に誤差を生じ
させる余地がない。
を用いて、試料を出し入れする場合、このホルダが導波
装置の開口部やエアシリンダ先端を塞ぎ、乾燥ガスの流
路を狭めることがあっても、このタイミングでは、電気
特性測定を行なっていないので、摂動法による電気特性
計算時に、試料の複素誘電率や複素透磁率に誤差を生じ
させる余地がない。
【００１３】また、乾燥ガスの流量が必ずしも一定では
ないため、導波装置の内部の膨らみ量が変動したとして
も、このタイミングでは、電気特性測定を行なっていな
いので、試料の複素誘電率や複素透磁率の算出誤差やば
らつきがを生じる余地がない。このため、乾燥ガスの流
れによる再現性の悪化を招くことがない。
ないため、導波装置の内部の膨らみ量が変動したとして
も、このタイミングでは、電気特性測定を行なっていな
いので、試料の複素誘電率や複素透磁率の算出誤差やば
らつきがを生じる余地がない。このため、乾燥ガスの流
れによる再現性の悪化を招くことがない。
【００１４】しかも、導波装置内に乾燥ガスを導入する
ことに代わりはないので、導波装置に対する試料の出し
入れを容易化すると共に、試料および導波装置の特性劣
化を防止することができる。
ことに代わりはないので、導波装置に対する試料の出し
入れを容易化すると共に、試料および導波装置の特性劣
化を防止することができる。
【００１５】上述した電気特性測定方法の実施に直接用
いられる本発明に係る電気特性測定装置は、導波装置
と、測定手段と、乾燥ガス供給手段とを含む。前記導波
装置は、導波空間と、試料挿入孔と、乾燥ガス通孔とを
有する。前記導波空間は、金属壁面によって囲まれてい
る。前記試料挿入孔は、前記金属壁面を貫通して前記導
波空間の内外に連通している。前記乾燥ガス通孔は、前
記金属壁面を貫通して前記導波空間の内外に連通してい
る。前記乾燥ガス供給手段は、前記乾燥ガス通孔に接続
されている。前記測定手段は、前記導波装置を励振する
と共に、前記導波装置の出力信号を解析して、前記試料
の電気特性を算出する。そして、前記測定手段による測
定動作時は、前記乾燥ガス供給手段から前記導波装置へ
の乾燥ガスの供給を停止する。
いられる本発明に係る電気特性測定装置は、導波装置
と、測定手段と、乾燥ガス供給手段とを含む。前記導波
装置は、導波空間と、試料挿入孔と、乾燥ガス通孔とを
有する。前記導波空間は、金属壁面によって囲まれてい
る。前記試料挿入孔は、前記金属壁面を貫通して前記導
波空間の内外に連通している。前記乾燥ガス通孔は、前
記金属壁面を貫通して前記導波空間の内外に連通してい
る。前記乾燥ガス供給手段は、前記乾燥ガス通孔に接続
されている。前記測定手段は、前記導波装置を励振する
と共に、前記導波装置の出力信号を解析して、前記試料
の電気特性を算出する。そして、前記測定手段による測
定動作時は、前記乾燥ガス供給手段から前記導波装置へ
の乾燥ガスの供給を停止する。
【００１６】
【発明の実施の形態】図１は本発明に係る電気特性測定
方法の実施に用いられる電気特性測定装置の構成を概略
的に示す図である。図を参照すると、本発明に係る電気
特性測定装置は、導波装置１と、測定手段３と、乾燥ガ
ス供給手段４とを含む。
方法の実施に用いられる電気特性測定装置の構成を概略
的に示す図である。図を参照すると、本発明に係る電気
特性測定装置は、導波装置１と、測定手段３と、乾燥ガ
ス供給手段４とを含む。
【００１７】導波装置１は、導波空間１１１１と、試料
挿入孔１４と、乾燥ガス通孔１５とを有する。導波空間
１１１１は、金属壁面によって囲まれている。導波装置
１の金属壁面１１は、例えば銅や銀、金、アルミニウム
あるいは合金などの導電材料で構成される。もしくは、
金属メッキを施した材料としてもよい。導波装置１は、
矩形または円形等の形状になっており、ＴＥモードやＴ
Ｍモード等の共振モードで動作する。また、側面の対向
する位置には、入力コネクタ１２および出力コネクタ１
３が取り付けられている。
挿入孔１４と、乾燥ガス通孔１５とを有する。導波空間
１１１１は、金属壁面によって囲まれている。導波装置
１の金属壁面１１は、例えば銅や銀、金、アルミニウム
あるいは合金などの導電材料で構成される。もしくは、
金属メッキを施した材料としてもよい。導波装置１は、
矩形または円形等の形状になっており、ＴＥモードやＴ
Ｍモード等の共振モードで動作する。また、側面の対向
する位置には、入力コネクタ１２および出力コネクタ１
３が取り付けられている。
【００１８】試料挿入孔１４は、金属壁面を貫通して導
波空間１１１１の内外に連通している。摂動法によって
電気特性を測定する場合、試料挿入孔１４は、導波装置
１内の電界最大領域または磁界最大領域に備えられる。
具体的には、試料２は、複素誘電率を測定する場合は、
電界最大領域に配置し、複素透磁率を測定する場合は磁
界最大領域に配置する。
