JP4485985B2 - Dielectric property measuring method and conductivity measuring method - Google Patents

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  • Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)

Description

本発明は、特にミリ波領域で電子部品又は回路基板として使用する誘電体材料の比誘電率または誘電正接を測定するための誘電特性測定方法および導体材料の導電率を測定するための導電率測定方法に関する。   The present invention relates to a dielectric property measuring method for measuring a dielectric constant or dielectric loss tangent of a dielectric material used as an electronic component or a circuit board, particularly in the millimeter wave region, and a conductivity measurement for measuring the conductivity of a conductor material. Regarding the method.

回路基板や半導体素子用パッケージに用いられるマイクロストリップライン、ストリップラインやコプレーナライン等のインピーダンスおよび伝送損失の計算のために、これらに用いられる誘電体基板の比誘電率や誘電正接を測定することは重要である。近年、車載用レーダやミリ波無線LANの開発が行われてきており、これらの回路設計のために、ミリ波領域における基板の比誘電率や誘電正接の測定値が必要となってきた。   To calculate impedance and transmission loss of microstrip lines, strip lines, coplanar lines, etc. used for circuit boards and semiconductor device packages, it is not possible to measure the dielectric constant and dielectric loss tangent of dielectric substrates used for these. is important. In recent years, in-vehicle radars and millimeter-wave wireless LANs have been developed, and measurement values of the relative permittivity and dielectric loss tangent of the substrate in the millimeter-wave region have become necessary for designing these circuits.

一般に、基板材料の比誘電率や誘電正接を求めるには、平板状誘電体試料が用いられる。そして、その誘電特性測定方法としては、図5に示すような形状の空洞共振器を用いた測定方法がJIS規格として規定されている(非特許文献1参照)。この測定方法では、空洞共振器に2箇所の孔を開け、それぞれの孔から同軸ケーブル71の先端に設けられた微小ループアンテナ72を挿入することにより、空洞共振器の励振および検波がなされる。そして、この空洞共振器の共振周波数および無負荷Qが測定され、平板状誘電体試料8の誘電特性が求められる。
JIS ファインセラミックスのミリ波帯における誘電特性測定方法(JIS R 1660−1:2004)
In general, a flat dielectric sample is used to obtain the relative dielectric constant and dielectric loss tangent of the substrate material. As a dielectric property measurement method, a measurement method using a cavity resonator having a shape as shown in FIG. 5 is defined as a JIS standard (see Non-Patent Document 1). In this measurement method, two holes are formed in the cavity resonator, and a minute loop antenna 72 provided at the tip of the coaxial cable 71 is inserted through each hole, thereby exciting and detecting the cavity resonator. Then, the resonance frequency and no-load Q of this cavity resonator are measured, and the dielectric characteristics of the flat plate dielectric sample 8 are obtained.
Dielectric property measurement method in millimeter wave band of JIS fine ceramics (JIS R 1660-1: 2004)

しかしながら、ミリ波において使用する微小ループアンテナは、ループ径が小さく、その作製には特殊な加工が必要となるため、非常に高価なものとなっている。また、その構造は、先端の芯線を細めた上で外側導体に溶接で接合した構造であり、衝撃に対して非常に壊れやすく、デリケートな取り扱いが要求される。さらに、微小ループアンテナによる励振方法は、ループ面の角度により、モードを選択できる特性があるが、完全には不要モードを抑制できないため、測定に用いるモードに対して妨害となるケースが生じていた。   However, a micro loop antenna used in millimeter waves has a small loop diameter and requires special processing for its production, and is therefore very expensive. Further, the structure is a structure in which the core wire at the tip is narrowed and joined to the outer conductor by welding, and is very fragile against an impact and requires delicate handling. Furthermore, although the excitation method using a small loop antenna has a characteristic that a mode can be selected depending on the angle of the loop surface, an unnecessary mode cannot be completely suppressed, resulting in an obstacle to the mode used for measurement. .

本発明は、ミリ波帯において容易に取り扱うことができるとともに、従来よりも不要モードを抑制することができる誘電特性測定方法および導電率測定方法を提供することを目的とする。   It is an object of the present invention to provide a dielectric property measuring method and a conductivity measuring method that can be easily handled in the millimeter wave band and can suppress unnecessary modes as compared with the prior art.

本発明は、上側および下側平板状導体の間に一対の誘電体ストリップを先端同士が近接するように挟持して入力側および出力側NRDガイドを構成し、前記上側平板状導体に対して前記入力側および出力側NRDガイドの前記誘電体ストリップの先端上にそれぞれ入力側および出力側スロットを形成するとともに、前記一対の誘電体ストリップの先端間で、前記入力側および出力側スロットからそれぞれ前記誘電体ストリップの延長方向に等距離の位置に、前記上側および下側平板状導体にわたるように導体からなる遮断壁を設け、前記上側平板状導体に平行に前記入力側および出力側スロットを覆うように導体板を配置するとともに、該導体板および前記上側平板状導体の間に誘電体試料を配置して、前記入力側および出力側スロット間で共振器を構成し、該共振器のTEモードを励振させて前記共振器の共振周波数および無負荷Qを測定し、前記共振周波数および前記無負荷Qから前記誘電体試料の誘電特性を求めることを特徴とする誘電特性測定方法である。   According to the present invention, an input side and an output side NRD guide are configured by sandwiching a pair of dielectric strips between the upper and lower flat conductors so that the tips are close to each other. Input-side and output-side slots are respectively formed on the tips of the dielectric strips of the input-side and output-side NRD guides, and the dielectrics are respectively provided from the input-side and output-side slots between the tips of the pair of dielectric strips. A blocking wall made of a conductor is provided at a position equidistant in the extending direction of the body strip so as to extend over the upper and lower flat conductors, and covers the input side and output slots in parallel to the upper flat conductor. A conductor plate is disposed, and a dielectric sample is disposed between the conductor plate and the upper flat conductor so that the input side and the output side slots are between Configuring a resonator, exciting the TE mode of the resonator, measuring the resonance frequency and no-load Q of the resonator, and obtaining the dielectric characteristics of the dielectric sample from the resonance frequency and the no-load Q This is a characteristic dielectric property measuring method.

