JP3511715B2 - Jig for measuring surface resistance and complex permittivity and method for configuring the measuring system - Google Patents
Jig for measuring surface resistance and complex permittivity and method for configuring the measuring systemInfo
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、表面抵抗および複素誘
電率測定用治具ならびにその測定系構成方法に関し、よ
り特定的には、少なくともその表面を導電材料で形成さ
れた一対の導体の表面抵抗と誘電体試料の複素誘電率と
を測定可能な治具およびその測定系構成方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a jig for measuring surface resistance and complex permittivity and a method of constructing a measuring system therefor, and more specifically, a surface of a pair of conductors whose surfaces are formed of a conductive material. The present invention relates to a jig capable of measuring resistance and a complex permittivity of a dielectric sample, and a method of configuring the measurement system.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年、電波需要の急増、通信の高速化、
部品の小型化等に対応するため、高周波(マイクロ波お
よびミリ波)に注目が集まり、セラミック等の種々の誘
電体材料の開発が盛んに行われている。したがって、そ
の誘電体材料を評価するため、高周波における簡易かつ
高精度な複素誘電率測定技術の確立が要望されている。2. Description of the Related Art In recent years, the demand for radio waves has rapidly increased, the speed of communication has increased,
In order to cope with the miniaturization of parts, attention is focused on high frequencies (microwaves and millimeter waves), and various dielectric materials such as ceramics are being actively developed. Therefore, in order to evaluate the dielectric material, there is a demand for establishment of a simple and highly accurate complex dielectric constant measurement technique at high frequencies.
【0003】ところで、誘電体試料の複素誘電率測定す
る場合、特に誘電正接tanδを求める場合、誘電正接
tanδの計算に金属の表面抵抗Rsを用いるため、表
面抵抗Rsが解っている必要がある。また、実際の表面
抵抗Rsは、周波数で異なるとともに、表面の仕上げの
程度、電流分布および経時変化に起因して、金属表面が
なめらかな場合より増加する。したがって、誘電体試料
の複素誘電率を測定する前に、使用周波数における表面
抵抗Rsを測定しておく必要がある。By the way, when the complex dielectric constant of a dielectric sample is measured, particularly when the dielectric loss tangent tan δ is obtained, the surface resistance Rs of the metal is used for the calculation of the dielectric loss tangent tan δ, so the surface resistance Rs needs to be known. In addition, the actual surface resistance Rs varies depending on the frequency, and increases due to the degree of finishing of the surface, the current distribution, and the change with time, compared with the case where the metal surface is smooth. Therefore, it is necessary to measure the surface resistance Rs at the used frequency before measuring the complex permittivity of the dielectric sample.
【0004】図25は、従来の両端短絡型誘電体共振器
法に用いられる治具の構成を示す図である。特に、図2
5(a)は試料共振器700のセット状態を、図25
(b)は標準共振器500のセット状態を、図25
(c)は標準共振器600のセット状態をそれぞれ示し
ている。FIG. 25 is a diagram showing a structure of a jig used in a conventional dielectric resonator method with both ends short-circuited. In particular, FIG.
5 (a) shows the set state of the sample resonator 700 as shown in FIG.
25B shows the set state of the standard resonator 500, and FIG.
(C) shows the set state of the standard resonator 600, respectively.
【0005】図25において、治具は、大略的に、2枚
の導体板100,200と、2本のセミリジッドケーブ
ル300,400とを備えている。導体板100と平行
を保ちつつ導体板200を上下に移動させることによ
り、導体板100,200間に2個の標準共振器50
0,600と、試料共振器700のそれぞれの高さに合
わせることができる。セミリジッドケーブル300,4
00の先端には、金属製で小さな径のループプローブ3
00a,400aがそれぞれ形成されている。ループプ
ローブ300a,400aのループ面は、標準共振器5
00,600および試料共振器700の共振磁界を検知
するために、導体板100,200と平行に配設されて
いる。なお、両標準共振器500,600は、同じ誘電
体材料(比誘電率εr、誘電正接tanδ)で、同じ直
径dの円柱状に形成されている。また、標準共振器60
0の高さは、標準共振器500の高さhの3倍の3hに
形成されている。In FIG. 25, the jig is roughly provided with two conductor plates 100 and 200 and two semi-rigid cables 300 and 400. By moving the conductor plate 200 up and down while keeping the conductor plate 100 parallel to the conductor plate 100, two standard resonators 50 are provided between the conductor plates 100 and 200.
The height can be adjusted to 0, 600 and the height of the sample resonator 700. Semi-rigid cable 300,4
At the end of 00, loop probe 3 made of metal and having a small diameter is used.
00a and 400a are formed respectively. The loop surface of the loop probe 300a, 400a is the standard resonator 5
00 and 600 and the sample resonator 700 are arranged in parallel with the conductor plates 100 and 200 in order to detect the resonance magnetic field. Both standard resonators 500 and 600 are made of the same dielectric material (relative permittivity εr, dielectric loss tangent tan δ) and are formed in a cylindrical shape having the same diameter d. In addition, the standard resonator 60
The height of 0 is formed at 3h, which is three times the height h of the standard resonator 500.
【0006】導体板100,200の表面抵抗Rsを測
定する場合、まず、測定周波数範囲の透過減衰量を測定
し、セミリジッドケーブル等の測定系の基準レベルを設
定する。次いで、図25(b)に示すように、標準共振
器500を導体板100,200の中央にセットして、
TE011モードの共振周波数f01と、無負荷Q、Qu
1とを測定する。次いで、図25(c)に示すように、
標準共振器600を導体板100,200の中央にセッ
トして、TE013モードの共振周波数f03と、無負荷
Q、Qu3とを測定する。次いで、導体板100,20
0の表面抵抗Rsを計算する。When measuring the surface resistance Rs of the conductor plates 100 and 200, first, the amount of transmission attenuation in the measurement frequency range is measured, and the reference level of the measurement system such as a semi-rigid cable is set. Next, as shown in FIG. 25B, the standard resonator 500 is set in the center of the conductor plates 100 and 200,
Resonance frequency f01 of TE011 mode and unloaded Q and Qu
1 and are measured. Then, as shown in FIG.
The standard resonator 600 is set at the center of the conductor plates 100 and 200, and the TE013 mode resonance frequency f03 and the unloaded Q and Qu3 are measured. Then, the conductor plates 100, 20
The surface resistance Rs of 0 is calculated.
【0007】次いで、試料共振器700の複素誘電率、
すなわち比誘電率εrおよび誘電正接tanδを測定す
る場合、図25(a)に示すように、試料共振器700
を導体板100,200の中央にセットして、TE01
1モードの共振周波数f0と、無負荷Q、Quとを測定
する。次いで、試料共振器700の寸法と共振周波数f
0の測定値とから比誘電率εrを求めるとともに、さら
に導体板100,200の表面抵抗Rsを用いて、誘電
正接tanδを求める。Next, the complex permittivity of the sample resonator 700,
That is, when measuring the relative permittivity εr and the dielectric loss tangent tan δ, as shown in FIG.
Is set in the center of the conductor plates 100 and 200, and TE01
The resonance frequency f0 of one mode and the unloaded Q and Qu are measured. Next, the dimensions of the sample resonator 700 and the resonance frequency f
The relative dielectric constant εr is obtained from the measured value of 0, and the dielectric loss tangent tan δ is obtained using the surface resistance Rs of the conductor plates 100 and 200.
【0008】[0008]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
両端短絡型誘電体共振器法では、導体の表面抵抗を計測
する場合、標準共振器500の測定と、標準共振器60
0の測定との2回測定しなければならないため、複素誘
電率の測定に手間がかかるという第1の問題点があっ
た。However, in the conventional both-end short-circuit type dielectric resonator method, when measuring the surface resistance of the conductor, the standard resonator 500 and the standard resonator 60 are measured.
There is the first problem that it takes time to measure the complex permittivity because the measurement must be performed twice with the measurement of 0.
【0009】また、標準共振器500,600や試料共
振器700が導体板100,200に直接当接する構
造、すなわち両端短絡構造で、かつ標準共振器500,
600や試料共振器700にセラミック等硬質な材料が
用いられることが多いため、導体板100,200の導
体表面を磨耗劣化させるという第2の問題点があった。Further, the standard resonators 500 and 600 and the sample resonator 700 have a structure in which they directly contact the conductor plates 100 and 200, that is, a structure in which both ends are short-circuited, and the standard resonators 500 and
Since a hard material such as ceramic is often used for 600 and the sample resonator 700, there is a second problem that the conductor surfaces of the conductor plates 100 and 200 are worn and deteriorated.
【0010】また、試料共振器700が短絡構造である
ため、表面抵抗の測定精度が誘電体試料の誘電正接の測
定精度に大きく影響するという第3の問題点があった。Further, since the sample resonator 700 has a short-circuit structure, there is a third problem that the measurement accuracy of the surface resistance greatly affects the measurement accuracy of the dielectric loss tangent of the dielectric sample.
【0011】さらに、ループプローブにより磁界が乱さ
れるため、共振系の無負荷Qの劣化を引き起こし、複素
誘電率を高精度に求めることができないという第4の問
題点があった。Furthermore, since the magnetic field is disturbed by the loop probe, the unloaded Q of the resonance system is deteriorated, and the fourth problem is that the complex permittivity cannot be obtained with high accuracy.
【0012】本発明は、上述の技術的課題を解決し、簡
易に測定することができる表面抵抗および複素誘電率測
定用治具ならびにその測定系構成方法を提供することを
第1の目的とする。A first object of the present invention is to provide a jig for measuring surface resistance and complex permittivity, which can solve the above-mentioned technical problems and can be easily measured, and a measuring system constituting method thereof. .
【0013】また、導体表面の磨耗劣化を防止した表面
抵抗および複素誘電率測定用治具ならびにその測定系構
成方法を提供することを第2の目的とする。A second object of the present invention is to provide a jig for measuring surface resistance and complex permittivity in which abrasion deterioration of the conductor surface is prevented, and a method of constructing the measuring system thereof.
【0014】さらに、誘電体試料の複素誘電率を高精度
に求めることができる表面抵抗および複素誘電率測定用
治具ならびにその測定系構成方法を提供することを第3
の目的とする。Further, it is a third object of the present invention to provide a jig for measuring surface resistance and complex permittivity capable of obtaining the complex permittivity of a dielectric sample with high precision, and a method of constructing the measuring system thereof.
The purpose of.