波空間１１１１の内外に連通している。摂動法によって
電気特性を測定する場合、試料挿入孔１４は、導波装置
１内の電界最大領域または磁界最大領域に備えられる。
具体的には、試料２は、複素誘電率を測定する場合は、
電界最大領域に配置し、複素透磁率を測定する場合は磁
界最大領域に配置する。
【００１９】実施例において、試料挿入孔１４は、乾燥
ガスの通路として兼用されている。具体的には、試料挿
入孔１４の部分に、エアシリンダ１６を装着し、エアシ
リンダ１６の内部にホルダ１８を配置し、ホルダ１８に
試料２を取り付けてある。ホルダ１８はエアシリンダ１
６に緩く嵌め込まれており、エアシリンダ１６の壁面と
ホルダ１８の外周との間に乾燥ガス通路が生じている。
但し、試料挿入孔１４から独立して、乾燥ガス通孔を設
けてもよい。
ガスの通路として兼用されている。具体的には、試料挿
入孔１４の部分に、エアシリンダ１６を装着し、エアシ
リンダ１６の内部にホルダ１８を配置し、ホルダ１８に
試料２を取り付けてある。ホルダ１８はエアシリンダ１
６に緩く嵌め込まれており、エアシリンダ１６の壁面と
ホルダ１８の外周との間に乾燥ガス通路が生じている。
但し、試料挿入孔１４から独立して、乾燥ガス通孔を設
けてもよい。
【００２０】エアシリンダ１６は、例えばアクリル樹脂
で作製した円筒状であり、その先端にはシリコン樹脂製
のチューブ４１が接続されている。このチューブ４１に
はコイル状の銅製パイプが取り付けられ、熱交換を十分
に行えるようにしてある。
で作製した円筒状であり、その先端にはシリコン樹脂製
のチューブ４１が接続されている。このチューブ４１に
はコイル状の銅製パイプが取り付けられ、熱交換を十分
に行えるようにしてある。
【００２１】ホルダ１８は、エアシリンダ１６の内径に
合わせた形状をもち、テフロン等で構成されている。ホ
ルダ１８の中心には試料挿入用穴が設けられており、こ
の穴に棒状試料２が配置されている。試料２が挿入され
ていない状態では、導波装置１の試料挿入孔１４より、
乾燥ガスを流す。一方、試料２が挿入された状態ではエ
アシリンダ１６の先端より乾燥ガスを流す。
合わせた形状をもち、テフロン等で構成されている。ホ
ルダ１８の中心には試料挿入用穴が設けられており、こ
の穴に棒状試料２が配置されている。試料２が挿入され
ていない状態では、導波装置１の試料挿入孔１４より、
乾燥ガスを流す。一方、試料２が挿入された状態ではエ
アシリンダ１６の先端より乾燥ガスを流す。
【００２２】乾燥ガス通孔１５は、金属壁面を貫通して
導波空間１１１の内外に連通している。図示では、乾燥
ガス通孔１５は、試料挿入孔１４と向き合う位置におい
て、導波装置１の金属壁面に設けられている。但し、乾
燥ガス通孔１５は、試料挿入孔１４と向き合わない位置
において金属壁面に設けられていてもよい。
導波空間１１１の内外に連通している。図示では、乾燥
ガス通孔１５は、試料挿入孔１４と向き合う位置におい
て、導波装置１の金属壁面に設けられている。但し、乾
燥ガス通孔１５は、試料挿入孔１４と向き合わない位置
において金属壁面に設けられていてもよい。
【００２３】乾燥ガス供給手段４は、乾燥ガス通孔１５
に接続されている。乾燥ガス供給手段４は、具体的に乾
燥窒素ガス等の乾燥ガスを供給する手段であり、チュー
ブ４１を介してエアシリンダ１６に接続され、また、チ
ューブ４２を介して、乾燥ガス通孔１５に取り付けられ
たコネクタ１７に接続されている。乾燥ガス供給手段４
から供給された乾燥ガスは、チューブ４１を矢印ａ１の
方向に流れてホルダ１８を押し、かつ、エアシリンダ１
６内を通過して導波装置１の導波空間１１１内に入り、
更に導波空間１１１から乾燥ガス通孔１５に入り、チュ
ーブ４２を経由して乾燥ガス供給手段４に戻る経路をと
る。この時、矢印ａ１の方向に流れる乾燥ガスよってホ
ルダ１８がエアシリンダ１６内で矢印ａ１の方向におさ
れ、ホルダ１８に取り付けられた試料２が試料挿入孔１
４を通して、導波装置１の導波空間１１１内に挿入され
る。実施例の場合、乾燥ガス通孔１５が試料挿入孔１４
と向き合う位置において金属壁面に設けられているの
で、試料２の先端が、乾燥ガス通孔１５内に入る。この
配置によれば、試料２を導波装置１の金属壁面を通る電
界中に確実に配置し、測定精度を上げることができる。
に接続されている。乾燥ガス供給手段４は、具体的に乾
燥窒素ガス等の乾燥ガスを供給する手段であり、チュー
ブ４１を介してエアシリンダ１６に接続され、また、チ
ューブ４２を介して、乾燥ガス通孔１５に取り付けられ
たコネクタ１７に接続されている。乾燥ガス供給手段４
から供給された乾燥ガスは、チューブ４１を矢印ａ１の
方向に流れてホルダ１８を押し、かつ、エアシリンダ１
６内を通過して導波装置１の導波空間１１１内に入り、
更に導波空間１１１から乾燥ガス通孔１５に入り、チュ
