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JP2004091266A - Gallium-added dielectric porcelain composition, dielectric resonator, and microwave communication apparatus - Google Patents

Gallium-added dielectric porcelain composition, dielectric resonator, and microwave communication apparatus Download PDF

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JP2004091266A
JP2004091266A JP2002255426A JP2002255426A JP2004091266A JP 2004091266 A JP2004091266 A JP 2004091266A JP 2002255426 A JP2002255426 A JP 2002255426A JP 2002255426 A JP2002255426 A JP 2002255426A JP 2004091266 A JP2004091266 A JP 2004091266A
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JP
Japan
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dielectric
composition
gallium
microwave
resonator
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Pending
Application number
JP2002255426A
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Japanese (ja)
Inventor
Takashi Okawa
大川  隆
Hiroki Okabe
岡部 宏城
Akio Harada
原田 昭雄
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Daiken Kagaku Kogyo KK
Original Assignee
Daiken Kagaku Kogyo KK
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Publication date
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  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
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Abstract

【課題】焼成温度を従来より低下できる誘電体磁器組成物を実現し、安価で性能の良い誘電体共振器及びマイクロ波通信装置を開発する。
【解決手段】本発明に係るガリウム添加形誘電体磁器組成物は、組成式が[(Ln)1+x(Al1−yGa1−x]をm(wt%)及び[(M)1+zTi1−z]をn(wt%)からなる誘電体磁器組成物であり、−0.5≦x≦0.5、0<y≦1、−0.5≦z≦0.5、m+n=100を満足するガリウム添加形誘電体磁器組成物である。AlにGaを一部添加したり、Gaの全部添加(Alと完全置換)することにより、誘電体磁器組成物の焼結温度を低下でき、発熱ヒーターや耐熱炉や消費エネルギーの価格低下を通して製品価格の低下と量産性を実現することが可能になる。また、この誘電体磁器組成物から誘電体磁器2を形成して入出力端子8・10間に配置した誘電体共振器4が提供される。
【選択図】  図2
An object of the present invention is to provide a dielectric ceramic composition capable of lowering a firing temperature than before, and to develop a dielectric resonator and a microwave communication device which are inexpensive and have high performance.
The gallium-doped dielectric ceramic composition according to the present invention has a composition formula of [(Ln) 1 + x (Al 1-y G ay ) 1-x O 3 ] with m (wt%) and [(M 1 + z Ti 1-z O 3 ] is a dielectric porcelain composition comprising n (wt%), -0.5 ≦ x ≦ 0.5, 0 <y ≦ 1, -0.5 ≦ z ≦ 0 A gallium-doped dielectric ceramic composition satisfying 0.5 and m + n = 100. By partially adding Ga to Al or completely adding Ga (completely replacing Al), the sintering temperature of the dielectric porcelain composition can be lowered, and the price of the heater, heat-resistant furnace, and energy consumption can be reduced. It becomes possible to realize a reduction in price and mass productivity. Further, a dielectric resonator 4 in which the dielectric ceramic 2 is formed from the dielectric ceramic composition and arranged between the input / output terminals 8 and 10 is provided.
[Selection] Figure 2

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、携帯電話・自動車電話・マイクロ波無線装置、コードレス電話などのマイクロ波通信装置において使用される誘電体磁器組成物に関し、更に詳細には、ガリウムを添加することにより焼成温度を低下させてコストダウンを実現したガリウム添加形誘電体磁器組成物、誘電体共振器及びこれを使用したマイクロ波通信装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、マイクロ波を搬送波として用いる通信装置、特に車や人などと一緒に移動する移動体通信装置が急速に普及している。これらの移動体通信装置には、例えば携帯電話、自動車電話、コードレステレホン、パーソナル無線機、衛星放送受信機などが存在する。この移動体通信では、人や車などと共に移動する移動体通信装置と、この移動体通信装置の通信基地となる基地局通信装置が存在し、本発明では移動体通信装置及び基地局通信装置を包含してマイクロ波通信装置と称する。
【0003】
このような移動体通信システムの急速な展開は、マイクロ波に対する高感度な誘電体磁器組成物が開発されたことに依っている。この誘電体磁器組成物から特定形状の誘電体磁器を焼成して形成し、この誘電体磁器からマイクロ波誘電体共振器が構成される。
【0004】
このようなマイクロ波誘電体磁器組成物が満足すべき特性には、(1)小型化のために比誘電率(ε)が大きいこと、(2)マイクロ波領域での誘電損失(tanδ)が小さいこと、(3)共振周波数の温度係数(τ)が小さいことが主として挙げられる。
【0005】
Q値はQ=1/tanδで定義され、共振周波数fと組み合わせると、Q・f=一定が成立し、このQ・fの値を品質係数と呼んでいる。現在では、この品質係数Q・fの値が大きいことを前記条件(2)の代わりに使用している。これらの3特性はマイクロ波誘電体特性とも称されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
前述した3特性を満足する誘電体磁器組成物として、特開平6−76633号(特許第2625074号)に示される誘電体磁器組成物が知られている。この誘電体磁器組成物は、Ln(Lnは希土類元素)、Al、CaO及びTiOの4成分を混合焼成して形成される。
【0007】
更に詳しく説明すると、この従来の誘電体磁器組成物は、前記4成分をモル比a、b、c、dを用いてaLn・bAl・cCaO・dTiOと表したとき、a、b、c、d及びxの値が、
a+b+c+d=1
0.056≦a≦0.214
0.056≦b≦0.214
0.286≦c≦0.500
0.230<d<0.470
3≦x≦4
を満足することを特徴としている。
【0008】
この公報には、モル比a、b、c、dは任意独立に可変できるように記載されているが、実際には、a=b且つc=dの場合が最も有効な誘電体磁器組成物を与えることが本発明者等の研究で分っている。xは希土類元素(ランタニド元素)の種類に応じて価電子の個数が3から多少増加する場合があることを考慮したものに過ぎず、実際にはx=3と考えてよい。
