TWI759018B

TWI759018B - 電磁特性量測裝置、電磁特性量測系統以及電磁特性量測方法

Info

Publication number: TWI759018B
Application number: TW109144906A
Authority: TW
Inventors: 吳俊斌; 湯士源; 唐敏注
Original assignee: 財團法人工業技術研究院
Priority date: 2019-12-18
Filing date: 2020-12-18
Publication date: 2022-03-21
Also published as: JP7105855B2; CN113008939A; US20210190887A1; JP2021107812A; US11573277B2; TW202124978A

Abstract

一種電磁特性量測裝置包括導磁結構、線圈以及散射參數量測器。導磁結構包括面向待測樣品的第一側以及相對於所述第一側的第二側，其中所述第一側具有磁隙。線圈環繞所述導磁結構，以與所述導磁結構產生磁場。散射參數量測器設置於所述第一側並位於所述磁場的範圍內。

Description

電磁特性量測裝置、電磁特性量測系統以及電磁特性量測方法

本揭露是有關於一種量測裝置、量測系統以及量測方法，且特別是有關於一種電磁特性量測裝置、電磁特性量測系統以及電磁特性量測方法。

隨著通訊、半導體技術的高速發展，元件、記憶體等相關裝置朝著小型化、薄型化、超寬頻、可調控損耗等技術方向開發，進而磁性材料於電子裝置、電路裝置、記憶體等的使用越來越多，比如在電感器、感測器、干擾抑制器、高密度磁記錄再生磁頭、磁性記憶體、電磁波干擾(EMI)防護、智慧型表面、元件封裝、先進駕駛輔助系統、收發天線等磁性裝置應用，開發應用這些磁性材料的前提是準確知道磁性材料的基本電磁相關特性，才能有效進行模擬設計與開發，因此，能夠在寬屏下準確測量磁性材料的電磁特性具有重要意義。

現行電磁特性量測方法包括同軸法、波導管法與共振腔微擾法等，於檢測上皆有樣品大小的非常嚴格限制，因此需將材料重製為特定尺寸樣品，而樣品的電磁特性通常與實際應用尺寸相關，因此重製之材料樣品與實際應用材料特性不同，所以目前方法所量測到的電磁特性與實際應用不同，以至於容易材料特性誤判，無法有效地進行模擬設計，並且現行技術並無法進行大面積量測，因此導致材料、元件與相關應用裝置開發時程漫長、成本大幅增加。

本揭露提供一種電磁特性量測裝置、電磁特性量測系統以及電磁特性量測方法，其可直接對實際樣品進行電磁特性量測，而無須對樣品進行裁切或重製，因而得以因應材料、元件、與相關應用裝置開發驗證需求。

本揭露的一種電磁特性量測裝置包括導磁結構、線圈以及散射參數量測器。導磁結構包括面向待測樣品的第一側以及相對於所述第一側的第二側，其中所述第一側具有磁隙。線圈環繞所述導磁結構，以與所述導磁結構產生磁場。散射參數量測器設置於所述第一側並位於所述磁場的範圍內。

本揭露的一種電磁特性量測系統包括如前所述的電磁特性量測裝置、分析單元以及控制單元。分析單元耦接所述電磁特性量測裝置以分析所述待測樣品的電磁特性。控制單元耦接所述電磁特性量測裝置、所述分析單元，以控制所述電磁特性量測裝置對所述待測樣品的表面進行量測。

本揭露的一種電磁特性量測方法包括下列步驟。提供如前所述的電磁特性量測裝置。將所述電磁特性量測裝置接觸待測樣品的表面的第一量測點。提供不同強度的電流至所述電磁特性量測裝置以產生不同強度的磁場，並量測所述待測樣品對應所產生的散射參數。依據所述散射參數分析出所述待測樣品於第一量測點的電磁特性。移動所述電磁特性量測裝置至所述表面的第二量測點。