ーブ４２を経由して乾燥ガス供給手段４に戻る経路をと
る。この時、矢印ａ１の方向に流れる乾燥ガスよってホ
ルダ１８がエアシリンダ１６内で矢印ａ１の方向におさ
れ、ホルダ１８に取り付けられた試料２が試料挿入孔１
４を通して、導波装置１の導波空間１１１内に挿入され
る。実施例の場合、乾燥ガス通孔１５が試料挿入孔１４
と向き合う位置において金属壁面に設けられているの
で、試料２の先端が、乾燥ガス通孔１５内に入る。この
配置によれば、試料２を導波装置１の金属壁面を通る電
界中に確実に配置し、測定精度を上げることができる。
【００２４】試料２を導波空間１１１から抜き出すに
は、乾燥ガス供給手段４から供給される乾燥ガスを、矢
印ａ１、ａ２とは逆方向の矢印ｂ１、ｂ２の方向に流
す。乾燥ガスはチューブ４２を矢印ｂ１の方向に流れて
試料２をエアシリンダ１６内に戻す。乾燥ガスは、導波
空間１１１から試料挿入孔１４およびエアシリンダ１６
を通ってチューブ４１を矢印ｂ２の方向に流れ、乾燥ガ
ス供給手段４に戻る。従って、導波空間１１１に対する
試料２の出し入れを、乾燥ガスの流れ方向を変えるだけ
の簡単な操作で実行できる。
は、乾燥ガス供給手段４から供給される乾燥ガスを、矢
印ａ１、ａ２とは逆方向の矢印ｂ１、ｂ２の方向に流
す。乾燥ガスはチューブ４２を矢印ｂ１の方向に流れて
試料２をエアシリンダ１６内に戻す。乾燥ガスは、導波
空間１１１から試料挿入孔１４およびエアシリンダ１６
を通ってチューブ４１を矢印ｂ２の方向に流れ、乾燥ガ
ス供給手段４に戻る。従って、導波空間１１１に対する
試料２の出し入れを、乾燥ガスの流れ方向を変えるだけ
の簡単な操作で実行できる。
【００２５】測定手段３は、導波装置１を励振すると共
に、導波装置１の出力信号を解析して、試料２の電気特
性を算出する。重要なことは、測定手段３による測定動
作時は、乾燥ガス供給手段４から導波装置１への乾燥ガ
スの供給を停止することである。摂動法においては、測
定手段３は導波装置１内に前記試料２を挿入しない場合
と、挿入した場合との共振周波数の変化量、および、無
負荷Ｑ値の変化量から、試料２の電気特性を算出する。
に、導波装置１の出力信号を解析して、試料２の電気特
性を算出する。重要なことは、測定手段３による測定動
作時は、乾燥ガス供給手段４から導波装置１への乾燥ガ
スの供給を停止することである。摂動法においては、測
定手段３は導波装置１内に前記試料２を挿入しない場合
と、挿入した場合との共振周波数の変化量、および、無
負荷Ｑ値の変化量から、試料２の電気特性を算出する。
【００２６】測定手段３３は、導波装置１を励振すると
共に、導波装置１の出力信号を解析する。測定手段３３
の具体的構成として、図１に示す実施例では、周波数シ
ンセサイザ３１と、ネットワークアナライザ３２と、演
算処理装置３３とを含んでいる測定手段３の全体がコン
ピュータによって構成されていてもよいし、或いは、演
算処理装置３３だけがコンピュータによって構成されて
いてもよい。
共に、導波装置１の出力信号を解析する。測定手段３３
の具体的構成として、図１に示す実施例では、周波数シ
ンセサイザ３１と、ネットワークアナライザ３２と、演
算処理装置３３とを含んでいる測定手段３の全体がコン
ピュータによって構成されていてもよいし、或いは、演
算処理装置３３だけがコンピュータによって構成されて
いてもよい。
【００２７】周波数シンセサイザ３１は、空洞共振器ま
たは導波管で構成される導波装置１に入力する各種信号
を発生させる。ネットワークアナライザ３２は、導波装
置１から供給されたアナログデータをディジタル処理す
る。演算処理装置３３は、ネットワークアナライザ３２
から供給されるディジタルデータを取り込み、誘電特性
測定及び出力のための処理を行う。演算処理装置３３は
省略することが可能である。この場合は、ネットワーク
アナライザ３２によって得られたデータを手動で計算
し、誘電特性を算出することになる。ネットワークアナ
ライザ３２は同等の機能を有するマイクロ波レシーバ等
でも構成することもできる。ネットワークアナライザ３
２が、周波数シンセサイザ３１と同等の機能を内部に有
している場合には、周波数シンセサイザ３１は省略する
ことができる。
たは導波管で構成される導波装置１に入力する各種信号
を発生させる。ネットワークアナライザ３２は、導波装
置１から供給されたアナログデータをディジタル処理す
る。演算処理装置３３は、ネットワークアナライザ３２
から供給されるディジタルデータを取り込み、誘電特性
測定及び出力のための処理を行う。演算処理装置３３は
省略することが可能である。この場合は、ネットワーク
アナライザ３２によって得られたデータを手動で計算
し、誘電特性を算出することになる。ネットワークアナ
ライザ３２は同等の機能を有するマイクロ波レシーバ等
でも構成することもできる。ネットワークアナライザ３
