JP6941482B2 - 誘電特性測定治具、誘電特性測定装置および誘電特性測定方法 - Google Patents

Description

本発明は、誘電特性測定治具、誘電特性測定装置および誘電特性測定方法に関するものである。

誘電体の比誘電率や誘電正接といった誘電特性を測定する方法としては、例えば、スプリットポスト誘電体（ＳＰＤＲ）共振器法、空胴共振器法、ファブリペロー共振器法、円板共振器法等が知られている。

特許文献１には、ＳＰＤＲ共振器法に用いられる測定治具として、ＳＰＤＲ共振器を保持する支持部と、測定試料の少なくとも２か所を保持する保持ユニットと、保持ユニットに保持された測定試料の位置を調整する調整手段と、を備える測定治具が開示されている。この測定治具によれば、フィルム状またはシート状の測定試料に適用した場合でも、再現性の高い測定が可能になる。

一方、このＳＰＤＲ共振器法は、一般に１ＧＨｚ〜２０ＧＨｚ程度のマイクロ波帯における誘電特性の測定に用いられるが、近年、マイクロ波帯よりも高周波の領域であるミリ波帯の電波を活用する取り組みが進んでいる。このため、ミリ波帯における誘電特性の測定においても、再現性の高い測定を可能にする測定治具の実現が求められている。

特開２０１６−１１４４３１号公報

ミリ波帯における誘電特性の測定には、例えば円板共振器法が用いられる。
しかしながら、従来の円板共振器法では、測定試料の形状によって測定誤差が大きくなる場合があるという問題が知られている。このため、かかる問題を解消し、精度の高い測定を可能にすることが求められている。

本発明の目的は、誘電特性を高精度に測定し得る誘電特性測定治具、誘電特性測定装置および誘電特性測定方法を提供することにある。

このような目的は、下記（１）〜（７）の本発明により達成される。
（１） 円板共振器法により試料の誘電特性を測定するために用いられる測定治具であって、
互いに対向し前記試料を挟持し得る第１の導体および第２の導体と、
前記試料中に設けられ、円形の板状をなす第３の導体と、
前記第１の導体の前記試料側とは反対側に設けられる第１の固定板と、
前記第２の導体の前記試料側とは反対側に設けられる第２の固定板と、
前記第１の固定板と前記第２の固定板とを連結する連結手段と、
を有し、
前記第１の導体の前記試料側の面と、前記第２の導体の前記試料側の面と、の離間距離が、部分的に異なっており、
前記第１の導体の前記試料側の面および前記第２の導体の前記試料側の面の少なくとも一方は、凸面であり、
前記凸面の曲率半径は、前記第３の導体の直径の１０００倍以上であることを特徴とする誘電特性測定治具。

（２） 円板共振器法により試料の誘電特性を測定するために用いられる測定治具であって、
互いに対向し前記試料を挟持し得る第１の導体および第２の導体と、
前記試料中に設けられる第３の導体と、
前記第１の導体の前記試料側とは反対側に設けられる第１の固定板と、
前記第２の導体の前記試料側とは反対側に設けられる第２の固定板と、
前記第１の固定板と前記第２の固定板とを連結する連結手段と、
前記第１の固定板と前記第２の固定板との間に介挿され、離間距離を規制するスペーサーと、
を有し、
前記第１の導体の前記試料側の面と、前記第２の導体の前記試料側の面と、の離間距離が、部分的に異なっており、
前記スペーサーと前記第１の固定板との間および前記スペーサーと前記第２の固定板との間に、合計で、前記スペーサーの長さの１／５０以下の高さの隙間を有していることを特徴とする誘電特性測定治具。

（３） 円板共振器法により試料の誘電特性を測定するために用いられる測定治具であって、
互いに対向し前記試料を挟持し得る第１の導体および第２の導体と、
前記試料中に設けられる第３の導体と、
前記第１の導体の前記試料側とは反対側に設けられる第１の固定板と、
前記第２の導体の前記試料側とは反対側に設けられる第２の固定板と、
前記第１の固定板と前記第２の固定板とを、前記第１の導体および前記第２の導体よりも外側において連結する連結手段と、
を有し、
前記第１の導体と前記第２の導体とが対向する範囲のうち、外側部分における、前記第１の導体の前記試料側の面と、前記第２の導体の前記試料側の面と、の離間距離が、前記範囲のうち、内側部分における前記離間距離に比べて大きくなっていることを特徴とする誘電特性測定治具。

（４） 前記第１の導体および前記第２の導体の構成材料は、銅単体、銅合金、アルミニウム単体、アルミニウム合金、銀合金およびニッケル合金のうちのいずれかを含む上記（３）に記載の誘電特性測定治具。

（５） 前記連結手段を複数備える上記（３）または（４）に記載の誘電特性測定治具。

（６） 上記（１）ないし（５）のいずれかに記載の誘電特性測定治具を備えることを特徴とする誘電特性測定装置。

（７） 上記（１）ないし（５）のいずれかに記載の誘電特性測定治具を用いて前記試料の誘電特性を測定することを特徴とする誘電特性測定方法。

本発明によれば、誘電特性を高精度に測定することができる。
また、本発明によれば、誘電特性を高精度に測定し得る誘電特性測定治具および誘電特性測定装置が得られる。

本発明の誘電特性測定治具の第１実施形態を示す断面図であって、導体に荷重を加えていない状態を表す図である。 図１に示す誘電特性測定治具の平面図である。 図１に示す誘電特性測定治具において導体に荷重を加えている状態を表す図である。 図１に示す誘電特性測定治具のうち上導体（第１の導体）のみを取り出して図示したものである。 図１に示す誘電特性測定治具のうち上導体（第１の導体）のみを取り出して図示した平面図および側面図である。 図４に示す上導体および下導体の変形例である。 図１に示す誘電特性測定治具の変形例を示す図である。 図１に示す誘電特性測定治具の変形例を示す図である。 本発明の誘電特性測定治具の第２実施形態を示す断面図であって、導体に荷重を加えていない状態を表す図である。 本発明の誘電特性測定装置の実施形態を示す図である。 従来の誘電特性測定治具の一例を示す断面図であって、導体に荷重を加えていない状態を表す図である。 従来の誘電特性測定治具の一例を示す断面図であって、導体に荷重を加えている状態を表す図である。