基於上述，本揭露的電磁特性量測裝置在面向待測樣品的第一側設置有磁隙，因而可將磁場導至第一側，如此，電磁特性量測裝置以其第一側朝向待測樣品，進而可在待測樣品表面上移動以進行大面積的量測。因此，本揭露的電磁特性量測裝置無需將待測樣品裁切成特定尺寸以容置於兩個磁場結構之間，而能直接移動於待測樣品表面以對原始的待測樣品進行量測，因而能減少形狀效應對電磁特性造成的影響。因此，本揭露的電磁特性量測裝置可有效提升待測樣品（尤其是大面積樣品或片狀樣品）的電磁特性的量測精確度。

有關本揭露之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之各實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。以下實施例中所提到的方向用語，例如：「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、「右」等，僅是參考附加圖式的方向。因此，使用的方向用語是用來說明，而並非用來限制本揭露。並且，在下列各實施例中，相同或相似的元件將採用相同或相似的標號。

圖1是依照本揭露的一實施例的一種電磁特性量測裝置的示意圖。圖2是依照本揭露的一實施例的一種電磁特性量測系統的方塊示意圖。請同時參照圖1及圖2，在某些實施例中，電磁特性量測系統10包括電磁特性量測裝置100、分析單元300、控制單元400以及供電單元500。在某些實施例中，電磁特性量測裝置100為用以對待測樣品SP進行電磁特性量測的量測探頭，其可自由或陣列移動於待測樣品SP的表面上。在某些實施例中，待測樣品SP為片狀或薄膜狀樣品，其可為具有較大面積的主表面（major surface），但不限於此。如此，本實施例的電磁特性量測裝置100可自由移動於此主表面上，因而可對具有較大主表面（較大面積）的待測樣品SP進行量測。在某些實施例中，電磁特性量測系統更可包括移動單元，其可耦接電磁特性量測裝置100，以帶動電磁特性量測裝置100沿著待測樣品SP的表面移動。舉例來說，移動單元可例如為機械手臂，其可耦接控制單元400，以經由控制單元400的控制而自動地移動於待測樣品SP的主表面，以對待測樣品SP的表面上的多個量測點進行電磁特性的量測。在其他實施例中，電磁特性量測裝置100也可經由操作人員以手動方式移動於待測樣品SP的表面上以進行量測。

在上述本揭露之實施例中，控制單元400可耦接電磁特性量測裝置100、分析單元300、供電單元500以及移動單元（若有），並經配置以控制電磁特性量測裝置100及分析單元300對待測樣品SP的表面進行量測。舉例而言，控制單元400可包括桌上型電腦、伺服器、可攜式電子裝置或其他適合的電子設備，但不限於此。供電單元500可耦接電磁特性量測裝置100以及控制單元400，其可受控於控制單元400，並經配置以提供電流至電磁特性量測裝置100而產生磁場。

在某些實施例中，電磁特性量測裝置100可包括導磁結構110、線圈120以及散射參數量測器150。導磁結構110包括彼此相對的第一側S1以及第二側S2，其中，第一側S1用以面向待測樣品SP。線圈120環繞至少部份導磁結構110，以與導磁結構110產生環形電流的磁場。換言之，上述本揭露之實施例是利用在線圈120中通有電流，以在線圈120的周圍產生磁場，一般而言，線圈120通過的電流越大，產生磁場越強，反之越弱，此外，線圈120的圈數越多，所產生的磁場也越強。在某些實施例中，線圈120可包括單蕊金屬線、多蕊金屬線、單層金屬管或多層金屬管，但本揭露並不以此為限。

詳細而言，導磁結構110可包括多個導磁柱112（繪示為兩個，但不以此為限）、第一導磁體114以及第二導磁體116。多個導磁柱112可彼此平行且連接於第一側S1以及第二側S2之間。第一導磁體114於第一側S1連接導磁柱112，而第二導磁體116則於第二側S1連接導磁柱112。進一步而言，多個導磁柱112之間可彼此平行設置而定義出電磁特性量測裝置100的第一側S1（下側）及第二側S2（上側），第一導磁體114可設置於導磁柱112下方，以分別連接多個導磁柱112的第一側S1，第二導磁體116則可設置於導磁柱112上方，以分別連接多個導磁柱112的第二側S2。線圈120可分別環繞導磁柱112。換言之，線圈120可纏繞成一中空部，用以容置導磁柱112，使得線圈120纏繞於導磁柱112上。