２が、周波数シンセサイザ３１と同等の機能を内部に有
している場合には、周波数シンセサイザ３１は省略する
ことができる。
【００２８】上述した電気特性測定装置を用いて、本発
明に係る電気特性測定方法を実行する場合、測定ステッ
プは、導波装置１内に乾燥ガスを導入するステップと、
電気特性測定ステップとに分けられる。
明に係る電気特性測定方法を実行する場合、測定ステッ
プは、導波装置１内に乾燥ガスを導入するステップと、
電気特性測定ステップとに分けられる。
【００２９】導波装置１内に乾燥ガスを導入するステッ
プは、電気特性測定ステップ以外のステップであり、こ
のステップでは、導波装置１内に乾燥ガスを、常時、導
入する。測定の初期設定として、導波装置１の内部を真
空引きした後に、乾燥ガスを流して、内部を完全に置換
する。
プは、電気特性測定ステップ以外のステップであり、こ
のステップでは、導波装置１内に乾燥ガスを、常時、導
入する。測定の初期設定として、導波装置１の内部を真
空引きした後に、乾燥ガスを流して、内部を完全に置換
する。
【００３０】図２は乾燥ガス導入ステップを示し、この
ステップでは、乾燥ガスを流して試料２の出し入れも行
う。乾燥ガス供給手段４から供給された乾燥ガスは、チ
ューブ４１を矢印ａ１の方向に流れてホルダ１８を押
し、かつ、エアシリンダ１６内を通過して導波装置１の
導波空間１１１内に入り、更に導波空間１１１から乾燥
ガス通孔１５に入り、チューブ４２を経由して乾燥ガス
供給手段４に戻る経路をとる。この時、矢印ａ１の方向
に流れる乾燥ガスによって、ホルダ１８がエアシリンダ
１６内で矢印ａ１の方向に押され、ホルダ１８に取り付
けられた試料２が試料挿入孔１４を通して、導波装置１
の導波空間１１１内に挿入される。
ステップでは、乾燥ガスを流して試料２の出し入れも行
う。乾燥ガス供給手段４から供給された乾燥ガスは、チ
ューブ４１を矢印ａ１の方向に流れてホルダ１８を押
し、かつ、エアシリンダ１６内を通過して導波装置１の
導波空間１１１内に入り、更に導波空間１１１から乾燥
ガス通孔１５に入り、チューブ４２を経由して乾燥ガス
供給手段４に戻る経路をとる。この時、矢印ａ１の方向
に流れる乾燥ガスによって、ホルダ１８がエアシリンダ
１６内で矢印ａ１の方向に押され、ホルダ１８に取り付
けられた試料２が試料挿入孔１４を通して、導波装置１
の導波空間１１１内に挿入される。
【００３１】実施例の場合、乾燥ガス通孔１５が試料挿
入孔１４と向き合う位置において金属壁面に設けられて
いるので、試料２の先端が、乾燥ガス通孔１５内に入
る。この配置によれば、導波装置１の金属壁面を通る電
界、または磁界中に、試料２を確実に配置し、後の電気
特性測定ステップにおいて、測定精度を向上させること
ができる。
入孔１４と向き合う位置において金属壁面に設けられて
いるので、試料２の先端が、乾燥ガス通孔１５内に入
る。この配置によれば、導波装置１の金属壁面を通る電
界、または磁界中に、試料２を確実に配置し、後の電気
特性測定ステップにおいて、測定精度を向上させること
ができる。
【００３２】図３は電気特性測定ステップを示す。電気
特性測定ステップでは、乾燥ガス供給手段４から導波装
置１への乾燥ガスの供給を停止する。そして、測定手段
３により、試料２の電気特性を測定する。測定手段３
は、導波装置１を励振すると共に、導波装置１の出力信
号を解析して、試料２の電気特性を算出する。摂動法を
採用した場合は、測定手段３により、導波装置１内に試
料２を挿入しない場合と、挿入した場合との共振周波数
の変化量、および、無負荷Ｑ値の変化量から、試料２の
電気特性を算出する。
特性測定ステップでは、乾燥ガス供給手段４から導波装
置１への乾燥ガスの供給を停止する。そして、測定手段
３により、試料２の電気特性を測定する。測定手段３
は、導波装置１を励振すると共に、導波装置１の出力信
号を解析して、試料２の電気特性を算出する。摂動法を
採用した場合は、測定手段３により、導波装置１内に試
料２を挿入しない場合と、挿入した場合との共振周波数
の変化量、および、無負荷Ｑ値の変化量から、試料２の
電気特性を算出する。
【００３３】上記方法によれば、電気特性測定時に、乾
燥ガスの流れまたは圧力の影響を受けて、導波装置１の
内部が僅かでも膨らむことがない。従って、摂動法によ
る電気特性計算時に、導波装置１の体積に誤差が生じる
ことがないので、試料２の複素誘電率や複素透磁率を、
正確に算出し得る。
燥ガスの流れまたは圧力の影響を受けて、導波装置１の
内部が僅かでも膨らむことがない。従って、摂動法によ
る電気特性計算時に、導波装置１の体積に誤差が生じる
ことがないので、試料２の複素誘電率や複素透磁率を、
正確に算出し得る。
【００３４】乾燥ガスによって駆動されるエアシリンダ
１６およびホルダ１８を用いて、試料２を出し入れする
