(57)【要約】【課題】  誘電体基板の位置を空洞共振器のギャップ内で移動できるようにして、高精度な誘電体測定を可能にした誘電率測定装置及び誘電率測定方法を提供する。【解決手段】  誘電率測定装置は、空洞共振器１と保持具２と移動機構３とネットワークアナライザ４とを備え、移動機構３によって、保持具２で保持した誘電体基板１００をギャップＧ内で上下に移動させ、共振周波数をネットワークアナライザ４でモニタすることができる。そして、検出した最小の共振周波数と誘電体基板１００の厚さとによって、この誘電体基板１００の誘電率を測定する。好ましくは、互いの位置がずれるように、ループ部１３ａ，１４ａを配置すると共に、電磁波がギャップＧから漏洩しないよう、ギャップＧの大きさを設定する。【選択図】図１
2007047072.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
開口部を対向させて向かい合い且つ誘電体基板の厚さよりも大きなギャップをこれら開口部間に形成した１対の有底筒状導体，及び各有底筒状導体の底部内側に各ループ部をそれぞれ突出させ、一方のループ部から電磁波を放射して励振し且つ他方のループで検波する１対の同軸励振線を有した空洞共振器と、
上記ギャップ内に挿入された上記誘電体基板を保持するための保持具と、
上記空洞共振器を共振させる電磁波の共振周波数を測定可能な測定器と、
上記保持具に保持された誘電体基板を上記ギャップ内で当該誘電体基板の厚さ方向に相対的に移動させることができる移動機構と
を具備することを特徴とする誘電率測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の誘電率測定装置において、
上記各有底筒状導体は、有底円筒状導体である、
ことを特徴とする誘電率測定装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の誘電率測定装置において、
上記ギャップを介して上記１対の有底筒状導体の外部へ向かう電磁波の伝搬モードが使用周波数帯域内でカットオフ状態になるように、上記ギャップの大きさを設定した、
ことを特徴とする誘電率測定装置。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の誘電率測定装置において、
上記１対の同軸励振線のループ部を、互いに対向しないように底部の面方向にずらして配設した、
ことを特徴とする誘電率測定装置。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の誘電率測定装置において、
上記１対の同軸励振線の一方のループ部のねじれ角度と他方のループ部のねじれ角度とを異ならしめた、
ことを特徴とする誘電率測定装置。
【請求項６】
請求項５に記載の誘電率測定装置において、
上記１対の同軸励振線の一方のループ部に対する他方のループ部のねじれ角度をほぼ９０°に設定した、
ことを特徴とする誘電率測定装置。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の誘電率測定装置において、
上記移動機構は、保持具を上記誘電体基板の厚さ方向に移動させて、誘電体基板のギャップ内位置を変える、
ことを特徴とする誘電率測定装置。
【請求項８】
請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の誘電率測定装置において、
上記移動機構は、空洞共振器を上記誘電体基板の厚さ方向に移動させて、誘電体基板のギャップ内位置を変える、
ことを特徴とする誘電率測定装置。
【請求項９】
請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の誘電率測定装置を用いて、誘電体基板の誘電率を測定する誘電率測定方法であって、
上記誘電体基板の厚さを測定する厚さ測定過程と、
上記誘電体基板を、上記空洞共振器のギャップ内に挿入して上記保持具で保持させる保持過程と、
上記誘電体基板がギャップ内に挿入された状態の空洞共振器を、上記１対の同軸励振線のループ部によって励振させる励振過程と、
上記移動機構を用いて誘電体基板の相対位置を変えながら、各位置での共振周波数を上記測定器で測定し、当該共振周波数が最小の位置に誘電体基板を位置決めする周波数測定過程と、
上記周波数測定過程で得た上記最小の共振周波数と上記厚さ測定過程で得た誘電体基板の厚さとを用いて、当該誘電体基板の誘電率を求める誘電率算出過程と
