(57)【要約】【課題】高周波における導電率測定方法において、被測定導体板の導電率を容易に測定できる高周波導電率測定用装置を提供する。【解決手段】高周波導電率測定用装置１は、第１の共振モードを誘起する第１の共振器２と、第１の共振器２との間に被測定導電板５を挟み、第１の共振モードと異なる第２の共振モードを誘起する第２の共振器３と、を有し、第１の共振モードと第２の共振モードを同時に測定する。【選択図】図１
2015227850.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の共振モードを誘起する第１の共振器と、
前記第１の共振器との間に被測定導電板を挟み、前記第１の共振モードと異なる第２の共振モードを誘起する第２の共振器と、
を有する高周波導電率測定用装置。
【請求項２】
前記第１の共振器は、第１の誘電体円柱を介して前記被測定導電板に対向する第１の導電板と、前記第１の誘電体円柱を介して両側方に配置される第１の励振線と第２の励振線を有し、
前記第２の共振器は、第２の誘電体円柱を介して前記被測定導電板に対向する第２の導電板と、前記第２の誘電体円柱を介して両側方に配置される第３の励振線と第４の励振線を有する
ことを特徴とする請求項１に記載の高周波導電率測定用装置。
【請求項３】
前記第１の誘電体円柱と前記被測定導電板の間に形成される第１の空隙と、
前記第２の誘電体円柱と前記被測定導電板の間に形成される第２の空隙と
を有することを特徴とする請求項２に記載の高周波導電率測定用装置。
【請求項４】
前記請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の高周波導電率測定用装置をネットワークアナライザーに接続して共振周波数とＱ値を測定することを特徴とする高周波導電率測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波導電率測定用装置及び高周波導電率測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＳＩ、コンデンサ等の電子機器が実装されたプリント基板において、高速伝送信号ラインにおける伝送損失を低減することが重要な要素となる。伝送損失の原因として、高速伝送信号ラインでは、表皮効果により金属表面に電流が集中するのに対し、信号配線は絶縁材料との密着性を上げるために表面が荒れており、その表面粗さの影響で抵抗が増加することが知られている。したがって、信号を高速伝送するプリント基板では、金属層の高周波における導電率を正確に測定することが重要な要素となる。
【０００３】
前記金属層の抵抗の測定手法の一つとして誘電体共振器を用いる導電率測定方法が用いられている。そのような誘電率測定法は、ＪＩＳのＲ１６２７などに示されている。
【０００４】
誘電体共振器は、誘電体円柱の両端面に一対の導体板を取り付けた構造を有している。また、一対の導電板の間の領域において、誘電体円柱の左右の領域うちＴＥ０ｍｎモード（ｍ、ｎは自然数）が発生する位置に一対の励振線を挿入する。さらに、励振線をベクトルネットワークアナライザ等に接続してモードの共振周波数と無負荷Ｑ値を測定し、さらに前記モードと異なるＴＥ０ｍｎモードを測定し、それぞれの無負荷Ｑ値の差から一対の導電板表面の導電率を求める。なお、共振周波数と無負荷Ｑ値から誘電体円柱の誘電特性を算出する場合もある。
【０００５】
また、表面に金属層が被着された誘電体基板からなる被測定物における金属層と誘電体基板との界面の導電率を測定するために誘電率測定法を使用することが知られている。この場合、比誘電率と誘電正接が既知の誘電体円柱の両端面のそれぞれに誘電体基板を取り付けた第１の誘電体共振器を形成する。さらに、比誘電率と誘電正接が既知の誘電体円柱の一方の端面に誘電体基板を接触させ、他方の端面に導電率が既知の導体板を取り付けてなる第２の誘電体共振器を形成する。そして、第１の誘電体共振器又は第２の誘電体共振器により生成されたＴＥ0mn モードの共振波形から測定した共振周波数よび無負荷Ｑ、無負荷Ｑｕに基づき、金属層と誘電体基板の界面の高周波導電率が算出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−４６７５６号公報（特許第３６３４９６６号公報）
