电介质的复数介电常数的测量方法和设备的制作方法

专利名称：电介质的复数介电常数的测量方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及测量电介质的复数介电常数的方法和设备，更具体地涉及能够以高精度测量电介质的复数介电常数的方法和设备。
背景技术：
随着各种无线电器件性能的提高，已经对在几GHz或以上高频频带中具有高性能的用于高频的陶瓷电介质提出了需求。通常，陶瓷电介质以借助于烧制粉末状电介质而得到的烧制产物的形式，已经被用作电路元件。而且，借助于以各种比率混合粉末状电介质和树脂而得到的复合电介质，也已经被用作电路元件。
因此，为了开发用于高频的陶瓷电介质，测量电介质的复数介电常数以作为对应于粉末和烧制产物状态的电介质的介电特性是必不可少的。
已经如下计算了粉末状电介质的复数介电常数中的介电常数。例如，具有一对设置为以恒定间距彼此面对的电极的容器被填充以待要测量介电常数的粉末状电介质，电压被施加到电极之间的部分，借助于混合粉末状电介质和空气而得到的混合物的介电常数从而被测量。于是，就从这样被测量的混合物的介电常数来计算介电常数(见专利文献1)。
另一方面，通常利用扰动方法、空腔谐振器方法、以及电介质谐振器方法，来测量借助于烧制而形成的粉末状电介质模制件的复数介电常数(见非专利文献1、2、3)。在扰动方法、空腔谐振器方法、以及电介质谐振器方法中，要求作为测量目标的电介质模制件采用各种测量方法所限定的预定形状。例如，在扰动方法中，要求作为测量目标的电介质被形成为类似细长棒，在空腔谐振器方法中形成为片，而在电介质谐振器方法中形成为圆柱体。
JP-A-6-138076[非专利文献1]Yasushi Iijima，“Electronic Monthly”，Shinko Shoji Co.，Ltd.，July 1998[非专利文献2]JIS R 16271996“Method of TestingDielectric Characteristic of Fine Ceramics for Microwave”，Japanese Standards Association，July 1996[非专利文献3]JIS R 16412002“Method of TestingMicrowave Dielectric Characteristic of Fine Ceramics Board”，Japanese Standards Association，January 2002但在测量粉末状电介质的介电常数的常规方法中，在几GHz或以上的高频频带中测量粉末状电介质的介电常数的情况下，不能忽略漂浮电容和漂浮电抗的存在。结果，就存在着整个测量设备共振而无法以高精度测量粉末状电介质的介电常数的问题。而且，通常尚不知有如所期望的测量粉末状电介质的复数介电常数中介电损耗角正切的可行方法。
另一方面，虽然根据电介质的类型能够容易地制作圆柱形电介质模制件，但难以制作细长棒或片状的电介质模制件。因此，存在着无法利用扰动方法或空腔谐振器方法来测量电介质的复数介电常数的问题。另一方面，在能够测量圆柱形电介质模制件的电介质谐振器方法中，存在着无法在复数介电常数中具有低介电常数的电介质例如树脂中测量介电常数和介电损耗角正切的问题。

发明内容
考虑到这些情况，本发明的目的是提供一种用来在几GHz或以上的高频频带中以高精度测量粉末状电介质、其中能够测量电介质模制件的复数介电常数的粉末状电介质、或电介质模制件的复数介电常数的方法和设备。
(1)一种测量电介质的复数介电常数的方法，包含下列步骤用电介质填充模式发生器；将电磁波输入到模式发生器；测量从模式发生器输出的电磁波；以及基于这样测得的电磁波而计算复数介电常数。
(2)根据(1)的测量电介质的复数介电常数的方法，其中电介质是粉末状电介质，模式发生器以气体和电介质一起填充，在测量步骤中测量电磁波的谐振模式中的S参数，以及计算步骤，包括基于S参数而计算借助于在模式发生器中混合电介质与气体而得到的混合物的复数介电常数的步骤，以及根据这样计算的混合物的复数介电常数以及混合物中的电介质体积比率来计算电介质的复数介电常数的步骤。
(3)根据(2)的测量电介质的复数介电常数的方法，其中，混合物的复数介电常数的计算是混合物的介电常数的计算，且电介质的复数介电常数的计算是电介质的介电常数的计算。
(4)根据(3)的测量电介质的复数介电常数的方法，其中，利用对数混合法则、“李赫德涅凯-罗瑟(Lichteneker-Rother)”方程以及维纳(Wiener)方程其中之一，来计算电介质的介电常数。
(5)根据(2)-(4)中任何一个的测量电介质的复数介电常数的方法，其中，混合物的复数介电常数的计算是混合物的介电损耗角正切的计算，且电介质的复数介电常数的计算是电介质的介电损耗角正切的计算。
(6)根据(5)的测量电介质的复数介电常数的方法，其中，利用混合法则方程来进行电介质的介电损耗角正切的计算。
(7)根据(1)的测量电介质的复数介电常数的方法，其中，电介质是具有与模式发生器封闭空间的剖面相同的剖面的电介质模制件，模式发生器以气体与电介质一起填充，在测量步骤中，对电磁波谐振模式中的谐振频率、插入损耗以及半功率宽度进行测量，以及根据这样测得的谐振频率、插入损耗以及半功率宽度，在计算步骤中计算电介质模制件的复数介电常数。
(8)根据(7)的测量电介质的复数介电常数的方法，其中，电介质模制件的复数介电常数的计算是电介质模制件的介电常数的计算。
(9)根据(7)的测量电介质的复数介电常数的方法，其中，电介质模制件的复数介电常数的计算是电介质模制件的介电损耗角正切的计算。
(10)根据(7)-(9)中任何一个的测量电介质的复数介电常数的方法，其中，电介质模制件是圆柱形的。
(11)根据(2)-(10)中任何一个的测量电介质的复数介电常数的方法，其中，模式发生器是圆柱形谐振器。
(12)根据(2)-(10)中任何一个的测量电介质的复数介电常数的方法，其中，模式发生器是空腔谐振器。
(13)根据(2)-(12)中任何一个的测量电介质的复数介电常数的方法，其中，电磁波的谐振模式是TE011模式。
(14)根据(1)-(13)中任何一个的测量电介质的复数介电常数的方法，还包含使模式发生器中的电介质干燥的步骤。
(15)根据(14)的测量电介质的复数介电常数的方法，还包含排空模式发生器，从而使电介质干燥的步骤。
(16)根据(1)的测量电介质的复数介电常数的方法，其中，模式发生器是波导，此波导以气体或液体与电介质一起填充，在计算步骤中，基于测得的电磁波，来计算借助于混合粉末与气体或液体而得到的混合物的介电常数，以及在计算步骤中，根据混合物的介电常数和粉末在混合物中的体积比率，来计算粉末的介电常数。
(17)根据(16)的测量电介质的复数介电常数的方法，其中，利用对数混合法则、“Lichteneker-Rother”方程、以及Wiener方程之一，来计算电介质的介电常数。
(18)根据(16)或(17)的测量电介质的复数介电常数的方法，其中，波导是同轴型波导。
(19)根据(16)或(17)的测量电介质的复数介电常数的方法，其中，波导是矩形波导。
(20)根据(16)或(17)的测量电介质的复数介电常数的方法，其中，波导是圆形波导。
(21)根据(16)-(20)中任何一个的测量电介质的复数介电常数的方法，其中，波导包括用来保持气体或液体的密封部分。
(22)根据(16)-(21)中任何一个的测量电介质的复数介电常数的方法，其中，粉末在混合物中的体积比率被设定为0.32-0.42，而电磁波的频率为0.1GHz或以上。
(23)根据(17)的测量电介质的复数介电常数的方法，还包含下列步骤对粉末类型彼此不同且体积比率彼此相等的多个混合物的各个介电常数进行测量，以及比较混合物的介电常数，从而比较并测量多个电介质的介电常数。
(24)一种用来测量电介质的复数介电常数的设备，它包含其中提供有电介质的模式发生器；电磁波发生分析器，用来将电磁波输入到配备有电介质的模式发生器，且用来响应于电磁波的输入而对模式发生器输出的电磁波进行测量；以及用来基于这样测得的电磁波而计算电介质的复数介电常数的计算装置。
(25)根据(24)的用来测量电介质的复数介电常数的设备，其中，模式发生器是用来在其中填充电介质和气体的谐振器，电磁波发生分析器对电磁波谐振模式中的谐振频率、插入损耗、以及半功率宽度进行测量，以及基于谐振频率、插入损耗、以及半功率宽度，计算装置对电介质的复数介电常数进行计算。
(26)根据(25)的用来测量电介质的复数介电常数的设备，其中，谐振器包括配备有通孔的第一活塞；面对第一活塞提供的第二活塞；用来覆盖第一活塞和第二活塞，从而形成封闭空间的圆筒；以及插入在通孔中的用来输入和输出电磁波的同轴电缆。
(27)根据(26)的用来测量电介质的复数介电常数的设备，其中，环状沟槽形成在第一活塞的尖端部分和第二活塞的尖端部分上。