を備えることを特徴とする誘電率測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、基板等の誘電率を測定するための誘電率測定装置及び誘電率測定方法に関し、特に、ミリ波帯領域で使用する基板等の誘電率を測定するための誘電率測定装置及び誘電率測定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の技術としては、例えば特許文献１，特許文献２及び非特許文献１等に開示された技術がある。この技術は、誘電体基板を二分割された空洞共振器で狭持し、空洞共振器に配設された同軸ケーブル先端のループを用いて励振することで、空洞共振器のＴＥモードの共振周波数と無負荷Ｑを測定し、この共振周波数と無負荷Ｑから、誘電体基板の誘電率を測定するものである。
しかしながら、この技術では、誘電体基板を二分割された空洞共振器で狭持する必要があるので、誘電体基板を空洞共振器に組み付ける作業に長時間を要する。さらに、誘電体基板厚の面内バラツキや反り等によって、誘電体基板と空洞共振器との接触状態にバラツキが発生し、測定精度の低下を招く等の問題があった。
かかる問題に対応可能な従来の技術として、非特許文献２に開示の技術がある。この技術は、二分割された空洞共振器を離間させて、誘電体基板厚よりも大きなギャップをこれら空洞共振器の間に設け、誘電体基板をこのギャップのほぼ中心の位置に非接触状態で配設して、誘電体基板の誘電率を測定するものである。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２７３６１３号公報
【特許文献２】特開２００４−２９４１２４号公報
【非特許文献１】清水及び小林、「ミリ波同軸励振空洞共振器法による誘電体平板の複素誘電率測定」、信学技報、電子情報通信学会、ＭＷ９９−２５（１９９９−０５）、ｐ７３−ｐ７６
【非特許文献２】清水容平（Yohei Ishikawa）、「ミリ波回路用誘電体基板の非破壊測定（Non-Destructive Precise Measurement of Dielectric Substrate for Millimeter-Wave Circuits）」、ＭＷＥ２００１  Microwave Workshop Digest、ｐ１６３−ｐ１６８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上記した従来の技術では、次のような問題がある。
すなわち、誘電体基板厚よりも大きなギャップを、二分割された空洞共振器の間に設け、誘電体基板をこのギャップ内に配設して、誘電率を測定するので、誘電体基板を空洞共振器に組み付ける作業が短時間で済むと共に、誘電体基板厚の面内バラツキや反り等による測定精度の劣化を防止することができる。
しかしながら、この技術では、誘電体基板の中心を上記ギャップの中心位置に位置決め固定して、基板の誘電率を測定するため、基板厚さや反り量が異なる誘電体基板間でこれらの中心位置がギャップの中心位置からずれてしまう。この結果、基板厚さや反り量が異なる誘電体基板間での測定精度が劣化するおそれがあった。特にロットが異なる誘電体基板間において、かかる問題が顕著に現れる。
【０００５】
この発明は、上述した課題を解決するためになされたもので、誘電体基板の位置を空洞共振器のギャップ内で移動できるようにして、高精度な誘電体測定を可能にした誘電率測定装置及び誘電率測定方法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】
【０００６】
上記課題を解決するために、請求項１の発明に係る誘電率測定装置は、開口部を対向させて向かい合い且つ誘電体基板の厚さよりも大きなギャップをこれら開口部間に形成した１対の有底筒状導体，及び各有底筒状導体の底部内側に各ループ部をそれぞれ突出させ、一方のループ部から電磁波を放射して励振し且つ他方のループで検波する１対の同軸励振線を有した空洞共振器と、ギャップ内に挿入された誘電体基板を保持するための保持具と、空洞共振器を共振させる電磁波の共振周波数を測定可能な測定器と、保持具に保持された誘電体基板をギャップ内で当該誘電体基板の厚さ方向に相対的に移動させることができる移動機構とを具備する構成とした。
かかる構成により、誘電体基板を基板厚さよりも大きな空洞共振器のギャップ内に挿入し、この誘電体基板を保持具で保持した状態にすることができる。そして、１対の同軸励振線のループ部によって空洞共振器を共振させると、測定器によってその共振周波数を測定することができる。このとき、移動機構を用いて、保持具に保持された誘電体基板をギャップ内で当該誘電体基板の厚さ方向に相対的に移動させることができる。したがって、この移動機構を用いて誘電体基板をギャップの略中心に位置させ、この位置における共振周波数と誘電体基板の厚さとによって、誘電体基板の誘電率を求めることができる。