以下、本発明の誘電特性測定治具、誘電特性測定装置および誘電特性測定方法について添付図面に示す好適実施形態に基づいて詳細に説明する。

［誘電特性測定治具］
本発明の誘電特性測定治具は、円板共振器法により試料の誘電特性を測定する際に用いられる治具である。なお、この誘電特性測定治具は、特にマイクロ波帯やミリ波帯の周波数で平板試料の面に対する電界の向きが垂直である場合の誘電特性の測定において好適に用いられる。

このような誘電特性測定治具は、従来、測定対象試料の形状によっては測定誤差が大きくなる場合があるという課題を抱えていた。具体的には、測定対象試料が薄板状をなしている場合、比誘電率の測定値が真値に比べて小さくなってしまう傾向がある。

図１１は、従来の誘電特性測定治具の一例を示す断面図であって、導体に荷重を加えていない状態を表す図である。また、図１２は、従来の誘電特性測定治具の一例を示す断面図であって、導体に荷重を加えている状態を表す図である。

図１１に示すように、従来の誘電特性測定治具９は、互いに対向し試料１０１、１０２を挟持する上導体９２１および下導体９２２と、試料１０１と試料１０２との間に設けられる中導体９２３と、上導体９２１の上側に設けられる上固定板９３１と、下導体９２２の下側に設けられる下固定板９３２と、を有している。

また、図１１に示す誘電特性測定治具９は、上固定板９３１と下固定板９３２とを互いに締結する締結手段９４を備えている。この締結手段９４は、上固定板９３１および下固定板９３２に連続して挿通された棒ねじ９４１と、棒ねじ９４１の両端部にそれぞれ螺合したナット９４２と、を備えている。棒ねじ９４１の両端部に設けたナット９４２同士を近づけるように締めることで、試料１０１、１０２に対して、前述した上導体９２１、下導体９２２および中導体９２３を固定することができる。

また、図１１に示す誘電特性測定治具９は、上固定板９３１および上導体９２１を貫通するように設けられ試料１０１、１０２を励振する送信アンテナ９５１、および、下固定板９３２および下導体９２２を貫通するように設けられ試料１０１、１０２を透過した電磁波を受信する受信アンテナ９５２を備えている。

送信アンテナ９５１には、図示しない同軸ケーブルの一端が接続されている。一方、この同軸ケーブルの他端は、図示しないネットワークアナライザー等の電磁波発生手段の出力ポートに接続されている。

また、受信アンテナ９５２にも、図示しない同軸ケーブルの一端が接続されている。一方、この同軸ケーブルの他端は、図示しないネットワークアナライザー等の電磁波検出手段の入力ポートに接続されている。

電磁波発生手段から送信アンテナ９５１に印加された電磁波は、試料１０１、１０２を透過し、受信アンテナ９５２から取り出されて電磁波検出手段によって検出される。このようにして検出された電磁波を有限要素法やモード整合法等の解析手法によって解析することにより、試料１０１、１０２の比誘電率や誘電正接等の誘電特性を求めることができる。

ここで、試料１０１、１０２の誘電特性を測定する際には、前述したように、締結手段９４を用いて試料１０１、１０２を上導体９２１と下導体９２２との間に挟み込む。また、試料１０１と試料１０２との間には、中導体９２３が介挿され、試料内電極として作用する。

ところが、本発明者が鋭意検討した結果、従来の誘電特性測定治具９では、締結手段９４によって上固定板９３１と下固定板９３２との間を締結すると、上固定板９３１および下固定板９３２の意図しない歪みを招くことが明らかとなった。

具体的には、図１２に示すように、上固定板９３１のうち、締結手段９４によって締結されている部分が下方へ曲がるように歪む。一方、下固定板９３２のうち、締結手段９４によって締結されている部分は上方へ曲がるように歪む。

また、このような上固定板９３１の歪みにつられて、上導体９２１は上に凸の形状に湾曲する。一方、下固定板９３２の歪みにつられて、下導体９２２は下に凸の形状に湾曲する。このような湾曲が生じると、上導体９２１の中央部が盛り上がって、上導体９２１と試料１０１との間に、図１２に示すような隙間９９１が生じる。また、下導体９２２の中央部が下がって、下導体９２２と試料１０２との間に、図１２に示すような隙間９９２が生じる。

このような隙間９９１、９９２は、試料１０１、１０２に対する電界の印加経路を阻害することになるため、求められる試料１０１、１０２の誘電特性が真値から乖離することとなる。すなわち、測定される誘電特性の精度が低下することとなる。

かかる課題に鑑み、本発明者は、さらに検討を重ね、導体に対して後述する非平面構造を採用することによって課題を解決し得ることを見出し、本発明を完成するに至った。

＜第１実施形態＞
図１は、本発明の誘電特性測定治具の第１実施形態を示す断面図であって、導体に荷重を加えていない状態を表す図である。また、図２は、図１に示す誘電特性測定治具の平面図である。また、図３は、図１に示す誘電特性測定治具において導体に荷重を加えている状態を表す図である。なお、以下の説明では、説明の便宜上、図１、３中の上方を「上」、下方を「下」という。また、図１、３は、図２に示すＡ−Ａ線断面図に相当する。また、図２では、透視される上導体２１および中導体２３の外縁を破線で示している。