在某些實施例中，導磁結構110可由磁性材料（例如鐵氧體）來形成，並可具有各種形狀。舉例來說，導磁結構110的材料可包括鎳鋅（NiZn）或錳鋅（MnZn）等鐵氧體化合物，或是其他矯頑磁力（coercivity）低的軟磁類鐵磁材料，但不以此為限。導磁材料的矯頑磁力亦稱為保磁力，其是指當導磁材料已磁化到磁飽和後，使其磁化強度（magnetization）減為零時所需的磁場強度。矯頑磁力較低代表抵抗退磁能力較低，也意味著磁滯損失較小。當然，上述實施例僅用以舉例說明，本揭露並不以此為限。此外，圖式所繪示之可用於電磁特性量測裝置100的具有圓柱狀的導磁柱112與纏繞於導磁柱112的線圈120僅為本揭露之其一具體實施例，任何所屬技術領域中具有通常知識者應可理解，本揭露也可使用具有其他適當形狀的導磁柱112。

圖3是依照本揭露的一實施例的一種電磁特性量測裝置的側視示意圖。圖4是依照本揭露的一實施例的一種電磁特性量測裝置的量測示意圖。圖5是依照本揭露的一實施例的一種導磁結構的磁化曲線示意圖。請同時參照圖3至圖5，一般而言，導磁結構110的導磁材料的高導磁特性使其在一定體積下可有較高的電感量，但其可耐受的飽和電流較低，一旦達到磁飽和，導磁結構110的導磁率會急遽下降。所謂的磁飽和是導磁材料（例如鐵、鎳、鈷、錳及其合金等鐵磁性或亞鐵磁性材料）中的一種特性。在磁飽和之前（如圖5的左半邊曲線所示），若增大外加磁場H的強度，材料會磁化，而磁通密度B也會對應增加。然而，當磁場強度H大於一定程度（如圖5的右半邊曲線所示），磁通密度B則只會因真空導磁率而緩慢增加，此即為磁飽和。磁場強度H和磁通密度B的關係可以用以下的導磁率公式(a)來表達：

(a)

其中，μ是導磁率。由圖5及導磁率公式(a)可知，材料的導磁率不是一個恆定不變的量，而是取決於磁場強度H。在會磁飽和的材料中，其導磁率會隨磁場強度H的增加達到一個最大值，然後隨著它的飽和發生轉變再減小，最後會趨近於1，而μ趨近於1時的磁場定義為臨界磁場強度H_C 。在某些實施例中，臨界磁場強度H_C 大於或等於10奧斯特（Oe）。

在上述實施例中，電磁特性量測裝置100所產生的外加磁場強度需使待測樣品SP的導磁率趨近於1，因此，電磁特性量測裝置100所需產生的外加磁場需具有足夠的強度。然而，磁飽和的特性限制了導磁結構110所能達到的最大磁場。有鑑於此，本實施例的導磁結構110設置有磁隙G1（magnetic gap）。在一實施例中，磁隙G1指的是磁路中的氣隙（air gap），即導磁結構110的磁路可不完全密閉，而在中間留有空隙。在某些實施例中，於磁隙G1中可填充非導磁材料，例如是樹脂、橡膠、陶瓷或其任意組合，但不限於此。本實施例在導磁結構的主磁路（位在第一側S1的第一導磁體112）設置磁隙G1，可降低導磁結構110的導磁率、避免磁飽和及儲存較多能量（能量大部分是儲存在磁隙G1裡）。

詳細而言，在某些實施例中，電磁特性量測裝置100的第一側S1具有磁隙G1，且此磁隙G1位於待測樣品SP的表面上方，並位於導磁柱112之間。進一步而言，在本實施例中，連接導磁柱112的第一側S1的第一導磁體112包括此磁隙G1。換言之，第一導磁體112可包括多個（例如兩個）導磁部1141、1142，其分別連接導磁柱112，並往兩個導磁柱112的中間方向延伸，導磁部1141、1142的末端之間可維持一間距，此間距即為磁隙G1。