【0015】[0015]
【課題を解決するための手段】請求項1に係る発明は、
少なくともその表面が導電材料で形成された一対の導体
の表面抵抗と誘電体試料の複素誘電率とを測定可能な治
具であって、導体を所定の間隔で平行に支持する支持手
段と、表面抵抗測定時に導体間に実装され、誘電体材料
で形成された標準共振器と、誘電体試料を含み、複素誘
電率測定時に導体間に実装される試料共振器とを備え、
標準共振器は、第1の共振器と、第1の共振器と結合す
ることにより生じる2つ以上の異なる周波数において共
振ピークを生成する1つの結合共振器を形成する第2の
共振器とを含み、標準共振器により求めた表面抵抗を用
いて、誘電体試料の複素誘電率を求めることを特徴とす
る。The invention according to claim 1 is
A jig capable of measuring the surface resistance of a pair of conductors, at least the surface of which is formed of a conductive material, and the complex permittivity of a dielectric sample, the supporting means supporting the conductors in parallel at a predetermined interval, and the surface. A standard resonator formed of a dielectric material is mounted between conductors during resistance measurement, and a sample resonator including a dielectric sample and mounted between conductors during complex permittivity measurement is provided.
The standard resonator includes a first resonator and a second resonator forming a coupled resonator that produces resonant peaks at two or more different frequencies caused by coupling with the first resonator. It is characterized in that the complex permittivity of the dielectric sample is obtained using the surface resistance obtained by the standard resonator.
【0016】請求項2に係る発明は、請求項1に記載の
発明において、第1および第2の共振器は、同軸に配置
されることを特徴とする。The invention according to claim 2 is the invention according to claim 1, characterized in that the first and second resonators are arranged coaxially.
【0017】請求項3に係る発明は、請求項1または2
に記載の発明において、標準共振器は、第1および第2
の共振器の位置関係を一定に保つ支持部材をさらに備え
る。The invention according to claim 3 is the invention according to claim 1 or 2.
In the invention described in (1), the standard resonator includes the first and second resonators.
Further includes a supporting member for keeping the positional relationship of the resonator of (1) constant.
【0018】請求項4に係る発明は、請求項3に記載の
発明において、各支持部材は、第1および第2の共振器
と一対の導体との間にそれぞれ配設され、柔らかい材料
で形成される一対の第1の支持台を含む。According to a fourth aspect of the present invention, in the invention according to the third aspect, each support member is provided between the first and second resonators and the pair of conductors, and is formed of a soft material. A pair of first support bases.
【0019】請求項5に係る発明は、請求項4に記載の
発明において、第1の支持台の第1および第2の共振器
と一対の導体との間の厚みは、薄く形成されることを特
徴とする。According to a fifth aspect of the present invention, in the invention according to the fourth aspect, the thickness between the first and second resonators of the first support base and the pair of conductors is formed thin. Is characterized by.
【0020】請求項6に係る発明は、請求項1ないし5
のいずれかに記載の発明において、誘電体ストリップを
含み、標準共振器および試料共振器をその同一平面で励
振する一対の非放射性誘電体線路をさらに備える。The invention according to claim 6 relates to claims 1 to 5.
In any one of the above-mentioned inventions, it further comprises a pair of non-radiative dielectric lines including a dielectric strip and exciting the standard resonator and the sample resonator in the same plane.
【0021】請求項7に係る発明は、請求項6に記載の
発明において、非放射性誘電体線路の誘電体ストリップ
を所定の角度に配設することを特徴とする。The invention according to claim 7 is characterized in that, in the invention according to claim 6, the dielectric strip of the non-radiative dielectric waveguide is arranged at a predetermined angle.
【0022】請求項8に係る発明は、請求項1ないし7
のいずれかに記載の発明において、試料共振器は、誘電
体試料と導体との間にそれぞれ配設される一対の第2の
支持台を備える。The invention according to claim 8 relates to claims 1 to 7.
In any one of the inventions described above, the sample resonator includes a pair of second supporting bases respectively arranged between the dielectric sample and the conductor.
【0023】請求項9に係る発明は、少なくともその表
面が導電材料で形成された一対の導体の表面抵抗と誘電
体試料の複素誘電率とを測定可能な測定系を構成する方
法であって、一対の導体間に誘電体材料で形成された第
1および第2の共振器を含む標準共振器を実装する第1
のステップと、第1および第2の共振器が結合すること
により生成された2つ以上の異なる周波数における共振
ピークを計測する第2のステップと、一対の導体間に誘
電体試料を含む試料共振器を実装する第3のステップ
と、第2のステップで求めた表面抵抗を用いて、誘電体
試料の複素誘電率を求める第4のステップとを備える。The invention according to claim 9 is a method of constructing a measuring system capable of measuring the surface resistance of a pair of conductors, at least the surfaces of which are made of a conductive material, and the complex permittivity of a dielectric sample. A first resonator for mounting a standard resonator including first and second resonators formed of a dielectric material between a pair of conductors
And a second step of measuring resonance peaks at two or more different frequencies generated by coupling of the first and second resonators, and sample resonance including a dielectric sample between a pair of conductors. And a fourth step of obtaining the complex permittivity of the dielectric sample by using the surface resistance obtained in the second step.
【0024】[0024]
【作用】請求項1および9に係る発明においては、表面
抵抗測定時に一対の導体間に誘電体材料で形成された第
1および第2の共振器を含む標準共振器を実装し、第1
および第2の共振器が結合することにより生成された2
つ以上の異なる周波数における共振ピークを計測し、標
準共振器により求めた表面抵抗を用いて、誘電体試料の
複素誘電率を求めるようにしている。したがって、1回
の測定で、簡単に表面抵抗を求めることができ、複素誘
電率を簡易に求めることができる。In the inventions according to claims 1 and 9, the standard resonator including the first and second resonators formed of the dielectric material is mounted between the pair of conductors when the surface resistance is measured, and the first resonator is mounted.
And 2 generated by the coupling of the second resonator
The resonance peaks at three or more different frequencies are measured, and the complex permittivity of the dielectric sample is obtained by using the surface resistance obtained by the standard resonator. Therefore, the surface resistance can be easily obtained by one measurement, and the complex dielectric constant can be easily obtained.
【0025】請求項2に係る発明においては、第1およ
び第2の共振器を同軸に配置するようにしている。した
がって、3次元解析の必要がなく、計算が簡単な2次元
解析で表面抵抗を求めることができる。In the invention according to claim 2, the first and second resonators are arranged coaxially. Therefore, it is not necessary to perform three-dimensional analysis, and the surface resistance can be obtained by two-dimensional analysis which is easy to calculate.
【0026】請求項3に係る発明おいては、標準共振器
は、第1および第2の共振器の位置関係を一定に保つ支
持部材をさらに備えている。したがって、標準共振器の
共振特性を一定に保つことができる。In the invention according to claim 3, the standard resonator further includes a support member for keeping the positional relationship between the first and second resonators constant. Therefore, the resonance characteristic of the standard resonator can be kept constant.
【0027】請求項4に係る発明においては、各支持部
材は、第1および第2の共振器と一対の導体との間にそ
れぞれ配設され、柔らかい材料で形成される一対の第1
の支持台を含んでいる。したがって、導体の磨耗劣化を
防止することができ、測定した表面抵抗の値を維持しつ
つ複素誘電率の測定、部品の測定等に使用することがで
きる。In the invention according to claim 4, each of the support members is arranged between the first and second resonators and the pair of conductors, and is formed of a pair of first soft members.
Includes support base. Therefore, it is possible to prevent wear and deterioration of the conductor, and it is possible to use it for measurement of complex permittivity, measurement of parts, etc. while maintaining the measured surface resistance value.
【0028】請求項5に係る発明においては、支持台の
第1および第2の共振器と一対の導体との間の厚みは、
薄く形成されている。したがって、両端短絡型と同程度
の高感度で表面抵抗を測定できる。In the invention according to claim 5, the thickness between the first and second resonators of the support base and the pair of conductors is
It is thinly formed. Therefore, the surface resistance can be measured with the same high sensitivity as that of the short-circuited type.
【0029】請求項6に係る発明においては、誘電体ス
トリップを含み、標準共振器および試料共振器をその同
一平面で励振する一対の非放射性誘電体線路をさらに備
えている。したがって、従来のループプローブのように
磁界を乱すことがないので、共振系の無負荷Qの劣化を
引き起こすことがなく、準ミリ波、ミリ波においても高
精度に表面抵抗および複素誘電率を求めることができ
る。The invention according to claim 6 further comprises a pair of non-radiative dielectric lines which include a dielectric strip and excite the standard resonator and the sample resonator in the same plane. Therefore, unlike the conventional loop probe, the magnetic field is not disturbed, so that the unloaded Q of the resonance system is not deteriorated, and the surface resistance and the complex permittivity are obtained with high accuracy even in the quasi-millimeter wave and the millimeter wave. be able to.
【0030】請求項7に係る発明においては、非放射性
誘電体線路の誘電体ストリップを所定の角度に配設する
ようにしている。したがって、不要なモードが発生して
も、この不要モードを励振せず必要な共振ピークを観測
できる。According to the seventh aspect of the invention, the dielectric strips of the non-radiative dielectric waveguide are arranged at a predetermined angle. Therefore, even if an unnecessary mode is generated, the necessary resonance peak can be observed without exciting the unnecessary mode.
【0031】請求項8に係る発明においては、試料共振
器は、誘電体試料と導体との間にそれぞれ配設される一
対の第2の支持台を備えるようにしている。したがっ
て、導体の磨耗劣化を防止することができ、測定した表
面抵抗の値を維持しつつ、表面抵抗の測定誤差の影響を
少なくし、高精度に複素誘電率を測定することができ
る。In the invention according to claim 8, the sample resonator is provided with a pair of second supporting bases respectively arranged between the dielectric sample and the conductor. Therefore, it is possible to prevent wear and deterioration of the conductor, maintain the measured value of the surface resistance, reduce the influence of the measurement error of the surface resistance, and measure the complex dielectric constant with high accuracy.
【0032】[0032]
【実施例】以下、図面に基づいて、本発明の実施例を説
明する。図1は、本発明の一実施例の両端開放型誘電体
共振器法の治具の構成を示す斜視図である。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective view showing the structure of a jig for an open-ended dielectric resonator method according to an embodiment of the present invention.
【0033】図1において、治具10Aは、大略的に、
表面抵抗測定用の一対の金属板1A,1Bを着脱自在に
かつ平行に支持するための一対の金属板支持部2A,2
Bと、金属板支持部2A,2Bに固定可能な入出力ポー
ト部3A,3Bと、金属板1A,1B、金属板支持部2
A,2Bおよび入出力ポート部3A,3Bを連通する誘
電体ストリップ4A,4Bを備えている。なお、金属板
1A,1Bの表面抵抗Rsを測定する場合には、金属板
1A,1B間に標準共振器5が実装される。また、誘電
体試料の複素誘電率を測定する場合には、金属板1A,
1B間に試料共振器6が実装される。金属板1A,1
B、金属板支持部2A,2Bおよび入出力ポート部3
A,3Bは、金属材料(例えば、硬質アルミ(A707
5))を加工することにより形成されている。In FIG. 1, the jig 10A is roughly
A pair of metal plate supporting portions 2A, 2 for detachably and in parallel supporting a pair of metal plates 1A, 1B for measuring surface resistance.
