(57)【要約】【課題】  誘電体の複素誘電率を高い精度で測定することができる誘電体の複素誘電率の測定方法を提供することである。【解決手段】  誘電体および気体が封入された共振器４に、電磁波を入力し、電磁波の入力に応答して、共振器４から出力された電磁波の共振モードにおける共振周波数、挿入損失および電力半値幅をネットワークアナライザ１６で測定し、測定された共振周波数、挿入損失および電力半値幅から誘電体の複素誘電率を算出する。【選択図】  図２
2005062152.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モード発生器内に誘電体を封入する封入工程と、
前記モード発生器に電磁波を入力する入力工程と、
前記モード発生器から出力される電磁波を測定する測定工程と、
測定された前記電磁波を基に複素誘電率を算出する算出工程と、を備えたことを特徴とする誘電体の複素誘電率の測定方法。
【請求項２】
前記誘電体は粉体状の誘電体であって、
前記モード発生器内には、前記誘電体とともに気体が封入され、
前記測定工程は、前記電磁波のＳパラメータを測定し、
前記算出工程は、前記Ｓパラメータを基に、前記モード発生器内の前記誘電体と前記気体とが混合した混合体の複素誘電率を算出する工程と、
算出された前記混合体の複素誘電率および前記混合体中の前記誘電体の体積比率から、前記誘電体の複素誘電率を算出する工程と、を備えたことを特徴とする請求項１に記載の誘電体の複素誘電率の測定方法。
【請求項３】
前記混合体の複素誘電率の算出が前記混合体の比誘電率の算出であり、前記誘電体の複素誘電率の算出が、前記誘電体の比誘電率の算出であることを特徴とする請求項２に記載の誘電体の複素誘電率の測定方法。
【請求項４】
前記誘電体の比誘電率が、対数混合則、リヒトネッカロータの式およびウイナーの式のいずれか一つの式を用いて算出されることを特徴とする請求項３に記載の誘電体の複素誘電率の測定方法。
【請求項５】
前記混合体の複素誘電率の算出が前記混合体の誘電正接の算出であり、前記誘電体の複素誘電率の算出が前記誘電体の誘電正接の算出であることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の誘電体の複素誘電率の測定方法。
【請求項６】
前記誘電体の誘電正接の算出が、混合則の式を用いて行われることを特徴とする請求項５に記載の誘電体の複素誘電率の測定方法。
【請求項７】
前記誘電体は前記モード発生器の閉空間の断面と同一の断面を有する誘電体の成形物であって、
前記モード発生器内には、前記誘電体とともに気体が封入され、
前記測定工程は、前記電磁波の共振モードにおける共振周波数、挿入損失および電力半値幅を測定し、
前記算出工程は、測定された前記共振周波数、前記挿入損失および前記電力半値幅から、前記誘電体の成形物の複素誘電率を算出することを特徴とする請求項１に記載の誘電体の複素誘電率の測定方法。
【請求項８】
前記誘電体の成形物の複素誘電率の算出が、前記誘電体の成形物の比誘電率の算出であることを特徴とする請求項７に記載の誘電体の複素誘電率の測定方法。
【請求項９】
前記誘電体の成形物の複素誘電率の算出が前記誘電体の成形物の誘電正接の算出であることを特徴とする請求項７に記載の誘電体の複素誘電率の測定方法。
【請求項１０】
前記誘電体の成形物が、柱状であることを特徴とする請求項７〜９の何れか１項に記載の粉体状の誘電体の複素誘電率の測定方法。
【請求項１１】
前記モード発生器が、円筒型の共振器であることを特徴とする請求項２〜１０の何れか１項に記載の誘電体の複素誘電率の測定方法。
【請求項１２】
前記モード発生器が、空洞共振器であることを特徴とする請求項２〜１０の何れか１項に記載の誘電体の複素誘電率の測定方法。
【請求項１３】
前記電磁波の共振モードが、ＴＥ011モードであることを特徴とする請求項２〜１２の何れか１項に記載の誘電体の複素誘電率の測定方法。
【請求項１４】
前記モード発生器内で前記誘電体を乾燥させる工程を備えたことを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載の誘電体の複素誘電率の測定方法。
【請求項１５】
前記モード発生器を真空引きすることにより前記誘電体を乾燥させる工程を備えたことを特徴とする請求項１４に記載の誘電体の複素誘電率の測定方法。
【請求項１６】
前記モード発生器は導波管であって、
前記導波管内には、前記誘電体とともに気体または液体が封入され、
前記算出工程は、測定された前記電磁波を基に、前記粉体と気体または液体とからなる混合体の比誘電率を算出し、
前記算出工程は、前記混合体の比誘電率と前記混合体における前記粉体の体積比率とから前記粉体の比誘電率を算出することを特徴とする請求項１に記載の誘電体の複素誘電率の測定方法。
【請求項１７】
前記誘電体の比誘電率が、対数混合則、リヒトネッカロータの式およびウイナーの式のいずれか一つの式を用いて算出されることを特徴とする請求項１６に記載の誘電体の複素誘電率の測定方法。
【請求項１８】
前記導波管は、同軸型の導波管であることを特徴とする請求項１６または１７に記載の誘電体の複素誘電率の測定方法。
【請求項１９】
前記導波管は、方形型の導波管であることを特徴とする請求項１６または１７に記載の誘電体の複素誘電率の測定方法。
【請求項２０】
前記導波管は、円形型の導波管であることを特徴とする請求項１６または１７に記載の誘電体の複素誘電率の測定方法。
【請求項２１】
前記導波管は、前記気体または前記液体を保持するシール部を備えたことを特徴とする請求項１６〜２０のいずれか１項に記載の誘電体の複素誘電率の測定方法。
【請求項２２】
前記混合体における前記粉体の体積比率が０．３２〜０．４２に設定されるとともに、前記電磁波の周波数が０．１ＧＨｚ以上であることを特徴とする請求項１６〜２１のいずれか１項に記載の誘電体の複素誘電率の測定方法。
【請求項２３】
それぞれ粉体の種類が異なり且つ体積比率が同一である複数の混合体のそれぞれの比誘電率を測定する工程と、
前記複数の混合体の比誘電率の大きさを比較することにより、複数の誘電体の比誘電率を比較測定する工程と、を備えたことを特徴とする請求項１７に記載の誘電体の複素誘電率の測定方法。
【請求項２４】
誘電体が内部に配置されるモード発生器と、
前記誘電体が配置された前記モード発生器に電磁波を入力し、前記電磁波の入力に応答して前記モード発生器から出力された前記電磁波を測定する電磁波生成解析器と、
測定された前記電磁波を基に、前記誘電体の複素誘電率を算出する演算処理装置と、を備えていることを特徴とする誘電体の複素誘電率の測定装置。
【請求項２５】
前記モード発生器は、前記誘電体および気体を封入するための共振器であり、
前記電磁波生成解析器は、前記電磁波の共振モードにおける共振周波数、挿入損失および電力半値幅を測定し、
前記演算処理装置は、前記共振周波数、前記挿入損失および前記電力半値幅を基に、前記誘電体の複素誘電率を算出することを特徴とする請求項２４に記載の誘電体の複素誘電率の測定装置。
【請求項２６】
前記共振器が、
貫通孔を備えた第一のピストンと、
前記第一のピストンと対向配置された第二のピストンと、
前記第一のピストン及び前記第二のピストンを覆うことにより閉空間を形成するシリンダと、
前記貫通孔に挿入された前記電磁波入力及び出力用の同軸ケーブルと、を備えていることを特徴とする請求項２５に記載の誘電体の複素誘電率の測定装置。
【請求項２７】
前記第一のピストン先端部または前記第二のピストンの先端部には、円環状の溝が形成されていることを特徴とする請求項２６に記載の誘電体の複素誘電率の測定装置。
【請求項２８】
前記第一のピストン先端部または前記第二のピストンの先端部には、円環状の導体板または誘電体板が取り付けられていることを特徴とする請求項２６に記載の誘電体の複素誘電率の測定装置。
【請求項２９】
前記演算処理装置が、前記誘電体が粉体状である場合、測定された前記共振周波数、前記挿入損失および前記電力半値幅から、前記共振器内の前記誘電体と前記気体とが混合した混合体の複素誘電率を算出し、算出された前記混合体の複素誘電率および前記混合体中の前記誘電体の体積比率から、前記誘電体の複素誘電率を算出することを特徴とする請求項２５〜２８の何れか１項に記載の誘電体の複素誘電率の測定装置。
【請求項３０】
前記混合体の複素誘電率の算出が、前記混合体の比誘電率の算出であり、前記誘電体の複素誘電率の算出が、前記誘電体の比誘電率の算出であることを特徴とする請求項２９に記載の誘電体の複素誘電率の測定装置。
【請求項３１】
前記誘電体の比誘電率が、対数混合則、リヒトネッカロータの式およびウイナーの式のいずれかの式を用いて算出されることを特徴とする請求項３０に記載の誘電体の複素誘電率の測定装置。
【請求項３２】
前記混合体の複素誘電率の算出が、前記混合体の誘電正接の算出であり、前記誘電体の複素誘電率の算出が、前記誘電体の誘電正接の算出であることを特徴とする請求項２９に記載の誘電体の複素誘電率の測定装置。
【請求項３３】
前記誘電体の誘電正接が、混合則の式を用いて算出されることを特徴とする請求項３２に記載の誘電体の複素誘電率の測定装置。
【請求項３４】
前記演算処理装置が、前記柱状の誘電体が成形物である場合、測定された前記共振周波数、前記挿入損失および前記電力半値幅から、前記誘電体の成形物の複素誘電率を算出すること特徴とする請求項２５〜２８のいずれか１項に記載の誘電体の複素誘電率の測定装置。
【請求項３５】
前記誘電体の成形物の複素誘電率の算出が、前記誘電体の成形物の比誘電率の算出であることを特徴とする請求項３４に記載の誘電体の複素誘電率の測定装置。
【請求項３６】
前記誘電体の成形物の複素誘電率の算出が、前記誘電体の成形物の誘電正接の算出であることを特徴とする請求項３４に記載の誘電体の複素誘電率の測定装置。
【請求項３７】
前記電磁波の共振モードが、ＴＥ011モードであることを特徴とする請求項２５〜３６のいずれか１項に記載の誘電体の複素誘電率の測定装置。
【請求項３８】
前記共振器内の閉空間を真空引きして、前記共振器内の前記誘電体を乾燥させる真空装置を備えたことを特徴とする請求項２５〜３７のいずれか１項に記載の粉体状の誘電体の複素誘電率の測定方法。
【請求項３９】
前記共振器内に、前記閉空間の断面と同一の断面を有する柱状の誘電体の成形物および気体を封入することを特徴とする請求項３４〜３６のいずれか１項に記載の誘電体の複素誘電率の測定装置。
【請求項４０】
誘電体および気体を、前記共振器内に形成された断面が略円形の閉空間内に封入することを特徴とする請求項２５〜３９のいずれか１項に記載の誘電体の複素誘電率の測定装置。
【請求項４１】
前記モード生成器は、複素誘電率を測定すべき粉体と、気体または液体とからなる混合体を内部に充填する導波管であることを特徴とする請求項２４に記載の誘電体の複素誘電率の測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、誘電体の複素誘電率の測定方法及び測定装置に関するものであり、さらに詳細には、誘電体の複素誘電率を高い精度で測定することができる誘電体の複素誘電率の測定方法及び測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
