任意インピーダンス標準または3つの基準物質によるshort終端を用いない同軸線路のS_(11)校正理論と液体の複素誘電率測定への適用

摘要

筆者は以前，同軸給電の遮断円筒導波管に3種類の基準物質を挿入した等価回路の連立方程式から，測定系と治具間のSパラメータと静電容量の関係を定量化した．そして，Short終端は用いず3つの基準物質のみによる未知物質の複素誘電率の推定式を導出した．更に，この公式を液体の誘電率測定へと応用した．その結果，Vector Network Analyzer（VNA）によりS_(11)を計測時に観測面を試料前面へ移動せず，電源側のSOL（Short，Open，Load）校正面での未知物質の複素誘電率の推定を数値解析や実測にて実証した．しかし，依然として事前にSOLによるS_(11)の校正が必要で，Short終端を用いない液体の誘電率測定が完結していない．そこで本研究では，同軸給電された遮断円筒導波管の任意インピーダンス標準または3つの基準物質による短絡終端を用いないVNAでのS_(11)の校正法を提案する．その為まず，測定系のError modelから3つの任意インピーダンス標準によるS_(11)の校正式を導出した．次に，測定治具の遮断円筒導波管に液体を挿入した解析モデルでの治具固有の静電容量を，モード整合法の数値計算で取得した入力インピーダンスから定量化した．そして，0.50，0.75及び1.0GHzの各周波数にて，治具の等価回路での入力インピーダンスの計算式に決定された静電容量を代入した．こうして得た試料前面での入力インピーダンスの理論値および，測定値を想定した治具の接続面での反射係数の電磁界解析値を，先に導出したS_(11)の校正式に代入して試料前面でのS_(11)の校正値を得た．そして，このS_(11)の校正値をモード整合法によるS_(11)の計算値と比較し，本手法でのS_(11)の校正精度を検証した．その結果，本手順で決定した治具固有の静電容量を用いれば，DUTが同軸給電の遮断円筒導波管で電気標準器に短絡終端を使用せず，3つの基準物質のみでVNAにてS_(11)が校正できることを数値解析的に証明した．