図１に示す誘電特性測定治具１は、互いに対向する電極対であって試料１０１、１０２を挟持する上導体２１（第１の導体）および下導体２２（第２の導体）と、試料１０１と試料１０２との間（試料中）に設けられる中導体２３（第３の導体）と、上導体２１の上側（試料１０１側とは反対側）に設けられる上固定板３１（第１の固定板）と、下導体２２の下側（試料１０２側とは反対側）に設けられる下固定板３２（第２の固定板）と、を有している。

このうち、上導体２１、下導体２２および中導体２３は、それぞれ板状または箔状をなしている。なお、以下の説明では、上導体２１の主面の法線上からこの主面を見る視界のことを単に「平面視」という。

上固定板３１および下固定板３２の平面視形状は、特に限定されず、円形や多角形等であってもよいが、本実施形態では四角形である。また、上導体２１および下導体２２の平面視形状も、特に限定されず、円形や多角形等であってもよいが、本実施形態では四角形である。

また、上導体２１は上固定板３１よりも小さく、下導体２２は下固定板３２よりも小さくなっている。このため、平面視において、上固定板３１は上導体２１より外側にはみ出し、下固定板３２は下導体２２より外側にはみ出すこととなる。その結果、このはみ出した部分を、後述する締結手段４によって締結することにより、上固定板３１と下固定板３２との間に、上導体２１、下導体２２および中導体２３を挟み込むとともに、試料１０１、１０２を挟持することができる。

一方、中導体２３の平面視形状は、特に限定されないが、本実施形態では円形である。
また、中導体２３は上導体２１や下導体２２よりも小さくなっている。そして、後述する送信アンテナ５１と受信アンテナ５２とを結ぶ線上に中導体２３の中心が一致するように配置されている。

また、図１に示す誘電特性測定治具１は、上固定板３１と下固定板３２とを互いに締結する締結手段４を備えている。この締結手段４は、上固定板３１および下固定板３２に連続して挿通された棒ねじ４１と、棒ねじ４１の両端部にそれぞれ螺合したナット４２と、を備えている。棒ねじ４１の両端部に設けたナット４２同士を近づけるように締めることで、上固定板３１と下固定板３２との距離が縮まるため、試料１０１、１０２に対して、前述した上導体２１、下導体２２および中導体２３を固定することができる。

なお、上固定板３１は貫通孔３１１を備え、下固定板３２は貫通孔３２１を備えている。棒ねじ４１は、これらの貫通孔３１１と貫通孔３２１とに連続して挿通されることにより、ナット４２を伴って上固定板３１と下固定板３２との距離を規制することができる。

また、締結手段４の数は、特に限定されないが、２個以上であるのが好ましく、３個以上１６個以下であるのがより好ましい。このような複数の箇所において締結することにより、締結部位が均等になるため、上固定板３１と下固定板３２との距離をより均等に規制することができる。

また、締結手段４の配置は、平面視において、送信アンテナ５１を中心にしたときの同一円周上の位置であるのが好ましく、送信アンテナ５１を中心にした回転対称の関係を満たす位置であるのがより好ましい。これにより、締結部位がより均等になるため、上固定板３１と下固定板３２との距離をさらに均等に規制することができる。

また、図１に示す誘電特性測定治具１は、上固定板３１および上導体２１をそれぞれ貫通するように設けられた送信アンテナ５１、および、下固定板３２および下導体２２をそれぞれ貫通するように設けられた受信アンテナ５２を備えている。

すなわち、図１に示す上固定板３１は、送信アンテナ５１を貫通するアンテナ挿入孔３１２を備えており、このアンテナ挿入孔３１２に送信アンテナ５１が挿入されている。また、図１に示す上導体２１も、送信アンテナ５１を貫通するアンテナ挿入孔２１１を備えており、このアンテナ挿入孔２１１に送信アンテナ５１が挿入されている。

一方、図１に示す下固定板３２は、受信アンテナ５２を貫通するアンテナ挿入孔３２２を備えており、このアンテナ挿入孔３２２に受信アンテナ５２が挿入されている。また、図１に示す下導体２２も、受信アンテナ５２を貫通するアンテナ挿入孔２２１を備えており、このアンテナ挿入孔２２１に受信アンテナ５２が挿入されている。

送信アンテナ５１は、上導体２１を介して試料１０１、１０２を励振させ、受信アンテナ５２は、下導体２２を介して試料１０１、１０２を透過した電磁波を受信する。

なお、送信アンテナ５１の先端は、試料１０１の上面に接していてもよいし、上面から離れていてもよい。

同様に、受信アンテナ５２の先端は、試料１０２の下面に接していてもよいし、下面から離れていてもよい。

送信アンテナ５１には、図示しない同軸ケーブルの一端が接続されている。一方、この同軸ケーブルの他端は、図示しない電磁波発生手段（例えばネットワークアナライザー等）に接続されている。

また、受信アンテナ５２にも、図示しない同軸ケーブルの一端が接続されている。一方、この同軸ケーブルの他端は、図示しない電磁波検出手段（例えばネットワークアナライザー等）に接続されている。

電磁波発生手段から上導体２１に印加された電磁波は、試料１０１、１０２を透過し、受信アンテナ５２から取り出されて電磁波検出手段によって検出される。このようにして検出された電磁波を有限要素法やモード整合法等の解析手法によって解析することにより、試料１０１、１０２の比誘電率や誘電正接等の誘電特性を求めることができる。

ここで、図１に示す誘電特性測定治具１は、前述したように上固定板３１と下固定板３２とを互いに締結する締結手段４（連結手段）と、上導体２１（第１の導体）の下面２１０（試料１０１側の面）と下導体２２（第２の導体）の上面２２０（試料１０２側の面）との離間距離が部分的に異なっている非平面構造と、を含んでいる。

