ミリ波ファインセラミクス材料の高精度評価法に関する研究

本研究では,ミリ波に対して低損失性を有する、多結晶アルミナなどのファインセラミクス材料を正確にかつ能率的に評価するための測定システムを構築した。ミリ波専用の測定技術として、本研究代表者が提案、開発したウイスパリングギャラリモード共振器法において、測定装置の改良、誘電率算定方法の改良、測定手順の改良を加えることにより、セラミクス材のような高誘電率材料の誘電率を、従来より1桁以上高い精度で測定することを可能としたのが本年度の研究成果である。従来は、近似解析手法を用いて誘電率を算出していたが、高誘電率材の測定では解析誤差が増大し、しかもその程度が周波数によって異なるという問題点があった。さらに、誘電率算定のために共振モード次数を同定するのが有効としながらもその簡便な手法確立には至っていなかった。本研究では、先ず前者の問題に対して、モード展開法と呼ばれる電磁界解析手法をウイスパリングギャラリモード共振器に適用し、この課題を克服した。さらに後者の課題に対しては、モード次数判定のためのモードチャートを作成する方法を手順化した。実際に、数十種類に及ぶアルミナセラミクスサンプルに対し、50〜100GHz帯にわたる非常に広範囲のミリ波複素誘電率を測定し、測定値の試料寸法依存性、解析誤差の周波数依存性がほとんどを実証した。本研究で得られた測定結果は、学術誌での論文発表や学会での口頭発表により公表され、ミリ波用誘電体材料のさらなる開発を促進するための有用な情報として、ミリ波回路設計技術者に用いられている。

本研究では,ミリ波に対して低損失性を有する、多結晶アルミナなどのファインセラミクス材料を正確にかつ能率的に評価するための測定システムを構築した。ミリ波専用の測定技術として、本研究代表者が提案、開発したウイスパリングギャラリモード共振器法において、測定装置の改良、誘電率算定方法の改良、測定手順の改良を加えることにより、セラミクス材のような高誘電率材料の誘電率を、従来より1桁以上高い精度で測定することを可能としたのが本年度の研究成果である。従来は、近似解析手法を用いて誘電率を算出していたが、高誘電率材の測定では解析誤差が増大し、しかもその程度が周波数によって異なるという問題点があった。さらに、誘電率算定のために共振モード次数を同定するのが有効としながらもその簡便な手法確立には至っていなかった。本研究では、先ず前者の問題に対して、モード展開法と呼ばれる電磁界解析手法をウイスパリングギャラリモード共振器に適用し、この課題を克服した。さらに後者の課題に対しては、モード次数判定のためのモードチャートを作成する方法を手順化した。実際に、数十種類に及ぶアルミナセラミクスサンプルに対し、50〜100GHz帯にわたる非常に広範囲のミリ波複素誘電率を測定し、測定値の試料寸法依存性、解析誤差の周波数依存性がほとんどを実証した。本研究で得られた測定結果は、学術誌での論文発表や学会での口頭発表により公表され、ミリ波用誘電体材料のさらなる開発を促進するための有用な情報として、ミリ波回路設計技術者に用いられている。