【0009】
従って、この誘電体磁器組成物は[LnAlO]と[CaTiO]を適当な重量比で混合して得ることができる。このとき、得られる誘電体磁器組成物の組成式を[LnAlO]・[CaTiO]と書くことができる。
【0010】
本発明者等は、この従来の誘電体磁器組成物を実際に作製し、マイクロ波誘電体特性を詳細に測定した結果、比誘電率が高く、Q値が高く、しかも温度係数が小さいことを確認した。つまり、この誘電体磁器組成物は優秀なマイクロ波誘電体特性を有しており、この誘電体磁器組成物から形成された誘電体磁器が優秀なマイクロ波共振器となることが確認された。
【0011】
しかしながら、この誘電体磁器組成物を作製する中で、製造条件における重大な弱点が発見された。この弱点とは、誘電体磁器組成物を所定形状にして焼成する場合に、その焼成温度が1550℃を超えることである。この焼成温度は前述した特開平6−76633号公報(特許第2625074号公報)には単に1500〜1700℃と開示されているだけで、あたかも1500℃でも焼成できるように記載されているが、実際には最低焼成温度は1550℃であることが明らかとなった。この事実は、本発明者等の追試によって初めて確認されたものである。
【0012】
本発明者等は、この誘電体磁器組成物の焼成温度を確定するために、次の4種類の誘電体磁器組成物を作製した。
(1)LaAlO―CaTiO
(2)(Nd0.5La0.5)AlO−CaTiO
(3)LaAlO−Ca0.7Sr0.3TiO
(4)(Nd0.5La0.5)AlO−Ca0.7Sr0.3TiO
【0013】
これらの誘電体磁器組成物は、希土類元素LnとしてLa及びNdが選択され、またアルカリ土類元素としてCaとSrが選択されている。これら4種の誘電体磁器組成物の焼成温度、比誘電率(ε)及び品質係数(Q・f)が測定され、また一部について温度係数(τ)が測定された。その結果は表1に総括されている。
【0014】
表1に示されるように、全ての試料について、焼成温度が1550℃未満では未焼結状態であることが分った。試料が未焼結状態とは、試料の内部に無数の気孔が残存しており、結晶として一様に緻密化しておらず、誘電体磁器組成物及び誘電体共振器として使用できない状態にあることを意味している。
【0015】
焼成温度が1550℃以上になると、全ての試料が4時間の焼成によって焼結することが分った。この焼結状態とは、試料内部で気孔が消滅して一様に緻密状態で結晶化していることを意味している。つまり、従来の誘電体磁器組成物は1550℃以上の温度で4時間以上焼成することによって得られることが実証された。
【0016】
しかし、焼成温度が1550℃以上の高温になると焼成設備上の問題が生じる。つまり、焼成温度が1550℃以上になると、発熱ヒーターが高価になり、エネルギー消費量が増大し、しかも耐熱炉が高価になるという欠点が生じ始める。
【0017】
1550℃以上の焼成温度では、常用使用温度が1600℃であるMoSiを用いた発熱ヒーターが必要となる。常用使用温度が1400℃であるSiCを用いた発熱ヒーターと比較すると、同寸法の電気炉価格が約3倍に急騰し、この設備価格の急騰は誘電体磁器組成物の価格の急騰を招く原因となる。
【0018】
また、焼成温度が1550℃を超えると、耐熱炉に特殊な材料が必要となり、耐熱炉の高騰を招く。耐熱炉の高騰は誘電体磁器組成物の価格に跳ね返ることになる。更に、焼成温度の増大はエネルギー消費量の増大により価格高騰の原因となり、同時に誘電体磁器の冷却に時間を要するため量産性が低下する。
【0019】
以上のように、前述した誘電体磁器組成物は優秀なマイクロ波誘電体特性を有するにも拘わらず、焼成温度の高温性によって総じて製品価格の高騰を惹起し、量産性が低下するという弱点を有していた。そのために、その優秀なマイクロ波誘電体特性を保持しながら、焼成温度を低下させることが重要な課題となっていた。
【0020】
従って、本発明は、焼成温度を従来の誘電体磁器組成物より低下させることができる新規な誘電体組成を発見して、これに基づいて低価格な誘電体磁器組成物を提供し、この誘電体磁器組成物から誘電体共振器を構成して、この誘電体共振器を使用した高性能のマイクロ波通信装置を提供することを目的とする。
【0021】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、その第1の発明は、1種以上の希土類元素(Ln)、Al、Ga、1種以上のアルカリ土類金属元素(M)及びTiを含み、[(Ln)1+x(Al1−yGa1−x]がm(wt%)及び[(M)1+zTi1−z]がn(wt%)からなる誘電体磁器組成物であって、その組成式を[(Ln)1+x(Al1−yGa1−x]・[(M)1+zTi1−z]で表したとき、
−0.5≦x≦0.5
0<y≦1
−0.5≦z≦0.5
m+n=100
を満足するガリウム添加形誘電体磁器組成物である。
従来の誘電体磁器組成物において、AlにGaを添加することにより、誘電体磁器組成物の焼成温度が低下することを本発明者等は世界で初めて発見した。この発見に基づいて本発明が完成されたものである。Gaの添加量を次第に増大させてゆくと、焼成温度は逆に次第に低下し、Gaの添加量を最大にすること、つまりAlをGaで完全に置換すると、焼成温度が最低温度に達する。従って、Gaを添加することによって、焼成温度を低下することに成功し、発熱ヒーターや耐熱炉や消費エネルギーの価格を低下させることができるようになり、製品価格の低下と量産性を実現することが可能になる。
【0022】
第2の発明は、前記のガリウム添加形誘電体磁器組成物を主成分とし、この主成分100重量部に対し、ZnO、NiO、SnO、Co、MnCO、ZrO、WO、LiCO、RbCO、Sc、V、CuO、SiO、MgCO、Cr、B、GeO、Sb、Nb及びTaからなる群から選ばれる1種以上の添加物を10重量部以下だけ添加するガリウム添加形誘電体磁器組成物である。
これらの酸化物を添加することにより、比誘電率(εr)、品質係数(Q・f)及び温度係数(τf)からなるマイクロ波誘電体特性を可変調整することが可能になり、所望特性のガリウム添加形誘電体磁器組成物を提供することができる。これらの酸化物を添加しない場合には、誘電体特性を可変にするには成分のモル比又はwt%を調整する以外にないが、モル比が一定の場合において誘電体特性を変更させるには、この酸化物の添加だけで済むという簡便性がある。また、この酸化物の添加により、焼成温度を微調整することができる。
【0023】
第3の発明は、希土類元素(Ln)が2種の希土類元素LA、LBを組み合わされて構成され、組成式において(Ln)が(LA1−sLB)で表され、しかも0<s<1であるガリウム添加形誘電体磁器組成物である。
希土類元素Lnは単一の希土類元素であるだけでなく、2種の希土類元素を適当な比率で混合して構成されることもできる。2種の希土類元素を混合することによって、誘電体磁器組成物に多様性を導入でき、しかもマイクロ波誘電体特性と焼成温度を調整することが可能になる。
【0024】
第4の発明は、アルカリ土類金属元素(M)が2種のアルカリ土類金属元素MA、MBを組み合わされて構成され、(M)が(MA1−tMB)で表され、しかも0<t<1であるガリウム添加形誘電体磁器組成物である。
アルカリ土類元素Mは単一のアルカリ土類元素であるだけでなく、2種のアルカリ土類元素を適当な比率で混合して構成されることもできる。希土類元素と同様に、2種のアルカリ土類元素を混合することによって、誘電体磁器組成物に多様性を導入でき、しかもマイクロ波誘電体特性と焼成温度を調整することが可能になる。
【0025】
第5の発明は、前述したガリウム添加形誘電体磁器組成物から誘電体磁器を形成し、この誘電体磁器を入出力端子間に配置して共振作動するように構成した誘電体共振器である。ガリウム添加形誘電体磁器組成物を適当な形状に成形して焼成すると、所望形状の誘電体磁器を提供できる。この誘電体磁器を入出力端子間に配置すると、誘電体磁器の形状に応じて特定振動数領域のマイクロ波と共振する安価な誘電体共振器を提供できる。
【0026】
第6の発明によれば、前記の誘電体共振器を送信回路及び/又は受信回路に内蔵し、この誘電体共振器により選択された特定振動数領域のマイクロ波により基地局通信装置と移動体通信装置の間を双方向通信するマイクロ波通信装置を提供できる。本発明の安価な誘電体共振器を内蔵することによって、マイクロ波通信装置の価格低下に貢献でき、携帯電話や自動車電話等に代表されるマイクロ波通信システムの更なる普及に貢献することもできる。
【0027】
【発明の実施の形態】
本発明者等は、特開平6−76633号公報(特許第2625074号公報)に記載された誘電体磁器組成物、即ち[LnAlO]・[CaTiO]の焼成温度を低下させるために鋭意研究した結果、AlにGaを添加すると焼成温度が低下するという新規な事実を発見し、この発見に基づいて本発明を完成したものである。その意味で、本発明に係る誘電体磁器組成物をガリウム添加形誘電体磁器組成物と称する。
【0028】
即ち、本発明に係るガリウム添加形誘電体磁器組成物の組成式は、[(Ln)1+x(Al1−yGa1−x]・[(M)1+zTi1−z]によって表される。この組成式の最も特徴的部分は、従来の組成物においてAlを(Al1−yGa)によって置き換えた部分である。AlにGaを添加することに、誘電体磁器組成物の焼成温度を低下させることに成功した。
【0029】
Gaの添加率はyによって与えられ、添加率yの範囲は、0<y≦1によって与えられる。添加率yはゼロを含まず、ゼロより大きくなるに従って、焼成温度は次第に低下する傾向を示す。Gaをy=0.01だけ添加するだけで、焼成温度は約50℃も低下し、yを増加させるに従って、焼成温度は更に低下する。
