(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
共振器内の磁場のみが存在する箇所に試料を設け、前記共振器の外部から前記試料に一様な直流磁場を印加し、該磁場を変化させるとともに前記共振器の共振周波数を測定し、前記磁場の変化による共振周波数の変化を、前記磁場の変化による試料の透磁率の変化と共振磁場が浸透しうる表皮深さによって定まる体積の変化との積に換算して試料の透磁率を求める、高周波における金属透磁率の測定方法。
【請求項２】
前記共振器を、円筒状のＴＥ０１δモード誘電体共振器とし、前記試料を円柱状の支持棒または該支持棒に被測定金属膜を形成したものとし、この試料を前記誘電体共振器に対して同軸上に配置することを特徴とする請求項１に記載の高周波における金属透磁率の測定方法。
【請求項３】
円筒状誘電体からなるＴＥ０１δモード誘電体共振器と、被測定金属からなる支持棒または被測定金属膜を被膜形成した支持棒を前記誘電体共振器に対して同軸上に支持する手段と、前記誘電体共振器に対して直流磁場を印加する手段とを備えてなる高周波における金属透磁率の測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、高周波デバイスに用いられる金属材料の透磁率を測定する方法およびその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年の移動体通信の拡大および進展に伴って、基地局で用いられるデュプレクサなどのハイパワーフィルタに対して一層の小型化が要求されるようになっている。このようなフィルタの小型化に伴って、入出力コネクタには、Ｓ型，Ｎ型に代わってＳＭＡ型が用いられるようになっている。小型のＳＭＡ型のコネクタでは、導体部の電流密度が高くなり、相互変調歪（ＰＩＭ）を発生する可能性が増す。特にＦｅ，Ｎｉなどの遷移金属に高周波の強い電流が流れた場合にＰＩＭは高い値となる。これは磁性体金属の透磁率が高くなるほど表皮深さが浅くなって、電流密度が高くなるためである。
【０００３】
このような高周波デバイスで用いられる部品の母材は通常、非磁性体が用いられるが、メッキ膜に磁性体材料が用いられるケースが非常に多い。例えば前述したように入出力コネクタは、母材に対する表層メッキ膜として、または金メッキや銀メッキの下地メッキ膜として、電解メッキ法によってＮｉメッキ膜が形成されているが、このＮｉメッキ膜の透磁率が高いと、表皮深さが浅くなって電流密度が増大し、上記ＰＩＭが強く生じることになる。
【０００４】
従来より、高周波における試料の透磁率を測定する場合、空胴共振器に試料を挿入して、その試料の有無によって変化する共振周波数およびＱを測定して、これらから透磁率を求めている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
高周波デバイスで用いられる金属材料の透磁率を測定する際に、いかに簡易で且つ高精度に測定するかが従来からの課題であった。特に母材に形成された金属膜の透磁率を測定するような場合、従来のように空胴共振器に挿入する試料の有無によって変化する共振周波数およびＱを測定して、これらから透磁率を求める方法では、共振周波数およびＱの変化を正確に測定することが困難な場合が生じる。
【０００６】
この発明の目的は、母材に形成されたメッキ膜の透磁率をも簡易に且つ高精度に測定できるようにすることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明の高周波における金属透磁率の測定方法は、請求項１に記載の通り、共振器内の磁場のみが存在する箇所に試料を設け、前記共振器の外部から前記試料に一様な直流磁場を印加し、該磁場を変化させるとともに前記共振器の共振周波数を測定し、前記磁場の変化による共振周波数の変化を、前記磁場の変化による試料の透磁率の変化と共振磁場が浸透しうる表皮深さによって定まる体積の変化との積に換算して試料の透磁率を求める。上記共振器としては、請求項２および請求項３に記載の通り、円筒状のＴＥ０１δモード誘電体共振器とし、上記試料を円柱状の支持棒または該支持棒に被測定金属膜を形成したものとし、この試料を誘電体共振器に対して同軸上に配置する。図１はその例を示す外面図である。図１において１は円筒状のＴＥ０１δモード誘電体共振器であり、キャビティ３の内部に支持台２によって中央に配置する。４は支持棒であり、母材５の中央に測定対象である試料６として磁性体メッキ膜を形成している。この支持棒４を、試料６が誘電体共振器１の中央で磁場のみが存在する箇所に位置するように、誘電体共振器１に対して同軸上に配置している。そして、外部から試料６に対して一様な直流磁場Ｈｅｘを印加するとともに、その直流磁場の強さを変化させて共振器の共振周波数を測定する。
【０００８】
直流磁場の変動による表皮深さの変動は、共振系の磁気エネルギをわずかに変化させ、共振周波数の摂動として観測される。この場合の摂動公式は次式で与えられる。
【０００９】
（ｆo −ｆ）／ｆo ＝（μr −１）αｖo ／Ｖ−（μr −１）αΔｖ／Ｖ…(1)
ｆo ：基準磁場印加時の共振周波数
ｆ：磁場の強さを変化させた状態での共振周波数
α：共振器のモードで決まる、試料に対する磁場の集中度を表す係数
Ｖ：ＴＥ０１δモード誘電体共振器と同じ共振周波数を持つ等価な空胴共振器の体積
ｖo ：基準磁場印加時の試料表面の磁場が浸透しうる部分の体積
Δｖ：磁場の強さを変化させたときのｖo の減少部分の体積
図２は試料部分の表皮深さと、それによる体積変化分の関係を示す図である。
ここでｖo およびΔｖは次式で与えられる。
【００１０】