各種無線装置の高性能化に伴い、数ＧＨｚ以上の高周波帯域において高い性能を有する高周波用のセラミックス誘電体が求められている。一般に、セラミックス誘電体は、粉体状の誘電体を焼成した焼成品の形で回路部品として用いられている。また、粉体状の誘電体と樹脂などを種々の比率で混合した複合誘電体も、回路部品として用いられている。
【０００３】
したがって、高周波用のセラミックス誘電体を開発するにあたっては、誘電体の誘電特性として、誘電体の複素誘電率を、粉体，焼成品等の状態に応じて測定することが必要不可欠になる。
【０００４】
粉体状の誘電体の複素誘電率のうち比誘電率は、たとえば、一定の間隔を置いて、対向するように、一対の電極が配置された容器内に、比誘電率を測定すべき粉体状の誘電体を封入し、一対の電極間に、電圧を印加して、粉体状の誘電体と空気との混合体の比誘電率を測定し、測定された混合体の比誘電率から算出されていた（特許文献１参照）。
【０００５】
一方、粉体状の誘電体を焼成等により成形した誘電体の成形物の複素誘電率の測定は、一般には、摂動法や空洞共振器法および誘電体共振器法を用いて行われている（非特許文献１，２，３参照）。摂動法や空洞共振器法および誘電体共振器法では、測定対象となる誘電体の成形物が、それぞれの測定方法で定められた所定の形状であることが必要である。例えば、摂動法では細長い棒状に、空洞共振器法ではシート状に、誘電体共振器法では円柱状に、測定対象となる誘電体が成形されている必要がある。
【０００６】
【特許文献１】特開平６−１３８０７６号公報
【非特許文献１】飯島康、「Electronic Monthly」、新光商事株式会社、１９９８年７月
【非特許文献２】JIS R 1627:1996 「マイクロ波用ファインセラミックスの誘電特性の試験方法」、日本規格協会、１９９６年７月
【非特許文献３】JIS R 1641:2002 「ファインセラミックス基板のマイクロ波誘電特性の試験方法」、日本規格協会、２００２年１月
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来の粉体状の誘電体の比誘電率の測定方法においては、数ＧＨｚ以上の高周波帯域において、粉体状の誘電体の比誘電率を測定する場合には、浮遊容量や浮遊リアクタンスの存在が無理できなくなり、その結果、測定装置全体が共振し、高い精度で、粉体状の誘電体の比誘電率を測定できないという問題があった。また、従来は、粉体状の誘電体の複素誘電率のうち誘電正接を、所望のように、測定する実用的な方法は知られていなかった。
【０００８】
一方、誘電体の成形物については、誘電体の種類によっては、誘電体の成形物を円柱状に成形することは容易であるが、細長い棒状や板状に成形するのが困難であり、摂動法や空洞共振器法を用いて誘電体の複素誘電率を測定することができないという問題があった。一方、円柱状の誘電体の成形物を測定することが可能な誘電体共振器法では、複素誘電率のうち比誘電率が低い誘電体、たとえば、樹脂などについては、誘電体の比誘電率および誘電正接を測定できないという問題があった。
【０００９】
本発明は、上記事情を鑑み、数ＧＨｚ以上の高周波帯域においても、高い精度で、粉体状の誘電体または誘電体の成形物の複素誘電率を測定可能な粉体状の誘電体または誘電体の成形物の複素誘電率の測定方法及び測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
（１）  モード発生器内に誘電体を封入する封入工程と、
前記モード発生器に電磁波を入力する入力工程と、
前記モード発生器から出力される電磁波を測定する測定工程と、
測定された前記電磁波を基に複素誘電率を算出する算出工程と、を備えたことを特徴とする誘電体の複素誘電率の測定方法。
（２）  前記誘電体は粉体状の誘電体であって、
前記モード発生器内には、前記誘電体とともに気体が封入され、
前記測定工程は、前記電磁波の共振モードにおけるＳパラメータを測定し、
前記算出工程は、前記Ｓパラメータを基に、前記モード発生器内の前記誘電体と前記気体とが混合した混合体の複素誘電率を算出する工程と、
算出された前記混合体の複素誘電率および前記混合体中の前記誘電体の体積比率から、前記誘電体の複素誘電率を算出する工程と、を備えたことを特徴とする（１）に記載の誘電体の複素誘電率の測定方法。
（３）  前記混合体の複素誘電率の算出が前記混合体の比誘電率の算出であり、前記誘電体の複素誘電率の算出が、前記誘電体の比誘電率の算出であることを特徴とする（２）に記載の誘電体の複素誘電率の測定方法。
（４）  前記誘電体の比誘電率が、対数混合則、リヒトネッカロータの式およびウイナーの式のいずれか一つの式を用いて算出されることを特徴とする（３）に記載の誘電体の複素誘電率の測定方法。
（５）  前記混合体の複素誘電率の算出が前記混合体の誘電正接の算出であり、前記誘電体の複素誘電率の算出が前記誘電体の誘電正接の算出であることを特徴とする（２）〜（４）のいずれか１項に記載の誘電体の複素誘電率の測定方法。
（６）  前記誘電体の誘電正接の算出が、混合則の式を用いて行われることを特徴とする（５）に記載の誘電体の複素誘電率の測定方法。
（７）  前記誘電体は前記モード発生器の閉空間の断面と同一の断面を有する誘電体の成形物であって、
前記モード発生器内には、前記誘電体とともに気体が封入され、
前記測定工程は、前記電磁波の共振モードにおける共振周波数、挿入損失および電力半値幅を測定し、
前記算出工程は、測定された前記共振周波数、前記挿入損失および前記電力半値幅から、前記誘電体の成形物の複素誘電率を算出することを特徴とする（１）に記載の誘電体の複素誘電率の測定方法。
（８）  前記誘電体の成形物の複素誘電率の算出が、前記誘電体の成形物の比誘電率の算出であることを特徴とする（７）に記載の誘電体の複素誘電率の測定方法。
（９）  前記誘電体の成形物の複素誘電率の算出が前記誘電体の成形物の誘電正接の算出であることを特徴とする（７）に記載の誘電体の複素誘電率の測定方法。
（１０）  前記誘電体の成形物が、柱状であることを特徴とする（７）〜（９）の何れか１項に記載の粉体状の誘電体の複素誘電率の測定方法。
（１１）  前記モード発生器が、円筒型の共振器であることを特徴とする（２）〜（１０）の何れか１項に記載の誘電体の複素誘電率の測定方法。
（１２）  前記モード発生器が、空洞共振器であることを特徴とする（２）〜（１０）の何れか１項に記載の誘電体の複素誘電率の測定方法。
（１３）  前記電磁波の共振モードが、ＴＥ011モードであることを特徴とする（２）〜（１２）の何れか１項に記載の誘電体の複素誘電率の測定方法。
（１４）  前記モード発生器内で前記誘電体を乾燥させる工程を備えたことを特徴とする（１）〜（１３）のいずれか１項に記載の誘電体の複素誘電率の測定方法。
（１５）  前記モード発生器内を真空引きすることにより前記誘電体を乾燥させる工程を備えたことを特徴とする（１４）に記載の誘電体の複素誘電率の測定方法。
（１６）  前記モード発生器は導波管であって、
前記導波管内には、前記誘電体とともに気体または液体が封入され、
前記算出工程は、測定された前記電磁波を基に、前記粉体と気体または液体とからなる混合体の比誘電率を算出し、
前記算出工程は、前記混合体の比誘電率と前記混合体における前記粉体の体積比率とから前記粉体の比誘電率を算出することを特徴とする（１）に記載の誘電体の複素誘電率の測定方法。
（１７）  前記誘電体の比誘電率が、対数混合則、リヒトネッカロータの式およびウイナーの式のいずれか一つの式を用いて算出されることを特徴とする（１６）に記載の誘電体の複素誘電率の測定方法。
（１８）  前記導波管は、同軸型の導波管であることを特徴とする（１６）または（１７）に記載の誘電体の複素誘電率の測定方法。
（１９）  前記導波管は、方形型の導波管であることを特徴とする（１６）または（１７）に記載の誘電体の複素誘電率の測定方法。
（２０）  前記導波管は、円形型の導波管であることを特徴とする（１６）または（１７）に記載の誘電体の複素誘電率の測定方法。
（２１）  前記導波管は、前記気体または前記液体を保持するシール部を備えたことを特徴とする（１６）〜（２０）のいずれか１項に記載の誘電体の複素誘電率の測定方法。
（２２）  前記混合体における前記粉体の体積比率が０．３２〜０．４２に設定されるとともに、前記電磁波の周波数が０．１ＧＨｚ以上であることを特徴とする（１６）〜（２１）のいずれか１項に記載の誘電体の複素誘電率の測定方法。
（２３）  それぞれ粉体の種類が異なり且つ体積比率が同一である複数の混合体のそれぞれの比誘電率を測定する工程と、
前記複数の混合体の比誘電率の大きさを比較することにより、複数の誘電体の比誘電率を比較測定する工程と、を備えたことを特徴とする（１７）に記載の誘電体の複素誘電率の測定方法。
（２４）  誘電体が内部に配置されるモード発生器と、
前記誘電体が配置された前記モード発生器に電磁波を入力し、前記電磁波の入力に応答して前記モード発生器から出力された前記電磁波を測定する電磁波生成解析器と、
測定された前記電磁波を基に、前記誘電体の複素誘電率を算出する演算処理装置と、を備えていることを特徴とする誘電体の複素誘電率の測定装置。
（２５）  前記モード発生器は、前記誘電体および気体を封入するための共振器であり、
前記電磁波生成解析器は、前記電磁波の共振モードにおける共振周波数、挿入損失および電力半値幅を測定し、
前記演算処理装置は、前記共振周波数、前記挿入損失および前記電力半値幅を基に、前記誘電体の複素誘電率を算出することを特徴とする（２４）に記載の誘電体の複素誘電率の測定装置。
（２６）  前記共振器が、
貫通孔を備えた第一のピストンと、
前記第一のピストンと対向配置された第二のピストンと、
前記第一のピストン及び前記第二のピストンを覆うことにより閉空間を形成するシリンダと、
前記貫通孔に挿入された前記電磁波入力及び出力用の同軸ケーブルと、を備えていることを特徴とする（２５）に記載の誘電体の複素誘電率の測定装置。
（２７）  前記第一のピストン先端部または前記第二のピストンの先端部には、円環状の溝が形成されていることを特徴とする（２６）に記載の誘電体の複素誘電率の測定装置。
（２８）  前記第一のピストン先端部または前記第二のピストンの先端部には、円環状の導体板または誘電体板が取り付けられていることを特徴とする（２６）に記載の誘電体の複素誘電率の測定装置。
（２９）  前記演算処理装置が、前記誘電体が粉体状である場合、測定された前記共振周波数、前記挿入損失および前記電力半値幅から、前記共振器内の前記誘電体と前記気体とが混合した混合体の複素誘電率を算出し、算出された前記混合体の複素誘電率および前記混合体中の前記誘電体の体積比率から、前記誘電体の複素誘電率を算出することを特徴とする（２５）〜（２８）の何れか１項に記載の誘電体の複素誘電率の測定装置。
（３０）  前記混合体の複素誘電率の算出が、前記混合体の比誘電率の算出であり、前記誘電体の複素誘電率の算出が、前記誘電体の比誘電率の算出であることを特徴とする（２９）に記載の誘電体の複素誘電率の測定装置。