場合、ホルダ１８が導波装置１の開口部やエアシリンダ
１６の先端を塞ぎ、乾燥ガスの流路を狭めることがあっ
ても、このタイミングでは、電気特性測定を行なってい
ないので、摂動法による電気特性計算時に、試料２の複
素誘電率や複素透磁率に誤差を生じさせる余地がない。
１６およびホルダ１８を用いて、試料２を出し入れする
場合、ホルダ１８が導波装置１の開口部やエアシリンダ
１６の先端を塞ぎ、乾燥ガスの流路を狭めることがあっ
ても、このタイミングでは、電気特性測定を行なってい
ないので、摂動法による電気特性計算時に、試料２の複
素誘電率や複素透磁率に誤差を生じさせる余地がない。
【００３５】また、乾燥ガスの流量が必ずしも一定では
ないため、導波装置１の内部の膨らみ量が変動したとし
ても、このタイミングでは、電気特性測定を行なってい
ないので、試料２の複素誘電率や複素透磁率の算出誤差
やばらつきがを生じる余地がない。このため、乾燥ガス
の流れによる再現性の悪化を招くことがない。
ないため、導波装置１の内部の膨らみ量が変動したとし
ても、このタイミングでは、電気特性測定を行なってい
ないので、試料２の複素誘電率や複素透磁率の算出誤差
やばらつきがを生じる余地がない。このため、乾燥ガス
の流れによる再現性の悪化を招くことがない。
【００３６】しかも、導波装置１内に乾燥ガスを導入す
ることに代わりはないので、導波装置１に対する試料２
の出し入れを容易化すると共に、試料２および導波装置
１の特性劣化を防止することができる。
ることに代わりはないので、導波装置１に対する試料２
の出し入れを容易化すると共に、試料２および導波装置
１の特性劣化を防止することができる。
【００３７】試料２を導波空間１１１から抜き出すに
は、図４に示すように、乾燥ガス供給手段４から供給さ
れる乾燥ガスを、矢印ａ１、ａ２とは逆方向の矢印ｂ
１、ｂ２の方向に流す。乾燥ガスはチューブ４２を矢印
ｂ１の方向に流れて試料２をエアシリンダ１６内に戻
す。乾燥ガスは、導波空間１１１から試料挿入孔１４お
よびエアシリンダ１６を通過した後、チューブ４１を矢
印ｂ２の方向に流れ、乾燥ガス供給手段４に戻る。従っ
て、導波空間１１１に対する試料２の出し入れを、乾燥
ガスの流れ方向を変えるだけの簡単な操作で実行でき
る。
は、図４に示すように、乾燥ガス供給手段４から供給さ
れる乾燥ガスを、矢印ａ１、ａ２とは逆方向の矢印ｂ
１、ｂ２の方向に流す。乾燥ガスはチューブ４２を矢印
ｂ１の方向に流れて試料２をエアシリンダ１６内に戻
す。乾燥ガスは、導波空間１１１から試料挿入孔１４お
よびエアシリンダ１６を通過した後、チューブ４１を矢
印ｂ２の方向に流れ、乾燥ガス供給手段４に戻る。従っ
て、導波空間１１１に対する試料２の出し入れを、乾燥
ガスの流れ方向を変えるだけの簡単な操作で実行でき
る。
【００３８】実施例では、恒温槽１０を含んでおり、導
波装置１は恒温槽１０内に設けられている。恒温槽１０
を有することによる利点は、恒温槽１０内の温度を変
え、試料２の電気特性の温度依存特性を測定できること
である。高周波出力信号や乾燥ガスは恒温槽１０の外か
ら供給される。乾燥ガスが恒温槽１０の内部と同じ温度
になるように、十分な熱交換を促すような、例えば熱伝
導の良い金属製のチューブなどを経路して、乾燥ガスが
フローされる。摂動法により温度特性を測定する際に
は、まず導波装置１の内部を真空引きした後に、乾燥ガ
スを流して、内部を完全に置換する。その後、恒温槽１
０を所望の温度にセットして、一定時間保持する。この
間、乾燥ガスは流れ続ける。
波装置１は恒温槽１０内に設けられている。恒温槽１０
を有することによる利点は、恒温槽１０内の温度を変
え、試料２の電気特性の温度依存特性を測定できること
である。高周波出力信号や乾燥ガスは恒温槽１０の外か
ら供給される。乾燥ガスが恒温槽１０の内部と同じ温度
になるように、十分な熱交換を促すような、例えば熱伝
導の良い金属製のチューブなどを経路して、乾燥ガスが
フローされる。摂動法により温度特性を測定する際に
は、まず導波装置１の内部を真空引きした後に、乾燥ガ
スを流して、内部を完全に置換する。その後、恒温槽１
０を所望の温度にセットして、一定時間保持する。この
間、乾燥ガスは流れ続ける。
【００３９】導波装置１の温度が恒温槽１０の設定温度
と等しくなったら、乾燥ガスフローを止めて、試料２が
挿入されていない状態の共振周波数ｆｃと無負荷Ｑ値Ｑ
ｃを算出する。次に、乾燥ガスをフローして試料２を挿
入したら、乾燥ガスを止め、同様に共振周波数ｆｓと無
負荷Ｑ値Ｑｓを算出する。
と等しくなったら、乾燥ガスフローを止めて、試料２が
挿入されていない状態の共振周波数ｆｃと無負荷Ｑ値Ｑ
ｃを算出する。次に、乾燥ガスをフローして試料２を挿
入したら、乾燥ガスを止め、同様に共振周波数ｆｓと無
負荷Ｑ値Ｑｓを算出する。
【００４０】次に具体的な実施例を挙げて本発明の効果