【０００７】
請求項２の発明は、請求項１に記載の誘電率測定装置において、各有底筒状導体は、有底円筒状導体である構成とした。
【０００８】
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載の誘電率測定装置において、ギャップを介して１対の有底筒状導体の外部へ向かう電磁波の伝搬モードが使用周波数帯域内でカットオフ状態になるように、ギャップの大きさを設定した構成とする。
かかる構成により、電磁波がギャップを介して１対の有底筒状導体の外部へ漏洩することを、抑圧することができる。
【０００９】
請求項４の発明は、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の誘電率測定装置において、１対の同軸励振線のループ部を、互いに対向しないように底部の面方向にずらして配設した構成とする。
【００１０】
請求項５の発明は、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の誘電率測定装置において、１対の同軸励振線の一方のループ部のねじれ角度と他方のループ部のねじれ角度とを異ならしめた構成とする。
【００１１】
請求項６の発明は、請求項５に記載の誘電率測定装置において、１対の同軸励振線の一方のループ部に対する他方のループ部のねじれ角度をほぼ９０°に設定した構成とする。
【００１２】
請求項７の発明は、請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の誘電率測定装置において、移動機構は、保持具を誘電体基板の厚さ方向に移動させて、誘電体基板のギャップ内位置を変える構成とした。
【００１３】
請求項８の発明は、請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の誘電率測定装置において、移動機構は、空洞共振器を誘電体基板の厚さ方向に移動させて、誘電体基板のギャップ内位置を変える構成とした。
【００１４】
請求項９の発明は、請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の誘電率測定装置を用いて、誘電体基板の誘電率を測定する誘電率測定方法であって、誘電体基板の厚さを測定する厚さ測定過程と、誘電体基板を、空洞共振器のギャップ内に挿入して保持具で保持させる保持過程と、誘電体基板がギャップ内に挿入された状態の空洞共振器を、１対の同軸励振線のループ部によって励振させる励振過程と、移動機構を用いて誘電体基板の相対位置を変えながら、各位置での共振周波数を測定器で測定し、当該共振周波数が最小の位置に誘電体基板を位置決めする周波数測定過程と、周波数測定過程で得た最小の共振周波数と厚さ測定過程で得た誘電体基板の厚さとを用いて、当該誘電体基板の誘電率を求める誘電率算出過程とを備える構成とした。
かかる構成により、測定過程において、誘電体基板の厚さが測定され、保持過程により、誘電体基板が空洞共振器のギャップ内に挿入して保持具で保持される。しかる後、励振過程によって、誘電体基板がギャップ内に挿入された状態の空洞共振器が、１対の同軸励振線のループ部によって励振される。そして、周波数測定過程により、移動機構によって誘電体基板の相対位置が変えられながら、各位置での共振周波数が測定器で測定され、当該共振波数が最小の位置に誘電体基板が位置決めされる。これにより、誘電率算出過程で、最小の共振周波数と誘電体基板の厚さとに基づいて、当該誘電体基板の誘電率が求められる。
【発明の効果】
【００１５】
以上詳しく説明したように、請求項１ないし請求項８の発明に係る誘電率測定装置によれば、誘電体基板の厚さよりも大きなギャップを１対の有底筒状導体間に設け、誘電体基板をこのギャップ内に挿入し、この誘電体基板を空洞共振器と非接触な状態で共振周波数を測定することができるので、誘電体基板厚の面内バラツキや反り等の影響を受けることなく、共振周波数を測定することができ、この結果、誘電体基板の誘電率測定を簡便かつ高速に実施できる。さらに、移動機構によって、誘電体基板の相対位置を変更することができるので、基板厚さや反り量が異なる誘電体基板間においても、各誘電体基板を、最適なギャップ中心位置に容易に位置させることができる。したがって、基板厚さや反り量が異なる誘電体基板間においても、高精度の周波数測定が可能となり、この結果、誘電率測定のさらなる高精度化を図ることができる。特にロットが異なる誘電体基板間における誘電率測定に有効である。