（３１）  前記誘電体の比誘電率が、対数混合則、リヒトネッカロータの式およびウイナーの式のいずれかの式を用いて算出されることを特徴とする（３０）に記載の誘電体の複素誘電率の測定装置。
（３２）  前記混合体の複素誘電率の算出が、前記混合体の誘電正接の算出であり、前記誘電体の複素誘電率の算出が、前記誘電体の誘電正接の算出であることを特徴とする（２９）に記載の誘電体の複素誘電率の測定装置。
（３３）  前記誘電体の誘電正接が、混合則の式を用いて算出されることを特徴とする（３２）に記載の誘電体の複素誘電率の測定装置。
（３４）  前記演算処理装置が、前記柱状の誘電体が成形物である場合、測定された前記共振周波数、前記挿入損失および前記電力半値幅から、前記誘電体の成形物の複素誘電率を算出すること特徴とする（２５）〜（２８）のいずれか１項に記載の誘電体の複素誘電率の測定装置。
（３５）  前記誘電体の成形物の複素誘電率の算出が、前記誘電体の成形物の比誘電率の算出であることを特徴とする（３４）に記載の誘電体の複素誘電率の測定装置。
（３６）  前記誘電体の成形物の複素誘電率の算出が、前記誘電体の成形物の誘電正接の算出であることを特徴とする（３４）に記載の誘電体の複素誘電率の測定装置。
（３７）  前記電磁波の共振モードが、ＴＥ011モードであることを特徴とする（２５）〜（３６）のいずれか１項に記載の誘電体の複素誘電率の測定装置。
（３８）  前記共振器内の閉空間を真空引きして、前記共振器内の前記誘電体を乾燥させる真空装置を備えたことを特徴とする（２５）〜（３７）のいずれか１項に記載の粉体状の誘電体の複素誘電率の測定方法。
（３９）  前記共振器内に、前記閉空間の断面と同一の断面を有する柱状の誘電体の成形物および気体を封入することを特徴とする（３４）〜（３６）のいずれか１項に記載の誘電体の複素誘電率の測定装置。
（４０）  誘電体および気体を、前記共振器内に形成された断面が略円形の閉空間内に封入することを特徴とする（２５）〜（３９）のいずれか１項に記載の誘電体の複素誘電率の測定装置。
（４１）  前記モード生成器は、複素誘電率を測定すべき粉体と、気体または液体とからなる混合体を内部に充填する導波管であることを特徴とする（２４）記載の誘電体の複素誘電率の測定装置。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、数ＧＨｚ以上の高周波帯域においても、高い精度で、粉体状の誘電体の複素誘電率を測定することができる誘電体の複素誘電率の測定方法及び測定装置を提供することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、添付図面に基づいて、本発明の好ましい実施形態につき、詳細に説明を加える。
【００１３】
まず、詳細な実施形態の説明に入る前に、本発明に係る誘電体の複素誘電率の測定方法の基本的な原理について大まかに説明する。なお、以下の説明において、"粉体状の誘電体の複素誘電率"は、誘電体の比誘電率および誘電体の誘電正接を意味するものとする。
【００１４】
図１は、本発明に係る誘電体の複素誘電率の測定装置の概略構成を示すブロック図である。
【００１５】
図１に示されるように、測定装置１は、モード発生器２、電磁波生成解析器３及び演算処理装置４によって構成されている。
【００１６】
モード発生器２は、複素誘電率を測定すべき誘電体を気体ととも保持する容器である。このモード発生器２は、入力される電磁波に対し所定のモードの波のみを存在可能とするものであり、例えば共振器や導波管を用いることが可能である。ここで、モード発生器２内に封入される誘電体は、粉体状の誘電体、粉体の誘電体を焼成することにより成形された単一の素材からなる成形物、粉体状の誘電体と樹脂などを種々の比率で混合して成形した複数の素材からなる成形物等が考えられる。
【００１７】
電磁波生成解析器３は、モード発生器２内に電磁波を入力するとともに、入力された電磁波に応答してモード発生器２から出力される電磁波を受信する。そして、電磁波生成解析器３は、この受信した電磁波を解析することによって、モード発生器２内の電磁波のＳパラメータを算出し、そして算出されたＳパラメータのデータを演算処理装置４に出力する。ここで、電磁波のＳパラメータとは、電磁波の透過係数及び反射係数を指す。
【００１８】
演算処理装置４は、電磁波生成解析器３から入力されたＳパラメータを基に、誘電体の複素誘電率を算出する。
モード発生器２内に配置された誘電体が成形物ではなく、粉体状である場合には、演算処理装置４は、粉体状の誘電体の複素誘電率を直接算出することはできず、まず粉体状の誘電体と空気の混合物の複素誘電率を求め、そしてリヒトネッカロータの式やウイナーの式等を用いて粉体状の誘電体だけの複素誘電率を求める。
【００１９】
このように、本発明に係る誘電体の複素誘電率の測定装置では、モード発生器２内に電磁波を入力し、出力される電磁波を基に解析を行うことによって、粉体状または成形物である誘電体の複素誘電率を測定するように構成されている。
【００２０】
以下、より具体的な測定装置の構造を説明していきながら、誘電体の複素誘電率の測定方法について説明を行う。
【００２１】
（第１実施形態）
以下、本発明に係る誘電体の複素誘電率の測定装置及び測定方法の第１実施形態について、詳細に説明する。本実施形態は、図１に示すモード発生器として空洞共振器を用いた例である。
【００２２】
図２は、本実施形態の誘電体の複素誘電率の測定方法を実施する測定装置のブロック図であり、図３は、空洞共振器の略斜視図であり、図４は、図３に示された空洞共振器のＸ−Ｘ線に沿った略断面図であり、誘電体として粉体状の誘電体が示されている。
【００２３】
図２に示されるように、測定装置１２は、空洞共振器１４とネットワークアナライザ１６と演算処理装置１８を備えており、順に図１のモード発生器２、電磁波生成解析器３及び演算処理装置４にそれぞれ対応している。すなわち、本実施形態の測定装置１２は、モード発生器２として空洞共振器１４を適用している。
【００２４】
空洞共振器１４は、複素誘電率を測定すべき誘電体を封入するための円筒状の金属製容器である。この空洞共振器１４内に、電磁波が入力されると、空洞共振器１４の形状に応じた共鳴により所定モードの電磁波が強く観測される。
【００２５】
ネットワークアナライザ１６は、空洞共振器１４内に電磁波を入力し、電磁波の入力に応答して、空洞共振器１４から出力された電磁波を受け取る。そして、空洞共振器１４から受けた電磁波から、所定モードの電磁波の共振周波数、挿入損失および電力半値幅を測定して、測定結果を演算処理装置１８に出力する。
【００２６】
演算処理装置１８は、ネットワークアナライザ１６から入力された共振周波数、挿入損失および電力半値幅から、誘電体の複素誘電率を算出するように構成されている。
【００２７】
図３に示されるように、空洞共振器１４は、シリンダ１１４、第一のピストン１２０、同軸ケーブル１２２、ねじ１３４ａ，１３４ｂおよび第二のピストン１４０を備えている。
【００２８】
図４に示されるように、第一のピストン１２０は、第一の円板１２６と、第一の円板１２６の中心に一体に立設された第一の円柱体１２８を有している。第一の円板１２６および第一の円柱体１２８には、第１の円柱体１２８の軸方向に沿って２つの貫通孔１３０ａ，１３０ｂが形成されている。また、第一の円柱体１２８の先端部の周縁部分には、円環状の溝１３２が形成されている。
【００２９】
図４に示されるように、同軸ケーブル１２２は、第一の円板１２６および第一の円柱体１２８に形成された２つの貫通孔１３０ａ，１３０ｂ内に挿入され、同軸ケーブル１２２の先端部には、ループアンテナ１２４が取り付けられている。
【００３０】
図４に示されるように、第二のピストン１４０は、第二の円板１４２と、第二の円板１４２の中心に一体に立設された第二の円柱体１４４を有している。ここで、第二の円柱体１４４の外径は、第一の円柱体１２８の外径と等しい。
【００３１】
図４に示されるように、シリンダ１１４の中央部には、第一のピストン１２０の第一の円柱体１２８の外径および第二のピストン１４０の第二の円柱体１４４の外径に略等しい内径を有する貫通孔１１６が形成されている。この貫通孔１１６内には、上方から第一のピストン１２０の第一の円柱体１２８が挿入され、下方から第二のピストン１４０の第二の円柱体１４４が挿入され、シリンダ１１４の貫通孔１１６内には、第一のピストン１２０の第一の円柱体１２８と、第二のピストン１４０の第二の円柱体１４４とによって、閉空間１０９が形成されている。この閉空間１０９は、空洞共振器１４の共鳴空洞となる領域であり、ここに測定すべき粉体状の誘電体または誘電体の成形物が気体とともに封入される。
【００３２】
また、シリンダ１１４には、シリンダ１１４の軸方向に略直交する２つの貫通孔１３６ａ、１３６ｂが形成されており、貫通孔１３６ａ内には、第一のピストン１２０の第一の円柱体１２８の位置を調整するねじ１３４ａが挿入され、貫通孔３６ｂ内には、第二のピストン１４０の第二の円柱体４４の位置を調整するねじ１３４ｂが挿入されている。
【００３３】
以上のように構成された測定装置１２においては、以下のようにして、粉体状の誘電体の複素誘電率が測定される。
【００３４】
（粉体状の誘電体の複素誘電率測定）
まず、主として図４を参照しながら、粉体状の誘電体の複素誘電率の測定について説明する。
粉体状の誘電体の複素誘電率を測定するにあたっては、まず、空気やアルゴンガスや窒素ガスなどの気体が、空洞共振器１４内に形成された閉空間内に封入される。この状態で、ネットワークアナライザ１６は、同軸ケーブル１２２およびループアンテナ１２４を介して、電磁波を空洞共振器１４内に出力する。
【００３５】
空洞共振器１４は、電磁波の入力に応答して、所定のモードの電磁波を励起させる。この励起した電磁波は、ループアンテナ１２４によって受信される。ループアンテナ１２４によって受信された電磁波は、同軸ケーブル１２２を介して、ネットワークアナライザ１６に入力される。
【００３６】
ネットワークアナライザ１６は、空洞共振器１４から出力された電磁波を基に、空洞共振器１４内での共振モードであるＴＥ011モードでの共振周波数ｆ1、共振周波数ｆ1における挿入損失ＩＬ1および電力半値幅Δｆ1、ならびにＴＥ012モードでの共振周波数ｆ2が測定される。
【００３７】
一般に、空洞共振器１４に、ネットワークアナライザ１６から、電磁波を入力したときは、ＴＥ011モードに対する縮退モードとして、ＴＭ111モードが存在する。このＴＭ111モードの共振周波数は、ＴＥ011モードでの共振周波数と非常に近い周波数帯であるため測定された周波数スペクトル上では２つのピークが重なり合ってしまい、ＴＥ011モードでの共振周波数、挿入損失および電力半値幅を正確に測定できないという問題がある。
【００３８】
しかし、本実施形態では、この問題を解決するために、第一のピストン１２０の第一の円柱体１２８の先端部に円環状の溝１３２が形成されており、また閉空間１０９内には空気やアルゴンガスや窒素ガスなどの気体が封入されている。これらにより、空洞共振器１４内におけるＴＥ011モードでの共振周波数とＴＭ111モードでの共振周波数が分離され、この共振周波数の分離によりＴＥ011モードでの共振周波数が正確に測定される。
