誘電率 — CAE用語解説

ざっくり言うと、「電場をかけたとき、その材料がどれだけ電気エネルギーを蓄えられるか」を示す量だよ。D = εE という関係式のεがそれ。透磁率が磁場に対する応答なら、誘電率は電場に対する応答だね。

空気がほぼ1、テフロン(PTFE)が約2、FR-4基板が4.5前後、水がなんと約80。セラミックコンデンサに使われるチタン酸バリウムだと数千にもなる。用途に応じて材料を選ぶんだ。

電磁波の伝搬速度が v = c/√ε_r で決まるからだよ。誘電率が大きいと波長が短くなるし、インピーダンスも変わる。プリント基板のパターン設計では、基板材料の誘電率が信号の遅延やインピーダンスマッチングに直結するんだ。

誘電率の虚部と実部の比で、電磁エネルギーが熱に変換される割合を示す。tanδが大きいと信号のロスが増える。例えば5G基地局のアンテナ基板だと、tanδが小さい低損失材料を使わないと通信品質がガタ落ちになる。

狭帯域なら周波数一定の値でいいけど、広帯域の解析では周波数依存モデルを使うべきだ。例えばDebyeモデルやMultipoleモデルでε(ω)をフィッティングする。特にGHz帯では材料カタログの値が1GHzの測定値だったりするから、実際の動作周波数でのデータを使っているか要確認だよ。

そう。誘電率は電磁場解析の基本中の基本だけど、周波数・温度・湿度で変わる厄介な物性値でもある。材料データの出典と測定条件は必ずチェックする習慣をつけておくといいよ。