JPH03123871A - 広帯域測定用セル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 一産業上の利用分野− 本発明は、マイクロ波によって物質の複素誘電率等を測
定するための広帯域測定用セルに関する。

一発明の背景− マイクロ波による物質の性状測定は、例えば特開昭６２
−２２６０５１号公報に示されているように、同軸管ま
たは導波管の導体で囲まれた空間に試料を置き、入射信
号と反射信号の強度と位相の変化から試料の複素誘電率
、複素導電率、複素透磁率等の高周波特性を測定するこ
とにより行なう。即ち、第７図は従来の広帯域測定装置
の一例を示し、同軸ケーブルＡは中心導体ａ、と外被導
体ａ２とを備えるもので、同軸ケーブルＡの一端には発
振器Ｂからマイク豐波電圧が印加されると共に、その反
射電圧の振幅と位相な測定できる測定器Ｃが接続される
。そして、同軸ケーブルＡの他端には、周囲のプラグ外
被導体ｄ１を前記外被導体ａ２にかつ中心パイプｄ２を
前記中心導体ａ１に結合された接続プラグＤが固定され
、この接続プラグＤのねじ部ｄ３には内部に粉末または
液状の試料を収容できる測定用セルＥが接続される。つ
まり、この測定用セルＥは、試料を収容できるカップ状
の外被導体ｅ工と、この外被導体ｅ１の内側に先端を突
起させた状態で絶縁体ｅ２を介して外被導体ｅ工の中心
部に支持される貫通したピンｅ３とを備えるもので、外
被導体ｅ４はプラグ外被導体ｄ、にかつビンｅ３は前記
中心パイプｄ２にそれぞれ電気的に導通状態におくため
の接続ジャック構造となっている。

一発明が解決しようとする課題− したがって、前述したような同軸ケーブル構造の広帯域
測定用セルでは、測定周波数の上限（カットオフ周波数
ｆｃ）は、 Ｃ として与えられるから、試料の比誘電率εとセルの径で
決定する（ここに、εは試料の比誘電率、ｖ、は光速、
ａはセルの内径、ｂはセルの外径である。）。

換言すると、式（１）から明らかなように、従来の広帯
域測定用セルにあっては、比誘電率εの比較的大きい試
料を広帯域で測定しようとする程、セルの径の小さいも
のを使用しなければならないが、セルの径が小さくなる
と、セルの内部に試料を収容するのが困難となるばかり
でなく、セルの内部に空隙が生じ易く、測定結果の信頼
性に問題を招き易い欠点があった。

本発明の目的は、以上に述べたようなマイクロ波を利用
した従来の広帯域測定装置の問題に鑑み、比誘電率の大
きな粉末または液状の試料であっても、セルの内部に試
料を簡単に収容でき、セルの内部に空隙を生じにくい構
造の広帯域測定用セルを得るにある。

−課題を解決するための手段− この目的を達成するために、本発明は、電圧が印加され
る同軸ケーブルの一端に接続されるセルの内部に試料を
入れ、同セルからのマイクロ波の反射信号を計測するこ
とにより該試料の電気的特性を測定する装置において、
前記同軸ケーブルの信号線が接続される中心導体層を第
１絶縁基板の表面に形成し、この中心導体層の先端部に
対応した中心部に試料を収容できる試料挿入孔を形成さ
れた第２絶縁基板を第１絶縁基板の前記中心導体形成面
に密着固定すると共に同第１絶縁基板とは逆の第２絶縁
基板の表面に接地導体層を形成し、前記接地導体層に密
着される取外し可能な接地導体蓋で試料挿入孔を閏鎖す
ることを提案するものである。

つまり、−船釣に、広帯域測定用セルでは、比誘電率の
大きい試料の広帯域測定の場合、試料挿入部の開口面積
がカットオフ周波数に関係するため、同開口面積を小さ
くしなければならないが、本発明の広帯域測定用セルで
は、カットオフ周波数は試料挿入部の開口面積には無関
係であるため、本発明の構造によれば、開口面積を測定
に支障のない程度に充分に広くできる。したがって、本
発明の構造によれば、開口面積が大きくかつ浅いセルと
することができるため、測定セル中に空隙なく、試料を
容易に収容でき、測定誤差の小さい広帯域測定が可能と
なる。