(28)根据(26)的用来测量电介质的复数介电常数的设备，其中，环状导体或电介质板被附着到第一活塞的尖端部分和第二活塞的尖端部分。
(29)根据(25)-(28)中任何一个的用来测量电介质的复数介电常数的设备，其中，当电介质是粉末时，计算装置根据测得的谐振频率、插入损耗、以及半功率宽度，对借助于混合谐振器中的电介质和气体而得到的混合物的复数介电常数进行计算，并根据这样计算得到的混合物的复数介电常数和电介质在混合物中的体积比率，来计算电介质的复数介电常数。
(30)根据(29)的用来测量电介质的复数介电常数的设备，其中，混合物的复数介电常数的计算是混合物的介电常数的计算，且电介质的复数介电常数的计算是电介质的介电常数的计算。
(31)根据(30)的用来测量电介质的复数介电常数的设备，其中，利用对数混合法则、“Lichteneker-Rother”方程、以及Wiener方程之一，来计算电介质的介电常数。
(32)根据(29)的用来测量电介质的复数介电常数的设备，其中，混合物的复数介电常数的计算是混合物的介电损耗角正切的计算，且电介质的复数介电常数的计算是电介质的介电损耗角正切的计算。
(33)根据(32)的用来测量电介质的复数介电常数的设备，其中，利用混合法则方程来计算电介质的介电损耗角正切。
(34)根据(25)-(28)中任何一个的用来测量电介质的复数介电常数的设备，其中，当圆柱形电介质是模制件时，计算装置根据测得的谐振频率、插入损耗、以及半功率宽度，计算电介质模制件的复数介电常数。
(35)根据(34)的用来测量电介质的复数介电常数的设备，其中，电介质模制件的复数介电常数的计算是电介质模制件的介电常数的计算。
(36)根据(34)的用来测量电介质的复数介电常数的设备，其中，电介质模制件的复数介电常数的计算是电介质模制件的介电损耗角正切的计算。
(37)根据(25)-(36)中任何一个的用来测量电介质的复数介电常数的设备，其中，电磁波的谐振模式是TE011模式。
(38)根据(25)-(37)中任何一个的用来测量电介质的复数介电常数的设备，还包含真空装置，用来排空谐振器中的封闭空间，以便使谐振器中的电介质干燥。
(39)根据(34)-(36)中任何一个的用来测量电介质的复数介电常数的设备，其中，谐振器被填充以具有其剖面与封闭空间剖面相同的圆柱形电介质模制件和气体。
(40)根据(25)-(39)中任何一个的用来测量电介质的复数介电常数的设备，其中，电介质和气体被填充在形成于谐振器中的具有几乎为圆形剖面的封闭空间中。
(41)根据(24)的用来测量电介质的复数介电常数的设备，其中，模式发生器是用借助于混合待要测量复数介电常数的粉末与气体或液体而得到的混合物填充的波导。
根据本发明，有可能提供一种用来测量电介质的复数介电常数的方法和设备，此方法和设备还能够在几GHz或以上的高频频带中以高精度测量粉末状电介质的复数介电常数。


图1是方框图，示意地示出了根据本发明的用来测量电介质的复数介电常数的设备，图2是方框图，示出了根据本发明第一实施方案的用来测量电介质的复数介电常数的设备，图3是示意透视图，示出了空腔谐振器，图4是提供了粉末状电介质的图2所示空腔谐振器沿X-X线的示意剖面图，图5是提供了电介质模制件的图2所示空腔谐振器沿X-X线的示意剖面图，图6表示用来测量粉末状电介质的复数介电常数的设备，它包括用来使空腔谐振器的封闭空间成为真空的真空装置，图7是方框图，示出了根据本发明第二实施方案的电介质特性测量设备100的结构，图8是透视图，示出了一种波导，图9是透视图，示出了波导，图10是透视图，示出了波导，图11是借助于用最小二乘法将其中样品A与空气被彼此混合的具有各种体积比率的混合物的介电常数εr2拟合于对数混合法则而得到的图表，图12是图11的局部放大图，图13是借助于用最小二乘法将其中样品A与空气被彼此混合的具有各种体积比率的混合物的介电常数εr2拟合于“Lichteneker-Rother”方程而得到的曲线，图14是图13的局部放大图，图15是借助于用最小二乘法将其中样品A与空气被彼此混合的具有各种体积比率的混合物的介电常数εr2拟合于Wiener方程而得到的曲线，图16是图15的局部放大图，图17是借助于将其中样品A与空气被彼此混合的具有各种体积比率的混合物的介电损耗角正切代入混合法则，且通过穿过原点的直线逼近样品A的体积比率与借助于混合样品A与空气而得到的混合物的介电损耗角正切之间的关系，而得到的图表，图18的图表示出了借助于测量四氟乙烯圆柱体的介电常数和片状四氟乙烯的介电常数而得到的结果，图19的图表示出了借助于测量四氟乙烯圆柱体的介电损耗角正切和片状四氟乙烯的介电损耗角正切而得到的结果，图20的图表示出了复合物介电常数的测量值以及对测得的值应用对数混合法则而得到的结果，图21的图表示出了复合物介电常数的测量值以及对测得的值应用“Lichteneker-Rother”方程而得到的结果，图22的图表示出了复合物介电常数的测量值以及对测得的值应用Wiener方程而得到的结果，图23是待要用于应用对数混合法则来计算粉末的介电常数的曲线，图24是待要用于应用“Lichteneker-Rother”方程来计算粉末的介电常数的曲线，图25是待要用于应用Wiener方程来计算粉末的介电常数的曲线，图26是表格，示出了对测得的值应用对数混合法则得到的每种粉末的介电常数，图27是表格，示出了对测得的值应用“Lichteneker-Rother”方程得到的每种粉末的介电常数，图28是表格，示出了对测得的值应用Wiener方程得到的每种粉末的介电常数，
图29的图表示出了借助于用波导测量混合物介电常数的频率依赖性而得到的结果，图30是借助于相对比较由不同材料制成的粉末的介电常数而得到的表格，以及图31的图表示出了用二种波导得到的粉末介电常数的比较。
具体实施例方式
下面参照附图来详细描述本发明的优选实施方案。
首先，在详细解释各个实施方案之前，大致描述一下根据本发明的测量电介质的复数介电常数的方法的基本原理。在下列描述中，“粉末状电介质的复数介电常数”意味着电介质的介电常数和电介质的介电损耗角正切。
图1是方框图，示出了根据本发明的用来测量电介质的复数介电常数的设备的示意结构。
如图1所示，测量设备1由模式发生器2、电磁波发生分析器3、以及计算装置4构成。
模式发生器2是一种容器，用来容纳待要测量复数介电常数的电介质连同空气。模式发生器2能够对被输入的电磁波只引起预定模式的波出现，并能够使用例如谐振器和波导。填充在模式发生器2中的电介质包括粉末状电介质、由借助于烧制粉末状电介质而得到的单一材料形成的模制件、以及借助于以各种比率混合粉末状电介质和树脂而得到的多种材料形成的模制件。
电磁波发生分析器3将电磁波输入到模式发生器2中，并响应于输入的电磁波而接收从模式发生器2输出的电磁波。然后，电磁波发生分析器3对接收到的电磁波进行分析，从而计算模式发生器2中的电磁波的S参数，并将有关计算得到的S参数的数据输出到计算装置4。电磁波的S参数表明了电磁波的透射系数和反射系数。
计算装置4根据从电磁波发生分析器3输入的S参数而计算电介质的复数介电常数。
在提供于模式发生器2中的电介质不是模制件而是粉末的情况下，计算装置4不能直接计算粉末状电介质的复数介电常数，而是首先计算包含粉末状电介质和空气的混合物的复数介电常数，以便利用“Lichteneker-Rother”方程或Wiener方程来获得仅仅粉末状电介质的复数介电常数。
于是，根据本发明的用来测量电介质的复数介电常数的设备具有这样一种结构，即电磁波被输入到模式发生器2中，并基于输出的电磁波来进行分析，从而测量是为粉末或模制件的电介质的复数介电常数。
下面与描述测量设备的更具体的结构一起来描述用来测量电介质的复数介电常数的方法。
(第一实施方案)下面详细地来描述根据本发明的用来测量电介质的复数介电常数的设备和方法的第一实施方案。在此实施方案中，空腔谐振器被用作图1所示的模式发生器。
图2是方框图，示出了用来执行根据本实施方案的用来测量电介质的复数介电常数的方法的测量设备，图3是示意透视图，示出了空腔谐振器，而图4是图3所示的空腔谐振器沿X-X线的示意剖面图，示出了作为电介质的粉末状电介质。
如图2所示，测量设备12包含空腔谐振器14、网络分析器16、以及计算装置18，它们分别依次对应于图1中的模式发生器2、电磁波发生分析器3、以及计算装置4。更具体地，根据本实施方案的测量装置12采用空腔谐振器14作为模式发生器2。
空腔谐振器14是一种用待要测量复数介电常数的电介质进行填充的圆柱形金属容器。当电磁波被输入到空腔谐振器14中时，预定模式的电磁波由于对应于空腔谐振器14的形状的共振而被强烈地观察到。