ここで、前記上側平板状導体と前記導体板との間で空洞共振器を構成するのが好ましい。   Here, it is preferable to form a cavity resonator between the upper flat conductor and the conductor plate.

また本発明は、上側および下側平板状導体の間に一対の誘電体ストリップを先端同士が近接するように挟持して入力側および出力側NRDガイドを構成し、前記上側平板状導体に対して前記入力側および出力側NRDガイドの前記誘電体ストリップの先端上にそれぞれ入力側および出力側スロットを形成するとともに、前記一対の誘電体ストリップの先端間で、前記入力側および出力側スロットからそれぞれ前記誘電体ストリップの延長方向に等距離の位置に、前記上側および下側平板状導体にわたるように導体からなる遮断壁を設け、前記上側平板状導体に平行に前記入力側および出力側スロットを覆うように導体板を配置して、前記入力側および出力側スロット間で共振器を構成し、該共振器のTEモードを励振させて前記共振器の共振周波数および無負荷Qを測定し、前記共振周波数および前記無負荷Qから前記導体板の導電率を求めることを特徴とする導電率測定方法である。   In the present invention, a pair of dielectric strips are sandwiched between the upper and lower flat conductors so that the tips are close to each other to form an input side and output side NRD guide. The input side and output side slots are formed on the leading ends of the dielectric strips of the input side and output side NRD guides, respectively, and between the leading ends of the pair of dielectric strips, from the input side and output side slots, respectively. A barrier wall made of a conductor is provided at an equidistant position in the extension direction of the dielectric strip so as to extend over the upper and lower flat conductors, and covers the input and output slots in parallel to the upper flat conductor. A conductive plate is disposed on the input side and a slot is formed between the input side and output side slots, and the TE mode of the resonator is excited to resonate the resonator. Measuring the wavenumber and unloaded Q, a conductivity measuring method characterized by determining the conductivity of the conductor plate from the resonant frequency and the unloaded Q.

ここで、前記上側平板状導体と前記導体板との間で空洞共振器を構成するのが好ましい。   Here, it is preferable to form a cavity resonator between the upper flat conductor and the conductor plate.

本発明の誘電特性測定方法および導電率測定方法によれば、ミリ波帯において容易に取り扱うことができるとともに、従来よりも不要モードを抑制して、共振器の比誘電率、誘電正接、導電率等を測定することができる。   According to the dielectric property measurement method and the conductivity measurement method of the present invention, it can be easily handled in the millimeter wave band, and the unnecessary mode is suppressed as compared with the conventional method, and the relative permittivity, dielectric loss tangent, conductivity of the resonator. Etc. can be measured.

本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。
本発明は、図1に示すように、上側平板状導体1および下側平板状導体2の間に一対の誘電体ストリップ31、41を先端同士が近接するように挟持して入力側NRDガイド3および出力側NRDガイド4を構成し、上側平板状導体1に対して入力側NRDガイド3および出力側NRDガイド4の誘電体ストリップ31、41の先端上にそれぞれ入力側スロット11および出力側スロット12を形成するとともに、一対の誘電体ストリップ31、41の先端間で、入力側スロット11および出力側スロット12からそれぞれ誘電体ストリップ31、41の延長方向に等距離の位置に、上側平板状導体1および下側平板状導体2にわたるように導体からなる遮断壁4を設け、上側平板状導体1に平行に入力側スロット11および出力側スロット12を覆うように導体板61を配置するとともに、導体板61および上側平板状導体1の間に誘電体試料62を配置して、入力側スロット11および出力側スロット間で共振器6を構成し、共振器6のTEモードを励振させて共振器6の共振周波数および無負荷Qを測定して、誘電体試料62の誘電特性を求めることを特徴とする誘電特性測定方法である。
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
In the present invention, as shown in FIG. 1, a pair of dielectric strips 31 and 41 are sandwiched between an upper plate-like conductor 1 and a lower plate-like conductor 2 so that their tips are close to each other. And the output side NRD guide 4, and the input side slot 11 and the output side slot 12 on the tips of the dielectric strips 31 and 41 of the input side NRD guide 3 and the output side NRD guide 4 with respect to the upper plate-like conductor 1, respectively. And the upper plate-like conductor 1 between the tips of the pair of dielectric strips 31 and 41 at equal distances from the input side slot 11 and the output side slot 12 in the extending direction of the dielectric strips 31 and 41, respectively. In addition, a blocking wall 4 made of a conductor is provided so as to extend over the lower flat conductor 2, and an input slot 11 and an output slot are parallel to the upper flat conductor 1. 2, the conductor plate 61 is disposed, and the dielectric sample 62 is disposed between the conductor plate 61 and the upper plate-like conductor 1, and the resonator 6 is configured between the input side slot 11 and the output side slot. The dielectric property measuring method is characterized in that the dielectric mode of the dielectric sample 62 is obtained by exciting the TE mode of the resonator 6 and measuring the resonance frequency and no-load Q of the resonator 6.