B, input / output port portions 3A and 3B that can be fixed to the metal plate support portions 2A and 2B, metal plates 1A and 1B, and metal plate support portion 2
Dielectric strips 4A and 4B are provided to connect the A and 2B and the input / output port sections 3A and 3B. When measuring the surface resistance Rs of the metal plates 1A and 1B, the standard resonator 5 is mounted between the metal plates 1A and 1B. When measuring the complex permittivity of a dielectric sample, the metal plate 1A,
The sample resonator 6 is mounted between 1B. Metal plate 1A, 1
B, metal plate supporting portions 2A, 2B and input / output port portion 3
A and 3B are metallic materials (for example, hard aluminum (A707
5)) is processed.
【0034】図2は図1の標準共振器5の構成を示す図
であり、図3は標準共振器5の等価回路図である。図2
において、標準共振器5は、同じ誘電体材料(例えば、
Ba(Mg,Ta)O3 、比誘電率εst=24、誘電
正接tanδst=2.0×10-4)から切り出された
リング状の共振器51(TE031モード)および円柱
状の共振器52(TE021モード)と、柔らかくかつ
同じ誘電体材料(例えば、PTFE、比誘電率εs=
2.04、誘電正接tanδs=1.5×10-4)から
切り出され、共振器51,52を同軸にかつその位置関
係を一定に保ち、共振器51,52と金属板1A,1B
との接触を妨げる支持台53,54とを備える。FIG. 2 is a diagram showing the configuration of the standard resonator 5 of FIG. 1, and FIG. 3 is an equivalent circuit diagram of the standard resonator 5. Figure 2
, The standard resonator 5 has the same dielectric material (eg,
A ring-shaped resonator 51 (TE031 mode) and a column-shaped resonator 52 (cut out from Ba (Mg, Ta) O 3 , relative permittivity εst = 24, dielectric loss tangent tanδst = 2.0 × 10 −4 ) TE021 mode) and soft and same dielectric material (eg PTFE, relative permittivity εs =
2.04, dielectric loss tangent tan δs = 1.5 × 10 −4 ), the resonators 51 and 52 are coaxial and the positional relationship thereof is kept constant, and the resonators 51 and 52 and the metal plates 1A and 1B are kept.
And supporting bases 53 and 54 that prevent contact with the same.
【0035】支持台53,54には、共振器51,52
と対応する位置に凹部が形成されている。この凹部に共
振器51,52を装着することにより、共振器51,5
2と、支持台53,54とが一体化される。なお、支持
台53,54によって共振器51,52が金属板1A,
1Bから浮かされているため、金属板1A,1Bの磨耗
劣化が防止される。また、支持台53,54の凹部の厚
みは、電磁界分布への影響が無視できる範囲を計算し、
50μmに設定されている。したがって、表面抵抗Rs
を両端短絡型と同じ感度で測定することができる。な
お、共振器51,52は、ほぼ等しい共振周波数を有す
るように設計されている。また、標準共振器5の原理、
測定公式、設計等については、後で詳述する。The support bases 53 and 54 have resonators 51 and 52, respectively.
A recess is formed at a position corresponding to. By mounting the resonators 51 and 52 in the recesses,
2 and the support bases 53 and 54 are integrated. The resonators 51 and 52 are connected to the metal plate 1A,
Since it is floated from 1B, wear deterioration of the metal plates 1A and 1B is prevented. In addition, the thickness of the concave portions of the support bases 53 and 54 is calculated within a range in which the influence on the electromagnetic field distribution can be ignored,
It is set to 50 μm. Therefore, the surface resistance Rs
Can be measured with the same sensitivity as the short-circuited type. The resonators 51 and 52 are designed to have substantially equal resonance frequencies. Also, the principle of the standard resonator 5,
The measurement formula and design will be described in detail later.
【0036】図4は、図1に示す試料共振器6の構成を
示す図である。図4において、試料共振器6は、誘電体
試料(例えば、Ba(Mg,Ta)O3 、比誘電率εr
=24、誘電正接tanδr=2.0×10-4)61
と、柔らかく、かつ同じ誘電体材料(例えば、PTF
E、比誘電率εs=2.04、誘電正接tanδs=
1.5×10-4)から切り出され、誘電体試料61と金
属板1A,1Bとの接触を妨げる支持台62,63とを
備える。誘電体試料61は、直径D、厚みLの円柱状に
形成されている。支持台62,63は、それぞれ直径D
s1,Ds2(例えば、D=Ds1=Ds2)、厚みh
s1,hs2(例えば、L=hs1=hs2)の円柱状
に形成されている。なお、誘電体試料61を支持台6
2,63で上下支持としたのは、誘電体試料61の平行
度を確保し、測定再現性を向上させるためである。FIG. 4 is a diagram showing the structure of the sample resonator 6 shown in FIG. In FIG. 4, the sample resonator 6 is a dielectric sample (for example, Ba (Mg, Ta) O 3 , a relative dielectric constant εr.
= 24, dielectric loss tangent tan δr = 2.0 × 10 −4 ) 61
And soft and the same dielectric material (eg PTF
E, relative permittivity εs = 2.04, dielectric loss tangent tanδs =
1.5 × 10 −4 ), which is provided with support bases 62 and 63 that prevent contact between the dielectric sample 61 and the metal plates 1A and 1B. The dielectric sample 61 is formed in a cylindrical shape having a diameter D and a thickness L. The support bases 62 and 63 each have a diameter D.
s1, Ds2 (for example, D = Ds1 = Ds2), thickness h
It is formed in a cylindrical shape of s1 and hs2 (for example, L = hs1 = hs2). The dielectric sample 61 is attached to the support base 6
The reason why the upper and lower supports are 2, 63 is to secure the parallelism of the dielectric sample 61 and improve the measurement reproducibility.
【0037】図1において、各金属板支持部2A,2B
は、押さえ板21,22と、押さえ板21,22間の間
隔および金属板1A,1B間の間隔を誘電体ストリップ
4A,4B、標準共振器5および試料共振器6の高さH
と同じ高さに支持するためのスペーサ23とをそれぞれ
備える。押さえ板21,22と、スペーサ23と、誘電
体ストリップ4A,4Bとを一体化するために、押さえ
板22には4つのネジ孔22aが形成されており、押さ
え板21にはネジ孔22aと対応する位置にネジ孔(図
示せず)が形成されている。なお、スペーサ23および
誘電体ストリップ4A,4Bの一部は、押さえ板21,
22から金属板1A,1B方向に突出している。In FIG. 1, each metal plate supporting portion 2A, 2B
Is the height H of the pressing plates 21 and 22 and the distance between the pressing plates 21 and 22 and the distance between the metal plates 1A and 1B to the height H of the dielectric strips 4A and 4B, the standard resonator 5 and the sample resonator 6.
And a spacer 23 for supporting the same height. In order to integrate the pressing plates 21 and 22, the spacer 23, and the dielectric strips 4A and 4B, four pressing holes 22a are formed in the pressing plate 22, and the pressing plate 21 has screw holes 22a. Screw holes (not shown) are formed at corresponding positions. In addition, the spacer 23 and a part of the dielectric strips 4A and 4B are provided on the pressing plate 21,
It projects from 22 in the direction of the metal plates 1A and 1B.
【0038】誘電体ストリップ4A,4Bは、ミリ波帯
で低損失な比誘電率2.04のPTFEで、60GHz
帯で一般に用いられる幅2.5mm、高さH=2.25
mmに形成されている。金属板1A,1B間および金属
板支持部2A,2Bの押さえ板21,22間において、
誘電体ストリップ4A,4Bは、その上下を金属平面、
その左右を空間で対称に囲まれている。このため、誘電
体ストリップ4A,4Bと、押さえ板21,22および
金属板1A,1Bとによって非放射性誘電体線路7A,
7Bが形成される。なお、標準共振器5および試料共振
器6は、誘電体ストリップ4A,4Bの延長線上で、そ
の端面から等距離g、すなわち中心に誘電体ストリップ
4A,4Bと磁界結合するように実装される。このよう
な構造では、試料共振器6と誘電体ストリップ4A,4
Bの端面距離gを変えることにより、図5に示すよう
に、容易に誘電体試料61の外部Q、Qexを制御するこ
とができる。The dielectric strips 4A and 4B are made of PTFE having a low dielectric constant of 2.04 in the millimeter wave band and 60 GHz.
Width 2.5 mm, height H = 2.25 commonly used in obi
It is formed in mm. Between the metal plates 1A and 1B and between the pressing plates 21 and 22 of the metal plate supporting portions 2A and 2B,
The dielectric strips 4A and 4B have metal planes above and below,
The left and right sides are symmetrically surrounded by space. Therefore, the dielectric strips 4A, 4B, the pressing plates 21, 22 and the metal plates 1A, 1B are used to form the non-radiative dielectric lines 7A,
7B is formed. The standard resonator 5 and the sample resonator 6 are mounted on the extension lines of the dielectric strips 4A and 4B so as to be magnetically coupled to the dielectric strips 4A and 4B at the same distance g, that is, at the center from the end faces thereof. In such a structure, the sample resonator 6 and the dielectric strips 4A, 4
By changing the end face distance g of B, the external Q and Qex of the dielectric sample 61 can be easily controlled as shown in FIG.
【0039】ところで、ミリ波帯の伝送反射特性の測定
には、一般的に導波管が用いられる。したがって、入出
力線路として非放射性誘電体線路を用いるには、両者の
モード変換が必要である。このため、各入出力ポート部
3A,3Bは、上下に2分割可能なブロック31,32
と、その内部に形成されたモード変換部(図6参照)3
3とをそれぞれ備える。A waveguide is generally used to measure the transmission reflection characteristic in the millimeter wave band. Therefore, in order to use the non-radiative dielectric line as the input / output line, it is necessary to convert the modes of both. Therefore, the input / output port units 3A and 3B are divided into upper and lower blocks 31 and 32, respectively.
And a mode converter (see FIG. 6) 3 formed therein.
3 and 3, respectively.
【0040】ブロック31,32を一体化するために、
ブロック32には6つのネジ孔32aが形成され、ブロ
ック31にはネジ孔32aと対応する位置にネジ孔(図
示せず)が形成されている。また、ブロック32と押さ
え板22とを一体化するために、ブロック32には、2
つの長溝32bが形成されている。各長溝32bにはネ
ジ孔(図示せず)が形成されるとともに、押さえ板22
にはネジ孔(図示せず)が形成されている。なお、ブロ
ック31と押さえ板21とを一体化するために、ブロッ
ク31にはブロック32と同様な長溝、ネジ孔が形成さ
れており、押さえ板21にはネジ孔が形成されている。
また、入出力ポート部3A,3Bの側面には、図示しな
い導波管のフランジを固定するため、4つのネジ孔32
c、2つの位置合わせ穴dが形成されている。In order to integrate the blocks 31 and 32,
The block 32 has six screw holes 32a formed therein, and the block 31 has screw holes (not shown) formed at positions corresponding to the screw holes 32a. Further, in order to integrate the block 32 and the pressing plate 22, the block 32 has two
One long groove 32b is formed. A screw hole (not shown) is formed in each long groove 32b, and the pressing plate 22
A screw hole (not shown) is formed in the. In addition, in order to integrate the block 31 and the pressing plate 21, the block 31 is formed with long grooves and screw holes similar to the block 32, and the pressing plate 21 is formed with screw holes.