圖6是依照本揭露的一實施例的一種電磁特性量測裝置的電流與磁場強度關係示意圖。由圖6可知，磁隙G1的距離（尺寸）大小與產生的磁場的強度有很緊密的關係。大致而言，磁隙G1的距離越小，導磁結構110與線圈120所產生的磁場的強度越大。舉例而言，磁隙G1的距離約可為0.1 mm至12 mm，例如可為約0.2 mm至10 mm、約0.5 mm至8 mm、約0.8 mm至5 mm、約0.1 mm至1 mm、約0.5 mm至3 mm、約0.75 mm至4.5 mm、約1 mm至5.5 mm、約2 mm至6 mm、約3 mm至7 mm、約4 mm至8 mm、約5 mm至10 mm、約6 mm至12 mm、約1 mm、約3 mm、約5 mm、約6 mm、約8 mm、約9 mm等，但不以此為限。並且，當輸入外加電流時，此外加電流可控制為約0至30安培（A），例如所輸入電流可為0（為無電流狀態），且可為約0.01至30安培、約0. 1至25安培、約0.5至20安培、約1至18安培、約2至15安培、約2安培、約3安培、約5安培、約8安培、約10安培、約12安培、約15安培、約20安培、約25安培等，但不以此為限。在本實施例中，電磁特性量測裝置100所產生磁場的磁場強度H實質上，需可控制於0至臨界磁場強度H_C 之間。當然，本實施例的數值僅用以舉例說明，實際數值可能依其他元件尺寸或環境因素而改變，本揭露並不以此為限。

圖7至圖12是依照本揭露的一實施例的一種電磁特性量測裝置的磁隙距離與磁場強度的關係示意圖。在此須說明的是，圖7繪示了在磁隙G1的距離約等於3毫米（mm）的條件下輸入不同的電流（2、5、10、15安培），在磁隙G1中的X方向（如圖13所示的X方向）上的磁場強度與頻率的關係。圖8繪示了在磁隙G1的距離約等於3毫米（mm）的條件下輸入不同的電流（2、5、10、15安培），在磁隙G1中的Y方向（如圖13所示的Y方向）上的磁場強度與頻率的關係。相似地，圖9繪示了在磁隙G1的距離約等於6毫米（mm）的條件下輸入不同的電流（2、5、10、15安培），在磁隙G1中的X方向（如圖13所示的X方向）上的磁場強度與頻率的關係。圖10繪示了在磁隙G1的距離約等於6毫米（mm）的條件下輸入不同的電流（2、5、10、15安培），在磁隙G1中的Y方向（如圖13所示的Y方向）上的磁場強度與頻率的關係。圖11繪示了在磁隙G1的距離約等於9毫米（mm）的條件下輸入不同的電流（2、5、10、15安培），在磁隙G1中的X方向（如圖13所示的X方向）上的磁場強度與頻率的關係。圖12繪示了在磁隙G1的距離約等於9毫米（mm）的條件下輸入不同的電流（2、5、10、15安培），在磁隙G1中的Y方向（如圖13所示的Y方向）上的磁場強度與頻率的關係。

由上述的圖表關係可知，磁隙G1的距離越大，磁隙G1中的磁場強度就越小。然而，由上述的圖表關係也可發現，在磁隙G1的距離相同的情況下，磁隙G1中的磁場強度分布會隨著電流的加大而增強。因此，在磁隙G1較大的情況下，也可透過加大外加電流來補足對磁場強度的需求。

請參照回圖1及圖3，在某些實施例中，散射參數量測器150設置於第一側S1並位於電磁特性量測裝置100所產生的磁場的範圍內，以量測待測樣品SP的散射參數（scattering parameter）並據以求得待測樣品SP的導磁率。具體而言，電磁特性量測裝置100更可包括支架140，其可設置（例如是固定）於第二側S2並往第一側S1延伸至磁隙G1的上方。如此，散射參數量測器150即可設置於支架140上（例如設置在支架140於第一側S1的端點處），以位於磁隙G1的上方。詳細而言，支架140可包括固定端142以及延伸端144。固定端142固定於導磁結構110的第二側S2，延伸端144連接固定端142並往第一側S1延伸至磁隙G1的上方。在一實施例中，散射參數量測器150可設置於延伸端144的端點處，可理解的是，設置位置可依實際需求而改變，本揭露並不限於此。在一實施例中，支架140的材料可為非導磁材料，例如可為樹脂類、鋁、銅等，但不以此為限。