【特許文献２】特開２００３−２２７８５５号公報
【特許文献３】特開２００４−２２６３７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、従来の装置により異なる複数のＴＥ０ｍｎモードを測定する場合には、ＴＥモード毎に励振線の位置を調整して行うことになるが、測定時に調整する励振線の位置の僅かな相違により導体板表面の導電率が容易に変化する。このため、励振線の位置合わせに手間がかかる上に、測定精度を高くするためには経験に頼る技量が必要となる。即ち、ＴＥモードの共振周波数及び無負荷Ｑの値は、測定者よって結果が変わり易いといった問題がある。
【０００８】
本発明の目的は、高周波における導電率測定方法において、被測定導体板の導電率を容易に測定できる高周波導電率測定用装置及び高周波導電率測定方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本実施形態の１つの観点によれば、被測定導電板と、前記被測定導電板の一方の面側に配置され、第１のＴＥ０ｍｎモード（ｍ：整数、ｎ：整数）を誘起する第１の共振器と、前記被測定導電板の一方の面側に配置され、前記第１のＴＥ０ｍｎモードと異なる第２のＴＥ０ｍｎモード（ｍ：整数、ｎ：整数）を誘起する第２の共振器と、を有する高周波導電率測定用装置が提供される。
発明の目的および利点は、請求の範囲に具体的に記載された構成要素および組み合わせによって実現され達成される。前述の一般的な説明および以下の詳細な説明は、典型例および説明のためのものであって、本発明を限定するためのものではない、と理解されるものである。
【発明の効果】
【００１０】
本実施形態によれば、高周波における導電率測定において、被測定導体板の導電率を容易に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１（ａ）は、実施形態に係る高周波導電率測定用装置を示す上面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）に示す高周波導電率測定用装置の側断面図である。
【図２】図２は、実施形態に係る高周波導電率測定用装置における第１の共振器を示す上面図ある。
【図３】図３は、実施形態に係る高周波導電率測定用装置における第２の共振器を示す下面図である。
【図４】図４（ａ）、（ｂ）は、実施形態に係る高周波導電率測定用装置の第１の共振器におけるＴＥ０２１モードにおける共振周波数とＱ値の測定方法を示す平面図と側面図である。
【図５】図５（ａ）、（ｂ）は、実施形態に係る高周波導電率測定用装置の第２の共振器におけるＴＥ０１２モードにおける共振周波数とＱ値の測定方法を示す平面図と側面図である。
【図６】図６は、実施形態に係る高周波導電率測定用装置を使用して測定されたＴＥ０２１モードとＴＥ０１２モードの出力波形図である。
【図７】図７は、実施形態に係る高周波導電率測定用装置における磁場の流れを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、図面を参照して実施形態を説明する。図面において、同様の構成要素には同じ参照番号が付されている。
【００１３】
図１は、本実施形態に係る高周波導電率測定用装置の側断面図である。図２は、図１に示す高周波導電率測定用装置における第１の共振器を示す上面図であり、図３は、図１に示す高周波導電率測定用装置における第２の共振器を示す下面図である。
【００１４】
図１に示す高周波導電率測定用装置１は、第１の筐体２１を備えた第１の共振器２と、第２の筐体３１を備えた第２の共振器３を一組として形成されている。第１の筐体２１は、角筒状に形成され、その一端を閉塞する底部２１ａと、他端を解放する開口部２１ｂを有している。また、第２の筐体３１は、角筒状に形成され、その一端を解放する開口部３１ａと、他端を閉塞する天井部３１ｂを有している。第１の筐体２１の開口部２１ｂと第２の筐体３１の開口部３１ａは、同じ平面形状を有し、それらの開口部２１ｂ、３１ａを重ねることにより互いを閉塞できる構造となっている。第１の筐体２１と第２の筐体３１は、例えば、アルミニウムのような金属から形成されている。