図４は、図１に示す誘電特性測定治具１のうち上導体２１（第１の導体）のみを取り出して図示したものである。また、図５は、図１に示す誘電特性測定治具１のうち上導体２１（第１の導体）のみを取り出して図示した平面図および側面図である。

前述した非平面構造は、図４に示すように、下に凸の形状をなす下面２１０と、上に凸の形状をなす上面２２０と、で構成されている。「下に凸の形状」とは、図５に示すように、平面視における中央部が最も下方に位置し、外縁部に向かうにつれて徐々に上方に変位する非平面のことをいう。また、「上に凸の形状」とは、図５とは反対に、平面視における中央部が最も上方に位置し、外縁部に向かうにつれて徐々に下方に変位する非平面のことをいう。なお、これらの非平面は、互いに傾きが異なる面同士を連結させた不連続面であってもよいし、傾きが連続的に変化してなる湾曲面であってもよい。

このような下面２１０と上面２２０とを対向させると、これらの面同士の離間距離は部分的に異なることとなる。すなわち、上導体２１の内側部分における上導体２１の下面２１０と下導体２２の上面２２０との離間距離Ｓ１に比べて、上導体２１の外側部分における上導体２１の下面２１０と下導体２２の上面２２０との離間距離Ｓ２が大きくなっている（図４参照）。

この非平面構造によって試料１０１、１０２と中導体２３とが挟持されると、図１に示すように締結手段４が非締結状態にあるとき、試料１０１と上導体２１の外縁部との間や試料１０２と下導体２２の外縁部との間には隙間が存在している。一方、図３に示すように締結手段４が締結状態にあるとき、上導体２１および下導体２２が試料１０１、１０２の表面に沿って歪む。その結果、図３に示すように、試料１０１と上導体２１との間や試料１０２と下導体２２との間の隙間が消失し、良好に密着する。このようにして試料１０１、１０２に電界が確実に印加されることになるため、試料１０１、１０２の誘電特性の測定値をより真値に近づけることができる。その結果、測定値の高精度化を図ることができる。

換言すれば、非締結状態において下面２１０と上面２２０との間に設定される隙間は、締結状態において上固定板３１や下固定板３２が歪むときの歪み分を吸収する緩衝空間となり得る。このため、上固定板３１や下固定板３２が歪んだとしても、それにつられて上導体２１や下導体２２の中央部が試料１０１や試料１０２から浮き上がるように歪むことが抑制される。その一方、上導体２１や下導体２２の外縁部では、隙間が設定されている分だけ歪み易くなり、その隙間を埋めるようにして下面２１０や上面２２０が歪むこととなる。その結果、上記のように隙間が消失し、良好に密着することとなる。

このような非平面構造は、上導体２１の内側部分に対して確実に荷重を加えることができる。すなわち、図１に示す上導体２１の下面２１０および下導体２２の上面２２０は、締結手段４で締結される前の状態を示しているが、この状態における下面２１０および上面２２０は、締結に伴う歪みを加味した形状にあらかじめ設定されている。つまり、締結手段４の締結によって上導体２１および下導体２２が歪むため、その歪んだ後において下面２１０および上面２２０がそれぞれ図３に示すような平面になるように、歪み量を加味した形状に下面２１０および上面２２０があらかじめ設定されている。このため、従来の誘電特性測定治具９のように、試料１０１と上導体２１との間や試料１０２と下導体２２との間に隙間が残ることが抑制され、誘電特性の測定値が真値から著しく乖離するのを防止することができる。

なお、締結後の下面２１０および上面２２０は、必ずしも平面でなくてもよい。例えば、試料１０１、１０２の表面が非平面である場合には、下面２１０および上面２２０がその表面に沿うように歪んでいればよい。

また、非平面構造は、前述したように、上導体２１の下面２１０と下導体２２の上面２２０との離間距離が部分的に異なっており、歪んだ後に隙間を消失させ得る構造であれば、上記の構造に限定されない。

一方、上導体２１（第１の導体）の下面２１０（試料１０１側の面）が、図１に示すような下に凸の形状、すなわち凸面であることにより、締結手段４による締結に伴って下面２１０が平面になり易くなる。これは、締結手段４によって上固定板３１が締結されると、上固定板３１の外縁部が下方に引っ張られるように歪み、それに伴って上導体２１の下面２１０の外縁部も下方に引っ張られることになるからである。また、下面２１０が歪む際には、下面２１０の中央部（凸面の頂点）から外縁部に向かって徐々に歪みが進むため、介在する空気が排出され易くなる。その結果、空気の残存が抑制され、上導体２１と試料１０１との密着性をより高めることができる。

また、下導体２２（第２の導体）の上面２２０（試料１０２側の面）が、図１に示すような上に凸の形状、すなわち凸面であることにより、上記と同様、締結手段４による締結に伴って上面２２０が平面になり易くなる。これは、締結手段４によって下固定板３２が締結されると、下固定板３２の外縁部が上方に引っ張られるように歪み、それに伴って下導体２２の上面２２０の外縁部も上方に引っ張られることになるからである。また、上面２２０が歪む際には、上面２２０の中央部（凸面の頂点）から外縁部に向かって徐々に歪みが進むため、介在する空気が排出され易くなる。その結果、空気の残存が抑制され、下導体２２と試料１０２との密着性をより高めることができる。