【0030】
y=1はGaの最大添加率を与え、GaをAlと置換する場合を示している。このとき、本発明の組成式は、[(Ln)1+xGa1−x]・[(M)1+zTi1−z]となり、焼成温度は1320〜1350℃にまで低下する。しかも、比誘電率、品質係数及び温度係数のマイクロ波誘電体特性も、良好な値を示す。
【0031】
希土類元素(Ln)としては、Sc、Y、ランタノイドであり、ランタノイドには、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Luが含まれる。焼成温度の低下の点では、Ndが比較的良好である。
【0032】
また、希土類元素(Ln)は、1種類の希土類元素の場合だけでなく、2種以上の希土類元素の混合の場合も含む。2種類の希土類元素の混合の例で示すと、2種類の希土類元素をLA、LBとしたとき、(Ln)は(LA1−sLB)で表される。混合比sは0<s<1の範囲から選択される。s=0とs=1が除外されるのは、1種類の場合を除外しているからである。
【0033】
アルカリ土類元素(M)としては、Mg、Ca、Sr、Baが含まれる。この中でも、Caが比較的良好である。また、アルカリ土類元素(M)は、1種類のアルカリ土類元素の場合だけでなく、2種以上のアルカリ土類元素を混合する場合も含む。
【0034】
2種類のアルカリ土類元素を混合する例で示すと、2種類のアルカリ土類元素をMA、MBとしたとき、(M)は(MA1−tMB)で表され、混合率tは0<t<1の範囲で与えられる。t=0とt=1が除外されるのは、1種類の場合を除外するからである。Caが比較的良好な性質を示すから、Caに他のアルカリ土類元素を混合させることもできる。
【0035】
本発明では、[(Ln)1+x(Al1−yGa1−x]の組成式で与えられるように、(Ln)と(Al1−yGa)を1対1で混合させる場合だけでなく、(Ln)と(Al1−yGa)を異なった比率で混合する場合も含まれている。混合比率xの範囲は−0.5≦x≦0.5まで許される。従って、x=−0.5では、[(Ln)0.5(Al1−yGa1.5]となり、x=0.5では、[(Ln)。5(Al1−yGa0.5]となる。この中間状態も本発明に勿論含まれる。
【0036】
また、本発明では、[(M)1+zTi1−z]の組成式で分るように、(M)とTiを1対1で混合させる場合だけでなく、(M)とTiを異なった比率で混合する場合も含まれている。混合比率zの範囲は−0.5≦z≦0.5まで許される。従って、z=−0.5では、[(M)0.5Ti1。]となり、z=0.5では、[(M)1。Ti0.5]となる。この中間状態も本発明に勿論含まれる。
【0037】
更に、本発明のガリウム添加形誘電体磁器組成物は、[(Ln)1+x(Al1−yGa1−x]がm(wt%)及び[(M)1+zTi1−z]がn(wt%)からなる誘電体磁器組成物であり、パラメーターmとnはm+n=100を満足するように選ばれる。
【0038】
最も簡単なガリウム添加形誘電体磁器組成物は、m=n=50(wt%)の場合であり、[(Ln)1+x(Al1−yGa1−x]と[(M)1+zTi1−z]が等しい質量比で混合している。パラメータmは0<m<100の範囲にあり、対応するパラメータnも0<n<100の範囲にあり、常にm+n=100を満足して混合されている。
【0039】
wt%(重量%)を与えるパラメータmとnの値は、ガリウム添加形誘電体磁器組成物が良好なマイクロ波誘電体特性を有し、しかも良好な低い焼成温度を有するように任意に調整される。
【0040】
[(Ln)1+x(Al1−yGa1−x]の原材料は、Ln(3≦w≦4、wは希土類元素の種類に応じて変化)とAlとGaであり、これらの原材料を組成比x、yに応じた分量比で混合する。また、[(M)1+zTi1−z]の原材料は、MOとTiOであり、これらの原材料を組成比zに応じた分量比で混合して得られる。ここで、Lnは希土類元素、Mはアルカリ土類元素を意味している。
【0041】
希土類元素(Ln)を2種類の元素LA、LBで構成する場合には、(LA1−sLB)、0<s<1となるように、LAとLBを適当な比率で混合する。また、アルカリ土類元素(M)を2種類のアルカリ土類元素をMA、MBで構成する場合には、(MA1−tMB)、0<t<1となるように、MAOとMBOを適当な比率で混合する。
【0042】
[(Ln)1+x(Al1−yGa1−x]をm(wt%)、[(M)1+zTi1−z]をn(wt%)でガリウム添加形誘電体組成物を構成する場合には、[(Ln)1+x(Al1−yGa1−x]の原材料をm(wt%)、[(M)1+zTi1−z]の原材料をn(wt%)だけ用意して、相互に混合する。
【0043】
これらの原料粉末を混合成形し、その成形体を焼成することによって目的組成物及び誘電体磁器を製造できる。上記原料粉末材料の調製も、セラミックス分野で通常採用されている公知の粉末調製法(固相法、液相法、気相法、噴霧熱分解法など)をいずれも適用することができる。
【0044】
固相法では、まず出発材料として上述した主原料及び副原料からなる各組成物を前記所定の組成比となるように秤量・採取し、クラッシャーミル、アトライター、ボールミル、振動ミル、サンドグラインドミル等の公知の粉砕機を用いて乾式又は湿式で混合・粉砕する。この場合、更に必要に応じて有機バインダー、焼結助剤を添加することもできる。
【0045】
次いで、粉砕混合物をその焼成温度よりも低い温度で仮焼して、目的とする相を有する仮焼体を作製し、これを必要に応じてさらに粉砕することによって粉末原料を調製することができる。この場合、出発物質は前述した酸化物である。しかし、水酸化物、炭酸塩等のように仮焼により最終的に酸化物となるものであればいずれも使用できる。特に、粒径制御が容易であって混合性に優れている組成物がより好ましい。
【0046】
液相法では、共沈法、水熱合成法等の公知の方法を用いて、溶液原料から所望の組成物を沈殿析出させたり、あるいは溶媒を蒸発させて蒸発固化物を得ることにより粉末原料を得ることができる。溶液原料としては、例えば水を溶媒とし、これにアルカリ土類金属元素、希土類元素、アルミ元素、チタン元素、その他元素の塩化物、硝酸塩、有機酸塩等の組成物を溶解させたもの、あるいは水以外の溶媒(メタノール、エタノール等の有機溶媒)を用い、上記組成物のアルコキシド等の溶液を用いることもできる。
【0047】
液相法により合成される粉末原料は、容易に原料組成の均一化を図ることができる点で優れている.また、液相法では、アルカリ土類金属元素、希土類元素、アルミ元素、チタン元素、その他元素を所定量含む溶液原料を適当な基材上に塗布し、この塗膜を直接焼成して焼結体とすることにより、薄膜状のマイクロ波誘電体組成物を基材と一体化した状態で製造することもできる.
【0048】
気相法では、例えばCVD(Chemical Vapor Deposition)法、液状原料を用いる気相分解法等が適用できる。気相法は、特に薄膜状のマイクロ波誘電体組成物を基材上に直接形成する場合、あるいは結晶性の高い粉末原料を調製する場合等に有利である。
【0049】
これら粉末原料の平均粒径は、粉末原料の組成、最終製品の形態等に応じて適宜変更できるが、通常は0.05〜10μm程度、好ましくは0.1〜8μm、より好ましくは0.2〜6μmとすればよい。
【0050】
次に、粉末原料を混合して成形を行う。この場合の成形方法は、特に制限されず、例えば金型を用いる加圧成形法、冷間等方圧成形法(CIP成型(Cold Isostatic Pressing))、押出し成形法、ドクターブレードテープ成形法、鋳込み成形法等のセラミックス・粉末冶金分野で汎用されている成形方法を用いることができる。成形条件も、公知の各成形方法における成形条件内で調節すればよく、特に粉末の均一充填性が高くなるように適宜設定することが好ましい。
【0051】
続いて、得られた成形体の焼成を行う。焼成方法も、特に制限されず、公知の常庄焼成、加圧焼成等の公知の焼成方法を採用することができる。本発明の焼成温度は、前述したように粉末原料の種類、組成等に応じて1300〜1500℃の範囲で適宜変更できる。
【0052】
本発明の最大の特徴は、従来のように1500〜1700℃の焼成温度よりも約200℃も低い温度で焼成できることである。本発明者等の詳細な追試によれば、従来組成物の焼成温度は、実際には1550℃以上であり、本発明の焼成温度は従来の焼成温度よりも約250℃も低下することができ、発熱ヒーター、耐熱炉、消費エネルギーなどにおいて格段にコストダウンを図ることができ、同時に冷却時間の短縮により量産性能の向上を達成できる。
【0053】
しかし、本発明でも焼成温度が低すぎると未焼結状態となり、誘電体としての緻密性が得られず、焼結体が具備すべき優秀なマイクロ波誘電体特性が得られなくなる。また、焼成温度が高すぎると組成変化又は粒成長による微細構造の変化が生じるので、焼結体の物性制御が困難となるばかりでなく、エネルギー消費が増加したり、生産効率が低下する場合がある。
【0054】
焼成雰囲気は、特に制限されず、例えば還元処理の必要性に応じて選択することができる。例えば、焼成と同時に還元処理が必要な場合には、還元雰囲気とすればよい。また、還元処理を必要としない場合には、例えば大気中で常圧焼成すればよい。酸素雰囲気下における焼成は、焼結体の組成、微細構造等の制御が特に必要な場合において、酸素分圧を制御するのに有効である。本発明では、酸化雰囲気であれば酸素分圧は特に制限されない。
【0055】
なお、本発明では、いずれの方法で合成された粉末原料においても、前述した焼成(本焼成)に先立ち必要に応じて成形体を仮焼してもよい。仮焼温度は、その成形体における焼成温度よりも低い温度で適宜定めればよい。仮焼雰囲気も、上記焼成の場合と同様に適宜設定することができる.