入力側NRDガイド3は、上側平板状導体1の一部と下側平板状導体2の一部と誘電体ストリップ31とから構成されるものである。また、出力側NRDガイド4は、上側平板状導体1の一部と下側平板状導体2の一部と誘電体ストリップ41とから構成されるものである。ここで、NRDガイドとは非放射性誘電体線路のことをいうものである。   The input-side NRD guide 3 includes a part of the upper flat conductor 1, a part of the lower flat conductor 2, and a dielectric strip 31. The output-side NRD guide 4 includes a part of the upper flat conductor 1, a part of the lower flat conductor 2, and a dielectric strip 41. Here, the NRD guide means a non-radiative dielectric line.

上側平板状導体1と下側平板状導体2は、銅や銀などの導電率の高い材料からなり、容易に撓まない程度の厚みを有するものである。また、上から見たときの上側平板状導体1および下側平板状導体2の面積については、例えば、縦の長さLが30〜90mm、横の長さLが50〜110mmのものが採用される。そして、上側平板状導体1と下側平板状導体2の間隔は、後述の誘電体ストリップ中の波長をλgとすると1/2λg以下であって、通常1〜3mmに固定される。 The upper flat conductor 1 and the lower flat conductor 2 are made of a material having high conductivity such as copper or silver, and have a thickness that does not easily bend. Moreover, those for the area of the upper flat conductor 1 and the lower flat conductor 2 when viewed from above, for example, the vertical length L 1 is 30~90Mm, horizontal length L 2 of 50~110mm Is adopted. The distance between the upper flat conductor 1 and the lower flat conductor 2 is 1 / 2λg or less, and is usually fixed to 1 to 3 mm, where λg is a wavelength in a dielectric strip to be described later.

誘電体ストリップ(誘電体線路)31と誘電体ストリップ(誘電体線路)41は、上側平板状導体1および前記下側平板状導体2の間にこれらに挟持されるように、先端同士を近接させて配置されている。これらは、低損失な誘電体材料、例えばレクソライト(登録商標)からなっている。誘電体ストリップ31および誘電体ストリップ41の高さは上述の上側平板状導体1と下側平板状導体2の間隔と同じ通常1〜3mmであり、幅もまた通常1〜3mmであり、誘電体ストリップ31、41の上側平板状導体1と下側平板状導体2の間に挟持される部分の長さL3は20〜55mmである。   The dielectric strip (dielectric line) 31 and the dielectric strip (dielectric line) 41 have their tips close to each other so as to be sandwiched between the upper flat conductor 1 and the lower flat conductor 2. Are arranged. These are made of a low-loss dielectric material such as Lexolite (registered trademark). The height of the dielectric strip 31 and the dielectric strip 41 is usually 1 to 3 mm, which is the same as the distance between the upper flat conductor 1 and the lower flat conductor 2, and the width is also usually 1 to 3 mm. The length L3 of the part clamped between the upper flat conductor 1 and the lower flat conductor 2 of the strips 31 and 41 is 20 to 55 mm.

上側平板状導体1における入力側NRDガイド3の誘電体ストリップ31上には、入力側スロット11が形成されており、上側平板状導体1における出力側NRDガイド4の誘電体ストリップ41上には、出力側スロット12が形成されている。ここで、入力側スロット11および出力側スロット12は、矩形あるいはその角がRに形成された孔が好ましく採用され、その大きさは、電界成分を通過させず、磁界成分だけを通過させるような大きさ、言い換えると、共振器と磁界結合させるために、なるべく電界が入り込まないような大きさであるのが好ましく、誘電体ストリップ31、41の長手方向に沿う辺の長さが誘電体ストリップ中の波長をλgとすると1/8λg〜1/2λgであるのが好ましく、誘電体ストリップ31、41の幅方向に沿う辺の長さが誘電体ストリップ31、41の幅をwとすると0.05w〜wであるのが好ましい。   An input side slot 11 is formed on the dielectric strip 31 of the input side NRD guide 3 in the upper flat conductor 1, and on the dielectric strip 41 of the output side NRD guide 4 in the upper flat conductor 1, An output side slot 12 is formed. Here, the input side slot 11 and the output side slot 12 are preferably a rectangle or a hole whose corner is formed in R, and the size thereof is such that only the magnetic field component does not pass but the electric field component does not pass. It is preferable that the size, in other words, the size of the dielectric strips 31 and 41 is such that the length of the side along the longitudinal direction of the dielectric strip is such that the electric field does not enter in order to couple the resonator with the magnetic field. Λg is preferably 1 / 8λg to 1 / 2λg, and the length of the sides along the width direction of the dielectric strips 31 and 41 is 0.05 w when the width of the dielectric strips 31 and 41 is w. ~ W is preferred.