於上述實施例中，在這樣的結構配置下，電磁特性量測裝置100在第一側S1設置有磁隙G1，因而可將最大磁場導至第一側S1，如此，電磁特性量測裝置100以其第一側S1朝向待測樣品SP，進而可在待測樣品SP表面上移動以進行大面積的量測。因此，本揭露的電磁特性量測裝置100無需將待測樣品SP裁切成特定尺寸以容置於兩個磁場結構之間，而能直接移動於待測樣品SP表面以對原始的待測樣品SP進行量測，因而能減少形狀效應對電磁特性造成的影響。因此，本揭露的電磁特性量測裝置100可有效提升待測樣品SP（尤其是大面積樣品或片狀樣品）的電磁特性的量測精確度。

圖13是依照本揭露的一實施例的一種電磁特性量測裝置的底視示意圖。圖14是依照本揭露的一實施例的一種電磁特性量測裝置的另一角度的側視示意圖。請同時參照圖13及圖14，在某些實施例中，散射參數量測器150包括彼此交疊的導線層152與介電層154，其中，散射參數量測器150之最靠近待測樣品SP的導線層152包括微帶線（micro-strip）、共面波導（coplanar waveguide，縮寫CPW或CPWG）或其他帶線結構。在一實施例中，散射參數量測器150是使用微帶線來進行散射參數的量測，當然，本揭露並不以此為限。在一實施例中，散射參數量測器150與第一側S1的距離實質上可等於或小於7.5 cm，例如可為約7 cm、約6.5 cm、約6 cm、約5.5 cm、約5 cm、約4.5 cm、約4 cm、約3.5 cm、約3 cm、約2.5 cm、約2 cm，但不以此為限。具體而言，微帶線是一種傳輸線，其是由導線、接地以及介電層所組成。分析單元300可例如耦接電磁特性量測裝置100的散射參數量測器150，以分析待測樣品SP的電磁特性。舉例來說，分析單元300可包括網路分析儀，其可經由連接埠130分別連接至散射參數量測器150的微帶線（導線層152）的相對兩端。

在某些實施例中，散射參數的量測方法可包括利用散射參數量測器150量測電磁特性量測裝置100本身的第一散射參數，再利用散射參數量測器150量測電磁特性量測裝置100放置於待測樣品SP上但不施加磁場時的第二散射參數，最後再量測電磁特性量測裝置100放置於待測樣品SP上並且施加磁場時的第三散射參數，分析單元300便可利用等效電路模型以及上述三個散射參數計算出待測樣品SP的電磁特性，例如（複數）導磁率。

圖15至圖16是依照本揭露的一實施例的一種電磁特性量測裝置在不同外加磁場下散射參數與頻率的關係示意圖。圖17至圖18是依照本揭露的一實施例的一種電磁特性量測裝置在不同外加磁場下導磁率與頻率的關係示意圖。一般而言，實部表示吸收，虛部表示損耗。圖15繪示了散射參數量測器150在只有電磁特性量測裝置100本身（以「治具」做標示）、裝置100放置於待測樣品SP上但不施加磁場（以「治具+樣品」做標示）、裝置100放置於樣品SP上且施加磁場100 Oe（以「100」做標示）、裝置100放置於樣品SP上且施加磁場200 Oe（以「200」做標示）以及裝置100放置於樣品SP上且施加磁場1800 Oe（以「1800」做標示）等五種不同條件下所量測到的散射參數實部與頻率之間的關係圖。相似地，圖16繪示了散射參數量測器150在上述五種不同條件下所量測到的散射參數虛部與頻率之間的關係圖。

接著，便可利用上述結果萃取出待測樣品SP的電磁特性（例如導磁率），而獲得如圖17及圖18所示電磁特性量測裝置在不同外加磁場下導磁率與頻率的關係圖表。由圖17及圖18的圖表可知，響應頻率會隨著磁場的增強而上升，因而可得知待測樣品SP具有鐵磁共振特性。