【0056】
作成されたマイクロ波誘電体組成物の組成物の結晶構造は粉末X線回折法により解析された。焼成された試料を乳鉢により粒径が約20μm以下になるまで粉砕し、その粉末試料をガラスホルダーに充填して測定した。測定は理学電器製Geigerflex RAD−B Systemを使用した。測定した結果はICDDカードを利用して相の同定が行われた
【0057】
次に、WPPD法により試料の格子定数の精密化が行われた。この場合にはPhilips社製のX’pert Systemで測定したデータを用いた。WPPDとは、Whole−Powder−Pattern Decomposition Methodの略で、実験粉末回折データと理論粉末回折図形の全体を同時にパターンフィッティングして、回折角、積分強度、及び半値幅の情報を一度に導出するものである。このようにして、作成された試料の結晶構造が解析された。
【0058】
また、作製されたガリウム添加形誘電体磁器組成物の比誘電率ε、品質係数Q・f及び温度係数τはHakki&Coleman法(両端短絡型誘電体共振器法、平成4年3月社団法人日本ファインセラミックス協会発行「セラミックス系新素材の性能評価の標準化に関する調査研究報告書」参照)により測定された。尚、測定周波数は4〜5GHzで行った。温度係数τは20〜80℃の温度範囲で共振周波数の変化から求めた。
【0059】
また、本発明に係るガリウム添加形誘電体磁器組成物には、この組成物を主成分として、主成分100重量部に対し、ZnO、NiO、SnO、Co、MnCO、ZrO、WO、LiCO、RbCO、Sc、V、CuO、SiO、MgCO、Cr、B、GeO、Sb、Nb、Ta等を1種以上添加してもよい。
【0060】
添加量は添加成分にもよるが、主成分100重量部に対し10重量部以下の割合で添加することができる。これらの酸化物を添加することにより、マイクロ波誘電体特性を自在に可変することが可能になり、所望特性のガリウム添加形誘電体磁器組成物を得ることができる。
【0061】
本発明のガリウム添加形誘電体磁器組成物の形状又は寸法は、特に制限されず、最終製品の形状等に応じて適宜設定すればよい。例えば、粉粒体状、ペレット状、被膜状、フィルム状、シート状、棒状、筒状、錐体状、その他任意の形状で用いることができる。
【0062】
本発明に係るガリウム添加形誘電体磁器組成物を共振器に適した特定形状に焼結させたものを誘電体磁器と称している。誘電体磁器の形状も、目的に応じて共振しやすい形状であればどんな形状でも良く、例えば円柱、角柱、円筒など各種の形状がある。
【0063】
この誘電体磁器を入出力端子間に配置して誘電体共振器が構成される。入力端子と誘電体磁器の間、誘電体磁器と出力端子の間に電磁界結合が生じ、誘電体磁器の中に形成される定常波特性によって、特定振動数のマイクロ波だけが共振状態となる。
【0064】
この誘電体共振器を受信装置に配置すれば、多数の振動数の電磁波から特定振動数のマイクロ波だけを選択的に受信でき、またこの誘電体共振器を送信装置に配置すれば、ノイズを含んだ信号からノイズを除去して特定振動数のマイクロ波だけをアンテナから送信することが可能になる。このように送信装置や受信装置に本発明の誘電体共振器を配置することにより、優秀な共振特性を有したマイクロ波通信装置を提供することが可能となる。このマイクロ波通信装置は、移動体通信装置と基地局装置の両者を含んだ概念である。
【0065】
【実施例】
<実施例1:[Nd(Al1−yGa)O]・[CaTiO]>
実施例1の特徴は希土類元素としてNdを用いたことである。出発原料として、高純度の希土類酸化物(Nd)、酸化アルミニウム(Al)、酸化ガリウム(Ga)、酸化チタン(TiO)及び炭酸カルシウム(CaCO)の各粉末を表2の組成になるように秤量した。秤量した原料をアルミナ乳鉢の中でエタノールを加えて2時間湿式混合する。この混合した原料を1000℃で2時間仮焼して組成物を形成する。
【0066】
この仮焼した試料にバインダーとして1〜3wt%のPVA(ポリビニルアルコール)水溶液を1〜2mL添加し、アルミナ乳鉢内で混合する。これを300μmのふるいに通して造粒した。造粒し終わった試料を12mmφの金型に2.35g詰めて、10MPaの圧力で一軸加圧を1分間行って円柱状のペレットを作成した。このペレットを真空パックして100MPaの静水圧でCIP(低温静水圧加圧、Cold Isostatic Pressig)を行った。このCIPにより試料の成型が行なわれた。
【0067】
CIP後の試料を大気雰囲気下のカンタル炉で300℃、2時間の脱脂を行った。その後、各試料を1300〜1600℃の範囲で段階的に4時間、焼成した。このペレットはHakki and Coleman法からの制約で、直径dと高さhの比がd:h=2:1になるように成型された。
【0068】
マイクロ波誘電体特性を測定する場合に、マイクロ波損失を減少させるために、ペレットの表面が鏡面研磨された。ペレットにエレクトロンワックスを塗着して装置に接着し、800番のSiC研磨剤を使用して研磨した。仕上げは2000番のエメリーペーパーで行った。
【0069】
研磨後の試料はアセトンで超音波洗浄された。最後に、接着用のエレクトロンワックスや脂分を除去するために、大気圧雰囲気下でカンタル炉により900℃、2時間の熱処理が行われた。マイクロ波誘電体特性の測定時には綿棒を用いて脂分や汚れが付着するのを防止した。
【0070】
このようにして成形された試料の組成式は、次の3種類である。
(1)NdGaO・CaTiO
(2)Nd(Al0.95Ga0.05)O・CaTiO
(3)Nd(Al0.99Ga0.01)O・CaTiO
【0071】
これら試料の焼結性がチェックされ、焼結性が良好な場合にはマイクロ波誘電体特性が測定された。即ち、比誘電率ε、品質係数Q・f及び温度係数τが前記3種類の試料に対し測定された。測定方法は前述したHakki and Coleman法である。データは表2に総括されている。
【0072】
表2に示されるように、Gaの添加量yが0.01の場合には、うまく焼結した最低温度は1500℃であるが、y=0.05では焼結した温度は1450℃に低下し、y=1(Alの全量をGaに置換)では焼結した最低温度は1320℃にまで低下することが分かった。しかもその焼結温度でもマイクロ波誘電体特性は良好であることが実証された。このように、Gaの添加によって焼成温度の低下が証明された。ここで、良好な焼結が得られた焼成温度を焼結温度と呼んでおり、以後も同様の意味で焼結温度が使用される。
【0073】
表2において、過焼結状態とは、焼成温度が高すぎることによって、成型体の形状変化や成分の蒸発が生じ、成型体の内部に気孔が発生して、成型体が緻密化しなくなった状態を意味している。未焼結状態及び焼結状態は既に述べた通りであり、この過焼結状態と共に以後も同様の意味で使用される。
【0074】
<実施例2:[La(Al1−yGa)O]・[CaTiO]>
実施例2の特徴は希土類元素としてLaを用いたことである。出発原料として、高純度の希土類酸化物(La)、酸化アルミニウム(Al)、酸化ガリウム(Ga)、酸化チタン(TiO)及び炭酸カルシウム(CaCO)の各粉末を表3の組成になるように秤量した。
【0075】
秤量した原料を1000℃で2時間仮焼して組成物を形成する。その後、実施例1と同様の手順で造粒し、CIP(低温静水圧加圧)加圧を行なって成型した。最終的に各試料を1300〜1600℃の範囲で段階的に4時間焼成した。
【0076】
このようにして成形された試料の組成式は、次の5種類である。
(1)LaGaO・CaTiO
(2)La(Al0.50Ga0.50)O・CaTiO
(3)La(Al0.90Ga0.10)O・CaTiO
(4)La(Al0.95Ga0.05)O・CaTiO
(5)La(Al0.99Ga0.01)O・CaTiO
【0077】
これら試料の焼結性をチェックし、焼結性が良好な場合にはマイクロ波誘電体特性が測定された。比誘電率ε、品質係数Q・f及び温度係数τが前記5種類の試料に対し測定された。温度係数τは一部の試料だけ測定されている。測定されたマイクロ波誘電体特性は良好であることが分った。データは表3に総括されている。
【0078】
表3から明らかなように、Gaの添加量yが0.01の場合には、最低焼結温度は1500℃であるが、y=0.05では焼結温度は1450℃に低下し、更にy=0.10では1350℃にまで低下した。しかし、y=0.50及びy=1(Alの全量をGaに置換)では焼結した最低温度は1350℃で、y=0.10と同じ結果を与えることが分かった。
【0079】
yが0.10より大きくなっても、焼結温度が低下しなかった理由は現在のところ不明である。しかし、yの低下に連れて焼結温度も低下し、焼結温度にも飽和特性があるのかもしれない。重要なことは、添加率yの増加に連れて、焼結温度が上昇傾向には決して転じていないことである。
【0080】
<実施例3:[Sm(Al1−yGa)O]・[CaTiO]>
実施例3の特徴は希土類元素としてSmを用いたことである。出発原料として、高純度の希土類酸化物(Sm)、酸化アルミニウム(Al)、酸化ガリウム(Ga)、酸化チタン(TiO)及び炭酸カルシウム(CaCO)の各粉末を表4の組成になるように秤量した。
【0081】