一実施例− 次に、第１図から第６図に示す本発明による広帯域測定
用セルの具体例を説明する。

第１図は本発明による広帯域測定用セルの分解図であり
、同広帯域測定用セルは、密着状態で積層固定される第
１絶縁基板１、第２絶縁基板２、同第２絶縁基板２の試
料挿入孔２ａを塞ぐ取外し可能な接地導体蓋３から構成
される。即ち、第１絶縁基板１の表面には、それぞれ厚
さｔとされた幅Ｗの中心導体層４、この中心導体層４を
外部から遮蔽するように、同中心導体層４の両側に配置
された接続用接地導体層５Ａ、５Ｂが形成してあり、接
触面を平滑とするため、これらの接続用接地導体層５Ａ
、５Ｂと中心導体層４との間は厚さｔで比誘電率が絶縁
基板１と同程度の絶縁材６で充填される。そして、中心
導体層４の基端部４ａ及び接続用導体、ｌ１５Ａ。

５Ｂの基端部５ａは第２図に示す同軸ケーブル７の信号
線７ａ及びシールド線７ｂにそれぞれ接続するため、第
１絶縁基板１の端面に露呈しである。

また、前述した第１絶縁基板１に対して密着固定される
第２絶縁基板２の中心部には、試料接触部である中心導
体層の先端部４ｂに対応する部分に試料挿入孔２ａが形
成してあり、第４図に断面して示すように貫通した同試
料挿入孔２ａ中に液状または粉末状の試料を充填できる
。そして、第２絶縁基板２の第１絶縁基板１とは反対側
表面には、厚さｔ′の接地導体層８が形成されている。

この接地導体層８は、前述した接続用接地導体層５Ａ、
５Ｂと電気的に接続するために、第２絶縁基板２の左右
側面を通フて第２絶縁基板２の下面に延長され、これら
の延長接続部８ａは各接続用接地導体層５Ａ、５Ｂに接
触される。これらの接続部８ａと８ｂの間には、厚さｔ
だけ第２絶縁基板２が突出しているため、第２絶縁基板
２の下面は平滑面である。

さらに、前述した試料挿入孔２ａに対して着脱可能に被
せられる接地導体蓋３は、試料挿入孔２ａよりも大きな
金属板で作られて前記接地導体層８と電気的に接続され
同電位となるが、試料挿入孔２ａに対向する下面には、
第５図に示すように、試料挿入孔２ａよりも僅かに小さ
な寸法の厚さｔの栓体３ａが突出しであるから、同栓体
３ａと試料挿入孔２ａの談合により第２絶縁基板２から
の接地導体蓋３からの脱落が防止される。

図示実施例の広帯域測定用セルは、以上のような構造で
あるから、第１絶縁基板１の表面に第２絶縁基板２の下
面を、適当な接着剤または押え具で密着固定すれば、接
続用接地導体層５Ａ、５Ｂと接地導体層８とが電気的に
接続される。したがって、中心導体層４の基端部４ａ及
び接続用導体層５Ａ、５Ｂの基端部５ａを、同軸ケーブ
ル７の信号線７ａ及びシールド線７ｂにそれぞれ接続す
ることにより組立が完了するから、第６図に示すように
、試料挿入孔２ａ中に試料を入れ、接地導体蓋３を閉じ
た後、同軸ケーブル７の一端に接続された発振器９から
のマイクロ波電圧を印加し、その反射電圧の振幅や位相
を測定器１ｏにより測定することによって、試料の複素
誘電率、複素導電率、複素透磁率等の高周波特性を測定
できる。

この測定に際しては、図示構造の広帯域測定用セルの特
性インピーダンスを、接続される同軸ケーブル７の特性
インピーダンスと一致させる必要があるけれども、この
広帯域測定用セルの特性インピーダンスＺｏは、次の式
（２）で近似される。