そして、入力側NRDガイド3の誘電体ストリップ31と出力側NRDガイド4の誘電体ストリップ41との先端間を遮断するように、上側平板状導体1および下側平板状導体2にわたるように導体からなる遮断壁5が設けられている。この遮断壁5は、上側平板状導体1および下側平板状導体2と同様に、銅や銀などの導電率の高い材料からなるものである。この遮断壁5が設けられる位置は、入力側スロット11および出力側スロット12からそれぞれ誘電体ストリップ31、41の延長方向に等距離となるような位置、言い換えると、入力側スロット11から誘電体ストリップ31の長手方向に沿って遮断壁5に到達するまでの距離と、出力側スロット12から誘電体ストリップ41の長手方向に沿って遮断壁5に到達するまでの距離がほぼ等しい位置である。このとき、入力側スロット11および出力側スロット12の中心位置と遮断壁5との距離は、λg/4の距離のとき磁界最大位置となり、磁界結合にとり都合がよい。なお、結合の微調整は、誘電体ストリップ31、41と遮断壁5との距離を離したり近づけたりして行われる。   Then, from the conductor so as to cover the upper plate-like conductor 1 and the lower plate-like conductor 2 so as to cut off the tips of the dielectric strip 31 of the input-side NRD guide 3 and the dielectric strip 41 of the output-side NRD guide 4. A blocking wall 5 is provided. The blocking wall 5 is made of a material having a high conductivity such as copper or silver, like the upper flat conductor 1 and the lower flat conductor 2. The position where the blocking wall 5 is provided is a position that is equidistant from the input side slot 11 and the output side slot 12 in the extending direction of the dielectric strips 31 and 41, in other words, from the input side slot 11 to the dielectric strip. The distance from the output side slot 12 to the barrier wall 5 along the longitudinal direction of the dielectric strip 41 is substantially equal to the distance until the barrier wall 5 is reached along the longitudinal direction of 31. At this time, the distance between the center position of the input side slot 11 and the output side slot 12 and the blocking wall 5 is the maximum magnetic field position when the distance is λg / 4, which is convenient for magnetic field coupling. The fine adjustment of the coupling is performed by increasing or decreasing the distance between the dielectric strips 31 and 41 and the blocking wall 5.

ここで、一対のスロットを入力側スロット11と出力側スロット12と名付けたように、上側平板状導体1の一部(入力側スロット11および出力側スロット12を含み、後述の導体板61に対向する領域)が共振器6を構成する、言い換えると、入力側スロット11および出力側スロット間で共振器6が構成されるようになっており、磁界結合により、この共振器6に入力側スロット11から入力されて共振器6が励振され、出力側スロット12から出力されて検波が行われる。そして、この共振器6を構成する上側平板状導体1の一部(入力側スロット11および出力側スロット12を含み、後述の導体板61に対向する領域)におけるさらに一部(誘電体ストリップ31、41上の領域)は、入力側NRDガイド3の一部および出力側NRDガイド4の一部にもなっており、共振器6と入力側NRDガイド3、共振器6と出力側NRDガイド4として共有されるようになっている。   Here, as the pair of slots are named as the input side slot 11 and the output side slot 12, a part of the upper flat conductor 1 (including the input side slot 11 and the output side slot 12 and facing a conductor plate 61 described later) Area) constitutes the resonator 6, in other words, the resonator 6 is constituted between the input side slot 11 and the output side slot, and the input side slot 11 is connected to the resonator 6 by magnetic field coupling. The resonator 6 is excited and is output from the output side slot 12 for detection. Further, a further part (dielectric strip 31, part of the upper plate-like conductor 1 constituting the resonator 6 (a region including the input side slot 11 and the output side slot 12 and facing a conductor plate 61 described later). 41) is also a part of the input-side NRD guide 3 and a part of the output-side NRD guide 4. The resonator 6 and the input-side NRD guide 3, and the resonator 6 and the output-side NRD guide 4 It is supposed to be shared.

この共振器6は、上側平板状導体1に平行に入力側スロット11および出力側スロット12を覆うように配置された導体板61を含むものである。導体板61は、上側平板状導体1および下側平板状導体2と同様に、銅や銀などの導電率の高い材料からなり、容易に撓まない程度の厚みを有するものである。また、導体板61の上から見た面積は、入力側スロット11および出力側スロット12を覆うようなものであれば限定はないが、図に示す程度の大きさが好ましい。   The resonator 6 includes a conductor plate 61 arranged so as to cover the input side slot 11 and the output side slot 12 in parallel with the upper flat conductor 1. The conductor plate 61 is made of a material having high conductivity such as copper or silver, and has a thickness that does not easily bend, like the upper plate-like conductor 1 and the lower plate-like conductor 2. Further, the area viewed from above the conductor plate 61 is not limited as long as it covers the input side slot 11 and the output side slot 12, but the size shown in the drawing is preferable.