圖19是依照本揭露的一實施例的一種電磁特性量測方法的流程示意圖。請同時參照圖1及圖3，使用上述電磁特性量測裝置100及/或電磁特性量測系統10的方法可包括下列步驟。首先，執行步驟S110，提供如前所述的電磁特性量測系統10，其包括電磁特性量測裝置100。接著，執行步驟S120，將電磁特性量測裝置100放置於待測樣品SP的表面的第一量測點。在某些實施例中，電磁特性量測裝置100的數量可為多個。也就是說，本實施例可提供多個電磁特性量測裝置100同時於待測樣品SP的表面上進行量測。

接著，執行步驟S130，提供電流至電磁特性量測裝置100以產生磁場，並利用電磁特性量測裝置100量測對應的散射參數。具體而言，控制單元400可控制供電單元500提供電流至電磁特性量測裝置100，以產生磁場。分析單元300經配置可量測微帶線（導線層152）的兩端的散射參數。接著，執行步驟S140，依據所述散射參數分析出待測樣品SP於第一量測點的電磁特性。在本實施例中，電磁特性可例如為複數導磁率，但本揭露並不以此為限。

詳細而言，在進行量測時，電磁特性量測裝置100放置於待測樣品SP的表面上，此時，電磁特性量測裝置100的微帶線（導線層152）的兩端構成一個二埠網路，散射參數量測器150可例如採用掃頻的方式在微帶線的兩端測得散射參數，並基於傳輸反射法計算出導線152（微帶線）的相對兩端的端口特徵阻抗，再據此計算出待測樣品SP的複數導磁率。

進一步而言，計算出待測樣品SP的複數導磁率可包括下列步驟。首先，在電磁特性量測裝置100未放置於待測樣品SP上時，量測微帶線的第一散射參數，並據此計算出對應的第一端口特徵阻抗。接著，將電磁特性量測裝置100放置於待測樣品SP上，對線圈120施加相當的電流，以於待測樣品SP的表面上形成外加強磁場（例如可控制於0至臨界磁場強度H_C 之間的磁場），並量測在待測樣品SP上且外加強磁場的微帶線的第二散射參數，且據此計算出對應的第二端口特徵阻抗。接著，量測電磁特性量測裝置100放置於待測樣品SP上時的微帶線的第三散射參數，並據此計算出對應的第三端口特徵阻抗。最後再依據上述數值，利用等效電路萃取模型分析出待測樣品SP於第一量測點的電磁特性（例如：複數導磁率）。

之後，可（例如沿移動方向D1）移動電磁特性量測裝置100至待測樣品SP的表面的第二量測點P2，以進行後續的量測。後續的量測步驟可例如重複步驟S130至步驟S140直至量測完待測樣品SP上的所有量測點為止。重複或相似的技術內容本實施例於此不再贅述。在某些實施例中，電磁特性量測裝置100可由操作人員手動移動至第二量測點P2，也可經由受控於控制單元400的移動單元來帶動電磁特性量測裝置100移動至第二量測點P2。

在某些實施例中，移動電磁特性量測裝置100的方法可包括自由移動或是陣列掃描式移動於所述待測樣品SP的表面。並且，電磁特性量測裝置100放置於待測樣品SP的量測點上的方法可包括直接接觸，也就是電磁特性量測裝置100可直接接觸待測樣品SP的表面。然而，在其他實施例中，電磁特性量測裝置100放置於待測樣品SP的量測點上的方法也可為非直接接觸，也就是說電磁特性量測裝置100可與待測樣品SP的表面維持特定距離（例如懸浮移動於待測樣品SP的表面上）。