・・・・・・・・・・・・・・・式（２）％式％ であり、また、　ε″は第２絶縁基板２の比誘電率であ
り、第１図の２ａにおいては°′ε９゛はＴｌ１ｌｌと
なる。

いい換えると、式（２）から理解されるように、図示例
の広帯域測定用セルの特性インピーダンスＺｏは、第２
絶縁基板２の厚さＤ、中心導体層４の幅Ｗ、第２絶縁基
板２の比誘電率εの関数となるため、特性インピーダン
スＺＯを同軸ケーブル７のそれとマツチングさせるには
、Ｄ、Ｗ、εのいずれか、または、これらの因子の組合
せを変更することによって容易にマツチングできる。

ところで、図示例の広帯域測定用セルのカットオフ周波
数ｆｃは、次の式（３）で近似できる。

ここで、Ｃは光速、ε′は試料の比誘電率である。

式（３）から理解できるように、図示例の広帯域測定用
セルでは、カットオフ周波数ｆｃは第１絶縁基板１の厚
さＤのみの関数になるので、資料挿入孔２ａの開口面積
を充分に広く取ることができる。よって、図示例の広帯
域測定用セルでは、開口面積を拡大できるから、試料挿
入孔２ａ中に試料を、空隙なく、簡単に収容でき、測定
結果の信頼性を向上できる。換言すれば、図示例の広帯
域測定用セルによると、比誘電率の大きい試料であって
も、障害なく、広帯域測定を行うことができる。この点
、従来の同軸型セルでは、試料挿入部の総面積が直接セ
ルのカットオフ周波数に影響を与えるので、非誘電率の
大きい試料の広帯域測定に当たっては、カットオフ周波
数との関係で、試料挿入部の開口面積が非常に小さくな
り、試料挿入部への試料の挿入が困難で、測定結果の信
頼性が得られないのと対照的である。

なお、前述した実施例説明では、広帯域測定用セルでは
、同軸ケーブルの信号線及びシールド線を直付けする例
を示したが、適当な同軸型コネクタを広帯域測定用セル
に予め設けておき、同コネクタに同軸ケーブルを接続し
てもよいのは、改めて説明するまでもない。

一考案の効果− 以上の説明から明らかなように、本発明の広帯域測定用
セルでは、試料挿入孔の開口面積を充分広くとることが
できるため、同試料挿入孔中へ試料を、空隙なく、簡単
に収容できるので、信頼性の高い測定結果を得ることが
できる。特に、本発明の広帯域測定用セルでは、カット
オフ周波数は試料挿入孔の開口面積に無関係になるので
、非誘電率の大きい試料の広帯域測定に当たっても、拡
大した試料挿入孔で測定を行うことができるため、効果
的な測定を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による広帯域用測定セルの分解斜視図、
第２図は同広帯域用測定セルの組立て状態の斜視図、第
３図は第１図の■−■線に沿う拡大断面図、第４図は第
１図のｒＶ−ｒＶ線に沿う拡大断面図、第５図は第１図
のｖ−ｖ線に沿う拡大断面図、第６図は第２図のＶｌ−
Ｖｌ線に沿う断面図、第７図は従来の広帯域測定装置の
一部切欠き説明図である。 １・・・第１絶縁基板、 ２・・・第２絶縁基板、 ２ａ・・・試料挿入孔、 ３・・・接地導体蓋、 ４ｂ・・・中心導体層、 ８・・・接地導体層。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）電圧が印加される同軸ケーブルの一端に接続される
   セルの内部に試料を入れ、同セルからのマイクロ波の反
   射信号を計測することにより該試料の電気的特性を測定
   する装置において、前記同軸ケーブルの信号線が接続さ
   れる中心導体層を第１絶縁基板の表面に形成し、この中
   心導体層の先端部に対応した中心部に試料を収容できる
   試料挿入孔を形成された第２絶縁基板を第１絶縁基板の
   前記中心導体形成面に密着固定すると共に同第１絶縁基
   板とは逆の第２絶縁基板の表面に接地導体層を形成し、
   前記接地導体層に密着される取外し可能な接地導体蓋で
   試料挿入孔を閉鎖したことを特徴とする広帯域測定用セ
   ル。