そして、図1に示すように、導体板61および上側平板状導体1の間には、誘電体試料として平板状誘電体試料62が配置されている。具体的には、上側平板状導体1の上に導体壁63が設けられ、この導体壁63の上に平板状誘電体試料62が載置され、さらに平板状誘電体試料62の上に導体板61が載置されて、箱形の空洞共振器が構成されている。この空洞共振器の高さは、測定周波数により異なるが、例えば測定周波数が60GHzでは3〜5mmであるのが好ましく、また空洞共振器の径は、空洞共振器の内部空間が少なくとも入力側スロット11および出力側スロット12を収容し、図に示す程度で大きすぎるものでなければよい。なお、この空洞共振器は導体壁63により密閉された内部空間を有する箱型のものであり、導体壁63の上に平板状誘電体試料62および導体板61を載置するだけの構成であるから容易に共振器を作製できる利点があるが、このような形状に限定されず、電磁界が放射されないような構造であれば多少間隙があってもよい。また、図1においては、導体壁63の上に平板状誘電体試料62を配置した構成であるが、導体壁63の下に平板状誘電体試料62を配置してもよい。さらに、図1においては、上側平板状導体1の上に導体壁63を立設させて、箱型の空洞共振器が構成されているが、上側平板状導体と同様のスロットを底面に有する箱型の空洞共振器を上側平板状導体1の上に載置するようにしてもよい。またさらに、平板状誘電体試料を用いるのではなく、空洞共振器内に円柱状誘電体試料を配置するようにしてもよい。   As shown in FIG. 1, a flat dielectric sample 62 is disposed as a dielectric sample between the conductor plate 61 and the upper flat conductor 1. Specifically, a conductor wall 63 is provided on the upper flat conductor 1, a flat dielectric sample 62 is placed on the conductor wall 63, and a conductive plate is further placed on the flat dielectric sample 62. 61 is mounted to form a box-shaped cavity resonator. Although the height of the cavity resonator varies depending on the measurement frequency, for example, it is preferable that the measurement frequency is 3 to 5 mm when the measurement frequency is 60 GHz. It is sufficient that the output side slot 12 is accommodated and is not too large as shown in the figure. This cavity resonator is a box type having an internal space sealed by a conductor wall 63, and has a configuration in which a flat dielectric sample 62 and a conductor plate 61 are simply placed on the conductor wall 63. However, the present invention is not limited to such a shape, and may have a slight gap as long as the structure does not radiate an electromagnetic field. In FIG. 1, the flat dielectric sample 62 is arranged on the conductor wall 63, but the flat dielectric sample 62 may be arranged below the conductor wall 63. Further, in FIG. 1, a box-shaped cavity resonator is configured by erecting a conductor wall 63 on the upper flat conductor 1, but a box having the same slot as the upper flat conductor on the bottom surface. A mold cavity resonator may be mounted on the upper flat conductor 1. Furthermore, instead of using a flat dielectric sample, a cylindrical dielectric sample may be disposed in the cavity resonator.

このような共振器6のTEモードを励振させて共振器6の共振周波数および無負荷Qを測定し、共振周波数および無負荷Qから比誘電率、誘電正接などの誘電特性を求めるものである。   The TE mode of the resonator 6 is excited to measure the resonance frequency and no-load Q of the resonator 6, and the dielectric characteristics such as relative permittivity and dielectric loss tangent are obtained from the resonance frequency and no-load Q.

本測定方法では、入力側NRDガイド3および出力側NRDガイド4を構成する上側平板状導体1に入力側スロット11および出力側スロット12を設け、共振器6を励振していることが特徴である。NRDガイドを使用する最大の利点は、導波管(図示しないがNRDガイドに接続されている)から容易に変換でき、実現が容易なことである。また、遮断壁5により線路同士の直接結合がほとんどないため、ノイズレベルまでダイナミックレンジを下げることができる。さらに、従来の微小ループアンテナを用いた測定方法よりも他の不要モードの抑制が可能であり、測定する共振ピークのみを励振できる利点もある。   This measurement method is characterized in that an input side slot 11 and an output side slot 12 are provided in the upper flat conductor 1 constituting the input side NRD guide 3 and the output side NRD guide 4 to excite the resonator 6. . The greatest advantage of using an NRD guide is that it can be easily converted from a waveguide (not shown but connected to the NRD guide) and is easy to implement. Further, since there is almost no direct coupling between the lines due to the blocking wall 5, the dynamic range can be lowered to the noise level. Furthermore, it is possible to suppress other unnecessary modes than the measurement method using the conventional minute loop antenna, and there is an advantage that only the resonance peak to be measured can be excited.

また、誘電体ストリップ31、41の配置は必ずしも図1のように直線的な配置である必要はなく、例えば図2に示すように、不要モードの抑制のために直線から所定の角度ずれていてもよく、この角度は測定できる角度であれば特に限定されない。例えば、抑制したいモードがTM310の場合、角度は直線的な配置から30度またはマイナス30度にずらした位置が採用される。 Further, the arrangement of the dielectric strips 31 and 41 is not necessarily a linear arrangement as shown in FIG. 1, and is deviated from the straight line by a predetermined angle to suppress unnecessary modes, for example, as shown in FIG. This angle is not particularly limited as long as it is a measurable angle. For example, when the mode to be suppressed is TM 310 , a position where the angle is shifted from a linear arrangement to 30 degrees or minus 30 degrees is adopted.

さらに、本発明は、図1に示すような平板状誘電体試料62の測定に限らず、図3に示すように、導体板61および上側平板状導体1の間に誘電体試料として円柱状誘電体試料64を配置して、この円柱状誘電体試料64の誘電特性を測定することもできる。   Further, the present invention is not limited to the measurement of the flat dielectric sample 62 as shown in FIG. 1, and as shown in FIG. 3, a cylindrical dielectric as a dielectric sample between the conductor plate 61 and the upper flat conductor 1. It is also possible to arrange the body sample 64 and measure the dielectric characteristics of the cylindrical dielectric sample 64.