また、移動機構を用いて、誘電体基板を最小共振波数の位置に位置決めすることができるので、誘電体基板をギャップの中心位置に再現性良く配置することができ、誘電体基板の位置ズレによる測定バラツキの軽減、測定の高精度化、高速化、簡便化を実現することができる。さらに、誘電体基板の位置合せ用の高精度な目盛機構を必要としないので、その分、装置の簡素化を図ることができる。
【００１６】
特に、請求項３の発明によれば、使用周波数帯域内の電磁波の空洞共振器外部への漏洩を抑圧することができるので、共振時のQ値の劣化を防止することができ、この結果、高精度な測定を確保することができる。
【００１７】
また、請求項４ないし請求項６の発明によれば、１対の同軸励振線のループ部が互いに底部の面方向にずれ、しかも、ねじれ角度も異なっているので、一方のループ部と他方のループ部とが直接電磁結合せず、一方のループ部による励振と他方のループ部による検波とを確実に行うことができる。
【００１８】
また、請求項９の発明に係る誘電率測定方法によれば、周波数測定過程において、誘電体基板の相対位置が変えられながら、各位置での共振周波数が測定器で測定され、当該共振波数が最小の位置に誘電体基板が位置決めされるので、誘電体基板をギャップの中心位置に再現性良く配置することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、この発明の最良の形態について図面を参照して説明する。
【実施例１】
【００２０】
図１は、この発明の第１実施例に係る誘電率測定装置を示す概略断面図であり、図２は、有底筒状導体１１を開口部側から見た平面図であり、図３は有底筒状導体１２を開口部側から見た平面図である。
図１に示すように、この実施例の誘電率測定装置は、空洞共振器１と保持具２と移動機構３と測定器としてのネットワークアナライザ４とを備えている。
【００２１】
空洞共振器１は、１対の有底筒状導体１１，１２とこれら有底筒状導体１１，１２に接続された１対の同軸励振線としての同軸ケーブル１３，１４とを有する。
有底筒状導体１１，１２は、図２及び図３に示すように、円筒状の導体であり、図１に示すように、その開口部１１ａ，１２ａを対向させた状態で上，下に配され、図示しない支持部材に固定されている。そして、対向する開口部１１ａ，１２ａの間に大きさＴのギャップＧが形成されている。ギャップＧの大きさＴは、誘電体基板１００の厚さｔよりも大きく設定され、誘電体基板１００を厚さ方向に移動させることができるようになっている。
一方、同軸ケーブル１３，１４は、ネットワークアナライザ４の出力端４１，入力端４２にそれぞれ連結され、それぞれの先端には、芯線によるループ部１３ａ，１４ａが形成されている。
ループ部１３ａ，１４ａは、有底筒状導体１１，１２の底部１１ｂ，１２ｂの内側に突出しており、ループ部１３ａが、ネットワークアナライザ４の出力端４１からの高周波信号を電磁波として放射して空洞共振器１を励振し、ループ部１４ａが、励振時における電磁波を検波する。
【００２２】
ループ部１３ａ，１４ａの突出位置は、空洞共振器１内の電磁界分布をできるだけ乱さない位置に設定されている。具体的には、ループ部１４ａをループ部１３ａの真下に配さず、ループ部１４ａをループ部１３ａから底部１２ｂの面方向にズラしている。さらに、図２及び図３に示すように、ループ部１３ａ，１４ａのねじれ角度を異ならしめ、ループ部１３ａに対するループ部１４ａのねじれ角度θが略９０°になるように、ループ部１３ａ，１４ａのねじれ角度を設定した。
【００２３】
保持具２は、図１に示すようにギャップＧ内に挿入された誘電体基板１００を水平に保持するための器具であり、移動機構３によって指示されている。
【００２４】
移動機構３は、保持具２の保持された誘電体基板１００をギャップＧ内で誘電体基板１００の厚さ方向に移動させる機構である。具体的には、移動機構３は、上昇及び下降する複数の支柱３１を有し、この支柱３１の上端によって、保持具２を水平に指示している。そして、支柱３１を上昇又は下降させることで、保持具２をギャップＧの上方向又は下方向に移動させ、誘電体基板１００のギャップＧ内位置を変える。なお、支柱３１を上昇，下降させる機構としては、公知機構を用いるので、その説明は省略する。
【００２５】
ネットワークアナライザ４は、公知のアナライザであり、少なく共、高周波発振部４３と周波数表示部４４とを備えている。これにより、高周波発振部４３で発生させた高周波信号を出力端４１から同軸ケーブル１３に出力して、ループ部１３ａからの電磁放射を可能にしている。また、ループ部１４ａで検波した電磁波の周波数を測定して周波数表示部４４に表示する。