【００３９】
ネットワークアナライザ１６は、測定したＴＥ011モードでの共振周波数ｆ1、共振周波数ｆ1における挿入損失ＩＬ1および電力半値幅Δｆ1、ならびにＴＥ012モードでの共振周波数ｆ2を演算処理装置１８に出力する。
【００４０】
ネットワークアナライザ１６がＴＥ011モードでの共振周波数ｆ1、共振周波数ｆ1における挿入損失ＩＬ1および電力半値幅Δｆ1、ならびにＴＥ012モードでの共振周波数ｆ2を演算処理装置１８に出力すると、複素誘電率を測定すべき粉体状の誘電体１１０が、空洞共振器１４の閉空間内に封入される。
【００４１】
ここに、測定すべき粉体状の誘電体１１０は、予め、真空中に置き、または加熱等を行い、誘電体１１０に含まれる水分を除去することにより、乾燥されていることが好ましい。
一般に、粉体状の誘電体１１０の複素誘電率の測定においては、粉体状の誘電体１１０の表面に吸着した水分の影響により、粉体状の誘電体１１０の複素誘電率の測定に誤差が生じるという問題がある。しかし、上記構成においては、測定すべき粉体状の誘電体１１０の水分を予め除去した後に、粉体状の誘電体１１０の複素誘電率を測定するように構成しているので、粉体状の誘電体１１０の複素誘電率の測定の精度を高めることができる。
【００４２】
粉体状の誘電体１１０が空洞共振器１４の閉空間内に封入されると、図４に示されるように、空洞共振器１４の閉空間内に、空気やアルゴンガスや窒素ガスなどの気体の層１１２と、粉体状の誘電体１１０と気体とが混合した混合体の層１１８が形成される。
【００４３】
次いで、ネットワークアナライザ１６は、複素誘電率を測定すべき粉体状の誘電体１１０が封入された空洞共振器１４に、同軸ケーブル１２２およびループアンテナ１２４を介して電磁波を出力する。
【００４４】
ネットワークアナライザ１６が空洞共振器１４内に電磁波を入力すると、電磁波の入力に応答して、空洞共振器１４から電磁波が出力され、ループアンテナ１２４によって受信される。ループアンテナ１２４によって受信された電磁波は、同軸ケーブル１２２を介して、ネットワークアナライザ１６に入力される。
【００４５】
ネットワークアナライザ１６は、入力された電磁波を解析して、共振モードのうちのＴＥ011モードでの共振周波数ｆ3、共振周波数ｆ3における挿入損失ＩＬ3および電力半値幅Δｆ3を求める。そして、ネットワークアナライザ１６は、ＴＥ011モードでの共振周波数ｆ3、共振周波数ｆ3における挿入損失ＩＬ3および電力半値幅Δｆ3のデータを演算処理装置１８に出力する。
【００４６】
演算処理装置１８は、ネットワークアナライザ１６から入力された共振周波数ｆ1、挿入損失ＩＬ1、電力半値幅Δｆ1および共振周波数ｆ2を基に、以下の式（１）〜式（３）を用いて、空洞共振器１４の内壁の実効導電率σ、粉体状の誘電体１１０が空洞共振器１４の閉空間内に封入されていない状態における空洞共振器１４の無負荷Ｑ値であるＱ1および空洞共振器１４の閉空間の見かけの直径Ｄを求める。
【００４７】
【数１】
2005062152.tif 000003
Ｈ：閉空間の見かけの高さ
Ｄ：閉空間の見かけの直径
j′n1m1：ｎ1次の第一種ベッセル関数の微分をj′n1(x)としたときのj′n1(x)=0なる第ｍ1番目の解
j′n2m2：ｎ2次の第一種ベッセル関数の微分をj′n2(x)としたときのj′n2(x)=0なる第ｍ2番目の解
ｃ：真空中の光速度
【００４８】
【数２】
2005062152.tif 000004
ｆ1：共振周波数
Δｆ1：電力半値幅
IL1：挿入損失
【００４９】
【数３】
2005062152.tif 000005
σ：空洞共振器の内壁の実効導電率
μ0：真空中の透磁率
π：円周率
【００５０】
次いで、演算処理装置１８は、ネットワークアナライザ１６から入力された共振周波数ｆ3、電力半値幅Δｆ3、挿入損失ＩＬ3および既に求められた空洞共振器１４の閉空間の見かけの直径Ｄならびに閉空間内に封入された気体の層１１２の厚さＬ1および粉体状の誘電体１１０と気体とが混合した混合体の層１１８の厚さＬ2を、式（４）および（５）に代入して、粉体状の誘電体１１０が空洞共振器１４に封入された状態における空洞共振器１４の無負荷Ｑ値であるＱ3および粉体状の誘電体１１０と気体とが混合した混合体の層１１８の複素誘電率のうち比誘電率εr2を算出する。
【００５１】
ここに、気体の層１１２の厚さＬ1および粉体状の誘電体１１０と気体とが混合した混合体の層１１８の厚さＬ2は、予め設定された値であって、測定者によって設定されたあと、演算処理装置１８に入力される。
【００５２】
【数４】
2005062152.tif 000006
ｆ3：共振周波数
Δｆ3：電力半値幅
IL3：挿入損失
【００５３】
【数５】
2005062152.tif 000007
Ｌ1：気体の層１１２の厚さ
Ｌ2：粉体状の誘電体１１０と気体とが混合した混合体の層１１８の厚さ
Ｄ：閉空間の見かけの直径
εr1：気体の比誘電率
εr2：粉体状の誘電体１１０と気体とが混合した混合体の層１１８の比誘電率
j′nm：ｎ次の第一種ベッセル関数の微分をj′n(x)としたときの  j′n(x)=0なる第ｍ番目の解
【００５４】
次いで、演算処理装置１８は、既に算出した実効導電率σ、粉体状の誘電体１１０が空洞共振器１４に封入された状態における空洞共振器１４の無負荷Ｑ値であるＱ3、閉空間の見かけの直径Ｄ、閉空間内に封入された気体の層１１２の厚さＬ1および粉体状の誘電体１１０と気体とが混合した混合体の層１１８の厚さＬ2を、式（６）に代入して、粉体状の誘電体１１０と気体とが混合した混合体の層１１８の複素誘電率のうち誘電正接を算出する。
【００５５】
【数６】
2005062152.tif 000008
Ｑ3：粉体状の誘電体１１０が空洞共振器１４に封入された状態における空洞共振器１４の無負荷Ｑ値
We1：気体の層１１２の電界の蓄積エネルギー
We2：粉体状の誘電体１１０と気体とが混合した混合体の層１１８の電界の蓄積エネルギー
Pcy1：シリンダ１１４の気体の層１１２と接する部分における導体損
Pcy2：シリンダ１１４の粉体状の誘電体１１０と気体とが混合した混合体の層１１８と接する部分における導体損
Pend1：第一のピストン１２０の気体の層１１２と接する部分における導体損
Pend2：第二のピストン１４０の粉体状の誘電体１１０と気体とが混合した混合体の層１１８と接する部分における導体損
ω：角周波数
Rs：空洞共振器の内壁の表面抵抗
j′01：０次の第一種ベッセル関数の微分をj′0(x)としたときのj′0(x)=0なる第一番目の解
【００５６】
以上により、粉体状の誘電体１１０と気体とが混合した混合体の層１１８の複素誘電率として比誘電率εr2および誘電正接が算出される。
【００５７】
さらに、演算処理装置１８は、こうして算出した粉体状の誘電体１１０と気体とが混合した混合体の層１１８の比誘電率εr2を対数混合則、リヒトネッカロータの式またはウイナーの式等の、粉体と気体とが混合した混合体の層１１８の比誘電率εr2から粉体状の比誘電率εrを算出する式に適用して、粉体状の誘電体１１０の比誘電率εrを算出する。
【００５８】
周知のように、対数混合則は、次式によって表される。
logεr＝ｖ1logεr1＋ｖ2logεr2
【００５９】
また、リヒトネッカロータの式は、次式によって表される。
εrk＝ｖ1εr1k＋ｖ2εr2k
【００６０】
一方、ウイナーの式は、次式によって表される。
1／（εr＋ｕ）＝ｖ1／（εr1＋ｕ）＋ｖ2／（εr2＋ｕ）
εr ：粉体状の誘電体の比誘電率
εr1：気体の比誘電率
εr2：粉体状の誘電体１１０と気体とが混合した混合体の層１１８の比誘電率
ｖ1：気体の体積比率
ｖ2：粉体状の誘電体の体積比率
ｋ ：フィッティングパラメータ（−１≦ｋ≦１）
ｕ ：フィッティングパラメータ（０≦ｕ）
【００６１】
これらの式によって、粉体状の誘電体の比誘電率εrが算出される。
【００６２】
たとえば、気体として空気を用い、粉体状の誘電体１１０と空気とが混合した混合体の層１１８の比誘電率εr2から、粉体状の誘電体１１０の比誘電率εrを算出する場合には、空気の比誘電率εr1は１．０である。また、空気の体積比率ｖ1および粉体状の誘電体の体積比率ｖ2は、混合体の層１１８に封入される気体の体積および粉体状の誘電体１１０の体積により決定されるから、粉体状の誘電体１１０と空気とが混合した混合体の層１１８の比誘電率εr2が求められれば、粉体状の誘電体１１０の比誘電率εrを算出することができる。
【００６３】
さらに、演算処理装置１８は、こうして算出した粉体状の誘電体１１０と気体とが混合した混合体の層１１８の誘電正接を、粉体状の誘電体１１０と気体とが混合した混合体の層１１８の誘電正接を粉体と気体とが混合した混合体の層１１８の誘電正接から、粉体状の誘電正接を算出する式である混合則の式に適用して、粉体状の誘電体１１０の誘電正接を算出する。
【００６４】
誘電正接を算出のための混合則は、次式によって表される。
tanδ＝ｖ1 tanδ1＋ｖ2 tanδ2
tanδ ：粉体状の誘電体の誘電正接
tanδ1：気体の誘電正接
tanδ2：粉体状の誘電体１１０と気体とが混合した混合体の層１１８の誘電正接
ｖ1：気体の体積比率
ｖ2：粉体状の誘電体の体積比率
【００６５】
これらの式によって、粉体状の誘電体の誘電正接が算出される。
【００６６】
たとえば、気体として空気を用い、粉体状の誘電体１１０と空気とが混合した混合体の層１１８の誘電正接から、粉体状の誘電体１１０の誘電正接を算出する場合には、空気の誘電正接tanδ1は０と見なすことができ、また、粉体状の誘電体の体積比率ｖ2は、混合体の層１１８に封入される気体の体積および粉体状の誘電体１１０の体積により決定されるから、粉体状の誘電体１１０と空気とが混合した混合体の層１１８の誘電正接tanδ2が求められれば、粉体状の誘電体１１０の誘電正接を算出することができる。
【００６７】
以上のようにして、粉体状の誘電体１１０の比誘電率εrおよび誘電正接が求められ、結果として粉体状の誘電体１１０の複素誘電率が求められる。
【００６８】
本実施形態においては、数ＧＨｚ以上の高周波帯域での誘電体の複素誘電率のうち比誘電率を測定する場合に、空洞共振器１４内に、粉体状の誘電体および気体を封入し、ネットワークアナライザ１６から空洞共振器１４内に電磁波を入力し、電磁波が入力された空洞共振器１４からネットワークアナライザ１６に入力された電磁波のＴＥモードにおける共振周波数ｆ3、電力半値幅Δｆ3および挿入損失ＩＬ3を測定して、粉体状の誘電体１１０と気体とが混合した混合体の層１１８の比誘電率εr2を算出し、さらに、算出した粉体状の誘電体１１０と気体とが混合した混合体の層１１８の比誘電率εr2を、対数混合則、リヒトネッカロータの式またはウイナーの式などの、粉体状の誘電体１１０と気体とが混合した混合体の層１１８の比誘電率εr2から粉体状の比誘電率εrを算出する式に適用して、粉体状の誘電体１１０の比誘電率εrを算出するように構成されている。
【００６９】
したがって、上記構成によれば、数ＧＨｚ以上の高周波帯域においても、粉体状の誘電体１１０の複素誘電率のうち比誘電率を、高い精度で、測定することが可能となる。
【００７０】