なお、下面２１０および上面２２０の形状は、互いに同じであっても異なっていてもよい。例えば、一方が凸面であって、他方が平面であってもよい。

また、前述したように、中導体２３（第３の導体）は、円形の板状をなしている。
このとき、上導体２１の下面２１０における凸面は、特に湾曲面であるのが好ましく、その曲率半径は、中導体２３の直径の１０００倍以上であるのが好ましく、２０００倍以上１０００００倍以下であるのがより好ましい。凸面の曲率半径を前記範囲内に設定することにより、締結手段４による締結に伴って上導体２１の下面２１０を歪ませたとき、試料１０１との間に隙間が残り難くなり、良好な密着性を確保することができる。その結果、誘電特性をより高精度に測定することができる。

なお、曲率半径が前記下限値を下回ると、上導体２１の下面２１０の外縁部と試料１０１との間の隙間が小さくなり過ぎるため、締結手段４による締結の強さによっては、上固定板３１が歪むのを許容するだけの十分な緩衝空間を確保することができないおそれがある。一方、曲率半径が前記上限値を上回ると、上導体２１の下面２１０の外縁部と試料１０１との間の隙間が大きくなり過ぎるため、締結手段４の締結の強さによっては、締結手段４による締結後においても隙間を埋め切れなかったり、締結が不安定になったりして、高精度の測定が阻害されるおそれがある。

同様に、下導体２２の上面２２０における凸面は、特に湾曲面であるのが好ましく、その曲率半径は、中導体２３の直径の１０００倍以上であるのが好ましく、２０００倍以上１０００００倍以下であるのがより好ましい。凸面の曲率半径を前記範囲内に設定することにより、締結手段４による締結に伴って下導体２２の上面２２０を歪ませたとき、試料１０２との間に隙間が残り難くなり、良好な密着性を確保することができる。その結果、誘電特性をより高精度に測定することができる。

なお、曲率半径が前記下限値を下回ると、下導体２２の上面２２０の外縁部と試料１０２との間の隙間が小さくなり過ぎるため、締結手段４による締結の強さによっては、下固定板３２が歪むのを許容するだけの十分な緩衝空間を確保することができないおそれがある。一方、曲率半径が前記上限値を上回ると、下導体２２の上面２２０の外縁部と試料１０２との間の隙間が大きくなり過ぎるため、締結手段４の締結の強さによっては、締結手段４による締結後においても隙間を埋め切れなかったり、締結が不安定になったりして、高精度の測定が阻害されるおそれがある。

なお、上固定板３１および下固定板３２の構成材料は、それぞれ十分な機械的強度を有する材料であれば特に限定されないが、例えば、ステンレス鋼、耐熱鋼、工具鋼、機械構造用合金鋼のようなＦｅ系合金、真鍮のようなＣｕ系合金、アルミニウム合金等の金属材料、アルミナ、ジルコニアのようなセラミックス材料等が挙げられる。また、上固定板３１の構成材料と下固定板３２の構成材料は、互いに異なっていてもよいが、互いに同じであるのが好ましい。

また、上導体２１、下導体２２および中導体２３の構成材料は、それぞれ十分な導電性を有する材料であれば特に限定されないが、例えば、銅単体または銅合金、アルミニウム単体またはアルミニウム合金、銀合金、ニッケル合金等が挙げられる。なお、銅単体は、特に誘電正接が小さい試料１０１、１０２の測定に適している。また、アルミニウム合金やニッケル合金は、高温下や加湿下における試料１０１、１０２の測定に適している。この他、絶縁性の基材の表面に前述した導電性を有する材料の被膜（めっき膜等）を形成した複合材料を用いるようにしてもよい。

また、上導体２１の構成材料、下導体２２の構成材料および中導体２３の構成材料は、互いに異なっていてもよいが、互いに同じであるのが好ましい。

試料１０１、１０２の形状は、特に限定されないが、例えば平板状とされる。
試料１０１、１０２を構成する材料も、特に限定されないが、例えば樹脂材料、セラミックス材料、ガラス材料、またはこれらを含む複合材料等が挙げられる。

ここで、図６は、図４に示す上導体２１および下導体２２の変形例である。
図６に示す上導体２１の下面２１０は、平面視において中央部に位置する湾曲面２１０ａと、湾曲面２１０ａの外縁部に位置する平坦面２１０ｂと、を含んでいる。すなわち、図６に示す下面２１０は、全体が湾曲面になっている図４とは異なり、一部のみが湾曲面になっている点で相違している。

一方、図６に示す下導体２２の上面２２０は、平面視において中央部に位置する湾曲面２２０ａと、湾曲面２２０ａの外縁部に位置する平坦面２２０ｂと、を含んでいる。すなわち、図６に示す上面２２０は、全体が湾曲面になっている図４とは異なり、一部のみが湾曲面になっている点で相違している。

このような図６に示す上導体２１および下導体２２であっても、図１に示す上導体２１および下導体２２と同様の効果を奏する。

また、図７、８は、それぞれ図１に示す誘電特性測定治具１の変形例を示す図である。
図７に示す誘電特性測定治具１は、上固定板３１と下固定板３２の離間距離を規制するスペーサー８１（規制手段）をさらに備えている。

このようなスペーサー８１を設けることにより、締結手段４によって締結されたときに、上固定板３１と下固定板３２の離間距離が必要以上に狭まるのを防止することができる。これにより、上固定板３１および下固定板３２の意図しない歪みが防止され、従来の誘電特性測定治具９のように試料１０１と上導体２１の中央部との間や試料１０２と下導体２２の中央部との間に隙間が生じることが抑制される。その結果、誘電特性の測定値が真値から著しく乖離するのを防止することができる。

なお、スペーサー８１の配置は、特に限定されないが、平面視において上導体２１の外側であるのが好ましい。これにより、締結手段４の締結に伴って歪み易い部位の歪みを規制することができるので、上述した効果をより確実に享受することができる。