ところで、同軸ケーブル１３のループ部１３ａから電磁波を放射して、空洞共振器１を励振させると、ギャップＧを通じて有底筒状導体１１，１２の外部へ向かう電磁波の伝搬モードが生じ、共振時のＱ値を劣化させるおそれがある。そこで、この実施例では、有底筒状導体１１，１２の外部へ漏洩する伝搬モードが使用周波数帯域内でカットオフ状態となるように、ギャップＧの大きさを設定している。
【００２６】
このような誘電率測定装置の寸法設計には、スプリアスモードを測定モードから可能な限り離調させることと、ギャップＧからの伝搬モードの漏洩を可能な限り抑圧することを考慮する必要がある。
図４は、有底筒状導体１１，１２の寸法を示す概略断面図であり、図５は、ＴＥ010モードの共振周波数とスプリアスモードの共振周波数とを示す線図であり、図６は、図５の囲み部分（破線楕円部分）を拡大して示す線図である。
【００２７】
この実施例では、測定する共振モードとしてＴＥ010モードを選択した。
このＴＥ010モードを選択した理由は、次の通りである。
すなわち、誘電率測定装置の空洞共振器１が円筒型の共振器であり、高Q値の共振モードである円筒波型の共振モードＴＥ0,n,mを選択することで、共振周波数の測定精度を共振モードのQに比例させることができる。さらに、有底筒状導体１１，１２の空洞の高さ中央部に電磁界が集中するＴＥ0,n,2m（ｎ＝１，２，３、ｍ＝０，１，２)モードを選択することで、有底筒状導体１１，１２の空洞中心に位置するギャップＧに装荷した誘電体基板１００の誘電率が共振周波数に与える感度が高くなり、高精度な測定が可能となる。そして、ｎ＝１、ｍ＝０という低次のモードにすることで、有底筒状導体１１，１２を小型にすることができ、測定試料の寸法自由度の向上、誘電体基板１００内の測定可能領域の増加を図ることができるからである。
【００２８】
また、測定する誘電体基板１００として、誘電率（比誘電率）εrが約２４で且つ厚さが０．３ｍｍの基板を標準基板とし、測定する共振周波数を約３０ＧＨｚとする。
このような場合には、図４において、有底筒状導体１１，１２の空洞内径ｄを５．０ｍｍ、空洞外形Ｄを１１．０ｍｍ、空洞深さＨを３．６ｍｍ、ギャップＧの大きさＴを０．７ｍｍに設定することで、スプリアスモードＨＥ210をＴＥ010モードから離調させることができる。すなわち、図５に示すように、スプリアスモードＨＥ210のピークがＴＥ010モードのピークの近傍に発生するが、上記のように寸法設定することで、図６に示すように、スプリアスモードＨＥ210をＴＥ010モードから１ＧＨｚ以上離すことができる。
ところで、図４に示すように、電磁波を放射するループ部１３ａが有底筒状導体１１内に突出していると、その長さｈを４分の１波長とするスプリアスＨＥ110が発生する。したがって、長さｈを４ｍｍに設定し、スプリアスＨＥ110を２０ＧＨｚとして、図５に示すように、スプリアスＨＥ110のピークをＴＥ010モードから大きく離した。
【００２９】
また、有底筒状導体１１，１２のギャップＧからの伝搬モードの漏洩については、ギャップＧの大きさＴを０．７ｍｍに設定することで、対応した。
図７は、各モードにおけるギャップＧの大きさＴとカットオフ周波数と有底筒状導体１１，１２の空洞内径ｄとの関係を示す線図である。
図７において、曲線ＳがＴＥ010モードの空洞内径ｄと共振周波数との関係を示す曲線であり、水平直線Ｓ１はギャップＧの大きさＴが０．７ｍｍである場合における有底筒状導体１１，１２の半径方向のカットオフ条件を示す直線であり、水平直線Ｓ２はギャップＧの大きさＴが１．１ｍｍである場合におけるカットオフ条件を示す直線である。
この実施例では、上記したように有底筒状導体１１，１２の空洞内径ｄを５．０ｍｍに設定したので、その共振周波数は約３１ＧＨｚである。したがって、水平直線Ｓ１，Ｓ２よりも下側の周波数がカットオフされるので、ギャップＧを広げ、その大きさＴを１．１ｍｍにしてしまうと、約３１ＧＨｚの共振周波数はギャップＧ部分でカットオフされない。これに対して、水平直線Ｓ１のように、ギャップＧを狭め、その大きさＴを０．７ｍｍに設定することにより、４４ＧＨｚ以下の周波数をカットオフ状態にすることができるので、ＴＥ010モードの共振周波数が３１ＧＨｚの近傍で変化しても、ギャップＧから電磁波が漏洩することはない。かかる理由により、この実施例では、ギャップＧの大きさＴを０．７ｍｍに設定した。
【００３０】
次に、この実施例の誘電率測定装置が示す作用及び効果について説明する。
図８は、ＴＥ010モードにおける電界の状態を空洞の上又は下方向から示す部分断面図であり、図９は、ＴＥ010モードにおける電磁界の状態を空洞の側面方向から示す部分断面図である。