Further, four screw holes 32 are formed on the side surfaces of the input / output port portions 3A and 3B in order to fix a flange of a waveguide (not shown).
c, two alignment holes d are formed.
【0041】図6は、モード変換部33の構造を示す図
である。モード変換部33は、導波管の基本伝送モード
であるTE10モードの導波管部33aと、非放射性誘
電体線路7A,7Bに連通し、非放射性誘電体線路の基
本伝送モードであるLSM01モードの非放射性誘電体
線路部33bと、2つのテーパ状の変換部33c,変換
部33dと、変換部33c,33d間に設けられたバッ
ファ部33eとを備えている。これにより、導波管の基
本伝送モードであるTE10モードと、非放射性誘電体
線路の基本伝送モードであるLSM01モードとの間の
モード変換を行っている。FIG. 6 is a diagram showing the structure of the mode converter 33. The mode converter 33 communicates with the TE10 mode waveguide 33a, which is the basic transmission mode of the waveguide, and the non-radiative dielectric lines 7A and 7B, and is the basic transmission mode of the non-radiative dielectric line LSM01 mode. The non-radiative dielectric line section 33b, the two tapered conversion sections 33c and 33d, and the buffer section 33e provided between the conversion sections 33c and 33d. As a result, mode conversion is performed between the TE10 mode, which is the basic transmission mode of the waveguide, and the LSM01 mode, which is the basic transmission mode of the non-radiative dielectric waveguide.
【0042】このモード変換部33は、周波数60GH
zで設計されている。変換部33cでは、コサインカー
ブを用いてWR−15の導波管のE面間距離3.76m
mを非放射性誘電体線路33bの導体板間距離2.25
mmにテーパ状に変換し、同時にPTFE(比誘電率ε
s=2.04)製の誘電体ストリップ3をテーパ状に形
成して装荷した。変換部33cのテーパ長は、反射損失
の理論値が40dBとれる15mmに定められている。
また、変換部33dでは、コサインカーブを用いてH面
間距離を広げるとともに、誘電体ストリップ3の幅を広
げ、非放射性誘電体線路33bに変換している。変換部
33dのテーパ長は、反射損失の理論値が30dB取れ
る15mmに定められている。また、バッファ部33e
のバッファ長は、高次モードの十分な減衰(100dB
以上)が得られる6mmに定められている。これによ
り、特性インピーダンスがなめらかに変化し、また高次
モードの発生が抑えられるため、反射が小さく、広帯域
特性を持たせることができる。The mode converter 33 has a frequency of 60 GHz.
It is designed with z. In the converter 33c, the E-plane distance of the waveguide of the WR-15 is 3.76 m using the cosine curve.
m is the distance between the conductor plates of the non-radiative dielectric waveguide 33b is 2.25.
mm to taper shape and at the same time PTFE (relative permittivity ε
The dielectric strip 3 made of s = 2.04) was formed into a taper shape and loaded. The taper length of the converter 33c is set to 15 mm, which allows the theoretical value of reflection loss to be 40 dB.
In the conversion unit 33d, the cosine curve is used to increase the distance between the H-planes and the width of the dielectric strip 3 is expanded to convert the non-radiative dielectric line 33b. The taper length of the converter 33d is set to 15 mm, which allows the theoretical value of reflection loss to be 30 dB. In addition, the buffer unit 33e
The buffer length of the high-order mode has sufficient attenuation (100 dB).
The above values are set to 6 mm. As a result, the characteristic impedance changes smoothly and the generation of higher-order modes is suppressed, so that the reflection is small and the broadband characteristic can be provided.
【0043】その特性を図8に示す。(a)は挿入損失
を、(b)は反射損失をそれぞれ示している。図8に示
すように、57〜65GHzの周波数帯域において、共
振特性測定に使用可能なレベルの反射損失20dBが得
られている。The characteristics are shown in FIG. (A) shows insertion loss and (b) shows reflection loss. As shown in FIG. 8, in the frequency band of 57 to 65 GHz, a reflection loss of 20 dB at a level that can be used for resonance characteristic measurement is obtained.
【0044】図7は、金属板1A,1Bの表面抵抗Rs
および試料共振器6の複素誘電率を測定するための測定
システムの全体構成を示すブロック図である。図7にお
いて、測定システムは、治具10Aと、Sパラメータを
測定するためのテストセットモジュール11と、ネット
ワークアナライザシステム12とを備えている。ネット
ワークアナライザシステム12は、ネットワークアナラ
イザ12aと、RF用シンセサイズドスイーパ12b
と、LO用スイーパ12cと、ミリ波コントローラ12
dとを備えている。FIG. 7 shows the surface resistance Rs of the metal plates 1A and 1B.
3 is a block diagram showing the overall configuration of a measurement system for measuring the complex dielectric constant of sample resonator 6. FIG. In FIG. 7, the measurement system includes a jig 10A, a test set module 11 for measuring S parameters, and a network analyzer system 12. The network analyzer system 12 includes a network analyzer 12a and an RF synthesizer sweeper 12b.
And LO sweeper 12c and millimeter wave controller 12
and d.
【0045】次いで、測定系の基準レベルの設定につい
て説明する。測定系の基準レベルを設定する場合、誘電
体ストリップ4A,4Bが一直線状になるように金属板
支持部2Bおよび入出力ポート部3Bを移動させておき
(図1の点線参照)、誘電体ストリップ4A,4B間に
誘電体ストリップ4Cを挿入し、測定系のスルーの透過
特性を測定する。測定系の校正、すなわち基準レベルの
設定は、標準共振器5の表面抵抗Rsおよび試料共振器
6の複素誘電率の測定ごとに行われる。Next, the setting of the reference level of the measurement system will be described. When setting the reference level of the measurement system, the metal plate supporting portion 2B and the input / output port portion 3B are moved so that the dielectric strips 4A and 4B are aligned (see the dotted line in FIG. 1), and the dielectric strip A dielectric strip 4C is inserted between 4A and 4B, and the through transmission characteristics of the measurement system are measured. The calibration of the measurement system, that is, the setting of the reference level is performed every time the surface resistance Rs of the standard resonator 5 and the complex dielectric constant of the sample resonator 6 are measured.
【0046】図9は、誘電体ストリップ4A,4B間の
直接結合特性を示す図である。すなわち、図9は、誘電
体ストリップ4A,4B間に誘電体ストリップ4Cも標
準共振器5,試料共振器6もない状態の透過特性の測定
結果の一例(入出力線間距離2g=14mm)を示す図
である。この結果より、上下非対称性等の不連続部によ
り、発生したTEMモード等による入出力間の直接結合
は−70dBと小さく、表面抵抗Rsおよび試料共振器
6の測定に対して影響を与えないレベルであることを示
している。FIG. 9 is a diagram showing a direct coupling characteristic between the dielectric strips 4A and 4B. That is, FIG. 9 shows an example of the measurement result of the transmission characteristics (distance between input and output lines 2 g = 14 mm) in the state where there is neither the dielectric strip 4C nor the standard resonator 5 and the sample resonator 6 between the dielectric strips 4A and 4B. FIG. From this result, the direct coupling between the input and the output due to the TEM mode generated due to the discontinuity such as the vertical asymmetry is as small as −70 dB, and the surface resistance Rs and the measurement of the sample resonator 6 are not affected. Is shown.
【0047】したがって、このモード変換部33によれ
ば、同一平面に配置される標準共振器5および試料共振
器6と一体化が容易であるため、耐久性、再現性に優れ
ている。また、2つの2次元構造の変換部33c,33
dに分割されているため、設計性と加工性に優れてい
る。また、変換部33c,33dにテーパー状になめら
かな曲線を採用したため、良好な変換特性が得られてい
る。Therefore, according to the mode converter 33, the standard resonator 5 and the sample resonator 6 arranged on the same plane can be easily integrated with each other, and thus the durability and reproducibility are excellent. In addition, two two-dimensional structure conversion units 33c, 33
Since it is divided into d, it has excellent designability and workability. In addition, since the taper-shaped smooth curves are used for the conversion portions 33c and 33d, good conversion characteristics are obtained.
【0048】次いで、金属板1A,1Bの表面抵抗Rs
の測定原理と測定公式について説明する。図10は標準
共振器5の共振特性を示す図であり、図11は共振時の
磁界分布を示す図である。等価回路上ほぼ等しい共振周
波数を有する2個の共振器51,52を図2に示すよう
に同軸に配置すると、両共振器51,52が互いに結合
し、図10に示すように2つの周波数f0odd ,f0even
において共振ピークを有し、周波数f0odd ,f0evenに
おいて図11に示す磁界分布をもったTE041モード
(以下、奇モードと記す。図11(a)参照)と、TE
051モード(以下、偶モードと記す。図11(b)参
照)との2つの共振状態が存在する。なお、モード名
は、標準共振器5を1つのTE0m1共振器と見たとき
の命名法によるものである。Next, the surface resistance Rs of the metal plates 1A and 1B
The measurement principle and measurement formula of are explained. FIG. 10 is a diagram showing the resonance characteristic of the standard resonator 5, and FIG. 11 is a diagram showing the magnetic field distribution during resonance. When two resonators 51 and 52 having substantially the same resonance frequency on the equivalent circuit are coaxially arranged as shown in FIG. 2, both the resonators 51 and 52 are coupled to each other, and two frequencies f0 as shown in FIG. odd , f0 even
TE041 mode (hereinafter referred to as an odd mode, see FIG. 11 (a)) having a resonance peak at a frequency of f0 odd and f0 even at the frequencies f0 odd and f0 even .
There are two resonance states, a 051 mode (hereinafter referred to as an even mode, see FIG. 11B). The mode name is based on the nomenclature when the standard resonator 5 is regarded as one TE0m1 resonator.
【0049】ところで、リング状または円柱状の2つの
TE0mδモード共振器を軸を平行にして結合した場
合、軸対称性が失われ、Ez成分が発生するため、両共
振器によって形成される結合共振器は、ハイブリッドモ
ードになる。ハイブリッドモードになった場合には、3
次元的電磁界解析が必要となり、精度、計算時間ともに
一般的に標準測定用としては適さないといえる。したが
って、本願発明者は、共振器51,52の軸を共通に配
置した標準共振器5を考案した。これによって、軸対称
性は完全に保たれ、回転対称モードの2次元的電磁界解
析で標準共振器5の測定結果を簡単に数値処理すること
が可能になった。By the way, when two ring-shaped or column-shaped TE0mδ mode resonators are coupled with their axes parallel to each other, axial symmetry is lost and an Ez component is generated, so that the coupled resonance formed by both resonators is generated. The vessel goes into hybrid mode. 3 when in hybrid mode
Dimensional electromagnetic field analysis is required, and both accuracy and calculation time are generally not suitable for standard measurement. Therefore, the present inventor has devised the standard resonator 5 in which the axes of the resonators 51 and 52 are arranged in common. As a result, the axial symmetry is completely maintained, and the measurement result of the standard resonator 5 can be easily numerically processed by the two-dimensional electromagnetic field analysis of the rotationally symmetric mode.