また、スペーサー８１の形状も、特に限定されないが、本実施形態では円筒形状である。これにより、例えば締結手段４に含まれる棒ねじ４１を挿通させるようにしてスペーサー８１を配置することが可能になる。その結果、スペーサー８１の位置ずれを容易に防止して、その機能を確実に発揮させることができる。また、スペーサー８１を含む誘電特性測定治具１の組み立ても容易になる。

スペーサー８１の構成材料は、十分な剛性を有する材料であれば特に限定されないが、例えば、ステンレス鋼、耐熱鋼、工具鋼、機械構造用合金鋼のようなＦｅ系合金、真鍮のようなＣｕ系合金、アルミニウム合金等の金属材料、アルミナ、ジルコニアのようなセラミックス材料等が挙げられる。

また、スペーサー８１の長さは、特に限定されないが、下導体２２、試料１０２、中導体２３、試料１０１および上導体２１の５つの部材を積み重ねたときの厚さの総和より短くなるように設定されるのが好ましい。具体的には、スペーサー８１の長さは、５つの部材の厚さの総和の９５〜９９．９９９％程度であるのが好ましく、９７〜９９．９９％程度であるのがより好ましい。スペーサー８１の長さをこのような範囲に設定することにより、締結手段４がその締結機能を発揮するのに必要なスペースを確保する一方、締結に伴う上固定板３１や下固定板３２の歪み量が大きくなり過ぎて前述した隙間が生じてしまうのを抑制することができる。その結果、熟練者でなくても、適度な荷重を加えつつ、高精度な測定を可能にするための作業を容易に行うことができる。

また、図８に示す誘電特性測定治具１は、スペーサー８１と上固定板３１の離間距離を規制する調整板８２をさらに備えている。この調整板８２は、上固定板３１と下固定板３２との間に介挿される装着状態と、介挿されない非装着状態と、を容易に選択し得るように設けられる。調整板８２が装着された場合と装着されない場合とで、上固定板３１と下固定板３２の離間距離の規制長を容易に調整することができる。このため、試料１０１、１０２の厚さに応じて規制長を容易に最適化することができ、試料１０１、１０２を頻繁に取り換える場合でも誘電特性を高精度に測定することが可能になる。

なお、図８では、調整板８２をスペーサー８１と上固定板３１との間に介挿しているが、介挿位置は特に限定されず、スペーサー８１と下固定板３２との間であってもよいし、双方であってもよい。

また、調整板８２の形状は、特に限定されないが、本実施形態では平板状である。これにより、スペーサー８１と上固定板３１との間に調整板８２を差し込むのみで、前述した装着状態をとることができ、またその後、調整板８２を引き抜くだけで、前述した非装着状態をとることができる。

また、調整板８２が挿入される隙間の高さは、スペーサー８１の長さに応じて適宜設定されるが、スペーサー８１の長さの１／５０以下であるのが好ましく、１／１００００以上１／３０以下であるのがより好ましい。隙間の高さを前記範囲内に設定することにより、締結手段４がその締結機能を発揮するのに必要なスペースが確保される一方、締結に伴う上固定板３１や下固定板３２の歪み量が大きくなり過ぎてしまうことによる前述した不具合の発生を抑制することができる。その結果、熟練者でなくても、適度な荷重を加えつつ、高精度な測定を可能にするための作業を容易に行うことができる。また、この隙間の分だけ、対応可能な試料１０１、１０２の厚さに幅を持たせられるため、誘電特性測定治具１は、様々な厚さの試料１０１、１０２の高精度測定に対応可能なものとなる。

なお、調整板８２が挿入される隙間とは、スペーサー８１と上固定板３１との間の隙間と、スペーサー８１と下固定板３２との間の隙間と、の合計をいう。

＜第２実施形態＞
次に、本発明の誘電特性測定治具の第２実施形態について説明する。

図９は、本発明の誘電特性測定治具の第２実施形態を示す断面図であって、導体に荷重を加えていない状態を表す図である。なお、以下の説明では、説明の便宜上、図９中の上方を「上」、下方を「下」という。

以下、第２実施形態について説明するが、以下の説明では、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項についてはその説明を省略する。なお、図９において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。

図９に示す誘電特性測定治具１は、上固定板３１および下固定板３２の構成が異なる以外、図１に示す誘電特性測定治具１と同様である。

すなわち、図９に示す上固定板３１は、下に凸の形状をなす下面３１０を備えている。また、図９に示す下固定板３２は、上に凸の形状をなす上面３２０を備えている。すなわち、本実施形態では、上導体２１および下導体２２のみではなく、上固定板３１および下固定板３２についても非平面構造になっている。

このような下面３１０と上面３２０とを対向させると、これらの面同士の離間距離は部分的に異なることとなる。すなわち、上導体２１の内側における上固定板３１の下面３１０と下固定板３２の上面３２０との離間距離に比べて、上導体２１の外側における上固定板３１の下面３１０と下固定板３２の上面３２０との離間距離が大きくなっている。

このような非平面構造は、上導体２１の内側に対して確実に荷重を加えることができる。すなわち、図９に示す上固定板３１の下面３１０および下固定板３２の上面３２０は、締結手段４で締結される前の状態を示しているが、この状態における下面３１０および上面３２０は、締結に伴う歪みを加味した形状にあらかじめ設定されている。つまり、締結手段４の締結によって上固定板３１や下固定板３２が歪んだとしても、歪み後の下面３１０および上面３２０がそれぞれ図３に示すような平面になるように、歪み量を加味した形状に下面３１０および上面３２０があらかじめ設定されている。このため、従来の誘電特性測定治具９のように、試料１０１、１０２と導体との間に隙間が生じることが抑制され、誘電特性の測定値が真値から著しく乖離するのを防止することができる。