図１に示すように、誘電体基板１００を保持具２上に載置する。そして、ネットワークアナライザ４の高周波発振部４３から高周波信号を発振し、同軸ケーブル１３のループ部１３ａからＴＥ010モードの電磁波を放射する。すると、この電磁波は誘電体基板１００を含む有底筒状導体１１，１２内をループ部１３ａからループ部１４ａに向かってＴＥ010モードで伝搬することから、電界Ｅは進行方向で変化せず、磁界Ｈのみが進行方向で変化する。したがって、電界Ｅが、図８に示すように、空洞内で輪状になり、磁界Ｈが、図９に示すように、電界Ｅの周りに発生する。この電磁波は誘電体基板１００を含む有底筒状導体１１，１２全体を励振し、誘電体基板１００から有底筒状導体１２内を下方に伝搬する電磁波がループ部１４ａによって検波され、同軸ケーブル１４及び入力端４２を通じて周波数表示部４４内に入力される。そこで、高周波発振部４３からの高周波信号の周波数を、例えば２９ＧＨｚから３３ＧＨｚまで変化させることで、図６に示したように、ＴＥ010モードの共振周波数が周波数表示部４４に表示される。なお、有底筒状導体１１，１２内の電磁波は、誘電体基板１００を伝わってギャップＧから外部に漏洩しようとするが、上記したように、ギャップＧの大きさＴを０．７ｍｍに設定してあるので、２９ＧＨｚ〜３３ＧＨｚの電磁波はギャップＧ内で全てカットオフ状態になり、電磁波が無駄なく検波され、高いＱ値の共振周波数が、ネットワークアナライザ４で測定され、周波数表示部４４に表示される。
【００３１】
そして、移動機構３を用いて、保持具２を上下させ、誘電体基板１００を厚さ方向に移動させると、ネットワークアナライザ４の周波数表示部４４で表示される共振周波数が誘電体基板１００の位置に対応して異なる。
そこで、発明者等は、基板位置と共振周波数との関係を測定した。
図１０は、誘電体基板１００のギャップ内位置と共振周波数との関係を示す測定図である。
まず、図８に示すように、誘電体基板１００をギャップＧの中央に位置させ、誘電体基板１００の中心線ＬとギャップＧの中心とを一致させた状態で、共振周波数を測定した。図１０においては、かかる状態での基板位置を０．００ｍｍとしており、この位置での共振周波数は、約３１．２４０５ＧＨｚである。
そして、移動機構３を用いて、誘電体基板１００を０．０１ｍｍづつ上方に移動させ、各位置で共振周波数を測定したところ、図１０の右側のプロットで示すように、共振周波数が、誘電体基板１００がギャップＧ中央から上昇するに応じて高くなった。逆に誘電体基板１００をギャップＧ中心位置から０．０１ｍｍづつ下方に移動させ、各位置で共振周波数を測定したところ、図１０の左側のプロットで示すように、この場合にも、共振周波数が高くなっていった。すなわち、かかる測定結果は、誘電体基板１００がギャップＧの中央に位置しているか否かが不明の場合に、誘電体基板１００を、最小共振周波数を示す位置に配することで、誘電体基板１００をギャップＧの中央に位置させることができることを意味している。
【００３２】
なお、この実施例では、測定する共振モードとしてＴＥ010モードを選択し、誘電率εrが約２４で且つ厚さが０．３ｍｍの基板を対象とし、測定する共振周波数を約３０ＧＨｚとする場合の空洞共振器１の寸法設計として、有底筒状導体１１，１２の空洞内径ｄを５．０ｍｍ、空洞外形Ｄを１１．０ｍｍ、空洞深さＨを３．６ｍｍ、ギャップＧの大きさＴを０．７ｍｍに設定して、スプリアスモードの離調と電磁波の漏洩抑圧を図ったが、これに限定されるものではなく、基板の厚さや及び共振周波数に対応して各種の寸法設計を行うことができる。
例えば、誘電率εrが約２４で且つ厚さが０．６ｍｍの基板を対象とし、測定する共振周波数を約１７ＧＨｚとする場合の空洞共振器１の寸法設計として、有底筒状導体１１，１２の空洞内径ｄを８．３ｍｍ、空洞外形Ｄを１５．０ｍｍ、空洞深さＨを６．４ｍｍ、ギャップＧの大きさＴを０．８ｍｍに設定することで、スプリアスモードの離調とギャップＧからの電磁波の漏洩の抑圧を図ることができる。
また、誘電率εrが約２４で且つ厚さが０．６ｍｍの基板を対象とし、測定する共振周波数を約２６ＧＨｚとする場合の空洞共振器１の寸法設計として、有底筒状導体１１，１２の空洞内径ｄを４．８ｍｍ、空洞外形Ｄを１１．０ｍｍ、空洞深さＨを６．４ｍｍ、ギャップＧの大きさＴを０．８ｍｍに設定することでも、スプリアスモードの離調とギャップＧからの電磁波の漏洩の抑圧を図ることができる。
【実施例２】
【００３３】
次に、この発明の第２実施例について説明する。
図１１は、この発明の第２実施例に係る誘電率測定装置を一部破断して示す概略側面図であり、図１２は、平面図である。
この実施例は、移動機構３が、空洞共振器１を誘電体基板１００の厚さ方向に移動させて、誘電体基板１００のギャップＧ内位置を変える構造を成している点が、上記第１実施例と異なる。