図3に示す構造の共振器では、導体板61と上側平板状導体1とで円柱状誘電体試料64を挟持するようにして、共振器を構成したものである。ここで、円柱状誘電体試料64は入力側スロット11および出力側スロット12の間の略中央に配置されるのが好ましい。また、円柱状誘電体試料64の径および高さは、測定周波数を規定し、比誘電率の概略値と測定モードを指定すると、所定の算術式(非特許文献1参照)により設計できる。   In the resonator having the structure shown in FIG. 3, the resonator is configured such that the cylindrical dielectric sample 64 is sandwiched between the conductor plate 61 and the upper flat conductor 1. Here, it is preferable that the cylindrical dielectric sample 64 is disposed at the approximate center between the input side slot 11 and the output side slot 12. The diameter and height of the cylindrical dielectric sample 64 can be designed by a predetermined arithmetic expression (see Non-Patent Document 1) when the measurement frequency is specified and the approximate value of the relative dielectric constant and the measurement mode are specified.

なお、図3において円柱状誘電体試料64の上面と導体板61の下面は接触しているが、これらの間には多少の間隙があってもよい。   In FIG. 3, the upper surface of the cylindrical dielectric sample 64 and the lower surface of the conductor plate 61 are in contact with each other, but there may be a slight gap therebetween.

この図3に示す構造の共振器を用いた誘電特性の測定方法においても、図1に示す構造の共振器を用いた測定方法と同様に、入力側スロット11および出力側スロット12を用いた磁界結合により、上側平板状導体1、導体板61および円柱状誘電体試料64で構成された共振器の励振および検波が行われ、この共振器の共振周波数および無負荷Qをネットワークアナライザで測定し、円柱状誘電体試料64の誘電特性(比誘電率、誘電正接)を求めることができる。   In the dielectric property measurement method using the resonator having the structure shown in FIG. 3, the magnetic field using the input side slot 11 and the output side slot 12 is the same as the measurement method using the resonator having the structure shown in FIG. Due to the coupling, excitation and detection of the resonator composed of the upper flat conductor 1, the conductor plate 61, and the cylindrical dielectric sample 64 are performed, and the resonance frequency and no-load Q of the resonator are measured with a network analyzer, The dielectric properties (dielectric constant, dielectric loss tangent) of the cylindrical dielectric sample 64 can be obtained.

またさらに、本発明における共振器を用いた構造は、図1乃至図3にしめすような誘電体試料の誘電特性を測定する他、共振器を構成する導体板61の導電率を測定する方法にも採用できることを見出した。   Furthermore, the structure using the resonator according to the present invention is a method for measuring the conductivity of the conductor plate 61 constituting the resonator in addition to measuring the dielectric characteristics of the dielectric sample as shown in FIGS. Also found that can be adopted.

図4に示す構造は、図1中の平板状誘電体試料62を取り除いた以外は図1に示す構成と略同じものである。すなわち、図4においては、導体板61、導体壁63および上側平板状導体1で共振器が構成されている。   The structure shown in FIG. 4 is substantially the same as the structure shown in FIG. 1 except that the flat dielectric sample 62 in FIG. 1 is removed. That is, in FIG. 4, a resonator is constituted by the conductor plate 61, the conductor wall 63, and the upper flat conductor 1.

この図4に示す構造の共振器を用いた導電率の測定方法においても、図1に示す構造の共振器を用いた誘電特性の測定方法と同様に、入力側スロット11および出力側スロット12を用いた磁界結合により、上側平板状導体1、導体板61および導体壁63で構成された共振器の励振および検波が行われ、この共振器の共振周波数および無負荷Qをネットワークアナライザで測定し、導体板61の導電率を求めることができる。   In the method for measuring conductivity using the resonator having the structure shown in FIG. 4, the input side slot 11 and the output side slot 12 are provided in the same manner as the dielectric property measuring method using the resonator having the structure shown in FIG. Due to the magnetic field coupling used, excitation and detection of the resonator composed of the upper flat conductor 1, the conductor plate 61, and the conductor wall 63 are performed, and the resonance frequency and no-load Q of this resonator are measured with a network analyzer, The conductivity of the conductor plate 61 can be obtained.

測定に際しては、空洞共振器を構成した後、共振周波数f1および無負荷Q、Qu1を測定し、共振器を構成する全導体の導電率σを評価した後、共振器の構成要素である導体板61を、導電率を求めたい導体板61に置き換えて同様に測定することにより、求めたい導体板61の導電率σ2が、無負荷Q、Qu2の測定結果と前記導電率σより計算される。   At the time of measurement, after configuring the cavity resonator, the resonance frequency f1 and unloaded Q and Qu1 are measured, and the conductivity σ of all the conductors constituting the resonator is evaluated, and then a conductor plate which is a component of the resonator By replacing 61 with the conductor plate 61 whose conductivity is to be obtained and measuring in the same manner, the conductivity σ2 of the conductor plate 61 to be obtained is calculated from the measurement results of the unloaded Q and Qu2 and the conductivity σ.

なお、図4に示す構造の共振器を用いた測定方法では、導電率の測定方法としたが、導電率を求めることに限定されず、導電率~算出される抵抗率や表面抵抗を求めることも含むものとする。   In the measurement method using the resonator having the structure shown in FIG. 4, the measurement method of conductivity is used. However, the measurement method is not limited to obtaining the conductivity, and obtaining the calculated resistivity or surface resistance. Shall also be included.