また、上記構成においては、数ＧＨｚ以上の高周波帯域での誘電体の複素誘電率のうち誘電正接を測定する場合に、空洞共振器１４内に、粉体状の誘電体および気体を封入し、ネットワークアナライザ１６から空洞共振器１４内に電磁波を入力し、電磁波が入力された空洞共振器１４からネットワークアナライザ１６に入力された電磁波のＴＥモードにおける共振周波数ｆ3、電力半値幅Δｆ3および挿入損失ＩＬ3を測定して、粉体状の誘電体１１０と気体とが混合した混合体の層１１８の誘電正接を算出し、さらに、粉体状の誘電体１１０と気体とが混合した混合体の層１１８の誘電正接から粉体状の誘電正接を算出する混合則の式に適用して、粉体状の誘電体１１０の誘電正接を算出するように構成されている。
【００７１】
したがって、本実施形態によれば、数ＧＨｚ以上の高周波帯域においても、粉体状の誘電体１１０の複素誘電率のうち誘電正接を、高い精度で、測定することが可能となる。
【００７２】
（誘電体の成形物の複素誘電率測定）
次に、主として図５を参照しながら、誘電体の成形物の複素誘電率の測定について説明する。ここでは、円柱状に誘電体を成形して、複素誘電率測定を行う場合について説明する。以下の説明では、粉体状の誘電体の複素誘電率測定と同様の箇所については、簡易な説明を用いて省略するとともに、粉体状の誘電体の場合と類似した微妙に定義が異なる文字については、再定義して同一の文字を使うものとする。
【００７３】
誘電体の成形物の複素誘電率を測定するにあたっては、粉体状の誘電体を測定する場合と同様に、まず、空気やアルゴンガスや窒素ガスなどの気体が、空洞共振器１４内に形成された閉空間１０９内に封入され、この状態でネットワークアナライザ１６から閉空間１０９内に電磁波を入力し、閉空間１０９内に入力された電磁波の出力を解析して、ＴＥ011モードでの共振周波数ｆ1、共振周波数ｆ1における挿入損失ＩＬ1および電力半値幅Δｆ1、ならびにＴＥ012モードでの共振周波数ｆ2を測定する。
【００７４】
そして、複素誘電率を測定すべき円柱状の誘電体の成形物１１０Ａが空洞共振器１４の閉空間１０９内に封入される。ここで、円柱状の誘電体の成形物１１０Ａの断面の径は、貫通孔１１６の内径と等しくなるように成形されている。
【００７５】
その結果、図５に示されるように、空洞共振器１４の閉空間内に、空気やアルゴンガスや窒素ガスなどの気体の層１１２が形成される。
【００７６】
次いで、複素誘電率を測定すべき円柱状の誘電体の成形物１１０Ａが封入された空洞共振器１４内に、粉体状の成形物１１０の場合と同様に、電磁波がネットワークアナライザ１６から、同軸ケーブル１２２およびループアンテナ１２４を介して閉空間１０９内に出力され、閉空間１０９からループアンテナ１２４を介して電磁波を受信して、ネットワークアナライザ１６に出力される。
【００７７】
そして、ネットワークアナライザ１６は、閉空間１０９から出力された電磁波からＴＥ011モードでの共振周波数ｆ3、共振周波数ｆ3における挿入損失ＩＬ3および電力半値幅Δｆ3を算出する。
【００７８】
そして、演算処理装置１８は、ネットワークアナライザ１６から入力された共振周波数ｆ1、挿入損失ＩＬ1、電力半値幅Δｆ1および共振周波数ｆ2が、先述の式（１）〜式（３）に代入され、空洞共振器１４の内壁の実効導電率σ、円柱状の誘電体の成形物１１０Ａが空洞共振器１４の閉空間内に封入されていない状態における空洞共振器１４の無負荷Ｑ値であるＱ1および空洞共振器１４の閉空間の見かけの直径Ｄが求められる。
【００７９】
次いで、演算処理装置１８は、ネットワークアナライザ１６から入力された共振周波数ｆ3、電力半値幅Δｆ3、挿入損失ＩＬ3および既に求められた空洞共振器１４の閉空間の見かけの直径Ｄならびに閉空間内に封入された気体の層１１２の厚さＬ1および円柱状の誘電体の成形物１１０Ａの厚さＬ2を、式（４）および（５）に代入して、円柱状の誘電体の成形物１１０Ａが空洞共振器１４に封入された状態における空洞共振器１４の無負荷Ｑ値であるＱ3および円柱状の誘電体の成形物１１０Ａの複素誘電率のうち比誘電率εr2を算出する。
【００８０】
ここに、気体の層１１２の厚さＬ1および円柱状の誘電体の成形物１１０Ａの厚さＬ2は、予め設定された値であって、測定者によって設定されたあと、演算処理装置１８に入力される。
【００８１】
次いで、演算処理装置１８は、既に算出した実効導電率σ、円柱状の誘電体の成形物１１０Ａが空洞共振器１４に封入された状態における空洞共振器１４の無負荷Ｑ値であるＱ3、閉空間の見かけの直径Ｄ、閉空間内に封入された気体の層１１２の厚さＬ1および円柱状の誘電体の成形物１１０Ａの厚さＬ2を、式（６）に代入して、円柱状の誘電体の成形物１１０Ａの複素誘電率のうち誘電正接を算出する。
【００８２】
以上のようにして、円柱状の誘電体の成形物１１０Ａの比誘電率εr2および誘電正接が求められ、結果として円柱状の誘電体の成形物１１０Ａの複素誘電率が求められる。粉体状の誘電体１１０と異なり、誘電体が成形物である場合には、式（１）〜（６）を用いることにより、直接誘電体の複素誘電率を求めることが可能である。
【００８３】
以上説明したように、本実施形態においては、空洞共振器１４内に、円柱状の誘電体の成形物１１０Ａおよび気体を封入し、ネットワークアナライザ１６から空洞共振器１４内に電磁波を入力し、電磁波が入力された空洞共振器１４からネットワークアナライザ１６に入力された電磁波のＴＥモードにおける共振周波数ｆ3、電力半値幅Δｆ3および挿入損失ＩＬ3を測定して、円柱状の誘電体の成形物１１０Ａの複素誘電率を算出するように構成されている。
【００８４】
したがって、本実施形態によれば、円柱状の誘電体の成形物１１０Ａの複素誘電率を、高い精度で、測定することが可能となる。
【００８５】
なお、図２〜図５に示す構成に対しては、以下のような変形例が考えられる。
【００８６】
図６は、空洞共振器１４の閉空間１０９を真空にするための真空装置を含む粉体状の誘電体１１０または誘電体の成形物１１０Ａの複素誘電率の測定装置１２Ａを表す図である。
【００８７】
本変形例では、空洞共振器１４が真空装置１４６によって覆われている。この真空装置１４６は、真空槽１４８と真空ポンプ１５０を備えている。真空槽１４８は、真空槽１４８に接続されている真空ポンプ１５０を用いるこによって、真空の状態となる。真空槽１４８の内部に、空洞共振器１４が設けられおり、真空槽１４８の内部を真空状態にすることによって、結果として空洞共振器１４の閉空間も真空の状態となる。
【００８８】
本変形例では、空洞共振器１１４内に粉体状の誘電体１１０または誘電体の成形物１１０Ａを封入してから、真空装置１４６を用いて空洞共振器１４の内部を真空状態にすることにより、粉体状の誘電体１１０または誘電体の成形物１１０Ａに含まれる水分を除去することが可能となる。粉体状の誘電体１１０または誘電体の成形物１１０Ａに含まれる水分を除去した状態で、空洞共振器１４に封入した粉体状の誘電体１１０または誘電体の成形物１１０Ａの複素誘電率を測定することにより、粉体状の誘電体１１０または誘電体の成形物１１０Ａの複素誘電率の測定の精度を高めることができる。
【００８９】
（第２実施形態）
以下、本発明に係る誘電体の複素誘電率の測定装置及び測定方法の第２実施形態について、詳細に説明する。本実施形態は、図１に示すモード発生器として導波管を用いた例である。
【００９０】
図７は、本実施形態おける測定装置の構成を示すブロック図であり、図８〜図１０は、それぞれ導波管を示す図である。
【００９１】
図７に示すように、誘電特性測定装置２００は、導波装置２０１と、測定器２０２とを備えている。
【００９２】
導波装置２０１は、図１に示すモード発生器として適用されるものであり、図８〜図１０に示すようないわゆる電磁波を伝搬する導波管２１０，２２０，２３０によって構成されている。
図８に示す導波管２１０は、いわゆる同軸型の導波管であり、内部が空洞となっている円筒型の外部導体２１１と、その外部導体２１１の内部に同軸配置されている円柱状の中心導体２１２とから構成されている。本実施形態では、この、測定対象となる粉体と気体または液体との混合体２１３が、外部導体２１１と中心導体２１２との間の空隙２１４に充填される。
【００９３】
また、図９に示す導波管２２０は、いわゆる方形型の導波管であり、内部に断面視矩形状の空隙２２２が形成された導体２２１によって構成されている。そして、測定対象となる粉体と、気体または液体との混合体２２３はその空隙２２２に入れられることにより、導波管２２０の内部に充填される。
【００９４】
また、図１０に示す導波管２３０は、いわゆる円形型の導波管であり、内部に断面視円形の空隙２３２が形成された円筒型の外部導体２３１によって構成されている。そして、測定対象となる粉体と、液体または気体とからなる混合体２３３は空隙２３２に入れられることにより、円形導波管型導波路２３０の内部に充填される。
【００９５】
なお、導波管２１０，２２０，２３０は、空気以外の気体または液体を使用して、その気体または液体と、粉体とからなる混合体２１３の比誘電率を測定する場合は、その気体または液体がそれぞれ空隙２１４，２２２，２３２から流れ出さないように、導波管２１０，２２０，２３０にその気体または液体を保持するためのシール部（不図示）が設けられる。
【００９６】
再度、図７に戻って、説明を行う。
測定器２０２は、ネットワークアナライザ２０３と、演算処理装置２０４とを含んでいる。この測定器２０２は、導波装置２０１を励振させると共に、導波装置２０１の出力信号を解析する。
【００９７】
ネットワークアナライザ２０３は、導波路で構成されている導波装置２０１
に入力する電磁波を発生させ、導波装置２０１から供給されたアナログデータをデジタル処理する。
また、演算処理装置２０４は、ネットワークアナライザ２０３から供給されるデジタルデータを取り込み、誘電特性測定および出力のための処理を行う。
【００９８】
次に、誘電特性測定装置２００を用いた誘電特性測定方法を説明する。ネットワークアナライザ２０３から導波装置２０１に高周波電磁波を入射して、導波装置１０１を励振させる。そして、導波装置２０１の透過波および反射波をネットワークアナライザ２０３に供給する。ネットワークアナライザ２０３からの出力データを演算処理装置２０４に取り込み、導波装置２０１内に充填された混合体の比誘電率を計算する。
【００９９】
そして、演算処理装置２０４は、このようにして得られた粉体と気体または液体との複合体の比誘電率εを、対数混合則、リヒトネッカロータの式またはウイナーの式のような混合材料の比誘電率を算出する式に適用して、粉体の比誘電率を算出する。ここで、これらの式について説明する。
【０１００】
対数混合則は次に示す式によって表される。
ｌｏｇε＝ｖ1ｌｏｇε1＋ｖ2ｌｏｇε2
【０１０１】
また、リヒトネッカロータの式は次のように表される。
εk＝ｖ1ε1k＋ｖ2ε2k
【０１０２】
また、ウイナーの式は次のように表される。
１／（ε＋ｕ）＝ｖ1／（ε1＋ｕ）＋ｖ2／（ε2＋ｕ）
ε：混合体の比誘電率
ε1：気体または液体の比誘電率
ε2：粉体の比誘電率
ｖ1：気体または液体の体積比率
ｖ2：粉体の体積比率
ｋ：フィッティングパラメータ（−１≦ｋ≦１）
ｕ：フィッティングパラメータ（０≦ｕ）
【０１０３】