なお、締結後の下面３１０および上面３２０は、必ずしも平面でなくてもよい。例えば、変位量は相対的に少なくなる（例えば湾曲面の曲率が小さくなる）ものの、締結後も依然として前述した非平面を維持する（締結後も依然として湾曲面である）ように設定されていてもよい。
以上のような第２実施形態においても、第１実施形態と同様の効果が得られる。

［誘電特性測定装置］
次に、本発明の誘電特性測定装置の実施形態について説明する。

本実施形態に係る誘電特性測定装置は、前述した実施形態に係る誘電特性測定治具を備える。

図１０は、本発明の誘電特性測定装置の実施形態を示す図である。なお、図１０において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。

図１０に示す誘電特性測定装置１０は、誘電特性測定治具１と、ネットワークアナライザー１１と、パーソナルコンピューター１２と、を有する。誘電特性測定治具１とネットワークアナライザー１１との間は、同軸ケーブル等を介して電気的に接続されている。また、ネットワークアナライザー１１とパーソナルコンピューター１２との間は、相互に通信可能になっている。

ネットワークアナライザー１１は、その出力ポートから誘電特性測定治具１に対して電磁波を出力可能になっている。

誘電特性測定治具１では、電磁波の入力に応答して、所定のモードの電磁波が励振する。このようにして励振した電磁波は、ネットワークアナライザー１１の入力ポートに入力され、検出されるようになっている。

ネットワークアナライザー１１では、検出した電磁波をデジタル処理することによって、共振周波数、挿入損失、電力半値幅等のデータを取得し、これらのデータをパーソナルコンピューター１２に出力するように構成されている。

パーソナルコンピューター１２では、これらのデータや試料１０１、１０２に関する初期条件、誘電特性測定治具１に関する初期条件、温度、湿度等の環境条件等に基づいて、試料１０１、１０２の比誘電率、誘電正接等の誘電特性を算出する。

この算出は、例えば有限要素法やモード整合法等の公知の解析手法（例えば特開２００４−１７７２３４号公報等に開示）によって行われる。

以上のような誘電特性測定装置１０によれば、試料１０１、１０２の誘電特性を高精度に測定することができる。

なお、誘電特性測定装置１０は、特にミリ波（３０〜３００ＧＨｚ）という高周波帯において試料１０１、１０２の表面に垂直な方向における特性の測定を高精度に行うことができる点で有用である。このようなミリ波帯は、ミリ波レーダーのようなセンシング用途、高速通信、大容量通信のような通信用途、ミリ波カメラのようなセキュリティー用途への適用が今後拡大すると予想されている。そのような用途に用いられるデバイスの開発にあたっては、ミリ波帯においても高い性能を有する誘電体材料が求められているが、その誘電体材料の誘電特性を高精度に評価する際、誘電特性測定治具１および誘電特性測定装置１０が有用である。

［誘電特性測定方法］
次に、本発明の誘電特性測定方法の実施形態について説明する。

本実施形態に係る誘電特性測定方法は、前述した実施形態に係る誘電特性測定治具を用いて誘電特性を測定する方法である。

具体的には、誘電特性測定治具１に取り付けられた試料１０１、１０２に対してネットワークアナライザー１１の出力ポートから電磁波を入力する工程と、誘電特性測定治具１から出力された電磁波をネットワークアナライザー１１の入力ポートに入力する工程と、検出した電磁波に関するデータをパーソナルコンピューター１２に出力する工程と、電磁波に関するデータや初期条件等に基づいて誘電特性を算出する工程と、を有する。

以上のような誘電特性測定方法によれば、例えば薄板状の試料１０１、１０２であっても、その誘電特性を高精度に測定することができる。

以上、本発明を、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。

例えば、本発明の誘電特性測定治具および誘電特性測定装置は、前記実施形態に任意の要素が付加されたものであってもよいし、前記実施形態の要素が同様の機能を有する別の要素で代替されたものであってもよい。

また、本発明の誘電特性測定方法は、前記実施形態に任意の目的の工程が付加されたものであってもよい。

次に、本発明の具体的実施例について説明する。
１．試料の誘電特性の測定
（実施例１）
図１に示す誘電特性測定治具を用いて周波数１３ＧＨｚにおける試料の誘電特性を測定した。なお、治具および試料の条件は以下の通りである。

＜誘電特性測定治具の条件＞
・上導体および下導体
構成材料 ：銅単体
中心部厚さ ：６ｍｍ
大きさ ：１００ｍｍ×１００ｍｍ（正方形）
曲率半径 ：中導体の直径の１５００倍