网络分析器16将电磁波输入到空腔谐振器14中，并响应于电磁波的输入而接收从空腔谐振器14输出的电磁波。然后，网络分析器16根据从空腔谐振器14接收到的电磁波而测量预定模式中的电磁波的谐振频率、插入损耗、以及半功率宽度，从而将测量的结果输出到计算装置18。
计算装置18被构造成根据从网络分析器16输入的谐振频率、插入损耗、以及半功率宽度来计算电介质的复数介电常数。
如图3所示，空腔谐振器14包括圆柱体114、第一活塞120、同轴电缆122、螺钉134a和134b、以及第二活塞140。
如图4所示，第一活塞120具有第一圆盘126和环绕第一圆盘126整体直立安装的第一圆柱体128。第一圆盘126和第一圆柱体128沿第一圆柱体128的轴向配备有二个通孔130a和130b。而且，在第一圆柱体128尖端部分的外围边沿部分中形成了环形沟槽132。
如图4所示，同轴电缆122被插入在形成于第一圆盘126和第一圆柱体128上的二个通孔130a和130b中，且环形天线124被附着到同轴电缆122的尖端部分。
如图4所示，第二活塞140具有第二圆盘142和环绕第二圆盘142整体直立安装的第二圆柱体144。第二圆柱体144的外径等于第一圆柱体128的外径。
如图4所示，圆柱体114的中心部分配备有内径几乎等于第一活塞120的第一圆柱体128的外径以及第二活塞140的第二圆柱体144的外径的通孔116。第一活塞120的第一圆柱体128从上方被插入到通孔116中，且第二活塞140的第二圆柱体144从下方被插入到通孔116中，并在圆柱体114的通孔116中由第一活塞120的第一圆柱体128和第二活塞140的第二圆柱体144形成一个封闭的空间109。此封闭的空间109是一个将作为空腔谐振器14的谐振腔的区域，并被待要测量的粉末状电介质或电介质模制件与气体一起填充。
而且，圆柱体114配备有几乎正交于圆柱体114的轴向的二个通孔136a和136b。用来调节第一活塞120的第一圆柱体128的位置的螺钉134a，被插入在通孔136a中，而用来调节第二活塞140的第二圆柱体144的位置的螺钉134b，被插入在通孔136b中。
在具有上述结构的测量设备12中，粉末状电介质的复数介电常数以下列方式进行测量。
(粉末状电介质的复数介电常数的测量)首先，参照图4来主要描述粉末状电介质的复数介电常数的测量。
为了测量粉末状电介质的复数介电常数，首先，诸如空气、氩气、或氮气的气体被填充在形成于空腔谐振器14中的封闭空间中。在此情况下，网络分析器16通过同轴电缆122和环形天线124，将电磁波输出到空腔谐振器14中。
空腔谐振器14响应于电磁波的输入而激发预定模式的电磁波。被激发的电磁波被环形天线124接收。被环形天线124接收的电磁波，通过同轴电缆122被输入到网络分析器16。
网络分析器16根据从空腔谐振器14输出的电磁波，测量作为空腔谐振器14的谐振模式的TE011模式中的谐振频率f1、谐振频率f1下的插入损耗IL1和半功率宽度Δf1、以及TE012模式中的谐振频率f2。
通常，当电磁波从网络分析器16被输入到空腔谐振器14时，TM111模式出现作为TE011模式的简并模式。TM111模式中的谐振频率具有非常靠近TE011模式中的谐振频率的频带。因此，存在着两个峰值在被测量的频谱上彼此重叠，致使无法精确测量TE011模式中的谐振频率、插入损耗、以及半功率宽度的问题。
但为了解决本实施方案中的这一问题，在第一活塞120的第一圆柱体128的尖端部分中形成了环形沟槽132，而且，用诸如空气、氩气或氮气的气体来填充封闭的空间109。结果，在空腔谐振器14中，TE011模式中的谐振频率和TM111模式中的谐振频率被彼此分离。借助于分离这些谐振频率，就精确地测量了TE011模式中的谐振频率。
网络分析器16将被测量的TE011模式中的谐振频率f1、谐振频率f1下的插入损耗IL1和半功率宽度Δf1、以及TE012模式中的谐振频率f2，输出到计算装置18。
当网络分析器16将TE011模式中的谐振频率f1、谐振频率f1下的插入损耗IL1和半功率宽度Δf1、以及TE012模式中的谐振频率f2输出到计算装置18时，空腔谐振器14的封闭空间109填充以待要测量复数介电常数的粉末状电介质110。
优选将待要测量的粉末状电介质110预先置于真空中，或应该进行加热，以便清除包含在待要干燥的电介质110中的水分。
在粉末状电介质110的复数介电常数的测量中，通常存在着由于吸附到粉末状电介质110表面上的水分的影响而在粉末状电介质110的复数介电常数的测量中造成误差的问题。但在本结构中，待要测量的粉末状电介质110的水分预先被清除，然后才测量粉末状电介质110的复数介电常数。结果就有可能提高粉末状电介质110的复数介电常数测量中的精度。
如图4所示，当空腔谐振器14的封闭空间109被粉末状电介质110填充时，诸如空气、氩气、或氮气的气体层112以及借助于混合粉末状电介质110和空气而得到的混合物层118，被形成在空腔谐振器14的封闭空间109中。
结果，网络分析器16通过同轴电缆122和环形天线124，将电磁波输出到被待要测量复数介电常数的粉末状电介质110填充的空腔谐振器14。
当网络分析器16将电磁波输入到空腔谐振器14中时，响应于电磁波的输入，电磁波从空腔谐振器14被输出，并通过环形天线124接收。通过环形天线124接收的电磁波，通过同轴电缆122被输入到网络分析器16。
网络分析器16对输入的电磁波进行分析，以便计算谐振模式的TE011模式中的谐振频率f3以及谐振频率f3下的插入损耗IL3和半功率宽度Δf3。然后，网络分析器16将有关TE011模式中的谐振频率f3以及谐振频率f3下的插入损耗IL3和半功率宽度Δf3的数据输出到计算装置18。
计算装置18利用下列方程(1)-(3)，根据从网络分析器16输入的谐振频率f1、插入损耗IL1、半功率宽度Δf1、以及谐振频率f2，计算空腔谐振器14内壁的有效电导率σ、空腔谐振器14在其封闭空间109被粉末状电介质110填充状态下的作为空腔谐振器14的空载Q值的Q1、以及空腔谐振器14的封闭空间109的视直径D。
H封闭空间的视高度，D封闭空间的视直径，j’n1m1当n1阶第一类贝塞尔函数的微分被设定为j’n1(x)时作为j’n1(x)＝0的第m1解，j’n2m2当n2阶第一类贝塞尔函数的微分被设定为j’n2(x)时作为j’n2(x)＝0的第m2解，以及c真空中的光速。
Q1=f1/Δf11-10-IL1/20---(20)]]>f1谐振频率，Δf1半功率宽度，以及IL1插入损耗。
σ=4πf1Q12{J′n1m14+2(J′n1m1l1π)2(D2H)3+(1-DH)(n1l1πD2H)2}2μ0c2(J′n1m12-n12)2{J′n1m12+(l1πD2H)2}3---(3)]]>σ空腔谐振器内壁的有效电导率，μ0真空中的磁导率，而π圆周率。
接着，计算装置18将从网络分析器16输入的谐振频率f3、半功率宽度Δf3、以及插入损耗IL3、已经得到的空腔谐振器14的封闭空间109的视直径D、填充在封闭空间109中的气体层112的厚度L1、以及借助于混合粉末状电介质110与气体而得到的混合物层118的厚度L2，代入方程(4)和(5)，并计算空腔谐振器14在其被粉末状电介质110填充状态下的作为空腔谐振器14的空载Q值的Q3以及借助于混合粉末状电介质110与气体而得到的混合物层118的复数介电常数中的介电常数εr2。
气体层112的厚度L1以及借助于混合粉末状电介质110与气体而得到的混合物层118的厚度L2，具有预设的值，并由测量人员设定，然后被输入到计算装置18。
Q3=f3/Δf31-10-IL3/20---(4)]]>f3谐振频率，Δf3半功率宽度，以及IL3插入损耗。
L1气体层112的厚度，L2借助于混合粉末状电介质110与气体而得到的混合物层118的厚度，D封闭空间109的视直径，εr1气体的介电常数，
εr2借助于混合粉末状电介质110与气体而得到的混合物层118的介电常数，以及j’nm当n阶第一类贝塞尔函数的微分被设定为j’n(x)时作为j’n(x)＝0的第m解。
随后，计算装置18将已经计算的有效电导率σ、空腔谐振器14在其被粉末状电介质110填充状态下的作为空腔谐振器14的空载Q值的Q3、封闭空间109的视直径D、填充在封闭空间109中的气体层112的厚度L1、以及借助于混合粉末状电介质110与气体而得到的混合物层118的厚度L2，代入方程(6)，并计算借助于混合粉末状电介质110与气体而得到的混合物层118的复数介电常数中的介电损耗角正切。

Q3空腔谐振器14在其被粉末状电介质110填充状态下的空腔谐振器14的空载Q值，We1气体层112的电场储存的能量，We2借助于混合粉末状电介质110与气体而得到的混合物层118的电场储存的能量，Pcy1气体层112在侧壁中的导体损耗，