原料は1000℃で2時間仮焼されて組成物を形成する。その後、実施例1と同様の手順で造粒し、CIP(低温静水圧加圧)加圧を行なって成型した。最終的に各試料を1300〜1600℃の範囲で段階的に4時間焼成した。
【0082】
このようにして成形された試料の組成式は、次の2種類である。
(1)Sm(Al0.95Ga0.05)O・CaTiO
(2)Sm(Al0.99Ga0.01)O・CaTiO
【0083】
これら試料の焼結性がチェックされ、焼結性が良好な場合にはマイクロ波誘電体特性が測定された。比誘電率ε及び品質係数Q・fが前記2種類の試料に対し測定された。温度係数τは測定されなかった。データは表4に総括されている。
【0084】
表4から明らかなように、Gaの添加量yが0.01の場合には、最低焼結温度は1500℃であるが、y=0.05では焼結温度は1450℃に低下する。この傾向は、希土類元素としてNd(実施例1)及びLa(実施例2)が用いられた場合と全く同様である。しかも、焼結した誘電体は良好なマイクロ波誘電体特性を示すことが分った。
【0085】
<実施例4:[(Nd0.5La0.5)(Al1−yGa)O]・[CaTiO]>
実施例4の特徴は2種類の希土類元素を添加したことである。原料として、高純度の2種類の希土類酸化物(Nd、La)、酸化アルミニウム(Al)、酸化ガリウム(Ga)、酸化チタン(TiO)及び炭酸カルシウム(CaCO)の各粉末を表5の組成になるように秤量した。
【0086】
原料は1000℃で2時間仮焼されて組成物を形成する。その後、実施例1と同様の手順で造粒し、CIP(低温静水圧加圧)加圧を行なって成型した。最終的に各試料を1300〜1600℃の範囲で段階的に4時間焼成した。
【0087】
このようにして成形された試料の組成式は、次の2種類である。
(1)(Nd0.5La0.5)(Al0.95Ga0.05)O・CaTiO
(2)(Nd0.5La0.5)(Al0.99Ga0.01)O・CaTiO
【0088】
これら試料の焼結性がチェックされ、焼結性が良好な場合にはマイクロ波誘電体特性が測定された。比誘電率ε及び品質係数Q・fが前記2種類の試料に対し測定された。温度係数τは測定されなかった。データは表5に総括されている。測定されたマイクロ波誘電体特性は良好であることが分った。
【0089】
表5から明らかなように、Gaの添加量yが0.01の場合には、最低焼結温度は1500℃であり、y=0.05における最低焼結温度も1500℃である。表1から分るように、Gaを添加しない場合には、最低焼結温度は1550℃であった。これに対し、Gaを添加した場合には、最低焼結温度は50℃だけ低下して1500℃になる。
【0090】
Gaを添加すると焼結温度は低下するが、温度低下量(この場合には50℃)はy=0.01とy=0.05でほぼ同量である。この結果が希土類元素の2元系に関して一般的であるかどうかは現在の段階では不明である。
【0091】
<実施例5:[La1+x(Al0.99Ga0.011−x]・CaTiO
[La(Al0.99Ga0.01)O][Ca1+zTi1−z]>
実施例5の特徴は、希土類元素とAl・Gaの配合量が異なる組成物と、またCaとTiの配合量が異なる組成物を対象とすることである。原料として、高純度の希土類酸化物(La)、酸化アルミニウム(Al)、酸化ガリウム(Ga)、酸化チタン(TiO)及び炭酸カルシウム(CaCO)の各粉末を表6の組成になるように秤量した。
【0092】
原料は1000℃で2時間仮焼されて組成物を形成する。その後、実施例1と同様の手順で造粒し、CIP(低温静水圧加圧)加圧を行なって成型した。最終的に各試料を1300〜1600℃の範囲で段階的に4時間焼成した。
【0093】
このようにして成形された試料の組成式は、次の4種類である。
(1)La1.02(Al0.99Ga0.010.98・CaTiO
(2)La0.98(Al0.99Ga0.011.02・CaTiO
(3)La(Al0.99Ga0.01)O・Ca1.02Ti0.98
(4)La(Al0.99Ga0.01)O・Ca0.98Ti1.02
【0094】
これら試料の焼結性がチェックされ、焼結性が良好な場合にはマイクロ波誘電体特性が測定された。比誘電率ε及び品質係数Q・fが前記4種類の試料に対し測定された。温度係数τは測定されなかった。データは表6に総括されている。得られたマイクロ波誘電体特性は良好であった。
【0095】
表6から明らかなように、4種類の組成物ともにGaの添加量yは0.01であり、最低焼結温度は1500℃と共通している。添加量の相違はx、zで表され、これらの4組成物では、x=z=0.02と極めて小さかった。最低焼結温度が1500℃と共通しているのは、4組成物におけるGa添加量yが0.01と共通しているためか、x=z=0.02の微少量のためかは、現在の段階では結論を出せない。
【0096】
<実施例6:[La(Al0.99Ga0.01)O]:[CaTiO]=m:n>
実施例6の特徴は、La(Al0.99Ga0.01)OとCaTiOの重量%(wt%)を50:50からずらした点にある。原料として、高純度の希土類酸化物(La)、酸化アルミニウム(Al)、酸化ガリウム(Ga)、酸化チタン(TiO)及び炭酸カルシウム(CaCO)の各粉末を表7の組成になるように秤量した。
【0097】
原料は1000℃で2時間仮焼されて組成物を形成する。その後、実施例1と同様の手順で造粒し、CIP(低温静水圧加圧)加圧を行なって成型した。最終的に各試料を1300〜1600℃の範囲で段階的に4時間焼成した。
【0098】
このようにして成形された試料の組成式は、次の2種類である。
(1)La(Al0.99Ga0.01)O:CaTiO=55:45
(2)La(Al0.99Ga0.01)O:CaTiO=45:55
【0099】
これら試料の焼結性がチェックされ、焼結性が良好な場合にはマイクロ波誘電体特性が測定された。比誘電率ε及び品質係数Q・fが前記2種類の試料に対し測定された。温度係数τは測定されなかった。データは表7に総括されている。
【0100】
表7から明らかなように、2種類の組成物ともにGaの添加量yは0.01であり、最低焼結温度は1500℃と共通していることが分かった。重量%を与える(m,n)が(55,45)でも(45,55)でも最低焼結温度は同様であった。1500℃でのマイクロ波誘電体特性は良好であり、従来よりも焼結温度を低下できることが分かった。
【0101】
図1は本発明に係る誘電体磁器の各種実施例の斜視図である。本発明で得られるガリウム添加形誘電体磁器組成物を共振体形状に成型した物を誘電体磁器と称する。(1A)では円柱状の誘電体磁器2が示され、(1B)では円筒体状の誘電体磁器2が示され、(1C)では直方体状の誘電体磁器2が示されている。
【0102】
図2は本発明に係る誘電体共振器の一例を示すモデル図である。誘電体共振器は前述した誘電体磁器を入力端子と出力端子の間に介在させて構成したもので、ノイズの混入を防止するために金属ケースの中に封入することもできる。
【0103】
(2A)に示すように、誘電体共振器4は、基板6の中央に誘電体磁器2を配置し、この誘電体磁器2を挟むように入力端子8と出力端子10が配置されている。入力端子8と誘電体磁器2の間、並びに誘電体磁器2と出力端子10の間は電磁界により結合している。また、誘電体磁器2の形状により、誘電体磁器2は特定振動数領域のマイクロ波に共振するように形成されている。
【0104】
(2B)は誘電体共振器4の等価回路図である。コイル間の電磁界結合12によりマイクロ波は入力され、誘電体磁器2により特定振動数のマイクロ波だけが選択され、更にコイル間の電磁界結合14によりこの選別されたマイクロ波が出力される。
【0105】
本発明の誘電体共振器は上記の構造に限定されるものではなく、TEモード型誘電体共振器、TMモード型誘電体共振器、TEMモード型誘電体共振器など、各種の誘電体共振器に展開できるものである。
【0106】
図3は本発明に係る誘電体共振器を組み込んだ基地局通信装置の概略構成図である。基地局通信装置とは移動体通信装置と共にマイクロ波通信装置の一種である。この基地局通信装置20は上位回線網18と一基以上の移動体通信装置40をマイクロ波で無線接続する装置である。
【0107】
基地局通信装置20は、送信用回路として変調器22、送信装置24、送信用共振器26を有し、また受信用回路として受信用共振器32、受信装置34、復調器36を有している。また、送受信共用の装置としてアンテナ共用器28とアンテナ30を有している。
【0108】
前述した誘電体共振器4は送信用共振器26及び受信用共振器32として配置されている。送信用共振器26は送信装置24に配設され、受信用共振器32は受信装置34に配設されている。
【0109】
上位回線網18から音声信号などのベース信号を受けると、変調器22はこのベース信号を搬送波となるマイクロ波信号に載せるためにマイクロ波信号を変調する。変調されたマイクロ波信号は送信装置24により処理され、ノイズなどの不要な信号を送信用共振器26で除去した後、アンテナ共用器28を介してアンテナ30から変調マイクロ波が矢印a方向に送信される。
【0110】
移動体通信装置40は変調マイクロ波をアンテナ42で受信し、会話などの双方向通信が行なわれる。移動体通信装置40からの変調マイクロ波はアンテナ42から矢印b方向に送信され、この変調マイクロ波は基地局通信装置20のアンテナ30により受信される。