【００１５】
図２に示すように、第１の筐体２１の内側面の四隅はそれぞれ横方向に肉厚に形成され、それらの四隅には、開口部２１ｂから底部２１ａに向かってネジ溝が切られたネジ孔２１ｃが形成されている。また、図３に示すように、第２の筐体３１の内側面の四隅はそれぞれ横方向に肉厚に形成され、それらの四隅には天井部３１ｂ側から開口部３１ａ側へとネジ４を貫通させるネジ貫通孔３１ｃが形成されている。ネジ４は、図１に示すように、ネジ貫通孔３１ｃを通してネジ孔２１ｃに差し込み、さらに捩じ込むことにより第２の筐体３１をネジ４の頭部と第１の筐体２１の間で固定する長さとなっている。なお、ネジ４、ネジ貫通孔３１ｃ、ネジ孔２１ｃは、第１の共振器２と第２の共振器３の間に被測定物を挟んで固定するためのアジャスターであり、その他の例としてクリップが用いられてもよい。
【００１６】
第１の筐体２１と第２の筐体３１の開口部２１ｂ、３１ａの周縁端部は、後述する被測定導電板５を挟む領域であり、被測定導電板５は、第１の筐体２１と第２の筐体３１の間に取り付けられる。
【００１７】
図１（ｂ）、図２に示すように、第１の筐体２１内の底部２１ａの上には、例えばＧＨｚ波長帯における表面導電率が既知の第１の標準導体板２２が電気的に接触して取り付けられている。第１の筐体２１の中では、第１の標準導体板２２の外周縁に重なる開口内周縁を有する第１の固定用枠体２３が例えば接着剤（不図示）を介して底部２１ａに取り付けられ、これにより第１の標準導電板２２を底部２１ａに押し付ける。
【００１８】
図１（ｂ）、図３に示すように、第２の筐体３１内の天上部３１ｂの下には、例えばＧＨｚ波長帯における導電率が測定済みで既知の第２の標準導体板３２が電気的に接触して取り付けられている。第２の筐体３１の中では、第２の標準導体板３２の外周縁に重なる開口内周縁を有する第２の固定用枠体３３が例えば接着剤（不図示）を介して天井部３１ａに取り付けられ、これにより第２の標準導電板３２を下から天井部３１ａに押し付ける。
【００１９】
第１の標準導体板２２と第２の標準導体板３２のそれぞれは、例えば厚さが２ｍｍ〜５ｍｍの円形銅板から形成されている。また、第１、第２の固定用枠体２３、３３は、例えばフッ素化ポリマー、フッ素化カーボンなどの材料のように比誘電率が後述する誘電体円柱２４、３４より低い或いは同等の誘電率材料から形成される。第１、第２の固定用枠体２３、３３は、例えば、比誘電率が約２．１のポリテトラフルオロエチレン（商品名：テフロン）から形成される。
【００２０】
図２に示す第１の筐体２１内において、第１の標準導体板２３の中央領域の上には第１の誘電体円柱２４の第１端面が接触して取り付けられている。また、図３に示す第２の筐体３１内において、第２の標準導体板３３の中央領域の上には第２の誘電体円柱３４の第２端面が接触して取り付けられている。第１、第２の誘電体円柱２４、３４の互いの中心軸は、図１（ｂ）に示すように、第１、第２の筐体２１、３１の開口部２１ｂ、３１ａが重ねあわされた状態で、ほぼ一致するように配置される。
【００２１】
第１、第２の誘電体円柱２４、３４は、誘電正接ｔａｎδが既知で０．００１以下の材料、例えばサファイア、アルミナ、低温同時焼成セラミックスなどの材料から形成され、それらの高さが同一になるように形成されている。なお、以下では、第１、第２の誘電体円柱２４、３４をサファイアにより形成する場合を例にして説明する。
【００２２】
第１の筐体２１内において、第１の標準導電板２２上に取り付けられる第１の誘電体円柱２４のうち露出される側の第２端面は、開口部２１ａの開口端縁２１ｄに対して高さ方向でＬ１の段差が生じるように低くなっている。Ｌ１は、共振器の直径、例えば第１の誘電体円柱２４の直径（共振器の直径）に対して０．１倍以下、或いは１００μｍ以下となるように設定される。第２の筐体３１内の第２の誘電体円柱３４のうち露出される側の第１端面と開口部３１ａの開口端縁３１ｄの高さ方向の段差Ｌ２も同様に第２の誘電体円柱３４の直径（共振器の直径）に対して０．１倍以下、或いは１００μｍ以下となるように設定される。