Pcy2借助于混合粉末状电介质110与气体而得到的混合物层118在侧壁中的导体损耗，Pend1气体层112在活塞端面上的导体损耗，Pend2借助于混合粉末状电介质110与气体而得到的混合物层118在活塞端面上的导体损耗，ω角频率，Rs空腔谐振器14内壁的表面电阻，以及j’01当0阶第一类贝塞尔函数的微分被设定为j’0(x)时作为j’0(x)＝0的第一解。
利用上述情况，介电常数εr2和介电损耗角正切被计算作为借助于混合粉末状电介质110与气体而得到的混合物层118的复数介电常数。
而且，计算装置18将这样计算的借助于混合粉末状电介质110与气体而得到的混合物层118的介电常数εr2应用于用来根据借助于混合粉末与气体而得到的混合物层118的介电常数εr2而计算粉末状电介质的介电常数εr的方程中，例如对数混合法则、“Lichteneker-Rother”方程、或Wiener方程，从而计算粉末状电介质110的介电常数εr。
众所周知，对数混合法则由下列方程表示。
logεr＝v1logεr1+v2logεr2而且，“Lichteneker-Rother”方程由下列方程表示。
εrk＝v1εr1k+v2εr2k另一方面，Wiener方程由下列方程表示。
1/(εr+u)＝v1/(εr1+u)+v2/(εr2+u)εr粉末状电介质的介电常数，εr1气体的介电常数，εr2借助于混合粉末状电介质110与气体而得到的混合物层118的介电常数，v1气体的体积比率，v2粉末状电介质的体积比率，k拟合参数(-1≤k≤1)，以及u拟合参数(0≤u)。
利用这些方程，计算粉末状电介质的介电常数εr。
例如，在将要根据借助于用空气作为气体来混合粉末状电介质110与空气而得到的混合物层118的介电常数εr2，来计算粉末状电介质110的介电常数εr的情况下，空气的介电常数εr1为1.0。而且，空气的体积比率v1和粉末状电介质的体积比率v2由填充在混合物层118中的空气的体积和粉末状电介质110的体积确定。因此，若得到了借助于混合粉末状电介质110与空气而得到的混合物层118的介电常数εr2，则能够计算粉末状电介质110的介电常数εr。
而且，计算装置18将这样计算的借助于混合粉末状电介质110与气体而得到的混合物层118的介电损耗角正切，应用于用来根据借助于混合粉末与气体而得到的混合物层118的介电损耗角正切而计算借助于混合粉末状电介质110与气体而得到的混合层118的介电损耗角正切的方程，亦即混合法则方程，从而计算粉末状电介质110的介电损耗角正切。
用来计算损耗角正切的混合法则由下列方程表示。
tanδ＝v1tanδ1+v2tanδ2tanδ粉末状电介质的介电损耗角正切，tanδ1气体的介电损耗角正切，tanδ2借助于混合粉末状电介质110与气体而得到的混合物层118的介电损耗角正切，v1气体的体积比率，以及v2粉末状电介质的体积比率。
利用这些方程，计算了粉末状电介质的介电损耗角正切。
例如，在将要根据借助于用空气作为气体来混合粉末状电介质110与空气而得到的混合物层118的介电损耗角正切，来计算粉末状电介质110的介电损耗角正切的情况下，空气的介电损耗角正切tanδ1可以被认为是0，而且，粉末状电介质110的体积比率v2由填充在混合物层118中的气体的体积和粉末状电介质110的体积确定。因此，若得到了借助于混合粉末状电介质110与空气而得到的混合物层118的介电损耗角正切tanδ2，则能够计算粉末状电介质110的介电损耗角正切。
如上所述，得到了粉末状电介质110的介电常数εr和介电损耗角正切。结果，就能够得到粉末状电介质110的复数介电常数。
在本实施方案中，在将要在几GHz或以上的高频带中测量电介质的复数介电常数的介电常数的情况下，空腔谐振器14被粉末状电介质和气体填充，电磁波从网络分析器16被输入到空腔谐振器14中，从其中输入了电磁波的空腔谐振器14中输入到网络分析器16的电磁波的TE模式中的谐振频率f3、半功率宽度Δf3以及插入损耗IL3被测量，借助于混合粉末状电介质110与气体而得到的混合物层118的介电常数εr2被计算，而且，计算出的借助于混合粉末状电介质110与气体而得到的混合物层118的介电常数εr2，被应用于用来根据借助于混合粉末状电介质110与气体而得到的混合物层118的介电常数εr2而计算粉末状电介质110的介电常数εr的方程，例如对数混合法则、“Lichteneker-Rother”方程、或Wiener方程，从而计算粉末状电介质110的介电常数εr。
因此，根据此结构，能够在几GHz或以上的高频带中以高精度测量粉末状电介质110的复数介电常数中的介电常数。
而且，在此结构中，在将要在几GHz或以上的高频带中测量电介质的复数介电常数的介电损耗角正切的情况下，空腔谐振器14以粉末状电介质和气体填充，电磁波从网络分析器16输入到空腔谐振器14中，从其中输入了电磁波的空腔谐振器14中输入到网络分析器16的电磁波的TE模式中的谐振频率f3、半功率宽度Δf3、以及插入损耗IL3被测量，借助于混合粉末状电介质110与气体而得到的混合物层118的介电损耗角正切被计算，而且被应用于用来根据借助于混合粉末状电介质110与气体而得到的混合物层118的介电损耗角正切而计算粉末状电介质的介电损耗角正切的混合法则方程，从而计算粉末状电介质110的介电损耗角正切。
因此，根据本实施方案，也能够在几GHz或以上的高频带中以高精度测量粉末状电介质110的复数介电常数中的介电损耗角正切。
(电介质模制件的复数介电常数的测量)接着，参照图5来主要描述电介质模制件的复数介电常数的测量。将对电介质被形成为圆柱体以测量复数介电常数的情况进行描述。在下列描述中，利用简单的描述，将省略与粉末状电介质的复数介电常数的测量中的部分相同的各个部分，而且，将重新定义与粉末状电介质中相似的具有细微不同定义的特性，并将对其使用相同的特性。
为了测量电介质模制件的复数介电常数，以相同于将要测量粉末状电介质的情况相同的方式，首先，诸如空气、氩气、或氮气的气体被填充在形成于空腔谐振器14中的封闭空间109中，并在此情况下，电磁波从网络分析器16被输入到封闭空间109中，输入到封闭空间109中的电磁波的输出被分析，以便测量TE011模式中的谐振频率f1、谐振频率f1下的插入损耗IL1和半功率宽度Δf1、以及TE012模式中的谐振频率f2。
然后，待要测量复数介电常数的圆柱形电介质模制件110A被填充在空腔谐振器14的封闭空间109中。圆柱形电介质模制件110A的剖面直径被设定为等于通孔116的内径。
结果，如图5所示，诸如空气、氩气、或氮气的气体层112被形成在空腔谐振器14的封闭空间109中。
接着，以和粉末状模制件110的情况相同的方式，通过同轴电缆122和环形天线124，电磁波从网络分析器16被输出到被待要测量其复数介电常数的圆柱形电介质模制件110A填充的空腔谐振器14中的封闭空间109中，电磁波通过环形天线124从封闭空间109中接收，并被输出到网络分析器16。
随后，网络分析器16根据从封闭空间109输出的电磁波，计算TE011模式中的谐振频率f3、以及谐振频率f3下的插入损耗IL3和半功率宽度Δf3。
然后，计算装置18将从网络分析器16输入的谐振频率f1、插入损耗IL1、半功率宽度Δf1、以及谐振频率f2，代入方程(1)-(3)，并计算空腔谐振器14内壁的有效电导率σ、空腔谐振器14在其封闭空间109未被圆柱形电介质模制件110A填充状态下的作为空腔谐振器14的空载Q值的Q1、以及空腔谐振器14的封闭空间109的视直径D。
接着，计算装置18将从网络分析器16输入的谐振频率f3、半功率宽度Δf3、以及插入损耗IL3、已经得到的空腔谐振器14的封闭空间109的视直径D、填充在封闭空间109中的气体层112的厚度L1、以及圆柱形电介质模制件110A的厚度L2，代入方程(4)和(5)，并计算空腔谐振器14在其被圆柱形电介质模制件110A填充状态下的作为空腔谐振器14的空载Q值的Q3以及圆柱形电介质模制件110A的复数介电常数中的介电常数εr2。
气体层112的厚度L1以及圆柱形电介质模制件110A的厚度L2，具有预设的值，并由测量人员设定，然后被输入到计算装置18。
随后，计算装置18将已经计算的有效电导率σ、空腔谐振器14在其被圆柱形电介质模制件110A填充状态下的作为空腔谐振器14的空载Q值的Q3、封闭空间109的视直径D、填充在封闭空间109中的气体层112的厚度L1、以及圆柱形电介质模制件110A的厚度L2，代入方程(6)，并计算圆柱形电介质模制件110A的复数介电常数中的介电损耗角正切。
如上所述，得到了圆柱形电介质模制件110A的介电常数εr2和介电损耗角正切。结果，就能够得到圆柱形电介质模制件110A的复数介电常数。与粉末状电介质110不同的是，当电介质是模制件时，有可能利用方程(1)-(6)直接得到电介质的复数介电常数。