【0050】また、標準共振器5は、入出力ともに誘電
体ストリップ4A,4Bに対して外側の共振器51にの
み結合する回路構成をもっている。したがって、後述す
るように、2つの共振器51,52の自己共振周波数差
を容易に検出することができる。Further, the standard resonator 5 has a circuit configuration in which both the input and output are coupled only to the resonator 51 outside the dielectric strips 4A and 4B. Therefore, as described later, it is possible to easily detect the self-resonance frequency difference between the two resonators 51 and 52.
【0051】両共振器51,52間における両モードの
磁界分布の違いのため、金属板1A,1Bの導体面にお
いて奇モードの結合部分の電流密度が偶モードよりも強
く、奇モードの導体損によるQ、Qcodd が偶モードの
導体損によるQ、Qcevenより低くなる。この差は、金
属板1A,1Bの表面抵抗Rsに比例するため、両モー
ドの磁界分布を計算することにより、表面抵抗Rsを求
めることができる。なお、偶モードの導体損によるQ、
Qcevenや、奇モードの導体損によるQ、Qc odd は、
単独で測定することはできない。しかしながら、両モー
ドの誘電体損によるQ、Qdeven,Qdodd と併せて両
モードの無負荷Q、Queven,Quoddとして測定でき
る。Of both modes between the two resonators 51 and 52
Due to the difference in magnetic field distribution, the conductor surface of the metal plates 1A and 1B
And the current density in the odd mode coupling is stronger than that in the even mode.
Q, Qc due to odd-mode conductor lossodd Is in even mode
Q and Qc due to conductor lossevenWill be lower. This difference is gold
Since it is proportional to the surface resistance Rs of the metal plates 1A and 1B,
The surface resistance Rs is calculated by calculating the magnetic field distribution of the magnetic field.
Can be turned on. In addition, Q due to the conductor loss in the even mode,
QcevenAnd Q, Qc due to odd mode conductor loss odd Is
It cannot be measured alone. However, both modes
Q and Qd due to dielectric losseven, Qdodd Together with both
Mode no load Q, Queven, QuoddCan be measured as
It
【0052】次に、表面抵抗Rsの測定法について説明
する。図10の共振特性より、偶モードの挿入損失IL
evenおよび負荷Q、QL evenと、奇モードの挿入損失I
Lod d および負荷Q、QL odd とをそれぞれ測定し、偶
モードの無負荷Q、Quevenと、奇モードの無負荷Q、
Quodd とを(1)式からそれぞれ求める。なお、IL
evenは偶モードの挿入損失、QL evenは偶モードの負荷
Q、ILodd は奇モードの挿入損失、QL oddは奇モー
ドの負荷Q、Quevenは偶モードの無負荷Q、Quodd
は奇モードの無負荷Qである。Next, a method of measuring the surface resistance Rs will be described. From the resonance characteristics of FIG. 10, the even mode insertion loss IL
Even, load Q, QL even , and odd mode insertion loss I
Lod d and load Q, QL odd are measured respectively, and even mode unloaded Q, Qu even and odd mode unloaded Q,
Qu odd and are respectively calculated from the equation (1). In addition, IL
Even is insertion loss in even mode, QL even is load Q in even mode, IL odd is insertion loss in odd mode, QL odd is load Q in odd mode, Qu even is no load Q in even mode, Qu odd.
Is an odd mode unloaded Q.
【0053】[0053]
【数1】 [Equation 1]
【0054】一方、両共振モードについて(2),
(3)式が成り立つ。なお、Qdevenは偶モードの誘電
体損によるQ、Qdodd は奇モードの誘電体損による
Q、Aevenは偶モード共振器内に蓄積されているエネル
ギーの集中度、Aodd は奇モード共振器内に蓄積されて
いるエネルギーの集中度、tanδevenは偶モードの共
振周波数f0 evenにおけるtanδ、tanδodd は奇
モードの共振周波数f0 oddにおけるtanδである。On the other hand, for both resonance modes (2),
Equation (3) holds. Note that Qd even is Q due to even mode dielectric loss, Qd odd is Q due to odd mode dielectric loss, A even is the degree of concentration of energy stored in the even mode resonator, and A odd is odd mode resonance. The degree of concentration of energy stored in the chamber , tan δ even, is tan δ at even mode resonance frequency f 0 even , and tan δ odd is tan δ at odd mode resonance frequency f 0 odd .
【0055】[0055]
【数2】 [Equation 2]
【0056】一般に、マイクロ波帯で使われるセラミッ
クにおいてf/tanδ=一定が知られているので、
(4)式が成立する。In general, f / tan δ = constant is known in ceramics used in the microwave band,
Expression (4) is established.
【0057】[0057]
【数3】 [Equation 3]
【0058】(4)式の関係を用いて、(2)式,
(3)式より、tanδを消去すると、(5)式が得ら
れる。Using the relation of the equation (4), the equation (2),
By eliminating tan δ from the equation (3), the equation (5) is obtained.
【0059】[0059]
【数4】 [Equation 4]
【0060】ここで、QcevenとQcodd は、定義より
それぞれ、(6)式、(7)式のようにそれぞれ表せ
る。なお、Rsevenはf0 evenにおける表面抵抗、DA
は減衰パラメータである。また、測定周波数に近い周波
数における表面抵抗は、周波数の比の平方根に比例する
と仮定した。Here, Qc even and Qc odd can be respectively expressed by equations (6) and (7) by definition. In addition, Rs even is the surface resistance at f0 even , DA
Is the damping parameter. It was also assumed that the surface resistance at frequencies close to the measurement frequency is proportional to the square root of the frequency ratio.
【0061】[0061]
【数5】 [Equation 5]
【0062】式(6),(7)を式(5)に代入し整理
すると、表面抵抗Rsの測定公式として(8)式を得る
ことができる。By substituting equations (6) and (7) into equation (5) and rearranging, equation (8) can be obtained as the measurement formula of the surface resistance Rs.
【0063】[0063]
【数6】 [Equation 6]
【0064】ここで、エネルギの集中度Aeven,Aodd
および減衰パラメータDA even,DA oddは、共振器5
1,52の比誘電率εstと構造パラメータより、有限
要素法とkajfezの摂動論とを用いてそれぞれ
(9)式で計算される。なお、比誘電率εstは、予め
測定した値を用いた。Here, the degree of energy concentration A even , A odd
And the attenuation parameters DA even and DA odd are the resonator 5
Based on the relative permittivity εst of 1,52 and the structural parameter, the finite element method and the kajfez perturbation theory are used to calculate each by the equation (9). A value measured in advance was used as the relative permittivity εst.
【0065】[0065]
【数7】 [Equation 7]
【0066】次いで、標準共振器5の設計について説明
する。偶モードと奇モードの電流分布の差による導体損
によるQ、Qcの差から表面抵抗Rsを求めるときに
は、偶モードと奇モード共振における共振器51,52
のそれぞれの蓄積エネルギW1,W2の入り方が重要で
ある。両共振モードの電流分布に周波数依存性がないと
仮定すれば、損失エネルギの差ΔPLOSSは、(10)式
で表せる。なお、PevenLOSSは偶モードの損失エネル
ギ、Podd LOSSは奇モードの損失エネルギ、J1 は共振
器51による導体板上の電流ベクトル、J2 は共振器5
2による導体板上の電流ベクトルである。Next, the design of the standard resonator 5 will be described. When the surface resistance Rs is obtained from the difference between Q and Qc due to the conductor loss due to the difference in current distribution between the even mode and the odd mode, the resonators 51 and 52 in the even mode and the odd mode resonance are obtained.
It is important to enter each of the stored energy W1 and W2. Assuming that the current distributions of both resonance modes have no frequency dependence, the difference ΔPLOSS of loss energy can be expressed by equation (10). Note that P even LOSS is the even mode loss energy, P odd LOSS is the odd mode loss energy, J1 is the current vector on the conductor plate by the resonator 51, and J2 is the resonator 5
2 is a current vector on the conductor plate by 2.
【0067】[0067]
【数8】 [Equation 8]
【0068】ここで、各モードのトータルの蓄積エネル
ギWsが一定とすれば、(11)式の関係が成立する。
なお、αはエネルギ比Rwによる誤差係数、[ΔPLOS
S]0はRw=1のときのΔPLOSSである。Here, if the total accumulated energy Ws in each mode is constant, the relationship of equation (11) is established.
Note that α is an error coefficient due to the energy ratio Rw, [ΔPLOS
S] 0 is ΔPLOSS when Rw = 1.
【0069】[0069]
【数9】 [Equation 9]
【0070】共振器51の自己共振周波数f1と共振器
52の自己共振周波数f2の差Δf0 と、エネルギ比R
wの関係について、図3の等価回路を用いて回路シュミ
レータで計算した。図12は、Δf0 に対する両共振器
51,52の蓄積エネルギW1,W2の周波数特性を示
す図であり、特に(a)は共振器51の蓄積エネルギW
1の周波数特性を示し、(b)は共振器52の蓄積エネ
ルギW2の周波数特性を示している。また、図13は、
Δf0 に対するエネルギ比Rwの関係を示す図である。The difference Δf 0 between the self-resonant frequency f 1 of the resonator 51 and the self-resonant frequency f 2 of the resonator 52 and the energy ratio R
The relationship of w was calculated by a circuit simulator using the equivalent circuit of FIG. FIG. 12 is a diagram showing the frequency characteristics of the stored energy W1 and W2 of both the resonators 51 and 52 with respect to Δf0. In particular, (a) shows the stored energy W of the resonator 51.
1 shows the frequency characteristic of No. 1 and (b) shows the frequency characteristic of the stored energy W2 of the resonator 52. In addition, FIG.
It is a figure which shows the relationship of the energy ratio Rw with respect to (DELTA) f0.
【0071】図12,図13より、偶モード、奇モード
ともにエネルギ比Rw=100%のときには、Δf0 =
0のときに対応し、エネルギ比Rwをある範囲に抑える
には、Δf0 をどれだけ以下にすればよいかわかる。ま
た、各モードの外部QをそれぞれQexevenとQexodd 、
その差をΔQexとするとき、図13中に示したΔf0に
対するΔQexの関係から、ΔQexをどの範囲にすればよ
いかわかる。この意味で、図3の等価回路は、Δf0 の
検出に適した共振回路系を構成している。一方、ΔQex
は、図10の波形から測定できるため、結局、エネルギ
比Rwの検出が可能となり、(11)式から標準共振器
5の表面抵抗Rs測定における誤差の程度が判定でき
る。12 and 13, when the energy ratio Rw = 100% in both the even mode and the odd mode, Δf0 =
It can be seen how much .DELTA.f0 should be set in order to suppress the energy ratio Rw within a certain range corresponding to the case of 0. The external Q of each mode is Qex even and Qex odd ,
When the difference is ΔQex, the range of ΔQex can be known from the relationship of ΔQex with respect to Δf0 shown in FIG. In this sense, the equivalent circuit of FIG. 3 constitutes a resonance circuit system suitable for detecting Δf0. On the other hand, ΔQex
Can be measured from the waveform of FIG. 10, so that the energy ratio Rw can be detected, and the degree of error in the measurement of the surface resistance Rs of the standard resonator 5 can be determined from the equation (11).