【００２３】
第１の筐体２１の側壁には、第１の誘電体円柱２４を挟んで向かい合う２つのネジ孔２１ｄが形成されている。ネジ孔２１ｄは、第１の筐体２１の底部２１ａに平行な方向か、底部２１ａへの方向に斜めになる方向に貫通している。第１の筐体２１のねじ孔２１ｄにはピン状の支持具２５が外から内側にネジ止めされ、その先端は第１の誘電体円柱２４の側面を押さえる程度に力が加わっている。
【００２４】
また、第２の筐体３１の側壁にも、第２の誘電体円柱３４を挟んで向かい合う２つのネジ孔３１ｄが形成され、第２の筐体３１の天井部３１ａに平行な方向か、天井部３１ａの方向に斜めになる方向に貫通している。第２の筐体３１のねじ孔３１ｄにはピン状の支持具３５が外から内側にネジ止めされ、その先端は第２の誘電体円柱３４の側面を押さえる程度に力が加わっている。なお、支持具２５、３５を３か所以上に設け、誘電体円柱２４，３４を支持してもよい。
【００２５】
支持具２５、３５は、第１、第２の筐体２１、３１の内部に誘起される電磁場に影響を与えないようにするため、第１、第２の誘電体円柱２４、３４と比誘電率が同等かそれより低い材料から形成される。そのような材料として、例えば、比誘電率が約２．１のポリテトラフルオロエチレンを使用してもよい。また、誘電体円柱２４、３４は、支持具２５、３５を使用せずに、標準導電板２２、３２との間に接着剤を介して支持されてもよい。
【００２６】
第１の筐体２１の側壁のうちネジ孔２１ｄから離れた領域には第１、第２の励振線貫通孔２１ｅ、２１ｆが形成され、それぞれには第１、第２の励振線２６、２７が貫通されている。第１、第２の励振線２６、２７の先端にはそれぞれループアンテナ２６ａ、２７ａが形成され、第１の誘電体円柱２４を間において互いに対向して配置されている。同様に、第２の筐体３１の側壁には、第３、第４の励振線３６，３７を貫通させる第３、第４の励振線貫通孔３１ｅ、３１ｆが形成されている。第３、第４の励振線３６、３７の先端のそれぞれにもループアンテナ３６ａ、３７ａが形成され、第２の誘電体円柱３４を間において互いに対向して配置されている。
【００２７】
第１、第２の励振線２６ａ、２７ａのループアンテナ２６ａ、２７ａは、第１の標準導電板２２の露出面に平行になる状態に配置される。同様に、第３、第４の励振線３６、３７のループアンテナ３６ａ、３７ａは第２の標準導電板３２の露出面に平行になる状態に配置される。第１〜第４の励振線２６、２７、３６、３７は、例えば、フッ素樹脂であるポリテトラフルオロエチレンで絶縁された同軸ケーブルから形成されている。そして、同軸ケーブルの先端から突出させた内側導体線をループ状に曲げてその先端を筒状の外側導体線に電気敵に接続してループアンテナ２６ａ、２７ａ、３６ａ、３７ａが形成される。
【００２８】
励振線貫通孔２１ｅ、２１ｆ、３１ｅ、３１ｆと第１、第２の励振線２６ａ、２６ｂと第３、第４の励振線３６ａ、３６ｂの位置は例えば次のような方法で決定される。
【００２９】
まず、図４（ａ）の平面図と図４（ｂ）の側面図に示すように、第１の標準導体板２２の中央領域に第１の誘電体円柱２４を置き、その上方に第１の標準導電板２２と同じ構造で同じ表面導電率の第３の標準導電板２０を載せる。この状態で、第１の誘電体円柱２４を間にして左右の空間に第１の励振線２６と第２の励振線２７のループアンテナ２７ａ、２７ｂを配置する。
【００３０】
さらに、第１の励振線２６と第２の励振線２７の外側のそれぞれの端子２６ｂ、２７ｂをベクトルネットワークアナライザ４０に接続し、第１の励振線２６のループアンテナ２６ａから高周波信号を出力させ、第１の誘電体円柱２４内に上から見て環状の電界Ｅ０２１を発生させ、さらに電界Ｅ０２１に交差する上下方向のループ状の磁界Ｈ０２１を第１の誘電体円柱２４内とその周囲の空間に発生させる。発生した磁界Ｈ０２１は第２の励振線２７のループアンテナ２７ａにより検出されてベクトルネットワークアナライザ４０により演算される。さらに、図６に例示するようなＴＥ０２１モードの共振のピークを発生させる第１、第２の励振線２６ａ、２６ｂの位置を決定する。