如上所述，在本实施方案中，空腔谐振器14被圆柱形电介质模制件110A和气体填充，电磁波从网络分析器16被输入到空腔谐振器14中，从其中输入了电磁波的空腔谐振器14中输入到网络分析器16的电磁波的TE模式中的谐振频率f3、半功率宽度Δf3、以及插入损耗IL3被测量，从而计算圆柱形电介质模制件110A的复数介电常数。
因此，根据本实施方案，能够以高精度测量圆柱形电介质模制件110A的复数介电常数。
对于图2-5所示的结构，能够提出下列变形。
图6示出了一种用来测量粉末状电介质110或电介质模制件110A的复数介电常数的设备12A，它包括用来使空腔谐振器14的封闭空间109形成真空的真空装置。
在此变形中，空腔谐振器14被真空装置146覆盖。真空装置146包括真空槽148和真空泵150。利用连接到其上的真空泵150，使真空槽148成为真空。空腔谐振器14被提供在真空槽148中，并使真空槽148的内部部分进入真空状态，致使空腔谐振器14的封闭空间109也进入真空状态。
在此变形中，空腔谐振器114被粉末状电介质110或电介质模制件110A填充，然后利用真空装置146，使空腔谐振器14的内部部分进入真空状态。结果，有可能清除包含在粉末状电介质110或电介质模制件110A中的水分。借助于在包含于粉末状电介质110或电介质模制件110A中的水分被清除的状态下测量填充在空腔谐振器14中的粉末状电介质110或电介质模制件110A的复数介电常数，有可能提高粉末状电介质110或电介质模制件110A的复数介电常数的测量精度。
(第二实施方案)下面来详细地描述根据本发明的用来测量电介质的复数介电常数的设备和方法的第二实施方案。在本实施方案中，波导被用作图1所示的模式发生器。
图7是方框图，示出了根据本实施方案的测量设备的结构，而图8-10是分别示出波导的视图。
如图7所示，电介质特性测量设备200包含波导装置201和测量装置202。
波导装置201被用作图1所示的模式发生器，并由图8-10所示的波导210、220和230构成，用来传播所谓的电磁波。
图8所示的波导210是所谓同轴型的，并由具有作为空腔的内部部分的圆柱形外部导体211以及与外部导体211同轴地提供的圆柱形中心导体212构成。在本实施方案中，作为测量目标的粉末和气体或液体的混合物213，被填充在外部导体211与中心导体212之间的间隙214中。
而且，图9所示的波导220是所谓方型的，并由包括沿剖面看采取矩形形状的间隙222的导体221构成。作为测量目标的粉末和气体或液体的混合物223，被置于间隙222中，从而填充在波导220中。
而且，图10所示的波导230是所谓圆型的，并由包括沿剖面看采取圆形形状的间隙232的圆柱形外部导体231构成。作为测量目标的粉末和液体或气体的混合物233，被置于间隙232中，从而填充在圆形波导型波导230中。
在将要利用相同的气体或液体来测量具有除空气之外的气体或液体以及粉末的混合物213的介电常数的情况下，波导210、220和230配备有密封部分(未示出)，用来保持波导210、220和230中的气体或液体，以便防止气体或液体分别从间隙214、222和232中流出。
再次回到图7来进行描述。
测量装置202包括网络分析器203和计算装置204。测量装置202激励波导201，并对波导装置201的输出信号进行分析。
网络分析器203产生待要输入到由波导组成的波导装置201的电磁波，并对提供自波导装置201的模拟数据进行数字化处理。
而且，计算装置204提取从网络分析器203提供的数字数据，并进行用来测量和输出电介质特性的处理。
接着，对采用电介质特性测量设备200的电介质特性测量方法进行描述。高频电磁波从网络分析器203被入射到波导装置201上，以便激励波导装置201。然后，波导装置201的透射波和反射波被提供到网络分析器203。从网络分析器203送出的输出数据被提取到计算装置204中，以便计算填充在波导装置201中的混合物的介电常数。
然后，计算装置204将这样得到的包含粉末和气体或液体的复合物的介电常数ε应用于用来计算混合材料的介电常数的方程，例如对数混合法则、“Lichteneker-Rother”方程、或Wiener方程，从而计算粉末的介电常数。
下面来描述这些方程。
对数混合法则由下列方程表示。
logε＝v1logε1+v2logε2而且，“Lichteneker-Rother”方程由下列方程表示。
εk＝v1ε1k+v2ε2k而且，Wiener方程由下列方程表示。
1/(ε+u)＝v1/(ε1+u)+v2/(ε2+u)ε混合物的介电常数，ε1气体或液体的介电常数，ε2粉末的介电常数，v1气体或液体的体积比率，v2粉末的体积比率，
k拟合参数(-1≤k≤1)，以及u拟合参数(0≤u)。
利用这些方程，计算了粉末的介电常数ε2。例如，在待要根据借助于用空气作为气体来混合粉末与空气而得到的混合物的介电常数ε，来计算粉末的介电常数ε2的情况下，这些方程中的空气的介电常数ε1已知为“1.0”。而且，空气的体积比率v1和粉末的体积比率v2分别由待要置于波导空间中的粉末量确定。因此，若借助于混合粉末与空气而得到的混合物的介电常数ε是显而易见的，则能够得到粉末的介电常数ε2。
为了使本发明的优点更清楚，下面给出一些实施例。
(实施例1)制备了密度为3.99g/cm3和平均颗粒尺寸为9.8μm的粉末状Al2O3的样品A、密度为3.99g/cm3和平均颗粒尺寸为17.8μm的粉末状Al2O3的样品B、以及密度为3.99g/cm3和平均颗粒尺寸为134.7μm的粉末状Al2O3的样品C。
利用图2所示的测量装置12作为测量装置，样品A被填充在形成于空腔谐振器14中的封闭空间中，以便具有0.39的体积比率，并测量在真空中借助于混合样品A与空气而得到的混合物层118的介电常数和介电损耗角正切。
首先，第二活塞140从下方被插入形成在空腔谐振器14上的直径为16mm的通孔116，并被螺钉134b定位和固定。而且，第一活塞120从上方被插入通孔116，并被定位成使空气层112的厚度L1为12mm，且第一活塞120被螺钉134a固定，空腔谐振器14被空气填充。
接着，频率为几GHz或以上的电磁波从网络分析器16通过同轴电缆122和环形天线124被输出到空腔谐振器14中。
而且，从空腔谐振器14输出的电磁波被环形天线124接收，并响应于电磁波的输入，通过同轴电缆122被输入到网络分析器16。
随后，根据通过同轴电缆122输入的电磁波，测量了谐振模式为TE011模式中的谐振频率f1、谐振频率f1下的插入损耗IL1和半功率宽度Δf1、以及TE012模式中的谐振频率f2。
于是，由网络分析器16测量的TE011模式中的谐振频率f1、谐振频率f1下的插入损耗IL1和半功率宽度Δf1、以及TE012模式中的谐振频率f2，从网络分析器16被输出到计算装置18。
TE011模式中的谐振频率f1、谐振频率f1下的插入损耗IL1和半功率宽度Δf1、以及TE012模式中的谐振频率f2，从网络分析器16被输出到计算装置18，之后，第一活塞120一旦从通孔116移开，就将3.13g的样品A置于通孔116中。利用不同于第一活塞120的具有构成活塞的圆柱体的平坦尖端部分的活塞，随后进行加压，使借助于混合样品A与气体而得到的混合物层118的厚度L2为10mm，使样品A的表面平滑，且第一活塞120再次从上方被插入通孔116，并将第一活塞120的位置调节成使空气层112的厚度L1为2mm，于是用螺钉134a固定第一活塞120。
而且，电磁波从网络分析器16通过同轴电缆122和环形天线124被输出到以样品A填充的空腔谐振器14，且从空腔谐振器14输出的电磁波被环形天线124响应于电磁波的输入而接收，并通过同轴电缆122被输入到网络分析器16。
根据通过同轴电缆122输入的电磁波，谐振模式为TE011模式中的谐振频率f3以及谐振频率f3下的插入损耗IL3和半功率宽度Δf3，由网络分析器16测量。
于是，由网络分析器16测量的TE011模式中的谐振频率f3以及谐振频率f3下的插入损耗IL3和半功率宽度Δf3，从网络分析器16被输出到计算装置18。
接着，利用计算装置18，从网络分析器16输入的谐振频率f1、插入损耗IL1、半功率宽度Δf1、以及谐振频率f2，被代入方程(1)-(3)，以便计算空腔谐振器14内壁的有效电导率σ、空腔谐振器14在其封闭空间未被样品A填充情况下的作为空腔谐振器14的空载Q值的Q1、以及空腔谐振器14的封闭空间的视直径D。
而且，利用计算装置18，谐振频率f3、半功率宽度Δf3、以及插入损耗IL3、已经得到的空腔谐振器14的封闭空间的视直径D、填充在封闭空间中的空气层112的厚度L1、以及借助于混合样品A和空气而得到的混合物层118的厚度L2，被代入方程(4)-(5)，以便计算空腔谐振器14在其被样品A填充状态下的作为空腔谐振器14的空载Q值的Q3以及借助于混合样品A与空气而得到的混合物层118的介电常数εr2。