これらの式が用いられることにより、粉体の比誘電率ε2が計算される。例えば気体として空気を使用して、粉体と空気との混合体の比誘電率εから粉体の比誘電率ε2を求める場合、これらの式において空気の比誘電率ε1は「１．０」と既知であり、また、空気の体積比率ｖ1および粉体の体積比率ｖ2は、それぞれ導波路の空間に入れる粉体の量により決まる。従って、粉体と空気の混合体の比誘電率εがわかれば、粉体の比誘電率ε2を求めることができる。
【実施例】
【０１０４】
以下、本発明の効果をより明瞭なものとするため、実施例を掲げる。
（実施例１）
【０１０５】
密度が３．９９ｇ／ｃｍ3で、平均粒径が９．８μｍの粉体状のＡｌ2Ｏ3の試料Ａ、密度が３．９９ｇ／ｃｍ3で、平均粒径が１７．８μｍの粉体状のＡｌ2Ｏ3の試料Ｂおよび密度が３．９９ｇ／ｃｍ3で、平均粒径が１３４．７μｍの粉体状のＡｌ2Ｏ3の試料Ｃを用意した。
【０１０６】
測定装置として、図２に示された測定装置１２を用いて、空洞共振器１４に形成された閉空間内に、体積比率が０．３９となるように、試料Ａを封入し、真空中で試料Ａと空気とが混合した混合体の層１８の比誘電率および誘電正接を測定した。
【０１０７】
まず、空洞共振器１４に形成された直径１６ｍｍの貫通孔１１６の下方から、第二のピストン４０を挿入し、位置決めして、ねじ１３４ｂにより固定する。さらに、貫通孔１１６の上方から、第一のピストン１２０を挿入し、空気の層１２の厚さＬ1が１２ｍｍとなるように、第一のピストン１２０を位置決めして、第一のピストン１２０を、ねじ１３４ａにより固定し、空洞共振器１４内に、空気を封入した。
【０１０８】
次いで、ネットワークアナライザ１６から、周波数がＧＨｚ以上の電磁波を、同軸ケーブル１２２およびループアンテナ１２４を介して、空洞共振器１４内に出力した。
【０１０９】
さらに、電磁波の入力に応答して、空洞共振器１４から出力された電磁波を、ループアンテナ１２４によって受信し、同軸ケーブル１２２を介して、ネットワークアナライザ１６に入力した。
【０１１０】
次いで、同軸ケーブル１２２を介して、入力された電磁波から、ネットワークアナライザ１６によって、共振モードのうち、ＴＥ011モードでの共振周波数ｆ1、共振周波数ｆ1における挿入損失ＩＬ1および電力半値幅Δｆ1ならびにＴＥ012モードでの共振周波数ｆ2を測定した。
【０１１１】
こうして、ネットワークアナライザ１６によって測定されたＴＥ011モードでの共振周波数ｆ1、共振周波数ｆ1における挿入損失ＩＬ1および電力半値幅Δｆ1ならびにＴＥ012モードでの共振周波数ｆ2を、ネットワークアナライザ１６から演算処理装置１８に出力した。
【０１１２】
ＴＥ011モードでの共振周波数ｆ1、共振周波数ｆ1における挿入損失ＩＬ1および電力半値幅Δｆ1ならびにＴＥ012モードでの共振周波数ｆ2を、ネットワークアナライザ１６から、演算処理装置１８に出力したのち、貫通孔１１６から、一旦、第一のピストン１２０を外して、貫通孔１１６内に、３．１３ｇの試料Ａを投入した。次いで、第一のピストン１２０とは異なり、ピストンを構成する円柱体の先端部が平坦であるピストンを用いて、試料Ａと気体とが混合した混合体の層１８の厚さＬ2が１０ｍｍになるように加圧し、試料Ａの表面をならしてから、再度、第一のピストン１２０を貫通孔１１６の上方から挿入し、空気の層１２の厚さＬ1が２ｍｍとなるように、第一のピストン１２０の位置を調整し、第一のピストン１２０を、ねじ１３４ａによって固定した。
【０１１３】
さらに、試料Ａが封入された空洞共振器１４に、ネットワークアナライザ１６から、電磁波を、同軸ケーブル１２２およびループアンテナ１２４を介して、出力し、電磁波の入力に応答して、空洞共振器１４から出力された電磁波を、ループアンテナ１２４によって受信し、同軸ケーブル１２２を介して、ネットワークアナライザ１６に入力した。
【０１１４】
同軸ケーブル１２２を介して、入力された電磁波から、ネットワークアナライザ１６によって、共振モードのうち、ＴＥ011モードでの共振周波数ｆ3、共振周波数ｆ3における挿入損失ＩＬ3および電力半値幅Δｆ3を測定した。
【０１１５】
こうして、ネットワークアナライザ１６によって測定されたＴＥ011モードでの共振周波数ｆ3、共振周波数ｆ3における挿入損失ＩＬ3および電力半値幅Δｆ3を、ネットワークアナライザ１６から演算処理装置１８に出力した。
【０１１６】
次いで、演算処理装置１８により、ネットワークアナライザ１６から入力された共振周波数ｆ1、挿入損失ＩＬ1、電力半値幅Δｆ1および共振周波数ｆ2を、式（１）〜式（３）に代入し、空洞共振器１４の内壁の実効導電率σ、試料Ａが空洞共振器１４の閉空間内に封入されていない状態における空洞共振器１４の無負荷Ｑ値であるＱ1および空洞共振器１４の閉空間の見かけの直径Ｄを求めた。
【０１１７】
さらに、演算処理装置１８により、ネットワークアナライザ１６から入力された共振周波数ｆ3、電力半値幅Δｆ3、挿入損失ＩＬ3および既に求めた空洞共振器１４の閉空間の見かけの直径Ｄならびに閉空間内に封入された空気の層１２の厚さＬ1および試料Ａと空気とが混合した混合体の層１８の厚さＬ2を、式（４）および（５）に代入して、試料Ａが空洞共振器１４に封入された状態における空洞共振器１４の無負荷Ｑ値であるＱ3および試料Ａと空気とが混合した混合体の層１８の比誘電率εr2を求めた。
【０１１８】
次いで、演算処理装置１８により、既に算出した実効導電率σ、試料Ａが空洞共振器１４に封入された状態における空洞共振器１４の無負荷Ｑ値であるＱ3、閉空間のみかけの直径Ｄ、閉空間内に封入された気体の層１２の厚さＬ1および試料Ａと気体とが混合した混合体の層１８の厚さＬ2を、式（６）に代入して、試料Ａと気体とが混合した混合体の層１８の誘電正接を求めた。
【０１１９】
こうして、体積比率が０．３９である試料Ａと空気とが混合した混合体の層１８の比誘電率εr2および誘電正接が得られた。
【０１２０】
次いで、空洞共振器１４に形成された閉空間内に封入する試料Ａの質量を変化させて、試料Ａの体積比率を、０．５４まで、徐々に変化させて、試料Ａの体積比率が０．３９のときと同様に、試料Ａと空気とが混合した混合体の層１８の比誘電率εr2および誘電正接を求めた。
【０１２１】
さらに、演算処理装置１８により、異なる体積比率で、試料Ａと空気とが混合した混合体の層１８の比誘電率εr2から、試料Ａの比誘電率εrを、以下のようにして、求めた。
【０１２２】
まず、試料Ａの比誘電率εrの測定精度を向上させるために、試料Ａと空気とが混合した体積比率が異なる混合体の層１８の比誘電率εr2の測定誤差を考慮して、試料Ａと空気とが混合した体積比率が異なる混合体の層１８の比誘電率εr2を、最小二乗法により、対数混合則、リヒトネッカーロータの式およびウイナーの式にフィッティングし、横軸を、試料Ａの体積比率、縦軸を、試料Ａと空気とが混合した混合体の層１８の比誘電率εr2として、グラフを作成した。
【０１２３】
図１１および図１２は、試料Ａと空気とが混合した体積比率が異なる混合体の層１８の比誘電率εr2を、最小二乗法により、対数混合則にフィッティングして、得られたグラフであり、図１２は、図１１に示されたグラフを拡大したもので、試料Ａの体積比率が０．３８〜０．５４の範囲にあるときのグラフを示している。
【０１２４】
図１３および図１４は、試料Ａと空気とが混合した体積比率が異なる混合体の層１８の比誘電率εr2を、最小二乗法により、リヒトネッカーロータの式にフィッティングして、得られたグラフであり、図１４は、図１３に示されたグラフを拡大したもので、試料Ａの体積比率が０．３８〜０．５４の範囲にあるときのグラフを示している。
【０１２５】
図１５および図１６は、試料Ａと空気とが混合した体積比率が異なる混合体の層１８の比誘電率εr2を、最小二乗法により、ウイナーの式にフィッティングして、得られたグラフであり、図１６は、図１５に示されたグラフを拡大したもので、試料Ａの体積比率が０．３８〜０．５４の範囲にあるときのグラフを示している。
【０１２６】
図１１、図１３および図１５において、試料Ａの体積比率が１．０であるということは、試料Ａと空気とが混合した混合体の層１８中に、空気が存在せず、試料Ａと空気とが混合した混合体の層１８中に、試料Ａのみが存在していることを意味しているから、試料Ａの体積比率が１．０のときの比誘電率の値が、試料Ａの比誘電率εrに対応し、したがって、図１１、図１３および図１５に示された曲線から、試料Ａの体積比率が１．０のときの比誘電率の値を読み取って、試料Ａの比誘電率εrを求めた。
【０１２７】
こうして、試料Ａの比誘電率εrが得られた。
【０１２８】
さらに、演算処理装置１８により、異なる体積比率で、試料Ａと空気とが混合した混合体の層１８の誘電正接から、試料Ａの誘電正接を、以下のようにして、求めた。
【０１２９】
試料Ａの誘電正接の測定精度を向上させるために、試料Ａと空気とが混合した体積比率が異なる混合体の層１８の誘電正接の測定誤差を考慮して、試料Ａと空気とが混合した体積比率が異なる混合体の層１８の誘電正接を、混合則の式に代入し、試料Ａの体積比率と、試料Ａと空気とが混合した混合体の層１８の誘電正接との関係を、原点を通る直線によって近似し、図１７に示されるグラフを作成した。
【０１３０】
図１７において、試料Ａの体積比率が１．０であるということは、試料Ａと空気とが混合した混合体の層１８中に、空気が存在せず、試料Ａと空気とが混合した混合体の層１８中に、試料Ａのみが存在していることを意味しているから、試料Ａの体積比率が１．０のときの誘電正接の値が、試料Ａの誘電正接に対応し、したがって、図１７に示された曲線から、試料Ａの体積比率が１．０のときの誘電正接の値を読み取って、試料Ａの誘電正接を求めた。
【０１３１】
次いで、試料Ａの比誘電率εrおよび誘電正接を測定した場合と同様にして、試料Ｂの比誘電率εrおよび誘電正接を求めた。
【０１３２】
すなわち、試料Ａの比誘電率εrおよび誘電正接を測定した場合と同様にして、空洞共振器１４に形成された閉空間内に封入する試料Ｂの質量を変化させることによって、試料Ｂの体積比率を０．３９〜０．５４の範囲で変化させて、試料Ｂと空気とが混合した混合体の層１８の比誘電率εr2および誘電正接を求め、試料Ｂの比誘電率εrおよび誘電正接を求めた。
【０１３３】
さらに、試料Ａおよび試料Ｂの比誘電率εrおよび誘電正接を測定した場合と同様にして、試料Ｃの比誘電率εrおよび誘電正接を求めた。
【０１３４】
試料Ａ、Ｂ、Ｃの比誘電率εrおよび誘電正接の測定結果は、表１に示されている。
【０１３５】
【表１】
2005062152.tif 000009
表１に示されるように、試料Ａ、Ｂ、Ｃの比誘電率として、８．３〜１３．１の範囲内の値が得られ、本発明によれば、ＧＨｚオーダ以上の周波数における粉体状の誘電体の比誘電率が測定可能であることが判明した。
【０１３６】
また、本発明によれば、ＧＨｚ以上の周波数における粉体状の誘電正接が測定可能であることも明らかになった。
【０１３７】
（実施例２）
比誘電率および誘電正接の測定対象として、８．０５ｍｍの厚さと１６ｍｍの直径を有するテトラフルオロエチレン円柱を用意し、テトラフルオロエチレン円柱を空洞共振器１４内に封入する前の空気の層の厚さＬ1を１０．０５ｍｍとし、実施例１と同様にして、テトラフルオロエチレン円柱の比誘電率および誘電正接を測定した。