圖20是使用本揭露的一實施例的一種電磁特性量測裝置所得到的導磁率與頻率的關係示意圖。圖21是使用習知的電磁特性量測裝置所得到的導磁率與頻率的關係示意圖。具體而言，圖20以及圖21分別是使用本揭露的電磁特性量測裝置100以及傳統繞線的方式來量測待測樣品的導磁率所得到的不同的導磁率與頻率的關係示意圖。由於本揭露的電磁特性量測裝置100可直接在原始的（片狀）待測樣品SP表面上移動以進行大面積的量測，因而無須將待測樣品SP裁切成特定尺寸（例如圖21中所示裁切成中空圓柱的形狀）以容置於兩個磁場結構之間，因而能減少形狀效應對電磁特性造成的影響。由圖20以及圖21兩個圖表的比較可看出，圖20中所測得的未經裁切的待測樣品的導磁率在頻率10 MHz時約為12.6，反觀圖21中所測得的經裁切的待測樣品的導磁率在頻率10 MHz時約為13.23，兩者的差異高達7%。並且，圖20中所測得的未經裁切的待測樣品的響應頻率約為2.71 GHz，也遠高於圖21所測得的經裁切的待測樣品的響應頻率（約為0.03 GHz），上述差異主要應是由待測樣品的形狀所導致的形狀效應而造成的結果。由此可證明，本揭露的電磁特性量測裝置100可有效提升待測樣品SP（尤其是大面積樣品或片狀樣品）的電磁特性的量測精確度及正確率。

綜上所述，本揭露的電磁特性量測裝置在面向待測樣品的第一側設置有磁隙，因而可將磁場導至第一側，如此，電磁特性量測裝置以其第一側朝向待測樣品，進而可在待測樣品表面上移動以進行大面積的量測。因此，本揭露的電磁特性量測裝置無需將待測樣品裁切成特定尺寸以容置於兩個磁場結構之間，而能直接移動於待測樣品表面以對原始的待測樣品進行量測，因而能減少形狀效應對電磁特性造成的影響。因此，本揭露的電磁特性量測裝置可有效提升待測樣品（尤其是大面積樣品或片狀樣品）的電磁特性的量測精確度。

雖然本揭露已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本揭露，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本揭露的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本揭露的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

10:電磁特性量測系統 100:電磁特性量測裝置 110:導磁結構 112:導磁柱 114:第一導磁體 116:第二導磁體 1141、1142:導磁部 120:線圈 130:連接埠 140:支架 142:固定端 144:延伸端 150:散射參數量測器 152:導線層 154:介電層 300:分析單元 400:控制單元 500:供電單元 D1:移動方向 G1:磁隙 P2:第二量測點 SP:待測樣品 S1:第一側 S2:第二側

圖1是依照本揭露的一實施例的一種電磁特性量測裝置的示意圖。圖2是依照本揭露的一實施例的一種電磁特性量測系統的方塊示意圖。圖3是依照本揭露的一實施例的一種電磁特性量測裝置的側視示意圖。圖4是依照本揭露的一實施例的一種電磁特性量測裝置的量測示意圖。圖5是依照本揭露的一實施例的一種導磁結構的磁化曲線示意圖。圖6是依照本揭露的一實施例的一種電磁特性量測裝置的電流與磁場強度關係示意圖。圖7至圖12是依照本揭露的一實施例的一種電磁特性量測裝置的磁隙距離與磁場強度的關係示意圖。圖13是依照本揭露的一實施例的一種電磁特性量測裝置的底視示意圖。圖14是依照本揭露的一實施例的一種電磁特性量測裝置的另一角度的側視示意圖。圖15至圖16是依照本揭露的一實施例的一種電磁特性量測裝置在不同外加磁場下散射參數與頻率的關係示意圖。圖17至圖18是依照本揭露的一實施例的一種電磁特性量測裝置在不同外加磁場下導磁率與頻率的關係示意圖。圖19是依照本揭露的一實施例的一種電磁特性量測方法的流程示意圖。圖20是使用本揭露的一實施例的一種電磁特性量測裝置所得到的導磁率與頻率的關係示意圖。圖21是使用習知的電磁特性量測裝置所得到的導磁率與頻率的關係示意圖。

