JP4540596B2 - リング共振器およびこれを用いた誘電体薄膜の誘電特性測定方法 - Google Patents
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Description
JIS R 1641、2002年制定 Aly E. Fathy et al. "An Innovative Semianalytical Technique for Ceramic Evaluation at Microwave Frequencies" IEEE Trans. MTT, vol.50, pp.2247-2252, Oct. 2002.
度の極大点が存在するようにリング共振器を磁界励振させることにより、より効率的に誘電体薄膜に電界エネルギーが集中しやすくなり、比誘電率や誘電正接等をさらに高精度に決定することができる。また、内側導体と外側導体との間に印加する直流電圧を低減することができる。
図7は、本発明のリング共振器のリング状の間隙31の形状と共振モード(1次共振モード)を説明するための平面図であって、リング状間隙の幅が一周において変化がなく、共振電磁界が一周に1波長存在する1次共振モードが表されている。
まず、内側導体32と外側導体33との間に直流電圧を印加しない場合の共振モード(20m個存在する電界強度の極大点の一部または全部が、リング状間隙における幅の狭い部位に位置する)の共振周波数と無負荷Qの測定値から比誘電率や誘電正接等の誘電特性を計算しておく。次に、内側導体32と外側導体33との間に直流電圧を印加した場合の上記共振モードの共振周波数と無負荷Qを測定し、幅の狭い部位に位置する誘電体薄膜の比誘電率や誘電正接等のみが変化すると仮定して、これらの誘電特性を計算する。このとき、幅の広い部位に位置する誘電体薄膜の比誘電率や誘電正接等は、直流電圧を印加しない場合の計算結果と等しいものとする。この直流電圧を適宜変化させた場合の各共振モードの共振周波数と無負荷Qの変化を測定することによって、目的の周波数における誘電体薄膜の比誘電率や誘電正接等の直流電界強度依存性が計算できる。具体的には、幅の狭い部位に位置する誘電体薄膜に発生する実効的な直流電界強度Eeffを直流電圧Vと幅の狭い部位の内側導体32と外側導体33との間隔Lとから下記の(式1)によって決定することによって、目的の周波数における誘電体薄膜の比誘電率や誘電正接等の直流電界強度依存性が計算できる。
の厚みb3=0.001mm、導体膜の厚みc3=0.001mm、リング径d4=20mm、リング状間隙の幅w3=0.05mm)を作製し、軸対称の有限要素法による数値解析を行った。このとき、誘電体支持基板の誘電定数はサファイアを想定し、比誘電率ε’=11.54、Qf=106GHzとした。また、導体膜の導電率はPtを想定し、導電率σ=9.434×106S/mとした。
の厚みb1=0.001mm、導体膜の厚みc1=0.001mm、リング径d1=任意、リング状間隙の幅w1=0.1mm)における誘電体薄膜の比誘電率や誘電正接等の直流電界強度依存性の計算を想定し、2次元の有限要素法による数値解析を行った。このとき得られた誘電体薄膜の各微小領域iにおける直流電界強度Eiの結果を用いて、(式2)により誘電体薄膜に発生する実効的な直流電界強度Eeffを計算した。このとき、誘電体薄膜を比誘電率ε’=500、誘電体支持基板の誘電定数はサファイアを想定し、比誘電率ε’=9.4とした。また、内側導体と外側導体との間に印加した直流電圧を100Vとした。
2:誘電体薄膜(試料)
3:導体膜
31:間隙
32:内側導体
33:外側導体
41:同軸ケーブル
42:ループアンテナ
5:端子
6:直流電圧印加孔
Claims (8)
- リング状の間隙により内側導体および外側導体に分割された導体膜と、該導体膜の上面および下面の少なくとも一方に積層された誘電体薄膜とが、誘電体支持基板上に設けられており、前記間隙が、幅の広い部位と幅の狭い部位とを有することを特徴とするリング共振器。
- 前記誘電体薄膜の比誘電率が前記誘電体支持基板の比誘電率よりも高いことを特徴とする請求項1に記載のリング共振器。
- 前記誘電体薄膜の誘電正接が前記誘電体支持基板の誘電正接よりも高いことを特徴とする請求項1または請求項2に記載のリング共振器。
- 前記幅の広い部位の周方向に占める割合が、前記幅の狭い部位の周方向に占める割合よりも大きいことを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載のリング共振器。
- 前記幅の広い部位と前記幅の狭い部位とが、それぞれ2k個(k:正の整数)ずつ交互に形成されていることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれかに記載のリング共振器。
- 請求項1乃至請求項5のいずれかに記載のリング共振器の前記幅の狭い部位の少なくとも1個に共振電磁界の電界強度の極大点が存在するように前記リング共振器を磁界励振させて、前記リング共振器の共振周波数および無負荷Qを測定し、前記共振周波数および前記無負荷Qから前記誘電体薄膜の誘電特性を決定することを特徴とする誘電体薄膜の誘電特性測定方法。
- 請求項5に記載のリング共振器の前記幅の狭い部位の少なくとも1個に共振電磁界の電界強度の極大点が存在するように前記リング共振器を磁界励振させて、前記間隙に前記電界強度の極大点が2m×k個(m、k:正の整数)存在するn次(n=m×k)の共振モードの共振周波数および無負荷Qを測定し、前記共振周波数および前記無負荷Qから前記誘電体薄膜の誘電特性を決定することを特徴とする誘電体薄膜の誘電特性測定方法。
- 前記内側導体と前記外側導体との間に直流電圧を印加しながら、前記リング共振器を磁界励振させることを特徴とする請求項6または請求項7に記載の誘電体薄膜の誘電特性測
定方法。
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