【0072】次いで、標準共振器5の設計手順について
述べる。まず、結合していない状態での自己共振周波数
f1’とf2’が等しい寸法のもとで、結合係数kとΔ
Qcの関係(図14参照)を電磁界計算により求め、こ
の結果から測定精度を考慮し、ΔQcが大きくなる共振
器51の外形寸法d1、厚み寸法tを設定する。ここ
で、結合係数kは、偶モードの共振周波数f0 evenと奇
モードの共振周波数f0 odd との差を用いて、(12)
式で定義した。Next, regarding the design procedure of the standard resonator 5,
Describe. First, the self-resonant frequency without coupling
Under the same size of f1 'and f2', the coupling coefficient k and Δ
Calculate the relationship of Qc (see Fig. 14) by electromagnetic field calculation,
Considering the measurement accuracy from the result of, the resonance that ΔQc becomes large
The outer dimension d1 and the thickness t of the container 51 are set. here
And the coupling coefficient k is the even mode resonance frequency f0.evenAnd odd
Mode resonance frequency f0 odd Using the difference between and (12)
Defined by formula.
【0073】[0073]
【数10】 [Equation 10]
【0074】次に、QexevenとQexodd を一致させるた
め、入出力端子である非放射性誘電体線路の誘電体スト
リップ4A,4Bの基準面位置での磁界成分Hzを共振
エネルギを一定にした状態で偶モードと奇モードで一致
するように、共振器52の外形寸法d2を調整する(図
15)。これにより、Qexeven=Qexodd が達成でき、
結合状態にある互いに形状の異なる一組の共振器51,
52の自己共振周波数がほぼ等しい(Δf≒0)ことが
設計上保証できたことになる。電磁界計算には、2次元
の有限要素法を用いた。Next, in order to match Qex even and Qex odd , the resonance energy of the magnetic field component Hz at the reference plane position of the dielectric strips 4A and 4B of the non-radiative dielectric waveguide which is the input / output terminal is kept constant. Then, the outer dimension d2 of the resonator 52 is adjusted so that the even mode and the odd mode match (FIG. 15). As a result, Qex even = Qex odd can be achieved,
A set of resonators 51 having different shapes and in a coupled state,
This means that the self-resonance frequencies of 52 can be guaranteed by design (Δf≈0). A two-dimensional finite element method was used for electromagnetic field calculation.
【0075】図16は標準共振器5を治具10Aに実装
して得られた共振特性を示し、図17は図16の共振特
性から測定された各パラメータと表面抵抗Rsの計算結
果を示す図である。この結果のΔQexは、図13の関係
よりエネルギ比Rwの100±20%以下に対応し、式
(11)の誤差係数の値は1%以下であり、すなわちそ
の影響は無視できる。なお、標準共振器5および試料共
振器6の共振特性の測定時には、図1に示すように、誘
電体ストリップ4A,4Bの延長線が90゜の角度で交
わるように、金属板支持部2Bおよび入出力ポート部3
Bが移動されている。これは、ミリ波では高次モードを
使用するため、標準共振器5および試料共振器6で発生
する奇モード、偶モードの他の不要モードを誘電体スト
リップ4A,4Bが拾わないようにし、測定に必要な共
振特性が不要モードでマスクされないようにするためで
ある。FIG. 16 shows the resonance characteristic obtained by mounting the standard resonator 5 on the jig 10A, and FIG. 17 shows the calculation results of each parameter and the surface resistance Rs measured from the resonance characteristic of FIG. Is. The resulting ΔQex corresponds to 100 ± 20% or less of the energy ratio Rw from the relationship of FIG. 13, and the value of the error coefficient of the equation (11) is 1% or less, that is, its influence can be ignored. At the time of measuring the resonance characteristics of the standard resonator 5 and the sample resonator 6, as shown in FIG. 1, the metal plate supporting portion 2B and the metal plate supporting portion 2B are arranged so that the extension lines of the dielectric strips 4A and 4B intersect at an angle of 90 °. I / O port section 3
B has been moved. This is because the higher order mode is used in the millimeter wave, so that the dielectric strips 4A and 4B do not pick up other unwanted modes such as the odd mode and the even mode generated in the standard resonator 5 and the sample resonator 6, and the measurement is performed. This is so that the resonance characteristics required for are not masked in unnecessary modes.
【0076】したがって、従来の両端短絡型誘電体共振
器法における表面抵抗Rs測定では、測定ごとに2個の
共振器を軸ずれなく実装しなければならず、ミリ波では
共振器サイズが小さいため難しく、しかも耐久性、再現
性が悪いが、標準共振器5によれば、軸合わせを一度で
すませることができるため、簡単で、耐久性、再現性を
向上させることができる。また、標準共振器5の1回の
実装で、Queven,Quodd の2つの測定量が同時に得
られ、表面抵抗Rsを算出できるため、高い測定確度が
期待できる。また、表面抵抗Rs測定時の電流ベクトル
が試料測定時と同じ回転方向であるため、金属表面の加
工の方向性を考えなくても信頼性の高い測定値が期待で
きる。また、標準共振器5が両端短絡型に近い構造のた
め、表面抵抗Rsの測定感度がよい。Therefore, in the surface resistance Rs measurement in the conventional both-ends short-circuit type dielectric resonator method, two resonators must be mounted without misalignment for each measurement, and the millimeter wave resonator has a small resonator size. Although difficult and poor in durability and reproducibility, according to the standard resonator 5, it is possible to improve the durability and reproducibility because the axes can be aligned at once. Further, since the standard resonator 5 is mounted once, the two measured quantities Qu even and Qu odd can be obtained at the same time, and the surface resistance Rs can be calculated. Therefore, high measurement accuracy can be expected. Further, since the current vector at the time of measuring the surface resistance Rs has the same rotational direction as that at the time of measuring the sample, a highly reliable measured value can be expected without considering the directionality of processing of the metal surface. Further, since the standard resonator 5 has a structure close to both ends shorted, the measurement sensitivity of the surface resistance Rs is good.
【0077】次いで、試料共振器6の複素誘電率の測定
について説明する。図18は試料共振器6を治具10A
に実装して得られた共振特性を示す図であり、図19は
誘電体試料61の複素誘電率決定のフローチャートを示
す図であり、図20は試料寸法と測定結果を示す図であ
る。なお、試料共振器6の共振モードは、TE01δモ
ードではそのサイズが小さく、取り扱いにくいため、T
E02δモードを用いた。Next, the measurement of the complex permittivity of the sample resonator 6 will be described. FIG. 18 shows the sample resonator 6 mounted on the jig 10A.
It is a figure which shows the resonance characteristic obtained by mounting in FIG. 19, FIG. 19 is a figure which shows the flowchart of complex permittivity determination of the dielectric sample 61, and FIG. 20 is a figure which shows a sample dimension and a measurement result. The resonance mode of the sample resonator 6 is small in the TE01δ mode and is difficult to handle.
The E02δ mode was used.
【0078】まず、試料共振器6の各寸法等の設定(ス
テップS1)と、表面抵抗Rs等の設定(ステップS
2)とが行われる。なお、支持台62,63の比誘電率
εs、誘電正接tanδsは、導体円筒形誘電体円板共
振器法による測定値を用いた。表面抵抗Rsは、図17
の測定結果を周波数換算した値を用いた。次いで、試料
共振器6の各寸法等(ステップS1)と、図18に示す
共振周波数f0 の測定値(ステップS3)より、ステッ
プS4〜S6を繰り返し、誘電体試料61の比誘電率ε
rを求める(ステップS7)。また、誘電体試料61の
誘電正接tanδは、無負荷Q、Quの測定値(ステッ
プS3)より、(13)式によって求められる。なお、
μ0 =4π×10-7H/mは真空の透磁率、ADRは試料
のエネルギー集中度、Asは支持台へのエネルギー集中
度、DA は減衰パラメータである。First, the dimensions and the like of the sample resonator 6 are set (step S1) and the surface resistance Rs and the like (step S1).
2) and are performed. As the relative permittivity εs and the dielectric loss tangent tan δs of the supports 62 and 63, the measured values by the conductor cylindrical dielectric disk resonator method were used. The surface resistance Rs is shown in FIG.
The value obtained by frequency conversion of the measurement result of was used. Then, steps S4 to S6 are repeated from the respective dimensions of the sample resonator 6 (step S1) and the measured value of the resonance frequency f0 shown in FIG. 18 (step S3) to obtain the relative permittivity ε of the dielectric sample 61.
r is calculated (step S7). Further, the dielectric loss tangent tan δ of the dielectric sample 61 is obtained by the equation (13) from the measured values of the unloaded Q and Qu (step S3). In addition,
μ 0 = 4π × 10 -7 H / m is the magnetic permeability of the vacuum, ADR is the energy concentration of the sample, As is the energy concentration on the support, and DA is the attenuation parameter.
【0079】[0079]
【数11】 [Equation 11]
【0080】試料のエネルギー集中度ADR、支持台への
エネルギー集中度As、減衰パラメータDA は、試料の
比誘電率εrおよび支持台の比誘電率εsと構造パラメ
ータとを与えることによって、有限要素法の固有値計算
とkajfezの摂動論とを組み合わせた(14)式で
計算される。The energy concentration ADR of the sample, the energy concentration As to the support, and the damping parameter DA are given by the finite element method by giving the relative permittivity εr of the sample, the relative permittivity εs of the support and the structural parameters. It is calculated by the equation (14), which is a combination of the eigenvalue calculation of and the perturbation theory of kajfez.
【0081】[0081]
【数12】 [Equation 12]
【0082】有限要素法による固有値の計算精度は、T
E011モード共振器に対する解析解との比較を行い、
60GHzで計算するとき、分割要素サイズが一辺0.
05mmに対し、0.01%以下であることを確認し、
本方法ではこの条件で計算した。また、実際に測定に使
用する共振器は、開放系であるが、計算では十分離れた
側面に電気壁をおいたモデルを用いた。The calculation accuracy of the eigenvalue by the finite element method is T
Comparison with the analytical solution for the E011 mode resonator,
When the calculation is performed at 60 GHz, the division element size is 0.
Confirm that it is 0.01% or less for 05 mm,
In this method, calculation was performed under these conditions. In addition, the resonator actually used for measurement is an open system, but in the calculation, a model with an electric wall on a sufficiently distant side was used.
【0083】図20より、f0の測定の再現性は、±
0.005%以下である。また、無負荷Q、Quの測定
の再現性は、±1%以下である。From FIG. 20, the reproducibility of the measurement of f0 is ±
It is 0.005% or less. Further, the reproducibility of measurement of the unloaded Q and Qu is ± 1% or less.