【０１３８】
すなわち、空洞共振器１４内に、テトラフルオロエチレン円柱および気体を封入し、ネットワークアナライザ１６から空洞共振器１４内に電磁波を入力し、電磁波が入力された空洞共振器１４からネットワークアナライザ１６に入力された電磁波のＴＥモードにおける共振周波数ｆ3、電力半値幅Δｆ3および挿入損失ＩＬ3を測定することにより、テトラフルオロエチレン円柱の比誘電率εr2および誘電正接を求めた。
【０１３９】
（比較例）
実施例２との比較例として、１．０４ｍｍの厚さを有するシート状のテトラフルオロエチレンを用意した。ＪＩＳ規格で定められている空洞共振器法を用いて、周波数１１．４ＧＨｚおよび１７．９ＧＨｚにおけるシート状のテトラフルオロエチレンの比誘電率および誘電正接を求めた。
【０１４０】
実施例２および比較例において、テトラフルオロエチレン円柱の比誘電率および誘電正接ならびにシート状のテトラフルオロエチレンの比誘電率および誘電正接を測定した結果は、表２に示されている。
【０１４１】
【表２】
2005062152.tif 000010
また、実施例２および比較例において、テトラフルオロエチレン円柱の比誘電率およびシート状のテトラフルオロエチレンの比誘電率を測定した結果は、図１８に示されている。
【０１４２】
さらに、実施例２および比較例において、テトラフルオロエチレン円柱の誘電正接およびシート状のテトラフルオロエチレンの誘電正接を測定した結果は、図１９に示されている。
【０１４３】
実施例２のテトラフルオロエチレン円柱の比誘電率と、比較例のシート状のテトラフルオロエチレンの比誘電率は、２．０５前後のほぼ等しい値となった。
【０１４４】
また、実施例２の円柱状のテトラフルオロエチレンの誘電正接と、比較例のシート状のテトラフルオロエチレンの誘電正接は、０．０００２前後のほぼ等しい値となった。
【０１４５】
（実施例３）
実施例３では、図７に示す導波管２１０を導波装置２０１として適用した。また、本実施例では、気体として空気を使用した。従って、図７の混合体２１３は、測定すべき粉体と空気とからなる。また、本実施例においては、導波管２１０の内部に充填された状態での混合体２１３の厚さは約２０ｍｍであった。
【０１４６】
以上の導波管２１０を用いて測定する試料として、本実施形態においては、３種類のセラミックス材料（Ａｌ2Ｏ3セラミックス、Ｂａ（ＭｇＴａ）Ｏ3セラミックス、ＴｉＯ2セラミックス）の粉体を用意した。そして、各粉体と空気との混合体２１３を作製し、前述した誘電特性測定装置２００を用いて各粉体と空気との混合体２１３の比誘電率を測定した。また、後述する実施例４の導波管２２０を用いて混合体の比誘電率を測定した結果と比較するために、Ｂａ（Ｎｄ，Ｂｉ）2Ｔｉ5Ｏ14セラミックスについても測定した。この比較した結果については実施例４について説明する際に説明する。この実施例３においては、周波数が５ＧＨｚの電磁波を各混合体２１３に入射させ、その応答により比誘電率を測定した。混合体２１３における粉体の体積比率を０．３２〜０．４２の間で変化させ、各混合体２１３の比誘電率を測定した。
【０１４７】
このようにして得られた粉体と空気との混合体２１３の比誘電率εが、前述した対数混合則、リヒトネッカロータの式またはウイナーの式に適用される。図２０〜図２２に、実施例３の導波管２１０を用いて測定された各混合体２１３の比誘電率の実測値と、その実測値に計算式を適用した結果を示す。これらの図に示されている曲線は、混合体２１３の比誘電率の各実測値を最小二乗法により各式にフィッティングさせて求めたものである。図２０は、各混合体２１３の比誘電率の実測値と、その実測値に対数混合則を適用した結果を示す図である。図２１は、各混合体２１３の比誘電率の実測値と、その実測値にリヒトネッカロータの式を適用した結果を示す図である。図２２は、各混合体２１３の比誘電率の実測値と、その実測値にウイナーの式を適用した結果を示す図である。
【０１４８】
そして、この測定結果を用いることにより粉体自体の比誘電率を類推することができる。図２３〜図２５に、粉体の比誘電率を類推するためのグラフを示す。この粉体の比誘電率を類推するために、前述した対数混合則などの式を使用し、混合体１３の比誘電率の各実測値を最小二乗法により各式にフィッティングさせて、粉体の比誘電率を類推するための曲線を算出した。そして、粉体の体積比率が「１．０」のときの空気と粉体との混合体の比誘電率εを算出することにより、空気と粉体の混合体における空気の存在を無視して、粉体自体の比誘電率ε2を類推することができる。
【０１４９】
図２３は、各混合体２１３の比誘電率の実測値を最小二乗法により混合対数則にフィッティングさせた結果を示す図である。図２４は、各混合体２１３の比誘電率の実測値を最小二乗法によりリヒトネッカロータの式にフィッティングさせた結果を示す図である。図２５は、各混合体２１３の比誘電率の実測値を最小二乗法によりウイナーの式にフィッティングさせた結果を示す図である。これらの図において、粉体の体積比率が「１．０」の比誘電率の値を読み取ることにより粉体自体の比誘電率を類推することができる。そして、図２３〜図２５から求めた各粉体の比誘電率を図２６〜図２８にまとめて示す。
【０１５０】
図２６〜図２８は、図２３〜図２５で示されている各式を適用して得られた各粉体の比誘電率と、焼結品の比誘電率とを比較した表である。図２６は、実測値に対数混合則を適用して得られた各粉体の比誘電率を示す表である。図２７は、実測値にリヒトネッカロータの式を適用して得られた各粉体の比誘電率を示す表である。図２８は、実測値にウイナーの式を適用して得られた各粉体の比誘電率を示す表である。
【０１５１】
図２６に示すように対数混合則を適用した結果、Ａｌ2Ｏ3セラミックスの焼結品の比誘電率は「１１」であるのに対し、本発明の測定方法によって得られた結果は「１４．１」となった。また、Ｂａ（ＭｇＴａ）Ｏ3セラミックスの焼結品の比誘電率は「２４」であるのに対し、本発明の測定方法によって得られた結果は「３３．９」となった。また、ＴｉＯ2セラミックスの焼結品の比誘電率は「１０４」であるのに対し、本発明の測定方法によって得られた結果は「１８５．８」となった。
【０１５２】
また、図２７に示すようにリヒトネッカロータの式を適用した結果、Ａｌ2Ｏ3セラミックスの焼結品の比誘電率は「１１」であるのに対し、本発明の測定方法によって得られた結果は「１５．７」となった。また、Ｂａ（ＭｇＴａ）Ｏ3セラミックスの焼結品の比誘電率は「２４」であるのに対し、本発明の測定方法によって得られた結果は「１９．４」となった。また、ＴｉＯ2セラミックスの焼結品の比誘電率は「１０４」であるのに対し、本発明の測定方法によって得られた結果は「２８．２」となった。
【０１５３】
また、図２８に示すようにウイナーの式を適用した結果、Ａｌ2Ｏ3セラミックスの焼結品の比誘電率は「１１」であるのに対し、本発明の測定方法によって得られた結果は「８．７５」となった。また、Ｂａ（ＭｇＴａ）Ｏ3セラミックスの焼結品の比誘電率は「２４」であるのに対し、本発明の測定方法によって得られた結果は「４２．７」となった。また、ＴｉＯ2セラミックスの焼結品の比誘電率は「１０４」であるのに対し、本発明の測定方法によって得られた結果は「１５２．３」となった。
【０１５４】
以上の結果より、この実施例３においては、導波管２１０を用いることにより、５ＧＨｚの周波数で粉体と空気とからなる混合体の比誘電率を測定することができ、さらに、その結果から粉体自体の比誘電率を推測することができた。
【０１５５】
次に、図２９に、混合体２１３の比誘電率の周波数依存性を調べた結果を示す。試料としてＢａ（Ｎｄ，Ｂｉ）2Ｔｉ5Ｏ14を使用し、粉体と空気とからなる混合体２１３における粉体の密度を変えた場合の個々の密度に対する混合体２１３の比誘電率を測定した。そして、周波数領域を０．１〜６ＧＨｚまで変化させて混合体１３の比誘電率εを測定した。図２９に示すように、この０．１〜６ＧＨｚまでの周波数領域においては、混合体２１３の比誘電率は周波数に依存しないことがわかった。従って、実施例３における導波管２１０を用いることにより、５ＧＨｚ以外の周波数であっても、０．１〜６ＧＨｚの間においては、５ＧＨｚで測定した場合と同様の結果を得ることができた。
【０１５６】
次に、図２０および図３０を参照しつつ、異なる材料の粉体の比誘電率の大きさを相対比較する。まず、図２０において混合体２１３における粉体の体積比率が、例えば「０．３８」となる点の比誘電率を読み取る。その読み取った値を図３０に示す。その結果、Ａｌ2Ｏ3セラミックスの読み取った値は「２．７」となり、Ｂａ（ＭｇＴａ）Ｏ3セラミックスの読み取った値は「３．８」となり、ＴｉＯ2セラミックスの読み取った値は「７．３」となった。比誘電率の大小関係は、小さい順に、Ａｌ2Ｏ3セラミックス、Ｂａ（ＭｇＴａ）Ｏ3セラミックス、ＴｉＯ2セラミックスという順になる。それに対して焼結品の比誘電率の大小関係も、小さい順に、Ａｌ2Ｏ3セラミックス、Ｂａ（ＭｇＴａ）Ｏ3セラミックス、ＴｉＯ2セラミックスという順になる。
【０１５７】
従って、以上の方法によって得られた各粉体の比誘電率の大小関係は、焼結品の比誘電率の大小関係と一致するため、異なる材料の粉体の比誘電率の大小関係の相対比較を上記の方法によって行うことができる。
【０１５８】
尚、実施例３においては、対数混合則を適用して得られた結果を用いて相対比較したが、本発明においてはそれに限られない。リヒトネッカロータの式またはウイナーの式を適用して得られた結果を用いて相対比較しても、同様の結果が得られる。また、粉体の体積比率を「０．３８」としたが、この値に限られず他の体積比率を用いて比較しても同様の結果が得られる。
【０１５９】
（実施例４）
実施例４では、図８に示す導波管２２０を導波装置２０１として適用した。尚、実施例４においても、気体として空気を使用した。従って、混合体２２３は、測定すべき粉体と空気とからなる。
【０１６０】
この実施例４においても、前述した実施例３と同様に、粉体として３種類のセラミックス材料（Ａｌ2Ｏ3セラミックス、Ｂａ（ＭｇＴａ）Ｏ3セラミックス、ＴｉＯ2セラミックス）の粉体を用いて、各粉体と空気との混合体２３を作製した。そして、前述した誘電特性測定装置２００を用いて各粉体と空気との混合体２２３の比誘電率を測定した。また、前述した実施例３の導波管２１０の測定結果と比較するために、Ｂａ（Ｎｄ，Ｂｉ）2Ｔｉ5Ｏ14セラミックスについても測定した。この実施例４においては、周波数が２０ＧＨｚの電磁波を各混合体２２３に入射させ、その応答により比誘電率を測定した。そして、実施例３と同様に、混合体２２３における粉体の体積比率を変化させ、各混合体２２３の比誘電率を測定した。
【０１６１】
このようにして得られた粉体と空気との混合体２２３の比誘電率εが、前述した対数混合則、リヒトネッカロータの式またはウイナーの式に適用される。そして、この実施例４で得られた比誘電率と、実施例３で得られた比誘電率とを比較した。その比較した結果を図３１に示す。図３１は、この実施例４の導波管２２０を用いて得られた混合体２２３の比誘電率と、実施例３の導波管２１０を用いて得られた混合体２１３の比誘電率とを比較したグラフを表している。