随后，利用计算装置18，已经计算的有效电导率σ、空腔谐振器14在其被样品A填充情况下的作为空腔谐振器14的空载Q值的Q3、封闭空间的视直径D、填充在封闭空间中的气体层112的厚度L1、以及借助于混合样品A和气体而得到的混合物层118的厚度L2，被代入方程(6)，以便计算借助于混合样品A与气体而得到的混合物层118的介电损耗角正切。
于是，得到了体积比率为0.39并借助于混合样品A与空气而得到的混合物层118的介电常数εr2和介电损耗角正切。
接着，改变待要填充在形成于空腔谐振器14中的封闭空间中的样品A的质量，以便将样品A的体积比率逐渐变化直至0.54，从而以和样品A的体积比率为0.39的情况相同的方式来计算借助于混合样品A与空气而得到的混合物层118的介电常数εr2和介电损耗角正切。
而且，利用计算装置18，以下列方式，根据借助于以不同体积比率混合样品A与空气而得到的混合物层118的介电常数εr2，得到了样品A的介电常数εr。
为了提高样品A的介电常数εr的测量精度，首先，在考虑借助于混合样品A与空气而得到的具有各种体积比率的混合物层118的介电常数εr2的测量误差的情况下，用最小二乘法将借助于混合样品A与空气而得到的具有各种体积比率的混合物层118的介电常数εr2拟合到对数混合法则、“Lichteneker-Rother”方程、以及Wiener方程。于是产生了横轴表示样品A的体积比率而纵轴表示借助于混合样品A与空气而得到的混合物层118的介电常数εr2的曲线。
图11和12是借助于用最小二乘法将借助于混合样品A与空气而得到的具有各种体积比率的混合物层118的介电常数εr2拟合到对数混合法则所得到的曲线，而图12是图11曲线的放大图，其中样品A的体积比率范围为0.38-0.54。
图13和14是借助于用最小二乘法将借助于混合样品A与空气而得到的具有各种体积比率的混合物层118的介电常数εr2拟合到“Lichteneker-Rother”方程所得到的曲线，而图14是图13曲线的放大图，其中样品A的体积比率范围为0.38-0.54。
图15和16是借助于用最小二乘法将借助于混合样品A与空气而得到的具有各种体积比率的混合物层118的介电常数εr2拟合到Wiener方程所得到的曲线，而图16是图15曲线的放大图，其中样品A的体积比率范围为0.38-0.54。
在图11、13和15中，样品A的体积比率为1.0意味着在借助于混合样品A与空气而得到的混合物层118中不存在空气，而是在借助于混合样品A与空气而得到的混合物层118中仅仅存在样品A。因此，样品A的体积比率为1.0的介电常数值对应于样品A的介电常数εr。因此，从图11、13和15所示的曲线读出了样品A的体积比率为1.0的介电常数的值，从而得到样品A的介电常数εr。
于是，得到了样品A的介电常数εr。
而且，利用计算装置18，以下列方式，根据借助于以不同体积比率混合样品A与空气而得到的混合物层118的介电损耗角正切，得到了样品A的介电损耗角正切。
为了提高样品A的介电损耗角正切的测量精度，在考虑借助于混合样品A与空气而得到的具有各种体积比率的混合物层118的介电损耗角正切的测量误差的情况下，借助于混合样品A与空气而得到的具有各种体积比率的混合物层118的介电损耗角正切被代入混合法则方程，且样品A的体积比率与借助于混合样品A与空气而得到的混合物层118的介电损耗角正切之间的关系由通过原点的直线逼近。于是产生图17所示的曲线。
在图17中，样品A的体积比率为1.0意味着在借助于混合样品A与空气而得到的混合物层118中不存在空气，而是在借助于混合样品A与空气而得到的混合物层118中仅仅存在样品A。因此，样品A体积比率为1.0的介电损耗角正切的值对应于样品A的介电损耗角正切。因此，从图17所示的直线读出了样品A体积比率为1.0的介电损耗角正切的值，从而得到样品A的介电损耗角正切。
随后，以和测量样品A的介电常数εr和介电损耗角正切的情况相同的方式，得到了样品B的介电常数εr和介电损耗角正切。
更具体地说，以和测量样品A的介电常数εr和介电损耗角正切的情况相同的方式，改变待要填充在形成于空腔谐振器14中的封闭空间中的样品B的质量，以便在0.39-0.54的范围内变化样品B的体积比率。于是得到借助于混合样品B与空气而得到的混合物层118的介电常数εr2和介电损耗角正切，从而得到样品B的介电常数εr和介电损耗角正切。
而且，以和测量样品A和B的介电常数εr和介电损耗角正切的情况相同的方式，得到了样品C的介电常数εr和介电损耗角正切。
样品A、B和C的介电常数εr和介电损耗角正切的测量结果示于表1中。


如表1所示，得到了值范围在8.3-13.1的样品A、B和C的介电常数。根据本发明，发现在约为GHz或以上量级的频率下能够测量粉末状电介质的介电常数。
而且，根据本发明，同样明显的是，在GHz或以上的频率下能够测量粉末状电介质的介电损耗角正切。
(实施例2)制备了厚度为8.05mm而直径为16mm的四氟乙烯圆柱体作为介电常数和介电损耗角正切的测量目标，且用四氟乙烯圆柱体填充空腔谐振器14之前得到的空气层的厚度L1被设定为10.05mm。以相同于实施例1的方式，测量了四氟乙烯圆柱体的介电常数和介电损耗角正切。
更具体地说，空腔谐振器14被四氟乙烯圆柱体和气体填充，且电磁波从网络分析器16被输入到空腔谐振器14中，并测量从其中输入了电磁波的空腔谐振器14输入到网络分析器16的电磁波的TE模式中的谐振频率f3、半功率宽度Δf3、以及插入损耗IL3，以便得到四氟乙烯圆柱体的介电常数εr2和介电损耗角正切。
(比较例)作为实施例2的比较例，制备了厚度为1.04mm的片状四氟乙烯。通过采用以JIS标准定义的空腔谐振器方法，得到了11.4GHz和17.9GHz频率下片状四氟乙烯的介电常数和介电损耗角正切。
在实施例2和比较例中，表2示出了由测量四氟乙烯圆柱体和片状四氟乙烯的介电常数和介电损耗角正切而得到的结果。


而且，在实施例2和比较例中，图18示出了借助于测量四氟乙烯圆柱体和片状四氟乙烯的介电常数而得到的结果。
而且，在实施例2和比较例中，图19示出了借助于测量四氟乙烯圆柱体和片状四氟乙烯的介电损耗角正切而得到的结果。
根据实施例2的四氟乙烯圆柱的介电常数和根据比较例的片状四氟乙烯的介电常数具有彼此几乎相等的值，即大约为2.05。
而且，根据实施例2的四氟乙烯圆柱体的介电损耗角正切和根据比较例的片状四氟乙烯的介电损耗角正切具有彼此几乎相等的值，即大约为0.0002。
(实施例3)在实施例3中，图8所示的波导210被用作波导装置201。而且，在此实施例中，空气被用作气体。因此，图8的混合物213包含待要测量的粉末和空气。而且，在此实施例中，混合物213的厚度约为20mm，处于将被填充在波导210中的状态。
在本实施方案中，作为待要使用波导210测量的样品，制备了3种陶瓷材料(Al2O3陶瓷、Ba(MgTa)O3陶瓷、以及TiO2陶瓷)的粉末。制备了包含每种粉末和空气的混合物213，并用电介质特性测量装置200测量了包含每种粉末和空气的混合物213的介电常数。而且，为了与借助于用下面要描述的根据实施例4的波导220测量混合物的介电常数所得到的结果进行比较，还测量了Ba(Nd，Bi)2Ti5O14陶瓷的介电常数。比较的结果将在实施例4的解释中加以描述。在实施例3中，频率为5GHz的电磁波被入射在每种混合物213上，并响应于此测量介电常数。粉末在混合物213中的体积比率在0.32与0.42之间改变，以便测量每种混合物213的介电常数。
这样得到的包含粉末和空气的混合物213的介电常数ε，被应用于对数混合法则、“Lichteneker-Rother”方程、或Wiener方程。图20-22示出了利用根据实施例3的波导210得到的每种混合物213的介电常数的测量值以及借助于将方程应用于测得的值而得到的结果。这些图中所示的曲线是借助于用最小二乘法将每种测得的混合物213的介电常数值拟合到每种方程中而得到的。图20曲线示出了测得的每种混合物213的介电常数值以及借助于将对数混合法则应用于测得的值而得到的结果。图21示出了测得的每种混合物213的介电常数值以及借助于将“Lichteneker-Rother”方程应用于测得的值而得到的结果。图22示出了测得的每种混合物213的介电常数值以及借助于将Wiener方程应用于测得的值而得到的结果。
利用这些测量结果，有可能类推出粉末本身的介电常数。图23-25示出了用来类推粉末介电常数的曲线。为了类推粉末的介电常数，诸如对数混合法则的方程被用来以最小二乘法将每个测得的混合物213的介电常数值拟合到每个方程，由此计算用于类推粉末的介电常数的曲线。当粉末的体积比率为“1.0”时，借助于计算包含空气和粉末的混合物的介电常数ε，有可能不考虑包含空气和粉末的混合物中空气的存在，从而模拟粉末本身的介电常数ε2。