を説明する。
を説明する。
【００４１】導波装置１として、内径１２０mm×高さ４
０mm、共振周波数１．９１２GHz、銅材質のTM0 10モー
ドの円形空洞共振器を用いた。そして、本発明に従っ
て、前記電気特性測定ステップにおいて、導波装置１内
への乾燥ガスの導入を停止して、試料２の誘電特性測定
を、１０回、繰り返して行なった（実施例）。なお、試
料２としてはBa(Mg,Nb)O3系セラミック材料を用いた。
０mm、共振周波数１．９１２GHz、銅材質のTM0 10モー
ドの円形空洞共振器を用いた。そして、本発明に従っ
て、前記電気特性測定ステップにおいて、導波装置１内
への乾燥ガスの導入を停止して、試料２の誘電特性測定
を、１０回、繰り返して行なった（実施例）。なお、試
料２としてはBa(Mg,Nb)O3系セラミック材料を用いた。
【００４２】比較のため、電気特性測定ステップでも乾
燥ガスの流れを止めずに測定する連続乾燥ガスフロー測
定法により、試料の誘電特性の測定を、１０回、繰り返
して行なった。
燥ガスの流れを止めずに測定する連続乾燥ガスフロー測
定法により、試料の誘電特性の測定を、１０回、繰り返
して行なった。
【００４３】各々の状態における共振周波数と無負荷Ｑ
値、導波装置１の体積Ｖｃ、試料２の体積Ｖｓ、導波装
置１の共振モードによる定数αεを用いて、下記の
（１）式、（２）および（３）式により、挿入された試
料２の比誘電率ε’と誘電正接ｔａｎδを算出する。
値、導波装置１の体積Ｖｃ、試料２の体積Ｖｓ、導波装
置１の共振モードによる定数αεを用いて、下記の
（１）式、（２）および（３）式により、挿入された試
料２の比誘電率ε’と誘電正接ｔａｎδを算出する。
【００４４】 ε′＝1+(Vc/α・ε)・{(fs-fc)/fc} （１） ε″＝{Vc/(2α・ε・Vs)}・(1/Qs-1/Qc) （２） ｔａｎδ＝ε″／ε′ （３） 上述した計算式は第１次近似摂動公式である。但し、必
要に応じてその他の近似式や厳密解を使用してもよい。
ただし、試料２と導波装置１の熱膨張係数を加味して、
設定温度に対するＶｓとＶｃを代入する。
要に応じてその他の近似式や厳密解を使用してもよい。
ただし、試料２と導波装置１の熱膨張係数を加味して、
設定温度に対するＶｓとＶｃを代入する。
【００４５】恒温槽１０を所望の温度に保持しながら、
順次、上述と同様の誘電特性の測定を行うことにより、
複素誘電率の温度特性が測定される。 表１を参照すると明らかなように、連続乾燥ガスフロー
測定による従来例の場合、比誘電率温度係数の標準偏差
は３９．７９(ppm/℃)であるのに対し、乾燥ガスフロー
を測定時に止めた実施例の場合、比誘電率温度係数の標
準偏差は０．８５(ppm/℃)となり、測定精度および再現
性が著しく改善されている。
順次、上述と同様の誘電特性の測定を行うことにより、
複素誘電率の温度特性が測定される。 表１を参照すると明らかなように、連続乾燥ガスフロー
測定による従来例の場合、比誘電率温度係数の標準偏差
は３９．７９(ppm/℃)であるのに対し、乾燥ガスフロー
を測定時に止めた実施例の場合、比誘電率温度係数の標
準偏差は０．８５(ppm/℃)となり、測定精度および再現
性が著しく改善されている。
【００４６】本発明において用いられる試料２は、高分
子材料、セラミック材料、天然材料、複合材料などを始
めとして、電気特性を測定したい材料であれば何れでも
よい。また、摂動原理を満たすように、導波装置１の体
積よりも、挿入する試料２の体積が小さい限りは、試料
２の形状は任意であり、角棒状、丸棒状、多角形状、球
状、楕円形状など、幅広く選択できる。
子材料、セラミック材料、天然材料、複合材料などを始
めとして、電気特性を測定したい材料であれば何れでも
よい。また、摂動原理を満たすように、導波装置１の体
積よりも、挿入する試料２の体積が小さい限りは、試料
２の形状は任意であり、角棒状、丸棒状、多角形状、球
状、楕円形状など、幅広く選択できる。
【００４７】また、実施例では円形状の導波装置１を用
いたが、導波装置１は矩形状であってもよい。この導波
装置１は複素透磁率の測定に適しており、試料挿入孔１
４を磁界最大領域に配置する。
いたが、導波装置１は矩形状であってもよい。この導波
装置１は複素透磁率の測定に適しており、試料挿入孔１
４を磁界最大領域に配置する。
【００４８】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、次
のような効果を得ることができる。 （ａ）試料および導波装置の特性劣化を防止し得る試料
の電気特性測定方法および測定装置を提供することがで
きる。 （ｂ）乾燥ガスによる測定誤差を生じない試料の電気特
性測定方法および測定装置を提供することができる。
のような効果を得ることができる。 （ａ）試料および導波装置の特性劣化を防止し得る試料