図3に示す構造を用いて、本発明の測定方法(NRDガイドスロット励振(NRD))による空洞共振器の周波数特性を測定した。その測定結果を図6に示す。一方、図5に示す従来の測定方法(微小ループアンテナ励振(Loop))による空洞共振器の周波数特性の測定結果を図7に示す。ここで、導体壁63部分は、二つの測定において共通で使用することができたので等しい値としている。また、共振器の寸法(径D、高さH)は、共振周波数より表1のようになっている。なお、上下平板状導体1、2および遮断壁5は銅からなり、縦Lの長さが60mm、横Lの長さが80mm、厚みが2mmであった。また、誘電体ストリップ31、41はレクソライト(登録商標)からなり、この幅は2mm、高さは2.2mm、上下平板状導体に挟持される位置における誘電体ストリップ31、41の長さは30mmであった。 Using the structure shown in FIG. 3, the frequency characteristic of the cavity resonator was measured by the measurement method of the present invention (NRD guide slot excitation (NRD)). The measurement results are shown in FIG. On the other hand, FIG. 7 shows the measurement results of the frequency characteristics of the cavity resonator by the conventional measurement method (micro loop antenna excitation (Loop)) shown in FIG. Here, the conductor wall 63 portion has the same value because it can be used in common in the two measurements. The dimensions (diameter D, height H) of the resonator are as shown in Table 1 based on the resonance frequency. Incidentally, the upper and lower flat conductor 1, 2 and the blocking wall 5 is made of copper, the length of the vertical L 1 is 60 mm, the length of the horizontal L 2 is 80 mm, the thickness was 2 mm. The dielectric strips 31 and 41 are made of Lexolite (registered trademark), the width is 2 mm, the height is 2.2 mm, and the length of the dielectric strips 31 and 41 at the position sandwiched between the upper and lower flat conductors is 30 mm. Met.

図6および図7から明らかなように本発明のNRDガイドスロット励振(NRD)による測定方法の方が、測定に用いるTE011モードを励振した上で、他の不要モードを抑制できていることがわかる。 As apparent from FIGS. 6 and 7, the measurement method using NRD guide slot excitation (NRD) of the present invention can suppress other unnecessary modes after exciting the TE 011 mode used for measurement. Recognize.

なお、二つの共振周波数f0の測定結果を表1の左側のコラム1に示す。

Figure 0004485985
The measurement results of the two resonance frequencies f0 are shown in the left column 1 of Table 1.
Figure 0004485985

次に、図1に示す構造の空洞共振器を用意して、厚みt=0.335mmのサファイア試料とt=0.504mmのLTCC試料の測定を行った。これら試料の周波数応答の測定結果を図8および図9に示す。   Next, a cavity resonator having the structure shown in FIG. 1 was prepared, and a sapphire sample with a thickness t = 0.335 mm and an LTCC sample with a t = 0.504 mm were measured. The measurement results of the frequency response of these samples are shown in FIGS.

この結果より、本発明の測定に用いるTE011モードがきれいに励振されていることが確認できた。また、不要モードもよく抑制されていることがわかった。 From this result, it was confirmed that the TE 011 mode used for the measurement of the present invention was clearly excited. It was also found that unnecessary mode was well suppressed.

また、このときの共振周波数f0の測定結果を表1のコラム2、3に示す。比較のため従来方法である微小ループアンテナ励振(Loop)による測定結果も表に併せて記載する。共振周波数f0の測定結果と共振器の寸法(厚みt)より、比誘電率ε’を計算し、上記表1中に示す。   The measurement results of the resonance frequency f0 at this time are shown in columns 2 and 3 of Table 1. For comparison, the measurement result by the micro loop antenna excitation (Loop) which is a conventional method is also described in the table. The relative dielectric constant ε ′ is calculated from the measurement result of the resonance frequency f 0 and the dimension (thickness t) of the resonator, and is shown in Table 1 above.

この結果、二つの測定結果は、ほぼ一致し、本発明の測定方法の実現性を検証することができた。   As a result, the two measurement results almost coincided, and the feasibility of the measurement method of the present invention could be verified.

本発明の誘電特性測定方法の一例を示す説明図であり、(a)は概略断面図、(b)は(a)に示すA−A線矢視断面図である。It is explanatory drawing which shows an example of the dielectric property measuring method of this invention, (a) is a schematic sectional drawing, (b) is an AA arrow directional cross-sectional view shown to (a). 図1に示す誘電特性測定方法の他の例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the other example of the dielectric property measuring method shown in FIG. 本発明の誘電特性測定方法の他の例を示す説明図であり、(a)は概略断面図、(b)は(a)に示すB−B線矢視断面図である。It is explanatory drawing which shows the other example of the dielectric property measuring method of this invention, (a) is a schematic sectional drawing, (b) is a BB arrow directional cross-sectional view shown to (a). 本発明の導電率測定方法の他の例を示す説明図であり、(a)は概略断面図、(b)は(a)に示すC−C線矢視断面図である。It is explanatory drawing which shows the other example of the electrical conductivity measuring method of this invention, (a) is a schematic sectional drawing, (b) is CC sectional view taken on the line of CC shown to (a). 従来の微小ループアンテナ励振による誘電特性測定方法の説明図である。It is explanatory drawing of the dielectric property measuring method by the conventional minute loop antenna excitation. 本発明のNRDガイドスロット励振による空洞共振器の周波数応答の測定結果である。It is a measurement result of the frequency response of the cavity resonator by the NRD guide slot excitation of this invention. 従来の微小ループアンテナ励振による空洞共振器の周波数応答の測定結果である。It is a measurement result of the frequency response of the cavity resonator by the conventional minute loop antenna excitation. 平板状誘電体試料としてサファイアを用いたときのNRDガイドスロット励振による空洞共振器の周波数応答の測定結果である。It is a measurement result of the frequency response of the cavity resonator by NRD guide slot excitation when sapphire is used as a plate-like dielectric sample. 平板状誘電体試料としてLTCCを用いたときのNRDガイドスロット励振による空洞共振器の周波数応答の測定結果である。It is a measurement result of the frequency response of the cavity resonator by NRD guide slot excitation when LTCC is used as a flat dielectric sample.