图23示出了借助于最小二乘法将测得的每种混合物213的介电常数值拟合到对数混合法则而得到的结果。图24示出了借助于用最小二乘法将测得的每种混合物213的介电常数值拟合到“Lichteneker-Rother”方程而得到的结果。图25示出了借助于用最小二乘法将测得的每种混合物213的介电常数值拟合到Wiener方程而得到的结果。在这些图中，借助于读取粉末体积比率为“1.0”的介电常数的值，有可能模拟粉末本身的介电常数。从图23-25得到的每种粉末的介电常数被一起示于图26-28。
图26-28是一些表格，其中，借助于图23-25所示应用每个方程得到的每种粉末的介电常数与烧结产物的介电常数进行比较。图26的表格示出了借助于将对数混合法则应用于测得的值而得到的每种粉末的介电常数。图27的表格示出了借助于将“Lichteneker-Rother”方程应用于测得的值而得到的每种粉末的介电常数。图28的表格示出了借助于将Wiener方程应用于测得的值而得到的每种粉末的介电常数。
如图26所示，作为应用对数混合法则的结果，Al2O3陶瓷的烧结产物的介电常数是“11”，而由根据本发明的测量方法得到的结果是“14.1”。而且，Ba(MgTa)O3陶瓷的烧结产物的介电常数是“24”，而由根据本发明的测量方法得到的结果是“33.9”。而且，TiO2陶瓷的烧结产物的介电常数是“104”，而由根据本发明的测量方法得到的结果是“185.8”。
如图27所示，作为应用“Lichteneker-Rother”方程的结果，Al2O3陶瓷的烧结产物的介电常数是“11”，而由根据本发明的测量方法得到的结果是“15.7”。而且，Ba(MgTa)O3陶瓷的烧结产物的介电常数是“24”，而由根据本发明的测量方法得到的结果是“19.4”。而且，TiO2陶瓷的烧结产物的介电常数是“104”，而由根据本发明的测量方法得到的结果是“28.2”。
如图28所示，作为应用Wiener方程的结果，Al2O3陶瓷的烧结产物的介电常数是“11”，而由根据本发明的测量方法得到的结果是“8.75”。而且，Ba(MgTa)O3陶瓷的烧结产物的介电常数是“24”，而由根据本发明的测量方法得到的结果是“42.7”。而且，TiO2陶瓷的烧结产物的介电常数是“104”，而由根据本发明的测量方法得到的结果是“152.3”。
根据上述结果，在实施例3中有可能在5GHz的频率下用波导210测量包含粉末和空气的混合物的介电常数。而且，根据这些结果，有可能推测粉末本身的介电常数。
接着，图29示出了借助于检验混合物213的介电常数的频率依赖性而得到的结果。作为一种样品，Ba(Nd，Bi)2Ti5O14被用来测量当在包含粉末和空气的混合物213中粉末的密度被改变时得到的各种密度的混合物213的介电常数。然后，频率范围从0.1GHz改变到6GHz，以便测量混合物213的介电常数ε。如图29所示，在0.1GHz-6GHz的频率范围内，混合物213的介电常数显然不依赖于频率。因此，利用实施例3中的波导210，在5GHz之外的0.1GHz-6GHz之间的频率下，能够得到与在5GHz下执行测量的情况相同的结果。
接着，参照图20和30来彼此相对地比较由不同材料形成的粉末的介电常数。首先，例如在图20中，读取混合物213中粉末的体积比率为“0.38”的点上的介电常数。图30示出了读取的值。结果，Al2O3陶瓷的读取值为“2.7”，Ba(MgTa)O3陶瓷的读取值为“3.8”，而TiO2陶瓷的读取值为“7.3”。此介电常数具有按照Al2O3陶瓷、Ba(MgTa)O3陶瓷和TiO2陶瓷的顺序上升的关系。另一方面，烧结产物的介电常数也具有按照Al2O3陶瓷、Ba(MgTa)O3陶瓷和TiO2陶瓷的顺序上升的关系。
因此，用上述方法得到的每种粉末的介电常数的关系与烧结产物的介电常数的关系相符。因此，能够用上述方法来进行由不同材料形成的粉末的介电常数关系的相对比较。
虽然相对比较是利用实施例3中借助于应用对数混合法则而得到的结果来进行的，但在本发明中不受限制。即使利用借助于应用“Lichteneker-Rother”方程或Wiener方程得到的结果来进行相对比较，也能够得到相同的结果。而且，虽然粉末的体积比率被设定为“0.38”，但这一值也不受到限制，即使采用另一种体积比率来进行比较，也能够得到相同的结果。
(实施例4)在实施例4中，图9所示的波导220被用作波导装置201。同样在实施例4中，空气被用作气体。因此，混合物223包含待要测量的粉末和空气。
而且，在实施例4中，以相同于实施例3的方式，利用由三种陶瓷材料(Al2O3陶瓷、Ba(MgTa)O3陶瓷、以及TiO2陶瓷)制成的粉末，制备了包含每种粉末和空气的混合物223。利用电介质特性测量装置200，测量了包含每种粉末和空气的混合物223的介电常数。而且，为了与实施例3中波导210的测量结果进行比较，还测量了Ba(Nd，Bi)2Ti5O14陶瓷的介电常数。在实施例4中，频率为20GHz的电磁波被入射在每个混合物223上，以便响应于此而测量介电常数。然后，以相同于实施例3的方式，粉末在混合物223中的体积比率被改变，以便测量每个混合物223的介电常数。
这样得到的包含粉末和空气的混合物223的介电常数ε，被应用于对数混合法则、“Lichteneker-Rother”方程、或Wiener方程。实施例4中得到的介电常数与实施例3中得到的介电常数进行比较。图31示出了比较的结果。图31的曲线表示了利用实施例4中的波导220得到的混合物223的介电常数与利用实施例3中的波导210得到的混合物213的介电常数的比较。
在图31中，虚线表示由实施例4所用波导220测量的混合物223的介电常数。另一方面，实线表示由实施例3所用波导210测量的混合物213的介电常数。如图31所示，显而易见的是，用波导220测得的每种混合物的介电常数几乎与用波导210测得的每种混合物的介电常数一致。因此，根据实施例4利用波导220，与波导210相比，也有可能在高频区域内进一步测量粉末的介电常数。而且，以相同于实施例3的方式，在实施例4中也能够彼此相对比较不同粉末的介电常数。
以相同于实施例3和4的方式，利用波导230，测量了混合物233的介电常数ε，且对数混合法则、“Lichteneker-Rother”方程、或Wiener方程被应用于测得的值，致使能够模拟每种粉末的介电常数。利用由波导230得到的混合物的介电常数，以相同于实施例3的方式，有可能彼此比较不同粉末的介电常数。
本发明不局限于上述结构，而是能够在权利要求所述的本发明的范围内进行各种改变。显然，这些改变包括在本发明的范围内。
例如，在此结构中，TE011模式被用作其中要测量谐振频率、插入损耗、以及半功率宽度的谐振模式。但不总是必须使用TE011模式作为其中要测量谐振频率、插入损耗、以及半功率宽度的谐振模式，除了TE011之外，也可以采用TE模式或TM模式。
而且，虽然在本结构中，空腔谐振器被用作谐振器，但不总是必须使用空腔谐振器作为谐振器，也可以采用同轴谐振器和电介质谐振器。
而且，虽然在本结构中，空腔谐振器被制作成圆柱形，但不总是必须制作圆柱形空腔谐振器。
而且，虽然在本结构中，空气被用作待要与电介质混合的气体，但不总是必须混合空气，也可以将氩气或氮气与电介质混合。
而且，虽然在本结构中，空腔谐振器的封闭空间被空气填充，但不总是必须用空气来填充空腔谐振器的封闭空间，也可以用低损耗的电介质代替空气来填充空腔谐振器的封闭空间。
而且，虽然在图2所示的结构中，空腔谐振器的封闭空间被空气填充，但不总是必须用空气来填充空腔谐振器的封闭空间，也可以用电介质来填充空腔谐振器的封闭空间，以便将空腔谐振器的封闭空间的内部排空。
而且，虽然在本结构中，螺钉134a和134b被用来固定第一圆柱体28和第一圆柱体44，但不总是必须使用螺钉134a和134b来固定第一圆柱体28和第二圆柱体44。也可以在圆柱体与第一圆盘26之间插入一个板，从而固定第一圆柱体28，或在圆柱体与第二圆盘42之间插入一个板，从而固定第二圆柱体44。
而且，在本结构中，环形沟槽32形成在第一圆柱体28的尖端部分上。若TE011模式中的谐振频率和TM111模式中的谐振频率能够被彼此分离，则第一圆柱体28的尖端部分的形状不受特别的限制，而是可以将环形导体板或电介质板附着到第一圆柱体28的尖端部分，而不总是必须在第一圆柱体28的尖端部分上形成沟槽32。
而且，在本结构中，环形沟槽32形成在第一圆柱体28的尖端部分上。若TE011模式中的谐振频率和TM111模式中的谐振频率能够被彼此分离，则环形沟槽32不总是必须形成在第一圆柱体28的尖端部分上，而是可以形成在第二圆柱体44的尖端部分上。而且，环形导体板或电介质板可以被附着到第二圆柱体44的尖端部分。