の電気特性測定方法および測定装置を提供することがで
きる。 （ｂ）乾燥ガスによる測定誤差を生じない試料の電気特
性測定方法および測定装置を提供することができる。
【００４９】
【００５０】
【図１】本発明に係る電気特性測定方法の実施に用いら
れる電気特性測定装置の構成を概略的に示す図である。
れる電気特性測定装置の構成を概略的に示す図である。
【００５１】
【図２】本発明に係る電気特性測定方法に含まれる１ス
テップを示す図である。
テップを示す図である。
【００５２】
【図３】本発明に係る電気特性測定方法に含まれる別の
１ステップを示す図である。
１ステップを示す図である。
【００５３】
【図４】本発明に係る電気特性測定方法に含まれる更に
別の１ステップを示す図である。
別の１ステップを示す図である。
【００５４】
１ 導波装置 １１ 導波空間 ２ 試料 ３ 測定手段 ４ 乾燥ガス供給手段
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平９−257851（ＪＰ，Ａ) 高橋毅 他，摂動法による比誘電率温 度特性評価方法，電子情報通信学会技術 研究報告，日本，社団法人電子情報通信 学会，1996年 ５月24日，Ｖｏｌ．96 Ｎｏ．74，ｐ．57−62 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01N 22/00 - 22/04 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
Claims (12)
- 【請求項１】 導波装置を用いて試料の特性を測定する
方法であって、 前記導波装置内に乾燥ガスを導入するステップと、 電気特性測定ステップとを含み、 前記電気特性測定ステップにおいて、前記導波装置内へ
の前記乾燥ガスの導入を停止する電気特性測定方法。 - 【請求項２】 請求項１に記載された電気特性測定方法
であって、 前記電気特性測定ステップは、 前記試料を、前記導波装置内の電界最大領域または磁界
最大領域に挿入し、共振周波数と無負荷Ｑ値を測定する
ステップと、 前記試料を、前記導波装置内に挿入しない時の共振周波
数と無負荷Ｑ値を測定するステップとを含み、 前記導波装置内に前記試料を挿入しない場合と、挿入し
た場合との前記共振周波数の変化量、および、前記無負
荷Ｑ値の変化量から、前記試料の電気特性を算出する電
気特性測定方法。 - 【請求項３】 請求項１に記載された電気特性測定方法
であって、 前記導波装置は、空洞共振器または導波管の何れかであ
る電気特性測定方法。 - 【請求項４】 請求項２に記載された電気特性測定方法
であって、 前記試料の誘電特性を測定する電気特性測定方法。 - 【請求項５】 請求項２に記載された電気特性測定方法
であって、 前記試料の磁気特性を測定する電気特性測定方法。 - 【請求項６】 導波装置と、測定手段と、乾燥ガス供給
手段とを含む電気特性測定装置であって、 前記導波装置は、導波空間と、試料挿入孔と、乾燥ガス
通孔とを有し、 前記導波空間は、金属壁面によって囲まれており、 前記試料挿入孔は、前記金属壁面を貫通して前記導波空
間の内外に連通しており、 前記乾燥ガス通孔は、前記金属壁面を貫通して前記導波
空間の内外に連通しており、 前記乾燥ガス供給手段は、前記乾燥ガス通孔に接続され
ており、 前記測定手段は、前記導波装置を励振すると共に、前記
導波装置の出力信号を解析して、前記試料の電気特性を
算出し、 前記測定手段による測定動作時は、前記乾燥ガス供給手
段から前記導波装置への乾燥ガスの供給を停止する電気
特性測定装置。 - 【請求項７】 請求項６に記載された電気特性測定装置
であって、 前記試料挿入孔は、前記乾燥ガスの通路として兼用さ
れ、 前記乾燥ガス通孔は、前記試料挿入孔と向き合う前記金
属壁面に設けられ、 前記乾燥ガス供給手段は、前記試料挿入孔および前記乾
燥ガス通孔に接続されている電気特性測定装置。 - 【請求項８】 請求項６に記載された電気特性測定装置
であって、 前記試料挿入孔は、前記導波装置内の電界最大領域また
は磁界最大領域に備えられている電気特性測定装置。 - 【請求項９】 請求項８に記載された電気特性測定装置
であって、 前記測定手段は、前記導波装置内に前記試料を挿入しな
い場合と、挿入した場合との前記共振周波数の変化量、
および、前記無負荷Ｑ値の変化量から、前記試料の電気
特性を算出する電気特性測定装置。 - 【請求項１０】 請求項６に記載された電気特性測定装
置であって、 前記測定手段は、周波数シンセサイザと、ネットワーク
アナライザと、演算処理装置を含み、 前記周波数シンセサイザは、前記導波装置を励振し、 前記ネットワークアナライザは、前記導波装置から供給
されるアナログデータをディジタルデータに変換して出