符号の説明Explanation of symbols

1・・・上側平板状導体
11・・入力側スロット
12・・出力側スロット
2・・・下側平板状導体
3・・・入力側NRDガイド
4・・・出力側NRDガイド
5・・・遮断壁
6・・・共振器
61・・導体板
62・・平板状誘電体試料
63・・導体壁
64・・円柱状誘電体試料
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Upper side flat conductor 11 ... Input side slot 12 ... Output side slot 2 ... Lower flat plate conductor 3 ... Input side NRD guide 4 ... Output side NRD guide 5 ... Cut off Wall 6... Resonator 61 .. Conductor plate 62.. Flat dielectric sample 63.. Conductor wall 64.. Cylindrical dielectric sample

Claims (4)

上側および下側平板状導体の間に一対の誘電体ストリップを先端同士が近接するように挟持して入力側および出力側NRDガイドを構成し、
前記上側平板状導体に対して前記入力側および出力側NRDガイドの前記誘電体ストリップの先端上にそれぞれ入力側および出力側スロットを形成するとともに、前記一対の誘電体ストリップの先端間で、前記入力側および出力側スロットからそれぞれ前記誘電体ストリップの延長方向に等距離の位置に、前記上側および下側平板状導体にわたるように導体からなる遮断壁を設け、
前記上側平板状導体に平行に前記入力側および出力側スロットを覆うように導体板を配置するとともに、該導体板および前記上側平板状導体の間に誘電体試料を配置して、前記入力側および出力側スロット間で共振器を構成し、
該共振器のTEモードを励振させて前記共振器の共振周波数および無負荷Qを測定し、前記共振周波数および前記無負荷Qから前記誘電体試料の誘電特性を求めることを特徴とする誘電特性測定方法。
A pair of dielectric strips are sandwiched between the upper and lower planar conductors so that the tips are close to each other to form an input side and output side NRD guide,
An input side slot and an output side slot are formed on the top ends of the dielectric strips of the input side and output side NRD guides with respect to the upper plate-shaped conductor, respectively, and between the tips of the pair of dielectric strips, the input side A barrier wall made of a conductor is provided so as to extend over the upper and lower planar conductors at equidistant positions in the extending direction of the dielectric strip from the side and output side slots, respectively;
A conductor plate is arranged so as to cover the input side and output side slots in parallel to the upper plate conductor, and a dielectric sample is arranged between the conductor plate and the upper plate conductor, and the input side and Configure a resonator between the output slots,
Dielectric characteristic measurement characterized in that the TE mode of the resonator is excited to measure the resonance frequency and no-load Q of the resonator, and the dielectric characteristic of the dielectric sample is obtained from the resonance frequency and the no-load Q. Method.
前記上側平板状導体と前記導体板との間で空洞共振器を構成することを特徴とする請求項1に記載の誘電特性測定方法。 2. The dielectric property measuring method according to claim 1, wherein a cavity resonator is formed between the upper flat conductor and the conductor plate. 上側および下側平板状導体の間に一対の誘電体ストリップを先端同士が近接するように挟持して入力側および出力側NRDガイドを構成し、
前記上側平板状導体に対して前記入力側および出力側NRDガイドの前記誘電体ストリップの先端上にそれぞれ入力側および出力側スロットを形成するとともに、前記一対の誘電体ストリップの先端間で、前記入力側および出力側スロットからそれぞれ前記誘電体ストリップの延長方向に等距離の位置に、前記上側および下側平板状導体にわたるように導体からなる遮断壁を設け、
前記上側平板状導体に平行に前記入力側および出力側スロットを覆うように導体板を配置して、前記入力側および出力側スロット間で共振器を構成し、
該共振器のTEモードを励振させて前記共振器の共振周波数および無負荷Qを測定し、前記共振周波数および前記無負荷Qから前記導体板の導電率を求めることを特徴とする導電率測定方法。
A pair of dielectric strips are sandwiched between the upper and lower planar conductors so that the tips are close to each other to form an input side and output side NRD guide,
An input side slot and an output side slot are formed on the top ends of the dielectric strips of the input side and output side NRD guides with respect to the upper plate-shaped conductor, respectively, and between the tips of the pair of dielectric strips, the input side A barrier wall made of a conductor is provided so as to extend over the upper and lower planar conductors at equidistant positions in the extending direction of the dielectric strip from the side and output side slots, respectively;
A conductor plate is disposed so as to cover the input side and output side slots in parallel with the upper plate conductor, and a resonator is configured between the input side and output side slots,
A method for measuring conductivity, comprising: exciting the TE mode of the resonator to measure the resonance frequency and no-load Q of the resonator, and obtaining the conductivity of the conductor plate from the resonance frequency and no-load Q. .
前記上側平板状導体と前記導体板との間で空洞共振器を構成することを特徴とする請求項3に記載の導電率測定方法。 4. The conductivity measuring method according to claim 3, wherein a cavity resonator is formed between the upper flat conductor and the conductor plate.
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