0003642112.tif 000002
δo ：基準磁場印加時の表皮深さ
δ：磁場の強さを変化させた状態での表皮深さ
Ｌ：試料の長さ
ｒ：試料の半径
となる。
【００１１】
ここでｖ＝ｖo −Δｖとおくと、
0003642112.tif 000003
ｖ：磁場の強さによって変動する試料表面の磁場が浸透しうる部分の体積
よって(1) 式はｖを用いて次のように表せる。
【００１２】
0003642112.tif 000004
また、
0003642112.tif 000005
σ：試料の導電率
μro：基準磁場印加時の比透磁率（μro＝１）
μr ：磁場の強さを変化させた状態での比透磁率
μo ：真空透磁率
の関係が成り立つ。
【００１３】
(1)'〜(6) 式においてα，Ｖ，ｒ，Ｌ，σ，μo は既知であるから、これらの値と、測定により求めたｆおよびｆo とによって試料の比透磁率μr が求まる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
この発明の実施形態である高周波における金属透磁率の測定装置の構成を図３に示す。図３において１は円筒状のＴＥ０１δモード誘電体共振器であり、キャビティ３の内部に支持台２によって中央に配置している。４は支持棒であり、母材５の中央に測定対象である試料６として磁性体メッキ膜を形成している。８は基板であり、図における下面に導体膜９を形成し、上面の一部に導体線路１０を構成して、その部分を誘電体共振器と磁界結合するマイクロストリップ線路としている。キャビティ３と基板８の中央にはそれぞれ支持棒４を支持する支持部７ａ，７ｂを設けていて、この支持部７ａ，７ｂに支持棒４を挿入することによって、この支持棒４を、試料６が誘電体共振器１の中央で磁場のみが存在する箇所に位置させる。図中の１１は試料６に対して一様な直流磁場Ｈｅｘを印加するための磁極である。（同図では磁極のみを示している。）そして、外部から試料６に対して一様な直流磁場Ｈｅｘを印加するとともに、その直流磁場の強さを変化させて共振器の共振周波数を測定する。
【００１５】
図３に示した測定装置を用いて測定を行う場合、まず試料６に対する直流磁場の強さを０から次第に増して行くとともに共振周波数を測定する。例えばＮｉ電解メッキ膜の透磁率を測定する場合、試料６として、Ｃｕ母材５に対して表皮深さδ以上である膜厚１０μｍのＮｉ電解メッキ膜を形成したものを用いる。この試料の測定を行った例を図４に示す。このように試料に印加する直流磁場が大きくなるほど共振周波数は上昇するが、試料の磁気飽和にともなって透磁率が一定となり、表皮深さが一定となるため、共振周波数は一定値となる。図４に示した例では約９７０．０６２３ＭＨｚとなる。この周波数を(1) 式におけるｆo とし、各値の直流磁場印加時における周波数を(1) 式におけるｆとして比透磁率μr を算出する。図４の「透磁率」はその値をプロットしたものである。例えば、直流磁場が０ガウス（磁場を印加しない状態）での透磁率は、直流磁場が０ガウスで測定した共振周波数ｆ（約９７０．０６ＭＨｚ）と上記ｆo （約９７０．０６２３ＭＨｚ）とによって、上記(1) 〜(4) 式を基に算出する。その結果、直流磁場を印加しない状態での比透磁率μr を約２．５として算出する。通常、直流磁場が印加されない状態で用いられるので、上記試料の比透磁率μr は約２．５である。
【００１６】
その他の試料についても同様に測定を行った結果を次の表に示す。
【００１７】
〔  表  〕
0003642112.tif 000006
【００１８】
ここで試料番号１は上述した図４に示した結果を得た試料、試料番号２，３，４はそれぞれＣｕの母材にＰをそれぞれ２％，５％，１０％含有するＮｉのメッキ膜を無電解メッキ法により１０μｍ形成したものである。因みにＰを５％以上含むＮｉを無電解メッキしたものでは、そのメッキ膜の比透磁率μr は１となって磁性を示さないことがわかる。試料５，６はステンレス鋼、試料７は一般構造用圧延鋼材であり、いずれもＪＩＳ規格の種類記号で表している。試料５，６，７のように母材自体の透磁率を測定する場合には、測定対象の金属材料で作成した支持棒を作成し、共振器内に挿入する。
【００１９】
【発明の効果】
この発明によれば、外部から印加する直流磁場の変化による共振周波数の変化を、前記磁場の変化による試料の透磁率の変化と共振磁場が浸透しうる表皮深さによって定まる体積の変化との積に換算して試料の透磁率を求めるようにしたため、試料を共振器内に固定したままその透磁率を容易に測定できるようになる。
【００２０】
とくに、請求項２または３に記載の発明によれば、試料に印加する磁場の変化による試料の表皮深さの変化に伴う共振周波数の変化率が高くなるため、より高精度に試料の透磁率を測定できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の構成例を示す図である。
【図２】試料の表皮深さおよび表皮深さの変化による試料体積の変化分の関係を示す図である。
【図３】この発明の実施形態である高周波における金属透磁率の測定装置の構成を示す図である。
【図４】各直流磁場の下での共振周波数と透磁率の測定結果を示す図である。
【符号の説明】
１−ＴＥ０１δモード誘電体共振器
２−支持台
３−キャビティ
４−支持棒
５−母材
６−試料（磁性体メッキ膜）
７ａ，７ｂ−支持部
８−基板
９−導体膜
１０−導体線路
１１−直流磁場印加用磁極
【図１】
0003642112.tif 000007
【図２】
0003642112.tif 000008
【図３】
0003642112.tif 000009
【図４】
0003642112.tif 000010