・中導体
構成材料 ：銅単体
厚さ ：０．０２ｍｍ
大きさ ：直径３０ｍｍ（真円）

・六角ボルト
構成材料 ：ステンレス鋼
先端面の直径 ：５ｍｍ

・締結手段
締め付けトルク：８Ｎ・ｍ

＜試料の条件＞
形態 ：樹脂フィルム
厚さ ：１１１μｍ
大きさ ：５０ｍｍ×５０ｍｍ（正方形）

（実施例２）
以下に示す条件が異なる以外、実施例１と同様にして試料の誘電特性を測定した。

＜誘電特性測定治具の条件＞
・上導体および下導体
曲率半径 ：中導体の直径の５０００倍

（実施例３）
以下に示す条件が異なる以外、実施例１と同様にして試料の誘電特性を測定した。

＜誘電特性測定治具の条件＞
・上導体および下導体
曲率半径 ：中導体の直径の５００００倍

（実施例４）
以下に示す条件が異なる以外、実施例１と同様にして試料の誘電特性を測定した。

＜誘電特性測定治具の条件＞
・上導体および下導体
曲率半径 ：中導体の直径の１０００００倍

（実施例５）
以下に示す条件が異なる以外、実施例１と同様にして試料の誘電特性を測定した。

＜誘電特性測定治具の条件＞
・上導体および下導体
曲率半径 ：中導体の直径の２０００００倍

（比較例）
図１１に示す誘電特性測定治具を用いて試料の誘電特性を測定した。なお、実施例１で使用した治具と異なる条件のみ、以下に記載する。

・上導体および下導体
構成材料 ：銅単体
中心部厚さ ：６ｍｍ
大きさ ：１００ｍｍ×１００ｍｍ（正方形）
曲率半径 ：非曲面（平面）

（参考例）
空胴共振器法により試料の誘電特性を測定した。

２．測定結果
各実施例、比較例および参考例の各測定方法で測定した比誘電率（誘電特性）を比較した。

その結果、各実施例および参考例の各測定方法で測定した比誘電率は、３．７９±０．０２の範囲内に収まっていた。特に実施例２〜４および参考例の各測定方法で測定した比誘電率は、３．７９±０．０１の範囲内に収まっていた。
これに対し、比較例の測定方法で測定した比誘電率は、３．３８であった。

以上のことから、本発明によれば、フィルムのような薄板試料であっても、誘電特性を高精度に測定し得ることが認められた。

１ 誘電特性測定治具
４ 締結手段
９ 誘電特性測定治具
１０ 誘電特性測定装置
１１ ネットワークアナライザー
１２ パーソナルコンピューター
２１ 上導体
２２ 下導体
２３ 中導体
３１ 上固定板
３２ 下固定板
４１ 棒ねじ
４２ ナット
５１ 送信アンテナ
５２ 受信アンテナ
８１ スペーサー
８２ 調整板
９４ 締結手段
１０１ 試料
１０２ 試料
２１０ 下面
２１０ａ 湾曲面
２１０ｂ 平坦面
２１１ アンテナ挿入孔
２２０ 上面
２２０ａ 湾曲面
２２０ｂ 平坦面
２２１ アンテナ挿入孔
３１０ 下面
３１１ 貫通孔
３１２ アンテナ挿入孔
３２０ 上面
３２１ 貫通孔
３２２ アンテナ挿入孔
９２１ 上導体
９２２ 下導体
９２３ 中導体
９３１ 上固定板
９３２ 下固定板
９４１ 棒ねじ
９４２ ナット
９５１ 送信アンテナ
９５２ 受信アンテナ
９９１ 隙間
９９２ 隙間
Ｓ１ 離間距離
Ｓ２ 離間距離

Claims (7)

1. 円板共振器法により試料の誘電特性を測定するために用いられる測定治具であって、
   互いに対向し前記試料を挟持し得る第１の導体および第２の導体と、
   前記試料中に設けられ、円形の板状をなす第３の導体と、
   前記第１の導体の前記試料側とは反対側に設けられる第１の固定板と、
   前記第２の導体の前記試料側とは反対側に設けられる第２の固定板と、
   前記第１の固定板と前記第２の固定板とを連結する連結手段と、
   を有し、
   前記第１の導体の前記試料側の面と、前記第２の導体の前記試料側の面と、の離間距離が、部分的に異なっており、
   前記第１の導体の前記試料側の面および前記第２の導体の前記試料側の面の少なくとも一方は、凸面であり、
   前記凸面の曲率半径は、前記第３の導体の直径の１０００倍以上であることを特徴とする誘電特性測定治具。
2. 円板共振器法により試料の誘電特性を測定するために用いられる測定治具であって、
   互いに対向し前記試料を挟持し得る第１の導体および第２の導体と、
   前記試料中に設けられる第３の導体と、
   前記第１の導体の前記試料側とは反対側に設けられる第１の固定板と、
   前記第２の導体の前記試料側とは反対側に設けられる第２の固定板と、
   前記第１の固定板と前記第２の固定板とを連結する連結手段と、
   前記第１の固定板と前記第２の固定板との間に介挿され、離間距離を規制するスペーサーと、
   を有し、
   前記第１の導体の前記試料側の面と、前記第２の導体の前記試料側の面と、の離間距離が、部分的に異なっており、
   前記スペーサーと前記第１の固定板との間および前記スペーサーと前記第２の固定板との間に、合計で、前記スペーサーの長さの１／５０以下の高さの隙間を有していることを特徴とする誘電特性測定治具。
3. 円板共振器法により試料の誘電特性を測定するために用いられる測定治具であって、
   互いに対向し前記試料を挟持し得る第１の導体および第２の導体と、
   前記試料中に設けられる第３の導体と、
   前記第１の導体の前記試料側とは反対側に設けられる第１の固定板と、
   前記第２の導体の前記試料側とは反対側に設けられる第２の固定板と、
   前記第１の固定板と前記第２の固定板とを、前記第１の導体および前記第２の導体よりも外側において連結する連結手段と、
   を有し、
   前記第１の導体と前記第２の導体とが対向する範囲のうち、外側部分における、前記第１の導体の前記試料側の面と、前記第２の導体の前記試料側の面と、の離間距離が、前記範囲のうち、内側部分における前記離間距離に比べて大きくなっていることを特徴とする誘電特性測定治具。
4. 前記第１の導体および前記第２の導体の構成材料は、銅単体、銅合金、アルミニウム単体、アルミニウム合金、銀合金およびニッケル合金のうちのいずれかを含む請求項３に記載の誘電特性測定治具。
5. 前記連結手段を複数備える請求項３または４に記載の誘電特性測定治具。
6. 請求項１ないし５のいずれか１項に記載の誘電特性測定治具を備えることを特徴とする誘電特性測定装置。
7. 請求項１ないし５のいずれか１項に記載の誘電特性測定治具を用いて前記試料の誘電特性を測定することを特徴とする誘電特性測定方法。

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