すなわち、図１１及び図１２に示すように、移動機構３′は、１対のアーム３２，３３とスライダ３４と駆動部３５とを有している。
アーム３２，３３は、有底筒状導体１１，１２を保持する部材であり、その先端部が有底筒状導体１１，１２の上面，下面に固着されている。そして、その基部がスライダ３４に固着されている。
スライダ３４は、上下動自在に取り付けられており、駆動部３５によって上昇及び下降するようになっている。
また、保持具２は、図示しない支持部材に固定されている。
【００３４】
かかる構成により、移動機構３′の駆動部３５によって、スライダ３４を上方又は下方にスライドさせ、アーム３２，３３で保持された有底筒状導体１１，１２を上，下移動させることで、誘電体基板１００のギャップＧ内位置を変えることができる。
その他の構成、作用及び効果は、上記第１実施例と同様であるので、その記載は省略する。
【実施例３】
【００３５】
次に、この発明の第３実施例について説明する。
図１３は、この発明の第３実施例に係る誘電率測定方法の過程図である。
この実施例は、誘電率測定装置を用いて、誘電体基板の誘電率を測定する方法である。
この実施例では、上記第１実施例の誘電率測定装置を用いることとする。勿論、第１実施例と異なる寸法設計の誘電率測定装置や第２実施例の誘電率測定装置を用いることもできる。
したがって、標準の誘電体基板として、第１実施例で示した誘電率εrが約２４で、厚さが０．３ｍｍで、共振周波数は約３０ＧＨｚである基板を用い、検査する誘電体基板１００の誘電率がこの標準の誘電体基板の誘電率からどのくらいズレているかで、検査誘電体基板１００の誘電率の評価を行う。
【００３６】
この実施例では、下記（１）式を算出し、そのΔεr／εrが所定の範囲内にあるか否かで、検査誘電体基板１００の評価を行う。ここで、Δｆ0は、標準誘電体基板の共振周波数（約３０ＧＨｚ）と検査誘電体基板１００の共振周波数とのズレ量であり、ｆ0は標準誘電体基板の共振周波数（約３０ＧＨｚ）であり、Δｔは、標準誘電体基板の厚さ（０．３ｍｍ）と検査誘電体基板１００の厚さとのズレ量であり、ｔは標準誘電体基板の厚さ（０．３ｍｍ）であり、Δｘは、検査誘電体基板１００のギャップＧの中央部からのズレ量である。
2007047072.tif 000003
【００３７】
この実施例の誘電率測定方法は、図１３に示すように、厚さ測定過程Ｋ１と保持過程Ｋ２と励振過程Ｋ３と周波数測定過程Ｋ４と誘電率算出過程Ｋ５とを備えて成る。
厚さ測定過程Ｋ１は、検査する誘電体基板１００の厚さを測定する過程であり、公知の測定器具や測定方法で測定する。この厚さ測定過程Ｋ１の実行により、上記（１）式のΔｔを求めることができる。
【００３８】
保持過程Ｋ２は、厚さ測定過程Ｋ１で厚さ測定した誘電体基板１００を図１に示す空洞共振器１のギャップＧ内に挿入して保持具２で保持させる過程であり、励振過程Ｋ３は、この空洞共振器１を、同軸ケーブル１３，１４のループ部１３ａ，１４ａによって励振及び検波する過程である。かかる過程の実行により、検査誘電体基板１００の共振周波数は、ネットワークアナライザ４の周波数表示部４４で知ることができ、上記（１）式のΔｆ0を求めることができるといえる。しかし、誘電体基板１００の共振周波数は、誘電体基板１００の位置ズレ量Δｘによって異なってくる。そこで、検査誘電体基板１００を常にギャップＧの中央部（Δｘ＝０）に位置させることで、検査誘電体基板１００の厚さと共振周波数とにより、この誘電体基板１００の誘電率の測定が可能となる。しかしながら、目盛り等を用いて目測で誘電体基板１００の位置決めを行うことは、困難であり、高精度且つ高価な目盛装置が必要となる。
【００３９】
そこで、この実施例では、周波数測定過程Ｋ４を実行することで、目盛りを用いずとも、容易且つ正確に誘電体基板１００の位置決めをすることができるようにした。
周波数測定過程Ｋ４は、移動機構３を用いて検査誘電体基板１００のギャップＧ内位置を変えながら、各位置での共振周波数を測定器で測定し、当該共振周波数が最小の位置に誘電体基板を位置決めする過程である。
すなわち、図１０で示したように、誘電体基板１００の共振周波数が最小の時に、誘電体基板１００がギャップＧの中央に位置するので、誘電体基板１００の位置を移動させ、周波数表示部４４をモニタしながら、この最小の共振周波数となる位置を検出し、誘電体基板１００をその位置に位置決めする。これにより、Δｘ＝０における上記（１）式のΔｆ0を求めることができ、しかも、高Ｑ値の共振周波数を検出することができるので、高精度なΔｆ0を求めることができる。
【００４０】