【００３１】
そのような第１、第２の励振線２６、２７、第１の誘電体円柱２４などの位置関係に基づいて、第１の筐体２１のうち第１、第２の励振線２６、２７が通過する位置に励振線貫通孔２１ｅ、２１ｆを形成する。第１の励振線２６の周囲には一方の励振船貫通孔２１ｅ中で励振線位置調整を行うためのアジャスター２８が形成され、第２の励振線２７の周囲には他方の励振船貫通孔２１ｆ中で励振線位置調整を行うためのアジャスター２９が形成されている。アジャスター２８、２９として例えば樹脂材が使用される。
【００３２】
次に、図５（ａ）の平面図と図５（ｂ）の側面図に示すように、第２の標準導体板３２の中央領域に第２の誘電体円柱３４を置き、その上方に第３の標準導電板２０を載せる。この状態で、第１の誘電体円柱２４を間にして左右に第３の励振線３６と第４の励振線３７のループアンテナ３７ａ、３７ｂを配置する。
【００３３】
さらに、第３の励振線３６と第４の励振線３７の外側のそれぞれの端子３６ｂ、３７ｂをベクトルネットワークアナライザに接続する。これにより、第３の励振線３６のループアンテナ３６ａから高周波信号を出力させ、第４の誘電体円柱３４内に上から見て環状の電界Ｅ０１２を発生させ、さらに電界Ｅ０１２に交差する上下方向のループ状の磁界Ｈ０１２を第２の誘電体円柱３４の上部と下部のぞれぞれの中と周囲の空間に発生させる。発生した磁界Ｈ０１２は第４の励振線３７のループアンテナ３７ａにより検出されてベクトルネットワークアナライザ４０により演算される。さらに、図６に例示するようなＴＥ０１２モードの共振のピークを発生させる第３、第４の励振線３６ａ、３６ｂの位置を決定する。
【００３４】
そのような第３、第４の励振線３６、３７、第２の誘電体円柱３４などの位置関係に基づいて、第２の筐体３１のうち第３、第４の励振線３６、３７が通過する位置に励振線貫通孔３１ｅ、３１ｆを形成する。第３の励振線３６の周囲には一方の励振船貫通孔３１ｅ中で励振線位置調整を行うためのアジャスター３８が形成され、第４の励振線３７の周囲には他方の励振船貫通孔３１ｆ中で励振線位置調整を行うためのアジャスター３９が形成されている。アジャスター３８、３９として例えば樹脂材が使用される。
【００３５】
上記のように、第１の共振器２は、第１の筐体２１、第１の標準導体板２２、第１の誘電体円柱２４に第１の励振線２６及び第２の励振線２７を備えた同軸ケーブルを有している。
【００３６】
高周波導電率測定用装置１を使用して被測定導電板５の表面導電率を測定する場合には次のような手順で行われる。
【００３７】
まず、図１に示すように、第１の共振器２の第１の筐体２１の開口端縁２１ｄと第２の共振器３の第２の筐体３１の開口端縁３１ｄの間に、被測定導電板５を挟む。その状態で、第２の筐体３１のネジ貫通孔３１ｃと第１の筐体２のネジ孔２１ｃを位置合わせした後に、ネジ４をネジ貫通孔３１ｃとネジ孔２１ｃに差し込んでネジ４を締め、第２の筐体３１と第１の筐体２１を固定する。また、第１、第２の標準導電板２２、３２として表面導電率が既知の例えば銅板を使用する。また、第１、第２の誘電体円柱２４、３４として、誘電損失が既知もしくは十分無視しうる程度の低い物質、例えば、サファイア円柱を用いる。
【００３８】
この場合、被測定導電板５と第１の誘電体円柱２４の露出端面の間に、共振器の直径の０．１倍以下或いは１００μｍ以下の空隙Ｌ１が生じる。さらに、被測定導電板５と第２の誘電体円柱３４の露出端面の間にも同様な空隙Ｌ２が生じる。さらに、図１（ｂ）に示すように、高周波導電率測定用装置１の外部に突出している第１〜第４の励振線２６、２７、３６、３７を４ポートのベクトルネットワークアナライザ４０の端子に接続する。これにより、第１の標準導電板２２と第１誘電体円筒２４と被測定導電板５に共振ＴＥ０２１モードを誘起させる。同様に、第２の標準導電板３２と第２誘電体円筒３４と被測定導電板５に共振ＴＥ０１２モードを誘起させる。
【００３９】