【0084】ところで、本実施例では、図1に示すよう
に、試料共振器6を非放射性誘電体線路7A,7Bで励
振するようにしている。このため、非放射性誘電体線路
7A,7Bを伝搬するLSM01モードの磁界分布は、
図4に示すように、比較的大きく空間に広がり、かつ試
料共振器6のTE0mδモードにきわめて近い。したが
って、誘電体ストリップ4A,4Bの基準面が試料共振
器6から空間的に十分離れた位置で測定に必要な結合が
取れるため、共振電磁界分布に及ぼす影響が小さく、単
一モード測定理論の信頼性が高い。また、励振部にルー
ププローブのような金属を使用していないため、結合磁
界のつくる電流損による無負荷Qの劣化がほとんど起こ
らない。By the way, in this embodiment, as shown in FIG. 1, the sample resonator 6 is excited by the non-radiative dielectric waveguides 7A and 7B. Therefore, the magnetic field distribution of the LSM01 mode propagating through the non-radiative dielectric waveguides 7A and 7B is
As shown in FIG. 4, it spreads over a relatively large space and is very close to the TE0mδ mode of the sample resonator 6. Therefore, the reference planes of the dielectric strips 4A and 4B can be coupled to each other at a position spatially sufficiently distant from the sample resonator 6, so that the influence on the resonance electromagnetic field distribution is small and the single mode measurement theory can be used. Highly reliable. Further, since no metal such as a loop probe is used for the excitation part, the no-load Q is hardly deteriorated due to the current loss created by the coupling magnetic field.
【0085】本願発明者は、これを調べるため実験を行
った。図21は距離g(挿入損失IL)と共振周波数f
0 (無負荷Q、Qu)との関係を示す図であり、図22
は図21の関係を非放射性誘電体線路とループプローブ
との間で比較して示す図である。なお、小さな径のルー
ププローブの加工の限界(1.5mm)から、図22に
おいては、35GHzで測定した。The inventor of the present application conducted an experiment to investigate this. FIG. 21 shows the distance g (insertion loss IL) and the resonance frequency f.
FIG. 23 is a diagram showing a relationship with 0 (no load Q, Qu).
FIG. 22 is a diagram showing a comparison between the relationship of FIG. 21 between a non-radiative dielectric waveguide and a loop probe. In addition, due to the processing limit (1.5 mm) of the loop probe having a small diameter, the measurement was performed at 35 GHz in FIG.
【0086】さらに、本実施例では、図4に示すよう
に、試料共振器6を両端開放型共振器としている。した
がって、誘電体試料61のセラミックが直接、金属板1
A,1Bに触れないため、金属板1A,1Bの劣化が防
止され、治具に耐久性が向上する。また、複素誘電率を
共振器を実際に使用する状態(TE0mδモード)に近
い状態で測定できる。また、上下導体板の表面抵抗の影
響による無負荷Qの劣化が短絡型に比べて小さいため、
誘電正接の算出時に表面抵抗の測定誤差の影響が小さ
い。Further, in the present embodiment, as shown in FIG. 4, the sample resonator 6 is a both ends open type resonator. Therefore, the ceramic of the dielectric sample 61 is directly connected to the metal plate 1.
Since the metal plates 1A and 1B are not touched, deterioration of the metal plates 1A and 1B is prevented, and the durability of the jig is improved. Further, the complex permittivity can be measured in a state close to a state in which the resonator is actually used (TE0mδ mode). Further, since the deterioration of the no-load Q due to the influence of the surface resistance of the upper and lower conductor plates is smaller than that of the short-circuit type,
The influence of the measurement error of the surface resistance when calculating the dielectric loss tangent is small.
【0087】なお、本願発明者は、両端開放型と短絡型
との表面抵抗の測定誤差ΔRsが誘電正接の測定誤差Δ
tanδに与える影響を実験で調べた。図23は測定誤
差ΔRsが測定誤差Δtanδに与える影響を示す図で
ある。なお、図23において、実線α1,α2は両端開
放型で比誘電率εr=7,24の試料を測定した場合を
示し、一点鎖線α3,α4は両端短絡型でその試料を測
定した場合を示している。したがって、図23から、両
端開放型の方が両端短絡型より誘電正接を正確に測定で
きることがわかる。The inventors of the present application have found that the measurement error ΔRs of the surface resistance of the open-ended type and the short-circuited type is the measurement error Δ of the dielectric loss tangent.
The effect on tan δ was investigated experimentally. FIG. 23 is a diagram showing the influence of the measurement error ΔRs on the measurement error Δtan δ. In FIG. 23, the solid lines α1 and α2 show the case where the sample with the both ends open type and the relative permittivity εr = 7, 24 is measured, and the chain lines α3 and α4 show the case where the sample is the short circuited type at both ends. ing. Therefore, it can be seen from FIG. 23 that the dielectric loss tangent of the open-ended type can be measured more accurately than the short-circuited type.
【0088】図24は本発明の他の実施例の治具の構成
を一部切り欠いて示す斜視図であり、図1の治具10A
と対応する部分に同一の番号を付し説明を省略する。図
24の治具10Bにおいて注目すべきは、下板25と上
板35〜37とで治具Aの金属板支持部2A,2Bおよ
び入出力ポート部3A,3Bに対応する部分が形成さ
れ、下板25および上板36に金属板1A,1Bを着脱
自在にかつ平行に支持するための一対の装着孔25a,
36aが形成されることである。この治具10Bによっ
ても、治具10Aと同様に、金属板1A,1Bの表面抵
抗Rsおよび試料共振器6の複素誘電率を高精度に測定
することができる。FIG. 24 is a perspective view showing a structure of a jig according to another embodiment of the present invention with a part thereof cut away.
The same numbers are given to the portions corresponding to and the description is omitted. In the jig 10B of FIG. 24, it should be noted that the lower plate 25 and the upper plates 35 to 37 form portions corresponding to the metal plate supporting portions 2A and 2B and the input / output port portions 3A and 3B of the jig A. A pair of mounting holes 25a for detachably supporting the metal plates 1A and 1B in parallel to the lower plate 25 and the upper plate 36,
36a is formed. With this jig 10B as well, similar to the jig 10A, the surface resistance Rs of the metal plates 1A and 1B and the complex dielectric constant of the sample resonator 6 can be measured with high accuracy.
【0089】なお、上述の実施例では、金属板1A,1
Bが金属材料自体で形成されていたが、セラミックスや
樹脂等の表面だけを金属メッキしたものでもよい。In the above embodiment, the metal plates 1A, 1
Although B is formed of the metal material itself, it may be formed by metal-plating only the surface of ceramics or resin.
【0090】[0090]
【発明の効果】請求項1および9に係る発明によれば、
表面抵抗測定時に一対の導体間に誘電体材料で形成され
た第1および第2の共振器を含む標準共振器を実装し、
第1および第2の共振器と結合することにより生成され
た2つ以上の異なる周波数における共振ピークを計測
し、標準共振器により求めた表面抵抗を用いて、誘電体
試料の複素誘電率を求めるようにしているので、1回の
測定で、簡単に表面抵抗を求めることができ、複素誘電
率を簡易に求めることができる。According to the inventions of claims 1 and 9,
A standard resonator including first and second resonators formed of a dielectric material is mounted between a pair of conductors when measuring surface resistance,
The complex dielectric constant of the dielectric sample is obtained by measuring the resonance peaks at two or more different frequencies generated by coupling with the first and second resonators and using the surface resistance obtained by the standard resonator. Since this is done, the surface resistance can be easily obtained by one measurement, and the complex permittivity can be easily obtained.
【0091】請求項2に係る発明によれば、第1および
第2の共振器を同軸に配置するようにしているので、3
次元解析の必要がなく、計算が簡単な2次元解析で表面
抵抗を求めることができる。According to the invention of claim 2, since the first and second resonators are arranged coaxially,
The surface resistance can be obtained by a two-dimensional analysis that does not require a dimensional analysis and is easy to calculate.
【0092】請求項3に係る発明によれば、標準共振器
は、第1および第2の共振器の位置関係を一定に保つ支
持部材をさらに備えているので、標準共振器の共振特性
を一定に保つことができる。According to the third aspect of the invention, the standard resonator further includes a supporting member for keeping the positional relationship between the first and second resonators constant, so that the resonance characteristic of the standard resonator is constant. Can be kept at
【0093】請求項4に係る発明によれば、各支持部材
は、第1および第2の共振器と一対の導体との間にそれ
ぞれ配設され、柔らかい材料で形成される一対の第1の
支持台を含んでいるので、導体の磨耗劣化を防止するこ
とができ、測定した表面抵抗の値を維持しつつ複素誘電
率の測定、部品の測定等に使用することができる。According to the invention of claim 4, each of the supporting members is arranged between the first and second resonators and the pair of conductors, and is formed of a soft material. Since the support base is included, it is possible to prevent wear and deterioration of the conductor, and it can be used for measurement of complex permittivity, measurement of parts and the like while maintaining the measured surface resistance value.
【0094】請求項5に係る発明によれば、支持台の第
1および第2の共振器と一対の導体との間の厚みは、薄
く形成されているので、両端短絡型と同程度の高感度で
表面抵抗を測定できる。According to the invention of claim 5, since the thickness between the first and second resonators of the support base and the pair of conductors is formed thin, it is as high as the both-end short-circuit type. Surface resistance can be measured with sensitivity.
【0095】請求項6に係る発明によれば、誘電体スト
リップを含み、標準共振器および試料共振器をその同一
平面で励振する一対の非放射性誘電体線路をさらに備え
ているので、従来のループプローブのように磁界を乱す
ことがなく、共振系の無負荷Qの劣化を引き起こすこと
がなく、準ミリ波、ミリ波においても高精度に表面抵抗
および複素誘電率を求めることができる。According to the invention of claim 6, a pair of non-radiative dielectric lines that include a dielectric strip and excite the standard resonator and the sample resonator in the same plane are further provided. Unlike the probe, the magnetic field is not disturbed, the unloaded Q of the resonance system is not deteriorated, and the surface resistance and complex permittivity can be obtained with high accuracy even in the quasi-millimeter wave and millimeter wave.
【0096】請求項7に係る発明によれば、非放射性誘
電体線路の誘電体ストリップを所定の角度に配設するよ
うにしているので、不要なモードが発生しても、この不
要モードを励振せず必要な共振ピークを観測できる。According to the invention of claim 7, since the dielectric strip of the non-radiative dielectric waveguide is arranged at a predetermined angle, even if an unnecessary mode occurs, this unnecessary mode is excited. The required resonance peak can be observed without doing so.