【０１６２】
図３１において、破線は実施例４で使用された導波管２２０によって測定された混合体２２３の比誘電率を表している。一方、実線は実施例３で使用された導波管２１０によって測定された混合体２１３の比誘電率を表している。図３１に示すように、導波管２２０を用いて測定された各混合体の比誘電率は、導波管２１０を用いて測定された各混合体の比誘電率にほぼ一致しているのがわかる。従って、この実施例４の導波管２２０を用いることにより、導波管２１０と比較して、さらに高周波領域においても粉体の比誘電率を測定することができる。また、実施例３と同様に、この実施例４においても、異なる粉体の比誘電率の大小を相対比較することができた。
【０１６３】
なお、導波管２３０を用いることにより、実施例３，４と同様に、混合体２３３の比誘電率εを測定し、述した対数混合則、リヒトネッカロータの式またはウイナーの式をその実測値に適用することにより、各粉体の比誘電率を類推することができる。この導波管２３０によって得られた混合体の比誘電率を用いても、実施例３と同様に、異なる粉体の比誘電率の大小を比較することができる。
【０１６４】
本発明は、以上の構成に限定されることはなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。
【０１６５】
たとえば、上記構成においては、共振周波数、挿入損失および電力半値幅を測定するときの共振モードとして、ＴＥ011モードが用いられているが、共振周波数、挿入損失および電力半値幅を測定するときの共振モードとして、ＴＥ011モードを用いることは必ずしも必要でなく、ＴＥ011以外のＴＥモードまたはＴＭモードを用いることもできる。
【０１６６】
また、上記構成においては、共振器として空洞共振器が用いられているが、共振器として空洞共振器を用いることは必ずしも必要でなく、同軸共振器や、誘電体共振器を用いることもできる。
【０１６７】
さらに、上記構成においては、空洞共振器が円筒状に形成されているが、空洞共振器が円筒状に形成されていることは必ずしも必要でない。
【０１６８】
また、上記構成においては、誘電体に混合する気体として、空気が用いられているが、誘電体に、空気を混合することは必ずしも必要でなく、アルゴンガスや窒素ガスを誘電体に混合させてもよい。
【０１６９】
さらに、上記構成においては、空洞共振器内の閉空間内に、空気が封入されているが、空洞共振器内の閉空間内に、空気が封入されていることは、必ずしも必要でなく、空気に代えて、空洞共振器内の閉空間内に、低損失の誘電体を充填してもよい。
【０１７０】
また、前記図２に示されている構成においては、空洞共振器内の閉空間内に、空気が封入されているが、空洞共振器内の閉空間内に空気を封入することは必ずしも必要でなく、空洞共振器の閉空間に誘電体を封入してから、空洞共振器の閉空間内を真空としてもよい。
【０１７１】
さらに、上記構成においては、第一の円柱体２８および第一の円柱体４４を固定するために、ねじ１３４ａ、１３４ｂが用いられているが、第一の円柱体２８および第二の円柱体４４を固定するために、ねじ１３４、１３４ｂを用いることは必ずしも必要ではなく、シリンダと第一の円板２６の間に板を挿入することによって、第一の円柱体２８を固定し、またはシリンダと第二の円板４２の間に板を挿入することによって、第二の円柱体４４を固定するようにしてもよい。
【０１７２】
また、上記構成においては、第一の円柱体２８の先端部に、円環状の溝３２が形成されているが、ＴＥ011モードの共振周波数とＴＭ111モードの共振周波数が分離することができれば、第一の円柱体２８の先端部の形状はとくに限定されるものではなく、第一の円柱体２８の先端部に、円環状の導体板または誘電体板を取り付けてもよく、溝３２が第一の円柱体２８の先端部に形成されていることは必ずしも必要でない。
【０１７３】
さらに、上記構成においては、第一の円柱体２８の先端部に、円環状の溝３２が形成されているが、ＴＥ011モードの共振周波数とＴＭ111モードの共振周波数が分離することができれば、第一の円柱体２８の先端部に円環状の溝３２が形成されていることは必ずしも必要でなく、第二の円柱体４４の先端部に溝３２が形成されていてもよく、また、第二の円柱体４４の先端部に、円環状の導体板または誘電体板が取り付けられていてもよい。
【０１７４】
また、上記構成においては、ループアンテナ１２４は、第一の円板２６および第一の円柱体２８に形成された２つの貫通孔３０ａ、３０ｂ内に挿入された、同軸ケーブル１２２の先端部に取り付けられているが、ループアンテナ１２４は、第一の円板２６および第一の円柱体２８側に２本取り付けられていることは、必ずしも必要がない。すなわち、ループアンテナ１２４は、第二の円板４２および第二の円柱体４４に２つの貫通孔を形成し、この形成された貫通孔に挿入された同軸ケーブル１２２の先端部に取り付けられてもよく、また、第一の円板２６および第一の円柱体２８ならびに第二の円板４２および第二の円柱体４４に１つの貫通孔を形成し、この形成された貫通孔に挿入された同軸ケーブル１２２の先端部に取り付けられてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１７５】
【図１】本発明に係る誘電体の複素誘電率の測定装置の概略を示すブロック図である。
【図２】本発明に係る第１実施形態の誘電体の複素誘電率の測定装置のブロック図である。
【図３】空洞共振器の略斜視図である。
【図４】図２に示された空洞共振器のＸ−Ｘ線に沿った略断面図であり、粉体状の誘電体が配置された図である。
【図５】図２に示された空洞共振器のＸ−Ｘ線に沿った略断面図であり、誘電体の成形物が配置された図である。
【図６】空洞共振器の閉空間を真空にするための真空装置を含む粉体状の誘電体の複素誘電率の測定装置を表した図である。
【図７】本発明に係る第２実施形態の誘電特性測定装置１００の構成を示すブロック図である。
【図８】導波管の斜視図である。
【図９】導波管の斜視図である。
【図１０】導波管の斜視図である。
【図１１】試料Ａと空気とが混合した体積比率が異なる混合体の比誘電率εr2を、最小二乗法により、対数混合則にフィッティングして、得られたグラフである。
【図１２】図１１の一部拡大図である。
【図１３】試料Ａと空気とが混合した体積比率が異なる混合体の比誘電率εr2を、最小二乗法により、リヒトネッカロータの式にフィッティングして、得られたグラフである。
【図１４】図１３の一部拡大図である。
【図１５】試料Ａと空気とが混合した体積比率が異なる混合体の比誘電率εr2を、最小二乗法により、ウイナーの式にフィッティングして、得られたグラフである。
【図１６】図１５の一部拡大図である。
【図１７】試料Ａと空気とが混合した体積比率が異なる混合体の誘電正接を、混合則の式に代入し、試料Ａの体積比率と、試料Ａと空気とが混合した混合体の誘電正接との関係を、原点を通る直線によって近似したグラフである。
【図１８】テトラフルオロエチレン円柱の比誘電率およびシート状のテトラフルオロエチレンの比誘電率を測定した結果を示すグラフである。
【図１９】テトラフルオロエチレン円柱の誘電正接およびシート状のテトラフルオロエチレンの誘電正接を測定した結果を示すグラフである。
【図２０】複合体の比誘電率の実測値と、その実測値に対数混合則を適用した結果を示すグラフである。
【図２１】複合体の比誘電率の実測値と、その実測値にリヒトネッカロータの式を適用した結果を示すグラフである。
【図２２】複合体の比誘電率の実測値と、その実測値にウイナーの式を適用した結果を示すグラフである。
【図２３】対数混合則を適用して粉体の比誘電率を算出するために用いるグラフである。
【図２４】リヒトネッカロータの式を適用して粉体の比誘電率を算出するために用いるグラフである。
【図２５】ウイナーの式を適用して粉体の比誘電率を算出するために用いるグラフである。
【図２６】実測値に対数混合則を適用して得られた各粉体の比誘電率を示す表である。
【図２７】実測値にリヒトネッカロータの式を適用して得られた各粉体の比誘電率を示す表である。
【図２８】実測値にウイナーの式を適用して得られた各粉体の比誘電率を示す表である。
【図２９】導波管を用いて、混合体の比誘電率の周波数依存性について測定した結果である。
【図３０】異なる材料の粉体の比誘電率の大きさを相対比較した表である。
【図３１】２種類の導波管を利用して得られた粉体の比誘電率とを比較したグラフである。
【符号の説明】
【０１７６】
１２    測定装置
１４    空洞共振器
１６    ネットワークアナライザ
１８    演算処理装置
１１０    誘電体
１１２    空気の層
１１４    シリンダ
１１６    貫通孔
１１８    混合体の層
１２０    第一のピストン
１２２    同軸ケーブル
１２４    ループアンテナ
１２６    第一の円板
１２８    第一の円柱体
１３０ａ  貫通孔
１３０ｂ  貫通孔
１３２    溝
１３４ａ  ねじ
１３４ｂ  ねじ
１３６ａ  貫通孔
１３６ｂ  貫通孔
１４０    第二のピストン
１４２    第二の円板
１４４    第二の円柱体
１４６    真空装置
１４８    真空ポンプ
１５０    真空槽
【図１】
2005062152.tif 000011
【図２】
2005062152.tif 000012
【図３】
2005062152.tif 000013
【図４】
2005062152.tif 000014
【図５】
2005062152.tif 000015
【図６】
2005062152.tif 000016
【図７】
2005062152.tif 000017
【図８】
2005062152.tif 000018
【図９】
2005062152.tif 000019
【図１０】
2005062152.tif 000020
【図１１】
2005062152.tif 000021
【図１２】
2005062152.tif 000022
【図１３】
2005062152.tif 000023
【図１４】
2005062152.tif 000024
【図１５】
2005062152.tif 000025
【図１６】
2005062152.tif 000026
【図１７】
2005062152.tif 000027
【図１８】
2005062152.tif 000028
【図１９】
2005062152.tif 000029
【図２０】
2005062152.tif 000030
【図２１】
2005062152.tif 000031
【図２２】
2005062152.tif 000032
【図２３】
2005062152.tif 000033
【図２４】
2005062152.tif 000034
【図２５】
2005062152.tif 000035
【図２６】
2005062152.tif 000036
【図２７】
2005062152.tif 000037
【図２８】
2005062152.tif 000038
【図２９】
2005062152.tif 000039
【図３０】
2005062152.tif 000040
【図３１】
2005062152.tif 000041