即ち、ベクトルネットワークアナライザ４０により、第１の励振線２６のループアンテナ２６ａに高周波信号を印加して第１の共振器２内に電磁界を発生させ、さらに、第２の励振線２７のループアンテナ２７ａにより磁界を検出する。これにより、図６に示すようなＴＥ０２１モードの伝送信号透過減衰量（Ｓ２１）と周波数の関係の波形を検出する。同様に、ベクトルネットワークアナライザ４０により、第３の励振線３６のループアンテナ３６ａに高周波信号を印加して第２の共振器３内に電磁界を発生させ、さらに、第４の励振線３７のループアンテナ３７ａにより磁界を検出する。これにより、図６に示すようなＴＥ０１２モードの伝送信号透過減衰量と周波数の関係における波形を検出する。それらの場合に生じる磁界は、第１、第２の誘電体円柱２４、３４の上下端面において、図７の三角マークに示すように、第１、第２の標準導電板２２、３２や被測定導電板５の表面も通る。
【００４０】
次の表１は、被測定導電板５として無酸素銅板を使用した場合の１６．８ＧＨｚ帯のＴＥ０２１モードとＴＥ０１２モードの共振点とＱ値の測定値とシミュレーション（ＳＩＭ）値とを示している。この場合、第１、第２の標準導電板２２、３２とし、導電率５．８×１０７Ｓ／ｍの無酸素銅板を使用する。また、第１、第２の誘電体円柱２４、３４として、直径１１．７９８ｍｍ、高さ６．７４１ｍｍのサファイア円柱を使用する。その結果、被測定導電板５の表面導電率が９９．８％となり、実際の値とほぼ一致した。また、５回測定した結果、測定バラつきは１％以下となり測定再現性が高いことが実証された。
【表１】
2015227850.tif 000003
【００４１】
表１によれば、被測定導電板５が第１、第２の誘電体円柱２４、３４との間に上記のような空隙が生じても、ＴＥ０２１モードとＴＥ０１２モードの共振点とＱ値についてほぼ一致する。さらに、ＴＥ０２１モードとＴＥ０１２モードのそれぞれのＱ値の差から被測定導電板５の表面導電率を求めると、第１、第２の標準導電板２３、３３の既知の表面導電率とほぼ等しくなった。
【００４２】
ＴＥ０２１モードとＴＥ０１２モードのそれぞれのＱ値の差に基づいて、被測定導電板５の表面導電率は例えば以下の関係式から求められる。まず、ｍ、ｐ、ｃ、Ｄ、ｆ０、Ｌ、Ｊ０、Ｊ１、Ｋ０、Ｋ１、ｆ１、ｆ２、μ０、Ｑｕ１、Ｑｕ２を次のように定義する
【００４３】
ｍ、ｐ：それぞれＴＥ０ｍｐに対応する自然数
ｃ：光速度
Ｄ：直径
ｆ０：２つの測定周波数の中間点
Ｌ：高さ
Ｊ０、Ｊ１：0次と１次の第１種ベッセル関数
Ｋ０、Ｋ１：0次と１次の第２種ベッセル関数
ｆ１、ｆ２：ＴＥ０１２、ＴＥ０２１共振周波数
μ０：真空の透磁率
Ｑｕ１、Ｑｕ２：Ｅ０１２、ＴＥ０２１の無負荷Ｑ値
【００４４】
次に、次式からνｐを算出する。
【数１】
2015227850.tif 000004
【００４５】
算出したνｐを使用し、次式からｕｍを算出する。
【数２】
2015227850.tif 000005
【００４６】
次に、νｐ、ｕｍを使用して次式から誘電率εｒを算出する。
【数３】
2015227850.tif 000006
【００４７】
次に、Ｗｍｐを算出する。
【数４】
2015227850.tif 000007
【００４８】
次に、次式からＡｐとＢｐを算出する。
【数５】
2015227850.tif 000008
【００４９】
さらに、ＡｐとＢｐを代入し、次式を求める。
【数６】
2015227850.tif 000009
【００５０】
次に、Ｒを代入し、導電率σを算出する。
【数７】
2015227850.tif 000010
【００５１】
以上の式は、参考文献として、サファイア円柱共振器を用いた銅張誘電体基板の比導電率測定、常光他、電気情報通信学会マイクロ波研究会 2012、を参照して求めている。
【００５２】
以上のように、本実施形態によれば、誘電損失が既知もしくは十分無視しうる程度の第１、第２の誘電体円柱２４、３４と、表面導電率が既知の第１、第２の標準導電板２２、３２を使用し、上記の第１の共振器２と第２の共振器３を形成している。即ち、第１の共振器２ではＴＥ０２１モードの共振周波数と無負荷Ｑ値が測定できる位置に第１、第２の励振線２６、２７の先端のループアンテナ２６ａ、２７ａを配置している。また、第２の共振器３ではＴＥ０１２モードの共振周波数と無負荷Ｑ値を測定できる位置に第３、第４の励振線３６、３７のループアンテナ３６ａ、３７ａを配置している。