【0111】
アンテナ30は空間を伝播する多種類の振動数の搬送波を受信するが、受信用共振器32により特定振動数領域のマイクロ波だけが選択され、受信装置34に入力される。復調器36は選択的に受信されたマイクロ波信号の中から音声信号などのベース信号を分離し、このベース信号は上位回路網18に伝達される。
【0112】
図4は本発明に係る誘電体共振器を組み込んだ移動体通信装置の概略構成図である。この移動体通信装置40は、アンテナ42、バッテリー44、制御部46、シンクロナイザー48、英数字ボタンなどの操作部50、マイク52、送信装置54、送信用共振器56、受信用共振器58、受信装置60、スピーカー62から構成されている。
【0113】
アンテナ42が矢印a方向から来た変調マイクロ波を受信すると、受信用共振器58により特定振動数領域のマイクロ波信号だけが選別され、この選択されたマイクロ波信号が受信装置60に送られる。この変調マイクロ波信号から音声信号(ベース信号)が取り出され、スピーカー62で発声されて、会話が行なわれる。
【0114】
移動体通信装置40の所有者がマイク52に対し発声すると、音声信号は送信装置54に送られ、マイクロ波信号に音声信号を載せる変調処理が行なわれる。変調されたマイクロ波信号は送信用共振器56に送られ、ここでノイズなどを除去して、特定振動数領域の変調マイクロ波だけがアンテナ42から矢印b方向に送信される。
【0115】
本発明においては、特性を著しく劣化させない範囲で、種々の不可避不純物が存在することがある。また、誘電体特性に悪影響を及ぼさない範囲で、種々の酸化物を添加したり、組成ずれをしてもよい。更に、低温焼成によって同様の効果を奏する場合があるが、これらの場合も基本的に本発明の技術的範囲内に含まれるものである。
【0116】
このように、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲における種々の変形例、設計変更もその技術的範囲内に包含されることは云うまでもない。
【0117】
【表1】

Figure 2004091266
【0118】
【表2】
Figure 2004091266
【0119】
【表3】
Figure 2004091266
【0120】
【表4】
Figure 2004091266
【0121】
【表5】
Figure 2004091266
【0122】
【表6】
Figure 2004091266
【0123】
【表7】
Figure 2004091266
【0124】
【発明の効果】
第1の発明によれば、誘電体磁器組成物の組成式を[(Ln)1+x(Al1−yGa1−x][(M)1+zTi1−z]で構成し、Ga添加率yの範囲を0<y≦1とたから、AlにGaを添加することにより、誘電体磁器組成物の焼結温度を低下させることに初めて成功した。Gaの添加量を次第に増大させてゆくと、焼成温度は逆に次第に低下し、Gaの添加量を最大にすること、つまりAlをGaで完全に置換すると、焼結温度を最低温度にまで低下させることができる。従って、Gaを添加することによって、焼成温度を低下することに成功し、発熱ヒーターや耐熱炉や消費エネルギーの価格を低下させて製品価格の低下を実現し、同時に冷却時間の短縮により量産性を向上できる。
【0125】
第2の発明によれば、ガリウム添加形誘電体磁器組成物に種々の酸化物を添加すると、比誘電率(εr)、品質係数(Q・f)及び温度係数(τf)からなるマイクロ波誘電体特性を自在に可変することができ、所望特性のガリウム添加形誘電体磁器組成物を実現できる。これらの酸化物を添加しない場合には、誘電体特性を可変するには成分のモル比又はwt%を調整する以外にないが、組成比の変更は複雑な作業手順の変更を必要とする。これに対し、酸化物の添加だけマイクロ波誘電体特性を調整できる簡便性がある。同時に、この酸化物の添加により、焼成温度を微調整することも可能になる。
【0126】
第3の発明によれば、希土類元素Lnは単一の希土類元素であるだけでなく、2種の希土類元素を適当な比率で混合して構成することもできる。2種の希土類元素を混合することによって、誘電体磁器組成物に多様性を導入でき、しかもマイクロ波誘電体特性と焼成温度を調整することが可能になる。
【0127】
第4の発明によれば、アルカリ土類元素Mは単一のアルカリ土類元素であるだけでなく、2種のアルカリ土類元素を適当な比率で混合して構成することもできる。希土類元素と同様に、2種のアルカリ土類元素を混合することによって、誘電体磁器組成物に多様性を導入でき、しかもマイクロ波誘電体特性と焼成温度を調整することが可能になる。
【0128】
第5の発明によれば、ガリウム添加形誘電体磁器組成物を適当な形状に成形して焼成すると、所望形状の誘電体磁器を提供できる。この誘電体磁器を入出力端子間に配置すると、誘電体磁器の形状に応じて特定振動数領域のマイクロ波と共振する安価な誘電体共振器を実現できる。
【0129】
第6の発明によれば、安価な前記誘電体共振器を送信装置や受信装置に配置することによって、マイクロ波通信装置の価格低下に貢献でき、携帯電話や自動車電話等に代表されるマイクロ波通信システムの更なる普及に貢献することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る誘電体磁器の各種実施例の斜視図である。
【図2】本発明に係る誘電体共振器の一例を示すモデル図である。
【図3】本発明に係る誘電体共振器を組み込んだ基地局通信装置の概略構成図である。
【図4】本発明に係る誘電体共振器を組み込んだ移動体通信装置の概略構成図である。
【符号の説明】
2は誘電体磁器、4は誘電体共振器、6は基板、8は入力端子、10は出力端子、12は電磁界結合、14は電磁界結合、18は上位回線網、20は基地局通信装置、22は変調器、24は送信装置、26は送信用共振器、28はアンテナ共用器、30はアンテナ、32は受信用共振器、34は受信装置、36は復調器、40は移動体通信装置、42はアンテナ、44はバッテリー、46は制御部、48はシンクロナイザー、50は操作部、52はマイク、54は送信装置、56は送信用共振器、58は受信用共振器、60は受信装置、62はスピーカー。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a dielectric porcelain composition used in a microwave communication device such as a mobile phone, a car phone, a microwave radio device, and a cordless phone, and more particularly, to reduce the firing temperature by adding gallium. The present invention relates to a gallium-doped dielectric porcelain composition, a dielectric resonator, and a microwave communication device using the same, which realize cost reduction.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In recent years, communication devices using microwaves as carrier waves, particularly mobile communication devices that move with a car or a person, have been rapidly spreading. These mobile communication devices include, for example, mobile phones, car phones, cordless telephones, personal radios, satellite broadcast receivers, and the like. In this mobile communication, there are a mobile communication device that moves with a person, a car, and the like, and a base station communication device that is a communication base of the mobile communication device. In the present invention, the mobile communication device and the base station communication device are referred to as a mobile communication device and a base station communication device. Inclusively, it is called a microwave communication device.