100:電磁特性量測裝置

110:導磁結構

112:導磁柱

114:第一導磁體

116:第二導磁體

120:線圈

130:連接埠

140:支架

150:散射參數量測器

152:導線層

D1:移動方向

P2:第二量測點

SP:待測樣品

S1:第一側

S2:第二側

Claims

一種電磁特性量測裝置，包括：導磁結構，包括面向待測樣品的第一側以及相對於所述第一側的第二側，其中所述第一側具有磁隙；線圈，環繞於所述導磁結構的所述第一側以及所述第二側之間，以與所述導磁結構產生磁場；以及散射參數量測器，用以量測所述待測樣品的散射參數，設置於所述第一側並位於所述磁場的範圍內。
如請求項1所述的電磁特性量測裝置，其中所述電磁特性量測裝置經配置以沿著所述待測樣品的表面移動。
如請求項1所述的電磁特性量測裝置，其中所述導磁結構包括彼此平行且連接所述第一側以及所述第二側的多個導磁柱、於所述第一側連接所述多個導磁柱的第一導磁體以及於所述第二側連接所述多個導磁柱的第二導磁體，所述線圈分別環繞所述多個導磁柱，且所述第一導磁體包括所述磁隙。
如請求項1所述的電磁特性量測裝置，其中輸入至所述線圈的電流為0至30安培(A)。
如請求項1所述的電磁特性量測裝置，其中當所述待測樣品的導磁率等於1時，所對應的磁場的強度為臨界磁場強度，所述線圈與所述導磁結構所產生的所述磁場的強度為0至所述臨界磁場強度。
如請求項1所述的電磁特性量測裝置，其中所述磁隙的距離為0.1至12毫米(mm)。
如請求項1所述的電磁特性量測裝置，更包括支架，設置於所述第二側並往所述第一側延伸至所述磁隙上方。
如請求項7所述的電磁特性量測裝置，其中所述散射參數量測器設置於所述支架上。
如請求項7所述的電磁特性量測裝置，其中所述支架的材料為非導磁材料。
如請求項1所述的電磁特性量測裝置，其中所述線圈包括單蕊金屬線、多蕊金屬線、單層金屬管或多層金屬管。
如請求項1所述的電磁特性量測裝置，其中所述散射參數量測器包括彼此交疊的導線層與介電層。
如請求項1所述的電磁特性量測裝置，其中所述散射參數量測器之靠近所述待測樣品的導線層包括微帶線或共面波導。
如請求項1所述的電磁特性量測裝置，其中所述散射參數量測器與所述第一側的距離等於或小於7.5cm。
一種電磁特性量測系統，包括：如請求項1至13之任一項所述的電磁特性量測裝置；分析單元，耦接所述電磁特性量測裝置以分析所述待測樣品的電磁特性；以及控制單元，耦接所述電磁特性量測裝置以及所述分析單元，以控制所述電磁特性量測裝置及所述分析單元對所述待測樣品的表面進行量測。
如請求項14所述的電磁特性量測系統，其中所述分析單元包括網路分析儀。
如請求項14所述的電磁特性量測系統，其中所述分析單元連接至所述散射參數量測器的微帶線的兩端。
如請求項14所述的電磁特性量測系統，其中所述控制單元包括桌上型電腦或可攜式電子裝置。
如請求項14所述的電磁特性量測系統，更包括供電單元，耦接所述電磁特性量測裝置以及所述控制單元，用於提供電流至所述電磁特性量測裝置以產生所述磁場。
一種電磁特性量測方法，包括：提供如請求項1至13之任一項所述的電磁特性量測裝置；將所述電磁特性量測裝置放置於待測樣品的表面的第一量測點上；提供電流至所述電磁特性量測裝置以產生磁場，並利用所述電磁特性量測裝置量測對應的散射參數；依據所述散射參數分析出所述待測樣品於第一量測點的電磁特性；以及移動所述電磁特性量測裝置至所述表面的第二量測點。
如請求項19所述的電磁特性量測方法，其中移動所述電磁特性量測裝置的方法包括自由移動或陣列掃描式移動於所述待測樣品的表面。
如請求項19所述的電磁特性量測方法，其中所述電磁特性量測裝置放置於所述第一量測點上的方法包括直接接觸。
如請求項19所述的電磁特性量測方法，其中所述電磁特性量測裝置放置於所述第一量測點上的方法包括非直接接觸。