【００５３】
さらに、第１の共振器２と第２の共振器３を形成するそれぞれの一対の導電板のうちの一方の導電板を共通の導電板として被測定導電板５を配置している。この場合、被測定導電板５を第１、第２の筐体２１、３１の開口端縁２１ｄ、３１ｄで挟み、固定している。換言すれば、本実施形態の高周波導電率測定用装置１は、共通の導電板となる被測定導電板５を中心にしてその両側に第１、第２の共振器２、３を隣接して配置した構造を有している。
【００５４】
これにより、第１の共振器２と第２の共振器３の間に被測定導電板５を挟み、第１〜第４の励振線２６、２７、３６、３７の外部端子２６ｂ、２７ｂ、３６ｂ、３７ｂを４ポート・ベクトルネットワークアナライザ４０に接続するという簡単な操作により、ＴＥ０２１モードとＴＥ０１２モードの共振周波数と無負荷Ｑ値を同時に高い精度で測定することができる。
【００５５】
しかも、第１の共振器２内の第１の誘電体円柱２４と第２の共振器３内の第２の誘電体円柱３４は、第１の筐体２１と第２の筐体３１に挟まれる被測定導電板５に対して微小な空隙が生じるように配置されている。これにより、被測定導電板５の着脱の際に、第１、第２の誘電体円柱２４、３４と被測定導電板５の被測定領域に傷が付きにくくなり、同じ被測定導電板５を再測定しても結果が誤差以上に変わることを防止することができる。
【００５６】
従って、本実施形態によれば、測定時における第１〜第４の励振線２６、２７、３６、３７の調整が不要となり、測定者の技量による誤差がなくなるため、測定再現性が高くなる。また、第１、第２の共振器２、３と被測定導電板５の距離を一定の空隙を保ちながら測定できるために、被測定導電板５や第１、第２の誘電体円柱２４、３４に摩耗による傷が入らないため、導電率を正確に測定ができる。これにより、材料の開発や、これらを用いた電子部品・電子機器の設計が容易となる。
【００５７】
ところで、上記した第１、第２の共振器２、３では、ＴＥ０２１モードとＴＥ０１２モードの共振周波数と無負荷Ｑ値を測定する装置に限られるものではなく、他の異なる２つのＴＥ０ｍｎモード（ｍ、ｎは自然数）の測定に使用する構造であってもよい。この場合、異なる２つのＴＥ０ｍｎモード（ｍ、ｎは自然数）の共振周波数と無負荷Ｑ値を測定する位置に第１〜第４の励振線２６ａ、２６ｂ、３６ａ、３６ｂを予め配置し、固定することになる。
【００５８】
ところで、上記の説明は被測定導電板５の両面の表面導電率を測定する装置及び方法について説明したが、被測定導電板５の片側の面のみを測定することもでき、被測定導電板５を１度測定した後に、反転させて測定するなどを行ってもよい。例えば、一面に誘電体膜（不図示）が形成された被測定導電板５について、誘電体膜と被測定導電板５を一度測定し、反転させて再び測定してもよい。これにより、異なる２つのＴＥ０ｍｎモードから２つのＱ値を求め、誘電体膜と被測定導電板５の界面の高周波導電率も合わせて算出することができる。なお、被測定導電板５の両面に誘電体膜を形成し、誘電体膜と被測定導電板５の界面の高周波導電率を算出してもよい。それらの場合も、第１、第２の誘電体円柱２４、３４の露出面と誘電体膜の間に上記の空隙を形成することが好ましい。
【００５９】
また、高周波導電率測定用装置１における第１の共振器２内の第１の誘電体円柱２４と第２の共振器３内の第２の誘電体円柱３４は、上記とは異なる位置、例えば、上下に重ならずに横方向に離れて配置されてもよい。この場合、近すぎると左右の電磁場が干渉するため、干渉しない距離まで離すことが好ましい。例えば、共振器の１０〜２０倍の距離、或いは、第１の励振線２６のループアンテナ２６ａと第２の励振線２７のループアンテナ２７ａの間の距離程度とする。この場合、第１の誘電体円柱２４を第１の標準導電板２２に接触させ、第２の誘電体円柱３４を第２の標準導電板３２に接触するなどの構造は上記と同様である。