[0003]
The rapid development of such mobile communication systems depends on the development of dielectric ceramic compositions having high sensitivity to microwaves. A dielectric ceramic of a specific shape is formed by firing from the dielectric ceramic composition, and a microwave dielectric resonator is formed from the dielectric ceramic.
[0004]
The characteristics that such a microwave dielectric porcelain composition should satisfy include (1) relative permittivity (ε) for miniaturization.r) Is large, (2) the dielectric loss (tan δ) in the microwave region is small, and (3) the temperature coefficient of resonance frequency (τf) Is small.
[0005]
The Q value is defined by Q = 1 / tan δ, and when combined with the resonance frequency f, Q · f = constant, and the value of Q · f is called a quality factor. At present, the fact that the value of the quality factor Q · f is large is used instead of the condition (2). These three properties are also called microwave dielectric properties.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
As a dielectric ceramic composition satisfying the above three characteristics, a dielectric ceramic composition disclosed in JP-A-6-76633 (Japanese Patent No. 2625074) is known. This dielectric porcelain composition is Ln2Ox(Ln is a rare earth element), Al2O3, CaO and TiO2The four components are mixed and fired.
[0007]
More specifically, in this conventional dielectric ceramic composition, the above-mentioned four components are aLn using the molar ratios a, b, c, and d.2Ox・ BAl2O3・ CCaO ・ dTiO2When represented, the values of a, b, c, d and x are
a + b + c + d = 1
0.056 ≦ a ≦ 0.214
0.056 ≦ b ≦ 0.214
0.286 ≦ c ≦ 0.500
0.230 <d <0.470
3 ≦ x ≦ 4
It is characterized by satisfying.
[0008]
This publication describes that the molar ratios a, b, c, and d can be arbitrarily and independently varied. However, in practice, the most effective dielectric ceramic composition is the case where a = b and c = d. Has been found by the present inventors. x merely takes into account that the number of valence electrons may slightly increase from 3 depending on the type of rare earth element (lanthanide element), and it may be considered that x = 3 in practice.
[0009]
Therefore, this dielectric porcelain composition is [LnAlO3] And [CaTiO3] At an appropriate weight ratio. At this time, the composition formula of the obtained dielectric ceramic composition is [LnAlO3] ・ [CaTiO3] Can be written.
[0010]
The present inventors have actually manufactured this conventional dielectric porcelain composition and measured the microwave dielectric characteristics in detail, and as a result, have found that the relative dielectric constant is high, the Q value is high, and the temperature coefficient is small. confirmed. That is, this dielectric ceramic composition has excellent microwave dielectric properties, and it has been confirmed that the dielectric ceramic formed from this dielectric ceramic composition becomes an excellent microwave resonator.
[0011]
However, significant weaknesses in manufacturing conditions have been discovered in making this dielectric porcelain composition. The weak point is that when firing the dielectric ceramic composition in a predetermined shape, the firing temperature exceeds 1550 ° C. This firing temperature is disclosed in JP-A-6-76633 (Japanese Patent No. 2625074) as simply 1500 to 1700 ° C., but is described as if it can be fired even at 1500 ° C. It was found that the minimum firing temperature was 1550 ° C. This fact has been confirmed for the first time by additional tests by the present inventors.
[0012]
The present inventors produced the following four types of dielectric ceramic compositions in order to determine the firing temperature of the dielectric ceramic composition.
(1) LaAlO3―CaTiO3
(2) (Nd0.5La0.5) AlO3-CaTiO3
(3) LaAlO3-Ca0.7Sr0.3TiO3
(4) (Nd0.5La0.5) AlO3-Ca0.7Sr0.3TiO3
[0013]
In these dielectric ceramic compositions, La and Nd are selected as the rare earth elements Ln, and Ca and Sr are selected as the alkaline earth elements. The firing temperature and relative permittivity (ε) of these four types of dielectric ceramic compositionsr) And a quality factor (Q · f) are measured, and a temperature coefficient (τf) Was measured. The results are summarized in Table 1.
[0014]
As shown in Table 1, all the samples were found to be in a non-sintered state when the firing temperature was lower than 1550 ° C. The unsintered state of the sample means that the sample has numerous pores remaining inside, is not uniformly densified as crystals, and cannot be used as a dielectric ceramic composition and a dielectric resonator. Means
[0015]
It was found that when the firing temperature was 1550 ° C. or higher, all the samples were sintered by firing for 4 hours. This sintered state means that pores have disappeared inside the sample and the sample has been uniformly crystallized in a dense state. That is, it was proved that the conventional dielectric ceramic composition was obtained by firing at a temperature of 1550 ° C. or more for 4 hours or more.
[0016]
However, when the firing temperature is as high as 1550 ° C. or more, there is a problem in the firing equipment. In other words, when the firing temperature is 1550 ° C. or higher, the drawbacks that the heating heater becomes expensive, energy consumption increases, and the heat-resistant furnace becomes expensive start to occur.
[0017]
At a sintering temperature of 1550 ° C. or more, MoSi whose normal use temperature is 1600 ° C.2An exothermic heater using is required. Compared with a heating heater using SiC whose normal use temperature is 1400 ° C., the price of an electric furnace of the same size soars about three times, and this soaring equipment price causes the soaring price of the dielectric ceramic composition. It becomes.
[0018]
On the other hand, if the firing temperature exceeds 1550 ° C., a special material is required for the heat-resistant furnace, which causes a rise in the temperature of the heat-resistant furnace. The rise in refractory furnaces will rebound to the price of dielectric porcelain compositions. Further, an increase in the firing temperature causes a rise in price due to an increase in energy consumption, and at the same time, it takes time to cool the dielectric porcelain, thereby lowering mass productivity.
[0019]
As described above, despite the fact that the above-described dielectric porcelain composition has excellent microwave dielectric properties, the high temperature property of the sintering temperature generally causes a rise in product price, and the disadvantage that mass productivity is reduced. Had. Therefore, it has been an important issue to lower the firing temperature while maintaining the excellent microwave dielectric properties.