力し、 前記演算処理装置は、前記ネットワークアナライザから
供給されるディジタルデータを処理する電気特性測定装
置。 - 【請求項１１】 請求項６に記載された電気特性測定装
置であって、 更に恒温槽を含み、 前記導波装置は、前記恒温槽内に設けられている電気特
性測定装置。 - 【請求項１２】 請求項１１に記載された電気特性測定
装置であって、 前記恒温層内の温度を変え、前記試料の電気特性の温度
依存特性を測定する電気特性測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28239897A JP3298815B2 (ja) | 1997-10-15 | 1997-10-15 | 電気特性測定方法および装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28239897A JP3298815B2 (ja) | 1997-10-15 | 1997-10-15 | 電気特性測定方法および装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11118732A JPH11118732A (ja) | 1999-04-30 |
| JP3298815B2 true JP3298815B2 (ja) | 2002-07-08 |
Family
ID=17651897
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28239897A Expired - Fee Related JP3298815B2 (ja) | 1997-10-15 | 1997-10-15 | 電気特性測定方法および装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3298815B2 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
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| JP4517679B2 (ja) * | 2003-03-31 | 2010-08-04 | Ｔｄｋ株式会社 | 誘電体の複素誘電率の測定装置 |
| JP4373902B2 (ja) * | 2004-03-24 | 2009-11-25 | 京セラ株式会社 | 電磁気的物性値の測定方法 |
| JP2008045949A (ja) * | 2006-08-11 | 2008-02-28 | Sumitomo Bakelite Co Ltd | 電磁気特性測定治具及びその測定方法 |
| JP2009047641A (ja) * | 2007-08-22 | 2009-03-05 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 分光装置 |
| US8085156B2 (en) * | 2009-04-08 | 2011-12-27 | Rosemount Inc. | RF cavity-based process fluid sensor |
| JP5737743B2 (ja) * | 2010-12-07 | 2015-06-17 | 国立大学法人福井大学 | 生体由来分子その他の含水性有機高分子を含む試料の変化評価方法及びこの方法に用いられるマイクロ波空洞共振器 |
| JP6146762B2 (ja) * | 2012-09-27 | 2017-06-14 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 | 気体の音速および誘電率の同時測定装置および方法 |
| US10130017B2 (en) | 2014-12-17 | 2018-11-13 | Tokin Corporation | Device provided with electromagnetic interference suppression body |
-
1997
- 1997-10-15 JP JP28239897A patent/JP3298815B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 高橋毅 他，摂動法による比誘電率温度特性評価方法，電子情報通信学会技術研究報告，日本，社団法人電子情報通信学会，１９９６年 ５月２４日，Ｖｏｌ．９６ Ｎｏ．７４，ｐ．５７−６２ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH11118732A (ja) | 1999-04-30 |
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