【００６０】
上記の高周波導電率測定用装置１を使用する測定結果は、設計用シミュレータのパラメータとして用いることができる。
【００６１】
上記の上下関係は、説明を容易にするために定めたものであり、実施時における高周波導電率測定装置１は任意の向きに配置されてよい。
【００６２】
ここで挙げた全ての例および条件的表現は、発明者が技術促進に貢献した発明および概念を読者が理解するのを助けるためのものであり、ここで具体的に挙げたそのような例および条件に限定することなく解釈され、また、明細書におけるそのような例の編成は本発明の優劣を示すこととは関係ない。本発明の実施形態を詳細に説明したが、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、それに対して種々の変更、置換および変形を施すことができると理解される。
【００６３】
次に、本発明の実施形態について付記する。
（付記１）第１の共振モードを誘起する第１の共振器と、前記第１の共振器との間に被測定導電板を挟み、前記第１の共振モードと異なる第２の共振モードを誘起する第２の共振器と、を有する高周波導電率測定用装置。
（付記２）前記第１の共振器は、第１の誘電体円柱を介して前記被測定導電板に対向する第１の導電板と、前記第１の誘電体円柱の両側方に配置される第１の励振線と第２の励振線を有し、前記第２の共振器は、第２の誘電体円柱を介して前記被測定導電板に対向する第２の導電板と、前記第２の誘電体円柱の両側方に配置される第３の励振線と第４の励振線を有することを特徴とする付記１に記載の高周波導電率測定用装置。
（付記３）前記第１の誘電体円柱と前記第２の誘電体円柱のそれぞれの誘電正接は測定済みであり、前記第１の導電板と前記第２の導電板のそれぞれの表面導電率は測定済であることを特徴とする付記２に記載の高周波導電率測定用装置。
（付記４）前記第１の誘電体円柱と前記被測定導電板の間に形成される第１の空隙と、前記第２の誘電体円柱と前記被測定導電板の間に形成される第２の空隙とを有することを特徴とする付記２又は付記３に記載の高周波導電率測定用装置。
（付記５）前記第１の空隙を前記第１の誘電体円柱の直径に対して０．１倍以下とし、前記第２の空隙を前記第２の誘電体円柱の直径に対して０．１倍以下とすることを特徴とする付記４に記載の高周波導電率測定用装置。
（付記６）前記被測定導電板の少なくとも一方の面には、誘電体膜が形成されていることを特徴とする付記１乃至付記５のいずれか１つに記載の高周波導電率測定用装置。
（付記７）前記第１の導電膜は、一端側に第１の開口が形成された第１の筐体内の他端側の面に取り付けられ、前記第２の導電膜は、一端側に第２の開口が形成された第２の筐体内の他端側の面に取り付けられ、前記第１の筐体の前記第１の開口の端縁と前記第２の筐体の前記第２の開口の端縁は前記被測定導電板を挟んで取り付けられることを特徴とする付記１乃至付記６のいずれか１つに記載の高周波導電率測定用装置。
（付記８）前記第１の筐体と前記第２の筐体を固定するアジャスターを有することを特徴とする付記７に記載の高周波導電率測定用装置。
（付記９）前記第１の誘電体円柱は前記第１の筐体内で側面が支持具により支持され、前記第２の誘電体円柱は前記第２の筐体内で側面が支持具により支持されていることを特徴とする付記７又は付記８に記載の高周波導電率測定用装置。
（付記１０）前記付記１乃至付記９のいずれか１つに記載の高周波導電率測定用装置をネットワークアナライザーに接続して共振周波数とＱ値を測定することを特徴とする高周波特性測定方法。
【符号の説明】
【００６４】
１  高周波導電率測定用装置
２、３  共振器
２１、３１  筐体
２２、３２  標準電極版
２４、３４  誘電体円柱
２５、３５  支持具
２６、２７、３６、３７  励振線
２６ａ、２７ａ、３６ａ、３７ａ  ループアンテナ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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