誘電率算出過程Ｋ５は、厚さ測定過程Ｋ１で求めた誘電体基板１００の厚さと周波数測定過程Ｋ４で求めた最小共振周波数とを用いて、検査誘電体基板１００の誘電率を求める過程である。具体的には、厚さ測定過程Ｋ１で求めた厚さズレ量Δｔと、周波数測定過程Ｋ４で求めた周波数ズレ量Δｆ0（Δｘ＝０）とに基づいて、上記（１）式を算出し、算出したΔεr／εrが所望の範囲内にあるか否かで、検査誘電体基板１００の誘電率に関する評価を行うことができる。
その他の構成、作用及び効果は、上記第１及び第２実施例と同様であるので、その記載は省略する。
【００４１】
なお、この発明は、上記実施例に限定されるものではなく、発明の要旨の範囲内において種々の変形や変更が可能である。
例えば、上記実施例では、有底筒状導体１１，１２として、有底円筒状導体を採用したが、有底角筒状導体を採用してもよい。
また、上記実施例では、ギャップＧの大きさＴを０．７ｍｍに設定して、電磁波がギャップＧから漏洩しないようにした誘電率測定装置を例示したが、ギャップＧの大きさＴが大きく、従って、電磁波の漏洩が発生する誘電率測定装置をこの発明の範囲から除外する意ではない。
また、１対の同軸ケーブル１３，１４のループ部１３ａ，１４ａは、互いに対向しないように有底筒状導体１１，１２の底部１１ｂ，１２ｂの面方向にずらして配設して有れば良く、図２及び図３で示したように、ループ部１３ａ，１４ａが底部１１ｂ，１２ｂの直径上に配置されている必要はない。
また、上記実施例では、１対の有底筒状導体１１，１２の一方のループ部１３ａに対する他方のループ部１４ａのねじれ角度をほぼ９０°に設定したが、一方のループ部１３ａのねじれ角度と他方のループ部１４ａのねじれ角度とが異なっていれば良く、当該ねじれ角度を３０°や６０°に設定したものも発明の範囲に含まれる。
また、上記第２実施例では、アーム３２，３３で有底筒状導体１１，１２を支持して、駆動部３５でスライダ３４を上下にスライドさせることにより、有底筒状導体１１，１２を移動させる構成としたが、移動機構は、空洞共振器１を誘電体基板１００の厚さ方向に移動させることができるもので有れば良く、かかる構造に限定されるものではない。例えば、上下に進退するネジや支柱等を有底筒状導体１１，１２の上面，下面に垂直に接続して、モータ等の駆動部を用いて、これらのネジや支柱等を進退させることにより、有底筒状導体１１，１２を上下に移動させることもできる。
また、第３実施例では、測定過程Ｋ１を最初に実行したが、測定過程Ｋ１の実効は誘電率算出過程Ｋ５の以前であるならば良く、最初に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】この発明の第１実施例に係る誘電率測定装置を示す概略断面図である。
【図２】上の有底筒状導体を開口部側から見た平面図である。
【図３】下の有底筒状導体を開口部側から見た平面図である。
【図４】有底筒状導体の寸法を示す概略断面図である。
【図５】ＴＥ010モードの共振周波数とスプリアスモードの共振周波数とを示す線図である。
【図６】図５の囲み部分を拡大して示す線図である。
【図７】各モードにおけるギャップの大きさとカットオフ周波数と有底筒状導体の空洞内径との関係を示す線図である。
【図８】ＴＥ010モードにおける電界の状態を空洞の上又は下方向から示す部分断面図である。
【図９】ＴＥ010モードにおける電磁界の状態を空洞の側面方向から示す部分断面図である。
【図１０】誘電体基板のギャップ内位置と共振周波数との関係を示す測定図である。
【図１１】この発明の第２実施例に係る誘電率測定装置を一部破断して示す概略側面図である。
【図１２】図１１に示す誘電率測定装置の平面図である。
【図１３】この発明の第３実施例に係る誘電率測定方法の過程図である。
【符号の説明】
【００４３】
１…空洞共振器、  ２…保持具、  ３，３′…移動機構、  ４…ネットワークアナライザ、  １１，１２…有底筒状導体、  １１ａ，１２ａ…開口部、  １１ｂ，１２ｂ…底部、  １３，１４…同軸ケーブル、  １３ａ，１４ａ…ループ部、  ３１…支柱、  ３２，３３…アーム、  ３４…スライダ、  ３５…駆動部、  ４１…出力端、  ４２…入力端、  ４３…高周波発振部、  ４４…周波数表示部、  １００…誘電体基板、  Ｅ…電界、  Ｇ…ギャップ、  Ｈ…磁界、  Ｋ１…測定過程、  Ｋ２…保持過程、  Ｋ３…励振過程、  Ｋ４…周波数測定過程、  Ｋ５…誘電率算出過程。
【図１】
2007047072.tif 000004
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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