而且，在本结构中，虽然环形天线124被附着到插入形成在第一圆盘26和第一圆柱体28上的二个通孔30a和30b中的同轴电缆122的尖端部分，但二个环形天线124不总是必须附着到第一圆盘26和第一圆柱体28侧。更具体地说，二个通孔可以形成在第二圆盘42和第二圆柱体44上，且环形天线124可以被附着到插入在这样制作的通孔中的同轴电缆122的尖端部分。而且，一个通孔可以形成在第一圆盘26和第一圆柱体28上以及第二圆盘42和第二圆柱体44上，且环形天线124可以被附着到插入在这样制作的通孔中的同轴电缆122的尖端部分。
权利要求
1.一种测量电介质的复数介电常数的方法，包含下列步骤用电介质填充模式发生器；将电磁波输入到模式发生器；测量从模式发生器输出的电磁波；以及基于这样测得的电磁波而计算复数介电常数。
2.根据权利要求1的测量电介质的复数介电常数的方法，其中电介质是粉末状电介质，模式发生器以气体和电介质一起填充，在测量步骤中测量电磁波的S参数，以及计算步骤，包括基于S参数而计算借助于在模式发生器中混合电介质与气体而得到的混合物的复数介电常数的步骤，以及根据计算的混合物的复数介电常数以及混合物中的电介质体积比率来计算电介质的复数介电常数的步骤。
3.根据权利要求2的测量电介质的复数介电常数的方法，其中，混合物的复数介电常数的计算是混合物的介电常数的计算，且电介质的复数介电常数的计算是电介质的介电常数的计算。
4.根据权利要求3的测量电介质的复数介电常数的方法，其中，利用对数混合法则、“Lichteneker-Rother”方程以及Wiener方程其中之一，来计算电介质的介电常数。
5.根据权利要求2-4中任何一个的测量电介质的复数介电常数的方法，其中，混合物的复数介电常数的计算是混合物的介电损耗角正切的计算，且电介质的复数介电常数的计算是电介质的介电损耗角正切的计算。
6.根据权利要求5的测量电介质的复数介电常数的方法，其中，利用混合法则方程来进行电介质的介电损耗角正切的计算。
7.根据权利要求1的测量电介质的复数介电常数的方法，其中，电介质是具有与模式发生器的封闭空间的剖面相同的剖面的电介质模制件，模式发生器以气体与电介质一起填充，在测量步骤中，对电磁波的谐振模式中的谐振频率、插入损耗以及半功率宽度进行测量，以及根据这样测得的谐振频率、插入损耗以及半功率宽度，在计算步骤中计算电介质模制件的复数介电常数。
8.根据权利要求7的测量电介质的复数介电常数的方法，其中，电介质模制件的复数介电常数的计算是电介质模制件的介电常数的计算。
9.根据权利要求7的测量电介质的复数介电常数的方法，其中，电介质模制件的复数介电常数的计算是电介质模制件的介电损耗角正切的计算。
10.根据权利要求7的测量电介质的复数介电常数的方法，其中，电介质模制件是柱状的。
11.根据权利要求2或7的测量电介质的复数介电常数的方法，其中，模式发生器是圆柱形谐振器。
12.根据权利要求2或7的测量电介质的复数介电常数的方法，其中，模式发生器是空腔谐振器。
13.根据权利要求2或7的测量电介质的复数介电常数的方法，其中，电磁波的谐振模式是TE011模式。
14.根据权利要求1、2或7的测量电介质的复数介电常数的方法，还包含使模式发生器中的电介质干燥的步骤。
15.根据权利要求14的测量电介质的复数介电常数的方法，还包含排空模式发生器，从而使电介质干燥的步骤。
16.根据权利要求1的测量电介质的复数介电常数的方法，其中，模式发生器是波导，该波导以气体或液体与电介质一起填充，在计算步骤中，基于测得的电磁波，来计算借助于混合粉末与气体或液体而得到的混合物的介电常数，以及在计算步骤中，根据混合物的介电常数和混合物中粉末的体积比率，来计算粉末的介电常数。
17.根据权利要求16的测量电介质的复数介电常数的方法，其中，利用对数混合法则、“Lichteneker-Rother”方程、以及Wiener方程其中之一，来计算电介质的介电常数。
18.根据权利要求16的测量电介质的复数介电常数的方法，其中，波导是同轴型波导。
19.根据权利要求16的测量电介质的复数介电常数的方法，其中，波导是矩形波导。
20.根据权利要求16的测量电介质的复数介电常数的方法，其中，波导是圆形波导。
21.根据权利要求16的测量电介质的复数介电常数的方法，其中，波导包括用来保持气体或液体的密封部分。
22.根据权利要求16的测量电介质的复数介电常数的方法，其中，混合物中粉末的体积比率被设定为0.32-0.42，而电磁波的频率为0.1GHz或以上。
23.根据权利要求17的测量电介质的复数介电常数的方法，还包含下列步骤对粉末类型彼此不同且体积比率彼此相等的多个混合物的各个介电常数进行测量，以及比较混合物的介电常数，从而比较并测量多个电介质的介电常数。
24.一种用来测量电介质的复数介电常数的设备，包含其中提供有电介质的模式发生器；电磁波发生分析器，用来将电磁波输入到配备有电介质的模式发生器，且用来响应于电磁波的输入而对模式发生器输出的电磁波进行测量；以及计算装置，用来基于这样测得的电磁波而计算电介质的复数介电常数。
25.根据权利要求24的用来测量电介质的复数介电常数的设备，其中，模式发生器是用来在其中填充电介质和气体的谐振器，电磁波发生分析器对电磁波的谐振模式中的谐振频率、插入损耗以及半功率宽度进行测量，以及计算装置基于谐振频率、插入损耗以及半功率宽度对电介质的复数介电常数进行计算。
26.根据权利要求25的用来测量电介质的复数介电常数的设备，其中，谐振器包括配备有通孔的第一活塞；面对第一活塞提供的第二活塞；用来覆盖第一活塞和第二活塞，从而形成封闭空间的圆柱体；以及插入在通孔中的用来输入和输出电磁波的同轴电缆。
27.根据权利要求26的用来测量电介质的复数介电常数的设备，其中，环状沟槽形成在第一活塞的尖端部分和第二活塞的尖端部分上。
28.根据权利要求26的用来测量电介质的复数介电常数的设备，其中，环状导体板或电介质板被附着到第一活塞的尖端部分和第二活塞的尖端部分。
29.根据权利要求25的用来测量电介质的复数介电常数的设备，其中，当电介质是粉末时，计算装置根据测得的谐振频率、插入损耗以及半功率宽度，对借助于混合谐振器中的电介质和气体而得到的混合物的复数介电常数进行计算，并根据这样计算出的混合物的复数介电常数和混合物中电介质的体积比率，来计算电介质的复数介电常数。
30.根据权利要求29的用来测量电介质的复数介电常数的设备，其中，混合物的复数介电常数的计算是混合物的介电常数的计算，且电介质的复数介电常数的计算是电介质的介电常数的计算。
31.根据权利要求30的用来测量电介质的复数介电常数的设备，其中，利用对数混合法则、“Lichteneker-Rother”方程以及Wiener方程其中之一，来计算电介质的介电常数。
32.根据权利要求29的用来测量电介质的复数介电常数的设备，其中，混合物的复数介电常数的计算是混合物的介电损耗角正切的计算，且电介质的复数介电常数的计算是电介质的介电损耗角正切的计算。
33.根据权利要求32的用来测量电介质的复数介电常数的设备，其中，利用混合法则方程来计算电介质的介电损耗角正切。
34.根据权利要求25的用来测量电介质的复数介电常数的设备，其中，当柱状电介质是模制件时，计算装置根据测得的谐振频率、插入损耗以及半功率宽度，来计算电介质模制件的复数介电常数。
35.根据权利要求34的用来测量电介质的复数介电常数的设备，其中，电介质模制件的复数介电常数的计算是电介质模制件的介电常数的计算。
36.根据权利要求34的用来测量电介质的复数介电常数的设备，其中，电介质模制件的复数介电常数的计算是电介质模制件的介电损耗角正切的计算。
37.根据权利要求25的用来测量电介质的复数介电常数的设备，其中，电磁波的谐振模式是TE011模式。
38.根据权利要求25的用来测量电介质的复数介电常数的设备，还包含真空装置，用来排空谐振器中的封闭空间，以便使谐振器中的电介质干燥。
39.根据权利要求34的用来测量电介质的复数介电常数的设备，其中，谐振器被填充以具有其剖面与封闭空间剖面相同的柱状电介质模制件和气体。
40.根据权利要求25的用来测量电介质的复数介电常数的设备，其中，电介质和气体被填充在形成于谐振器中的具有几乎为圆形剖面的封闭空间中。
41.根据权利要求24的用来测量电介质的复数介电常数的设备，其中，模式发生器是以借助于混合将要测量其复数介电常数的粉末与气体或液体而得到的混合物填充的波导。
全文摘要
电磁波被输入到被电介质和气体填充的谐振器14，从谐振器14输出的电磁波的谐振模式中的谐振频率、插入损耗以及半功率宽度由网络分析器16响应于电磁波的输入而测量，并根据这样测得的谐振频率、插入损耗以及半功率宽度而计算电介质的复数介电常数。
文档编号H01P7/00GK1534303SQ20041003323
公开日2004年10月6日 申请日期2004年3月31日 优先权日2003年3月31日
发明者江畑克史, 江 克史 申请人:Tdk株式会社