【0097】請求項8に係る発明によれば、試料共振器
は、誘電体試料と導体との間にそれぞれ配設される一対
の第2の支持台を備えるようにしているので、導体の磨
耗劣化を防止することができ、測定した表面抵抗の値を
維持しつつ、表面抵抗の測定誤差の影響を少なくし、高
精度に複素誘電率を測定することができる。According to the eighth aspect of the present invention, the sample resonator is provided with the pair of second supporting bases respectively arranged between the dielectric sample and the conductor. It is possible to prevent deterioration, maintain the measured surface resistance value, reduce the influence of surface resistance measurement error, and measure the complex permittivity with high accuracy.
【図1】本発明の一実施例の両端開放型誘電体共振器法
の治具の構成を示す斜視図である。FIG. 1 is a perspective view showing the structure of a jig for an open-ended dielectric resonator method according to an embodiment of the present invention.
【図2】図1の標準共振器5の構成を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a standard resonator 5 of FIG.
【図3】図1の標準共振器5の等価回路図である。FIG. 3 is an equivalent circuit diagram of the standard resonator 5 of FIG.
【図4】図1の試料共振器6の構成を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a configuration of a sample resonator 6 of FIG.
【図5】距離gと外部Q、Qexとの関係を示す図であ
る。FIG. 5 is a diagram showing a relationship between a distance g and external Q and Qex.
【図6】モード変換部33の構造を示す図である。6 is a diagram showing a structure of a mode conversion unit 33. FIG.
【図7】金属板1A,1Bの表面抵抗Rsおよび試料共
振器6の複素誘電率を測定するための測定システムの全
体構成を示すブロック図である。FIG. 7 is a block diagram showing the overall configuration of a measurement system for measuring the surface resistance Rs of the metal plates 1A and 1B and the complex dielectric constant of the sample resonator 6.
【図8】測定系の透過・反射特性を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing transmission / reflection characteristics of a measurement system.
【図9】誘電体ストリップ4A,4B間の直接結合特性
を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing a direct coupling characteristic between dielectric strips 4A and 4B.
【図10】標準共振器5の共振特性を示す図である。10 is a diagram showing a resonance characteristic of the standard resonator 5. FIG.
【図11】標準共振器5の共振時の磁界分布を示す図で
ある。FIG. 11 is a diagram showing a magnetic field distribution when the standard resonator 5 resonates.
【図12】Δf0 に対する共振器51,52の蓄積エネ
ルギW1,W2の周波数特性を示す図である。FIG. 12 is a diagram showing frequency characteristics of stored energies W1 and W2 of the resonators 51 and 52 with respect to Δf0.
【図13】Δf0 に対する外部Qの差ΔQexエネルギ
比Rwの関係を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing a relationship of a difference ΔQex energy ratio Rw of an external Q with respect to Δf0.
【図14】結合係数kとQcとの関係を示す図である。FIG. 14 is a diagram showing a relationship between a coupling coefficient k and Qc.
【図15】共振器52の外形d2に対する磁界成分Hz
とΔf’との関係を示す図である。FIG. 15 is a magnetic field component Hz with respect to the outer shape d2 of the resonator 52.
It is a figure which shows the relationship between Δf '.
【図16】標準共振器5を治具10Aに実装して得られ
た共振特性を示す図である。FIG. 16 is a diagram showing resonance characteristics obtained by mounting the standard resonator 5 on the jig 10A.
【図17】図16の共振特性から測定された各パラメー
タと表面抵抗Rsの計算結果を示す図である。FIG. 17 is a diagram showing calculation results of each parameter measured from the resonance characteristic of FIG. 16 and surface resistance Rs.
【図18】試料共振器6を治具10Aに実装して得られ
た共振特性を示す図である。FIG. 18 is a diagram showing resonance characteristics obtained by mounting the sample resonator 6 on the jig 10A.
【図19】誘電体試料61の複素誘電率決定のフローチ
ャートを示す図である。19 is a diagram showing a flowchart for determining a complex dielectric constant of a dielectric sample 61. FIG.
【図20】試料寸法と測定結果を示す図である。FIG. 20 is a diagram showing sample dimensions and measurement results.
【図21】挿入損失IL(距離g)と共振周波数f0 、
無負荷Q(Qu)との関係を示す図である。FIG. 21 shows insertion loss IL (distance g) and resonance frequency f0,
It is a figure which shows the relationship with no load Q (Qu).
【図22】図21の関係を非放射性誘電体線路とループ
プローブとの間で比較して示す図である。22 is a diagram showing the relationship of FIG. 21 in comparison between the non-radiative dielectric waveguide and the loop probe.
【図23】測定誤差ΔRsが測定誤差Δtanδに与え
る影響を示す図である。FIG. 23 is a diagram showing the influence of measurement error ΔRs on measurement error Δtan δ.
【図24】本発明の他の実施例の治具の構成を一部切り
欠いて示す斜視図である。FIG. 24 is a perspective view showing a structure of a jig according to another embodiment of the present invention with a part thereof cut away.
【図25】従来の両端短絡型誘電体共振器法に用いられ
る治具の構成を示す図である。FIG. 25 is a diagram showing a configuration of a jig used in a conventional both-end short-circuit type dielectric resonator method.
1A,1B…金属板 2A,2B…金属板支持部 4A,4B…誘電体ストリップ 5…標準共振器 6…試料共振器 7A,7B…非放射性誘電体線路 51,52…共振器 53,54,62,63…支持台 61…誘電体試料 1A, 1B ... Metal plate 2A, 2B ... Metal plate support 4A, 4B ... Dielectric strip 5: Standard resonator 6 ... Sample resonator 7A, 7B ... Non-radiative dielectric line 51, 52 ... Resonator 53, 54, 62, 63 ... Support base 61 ... Dielectric sample
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 斉藤 篤 京都府長岡京市天神二丁目26番10号 株 式会社 村田製作所内 (72)発明者 塚井 紀充 京都府長岡京市天神二丁目26番10号 株 式会社 村田製作所内 (56)参考文献 特開 昭54−137382(JP,A) 特開 平5−172882(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01R 27/00 - 27/32 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Atsushi Saito 2 26-10 Tenjin Tenjin, Nagaokakyo City, Kyoto Prefecture Murata Manufacturing Co., Ltd. Murata Manufacturing Co., Ltd. (56) Reference JP-A-54-137382 (JP, A) JP-A-5-172882 (JP, A) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) G01R 27/00-27/32
Claims (9)
れた一対の導体の表面抵抗と誘電体試料の複素誘電率と
を測定可能な治具であって、 前記導体を所定の間隔で平行に支持する支持手段と、 前記表面抵抗測定時に前記導体間に実装され、誘電体材
料で形成された標準共振器と、 前記誘電体試料を含み、前記複素誘電率測定時に前記導
体間に実装される試料共振器とを備え、 前記標準共振器は、 第1の共振器と、 前記第1の共振器と結合することにより生じる2つ以上
の異なる周波数において共振ピークを生成する1つの結
合共振器を形成する第2の共振器とを含み、 前記標準共振器により求めた表面抵抗を用いて、前記誘
電体試料の複素誘電率を求めることを特徴とする、表面
抵抗および複素誘電率測定用治具。1. A jig capable of measuring the surface resistance of a pair of conductors, at least the surface of which is formed of a conductive material, and the complex permittivity of a dielectric sample, the conductors being supported in parallel at predetermined intervals. Supporting means, a standard resonator formed of a dielectric material and mounted between the conductors when measuring the surface resistance, and a sample including the dielectric sample, the sample being mounted between the conductors when measuring the complex dielectric constant. A resonator, wherein the standard resonator forms a first resonator and a coupled resonator that produces resonant peaks at two or more different frequencies caused by coupling with the first resonator. And a second resonator for measuring the complex dielectric constant of the dielectric sample using the surface resistance obtained by the standard resonator.
配置されることを特徴とする、請求項1に記載の表面抵
抗および複素誘電率測定用治具。2. The jig for measuring surface resistance and complex permittivity according to claim 1, wherein the first and second resonators are arranged coaxially.
の共振器の位置関係を一定に保つ支持部材をさらに備え
る、請求項1または2に記載の表面抵抗および複素誘電
率測定用治具。3. The standard resonator includes the first and second resonators.
The jig for measuring surface resistance and complex permittivity according to claim 1 or 2, further comprising a support member for keeping the positional relationship of the resonator of (1) constant.
の共振器と前記一対の導体との間にそれぞれ配設され、
柔らかい材料で形成される一対の第1の支持台を含む、
請求項3に記載の表面抵抗および複素誘電率測定用治
具。4. Each of the support members includes the first and second support members.
Disposed between the resonator and the pair of conductors,
Including a pair of first supports formed of a soft material,
The jig for measuring surface resistance and complex permittivity according to claim 3.
の共振器と前記一対の導体との間の厚みは、薄く形成さ
れることを特徴とする請求項4に記載の表面抵抗および
複素誘電率測定用治具。5. The first and second of the first support base.
The jig for measuring surface resistance and complex permittivity according to claim 4, wherein a thickness between the resonator and the pair of conductors is formed thin.
器および前記試料共振器をその同一平面で励振する一対
の非放射性誘電体線路をさらに備える、請求項1ないし
5のいずれかに記載の表面抵抗および複素誘電率測定用
治具。6. The surface according to claim 1, further comprising a pair of non-radiative dielectric lines that include a dielectric strip and that excite the standard resonator and the sample resonator in the same plane. Jig for measuring resistance and complex permittivity.
ップを所定の角度に配設することを特徴とする、請求項
6に記載の表面抵抗および複素誘電率測定用治具。7. The jig for measuring surface resistance and complex dielectric constant according to claim 6, wherein the dielectric strip of the non-radiative dielectric waveguide is arranged at a predetermined angle.
記導体との間にそれぞれ配設される一対の第2の支持台
を備える、請求項1ないし7のいずれかに記載の表面抵
抗および複素誘電率測定用治具。8. The surface resistance according to claim 1, wherein the sample resonator includes a pair of second support bases respectively arranged between the dielectric sample and the conductor. And jig for complex permittivity measurement.
れた一対の導体の表面抵抗と誘電体試料の複素誘電率と
を測定可能な測定系を構成する方法であって、 前記一対の導体間に誘電体材料で形成された第1および
第2の共振器を含む標準共振器を実装する第1のステッ
プと、 前記第1および第2の共振器が結合することにより生成
された2つ以上の異なる周波数における共振ピークを計
測する第2のステップと、 前記一対の導体間に前記誘電体試料を含む試料共振器を
実装する第3のステップと、 前記第2のステップで求めた表面抵抗を用いて、前記誘
電体試料の複素誘電率を求める第4のステップとを備え
る、表面抵抗および複素誘電率の測定系構成方法。9. A method for constructing a measuring system capable of measuring the surface resistance of a pair of conductors, at least the surface of which is made of a conductive material, and the complex permittivity of a dielectric sample, comprising: A first step of implementing a standard resonator including first and second resonators formed of a dielectric material; and two or more of the two resonators produced by coupling the first and second resonators together. A second step of measuring resonance peaks at different frequencies, a third step of mounting a sample resonator including the dielectric sample between the pair of conductors, and a surface resistance obtained in the second step are used. And a fourth step of obtaining the complex permittivity of the dielectric sample.
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