[0020]
Accordingly, the present invention has discovered a novel dielectric composition capable of lowering the firing temperature compared to the conventional dielectric ceramic composition, and based on this, has provided a low-cost dielectric ceramic composition. An object of the present invention is to provide a high-performance microwave communication device using a dielectric resonator formed of a ceramic composition and using the dielectric resonator.
[0021]
[Means for Solving the Problems]
The present invention has been made to solve the above problems, and the first invention is directed to one or more rare earth elements (Ln), Al, Ga, one or more alkaline earth metal elements (M), and [(Ln)1 + x(Al1-yGay)1-xO3] Is m (wt%) and [(M)1 + zTi1-zO3] Is a dielectric porcelain composition consisting of n (wt%), and its composition formula is [(Ln)1 + x(Al1-yGay)1-xO3] ・ [(M)1 + zTi1-zO3],
-0.5 ≦ x ≦ 0.5
0 <y ≦ 1
−0.5 ≦ z ≦ 0.5
m + n = 100
Is a gallium-doped dielectric ceramic composition that satisfies the following.
The present inventors have found for the first time in the world that the addition of Ga to Al in a conventional dielectric porcelain composition lowers the firing temperature of the dielectric porcelain composition. The present invention has been completed based on this finding. As the additive amount of Ga is gradually increased, the firing temperature gradually decreases, and when the additive amount of Ga is maximized, that is, when Al is completely replaced with Ga, the firing temperature reaches the minimum temperature. Therefore, by adding Ga, the firing temperature can be successfully reduced, and the price of the heater, the heat-resistant furnace, and the energy consumption can be reduced. Becomes possible.
[0022]
According to a second aspect of the invention, the gallium-doped dielectric porcelain composition is a main component, and ZnO, NiO, SnO is added to 100 parts by weight of the main component.2, Co3O4, MnCO3, ZrO2, WO3, Li2CO3, Rb2CO3, Sc2O3, V2O3, CuO, SiO2, MgCO3, Cr2O3, B2O3, GeO2, Sb2O5, Nb2O5And Ta2O5The gallium-doped dielectric porcelain composition contains at least 10 parts by weight of one or more additives selected from the group consisting of:
By adding these oxides, it becomes possible to variably adjust the microwave dielectric characteristics including the relative dielectric constant (εr), the quality coefficient (Q · f) and the temperature coefficient (τf). A gallium-doped dielectric ceramic composition can be provided. When these oxides are not added, the only way to change the dielectric properties is to adjust the molar ratio or wt% of the components, but to change the dielectric properties when the molar ratio is constant. However, there is the simplicity that only the addition of this oxide is sufficient. Further, by adding this oxide, the firing temperature can be finely adjusted.
[0023]
In the third invention, the rare earth element (Ln) is constituted by combining two kinds of rare earth elements LA and LB, and (Ln) is (LA) in the composition formula.1-sLBsAnd gallium-added dielectric ceramic composition satisfying 0 <s <1.
The rare earth element Ln is not only a single rare earth element, but can also be constituted by mixing two kinds of rare earth elements at an appropriate ratio. By mixing two kinds of rare earth elements, diversity can be introduced into the dielectric ceramic composition, and the microwave dielectric characteristics and the firing temperature can be adjusted.
[0024]
In a fourth invention, an alkaline earth metal element (M) is constituted by combining two kinds of alkaline earth metal elements MA and MB, and (M) is (MA).1-tMBt), And 0 <t <1.
The alkaline earth element M is not only a single alkaline earth element, but also can be constituted by mixing two kinds of alkaline earth elements at an appropriate ratio. As with the rare earth elements, by mixing two alkaline earth elements, diversity can be introduced into the dielectric ceramic composition, and the microwave dielectric characteristics and the firing temperature can be adjusted.
[0025]
A fifth aspect of the present invention is a dielectric resonator comprising a dielectric porcelain formed from the above-described gallium-doped dielectric porcelain composition, and arranging the dielectric porcelain between input and output terminals so as to resonate. . When the gallium-added dielectric ceramic composition is formed into an appropriate shape and fired, a dielectric ceramic having a desired shape can be provided. By arranging this dielectric porcelain between the input and output terminals, it is possible to provide an inexpensive dielectric resonator that resonates with microwaves in a specific frequency region according to the shape of the dielectric porcelain.
[0026]
According to the sixth aspect, the above-described dielectric resonator is built in the transmission circuit and / or the reception circuit, and the base station communication device and the mobile unit are driven by microwaves in a specific frequency region selected by the dielectric resonator. A microwave communication device that performs two-way communication between communication devices can be provided. By incorporating the inexpensive dielectric resonator of the present invention, it is possible to contribute to a reduction in the price of a microwave communication device and to further spread a microwave communication system represented by a mobile phone, a car phone, and the like. .
[0027]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
The present inventors have proposed a dielectric porcelain composition described in JP-A-6-76633 (Japanese Patent No. 2625074), that is, [LnAlO3] ・ [CaTiO3As a result of intensive studies to lower the firing temperature, the inventors have found a new fact that adding Ga to Al lowers the firing temperature, and completed the present invention based on this finding. In that sense, the dielectric porcelain composition according to the present invention is referred to as a gallium-doped dielectric porcelain composition.
[0028]
That is, the composition formula of the gallium-doped dielectric ceramic composition according to the present invention is [(Ln)1 + x(Al1-yGay)1-xO3] ・ [(M)1 + zTi1-zO3]. The most characteristic part of this composition formula is that Al in the conventional composition (Al1-yGay). By adding Ga to Al, the firing temperature of the dielectric ceramic composition was successfully reduced.
[0029]
The addition rate of Ga is given by y, and the range of the addition rate y is given by 0 <y ≦ 1. The addition rate y does not include zero, and the firing temperature tends to gradually decrease as it becomes larger than zero. The sintering temperature is reduced by about 50 ° C. only by adding Ga by y = 0.01, and the sintering temperature is further decreased as y is increased.
[0030]
y = 1 gives the maximum addition rate of Ga, and shows the case where Ga is replaced with Al. At this time, the composition formula of the present invention is represented by [(Ln)1 + xGa1-xO3] ・ [(M)1 + zTi1-zO3], And the firing temperature drops to 1320 to 1350 ° C. In addition, microwave dielectric properties such as relative permittivity, quality coefficient and temperature coefficient also show good values.
[0031]
The rare earth elements (Ln) include Sc, Y, and lanthanoids. The lanthanoids include La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, and Lu. included. In terms of lowering the firing temperature, Nd is relatively good.
[0032]
The rare earth element (Ln) includes not only the case of one kind of rare earth element but also the case of mixing two or more kinds of rare earth elements. As an example of a mixture of two kinds of rare earth elements, when the two kinds of rare earth elements are LA and LB, (Ln) becomes (LA)1-sLBs). The mixing ratio s is selected from the range of 0 <s <1. The reason why s = 0 and s = 1 are excluded is that one type is excluded.
[0033]
Examples of the alkaline earth element (M) include Mg, Ca, Sr, and Ba. Among them, Ca is relatively good. The alkaline earth element (M) includes not only a case of one kind of alkaline earth element but also a case of mixing two or more kinds of alkaline earth elements.
[0034]
As an example of mixing two kinds of alkaline earth elements, when two kinds of alkaline earth elements are MA and MB, (M) is (MA)1-tMBt), And the mixing ratio t is given in the range of 0 <t <1. The reason why t = 0 and t = 1 are excluded is that one type of case is excluded. Since Ca has relatively good properties, other alkaline earth elements can be mixed with Ca.
[0035]
In the present invention, [(Ln)1 + x(Al1-yGay)1-xO3[Ln) and (Al)1-yGay) Is not only one-to-one but also (Ln) and (Al1-yGay) Are mixed at different ratios. The range of the mixing ratio x is allowed up to -0.5 ≦ x ≦ 0.5. Therefore, when x = −0.5, [(Ln)0.5(Al1-yGay)1.5O3], And when x = 0.5, [(Ln)1. 5 (Al1-yGay)0.5O3]. This intermediate state is of course included in the present invention.
[0036]
In the present invention, [(M)1 + zTi1-zO3As shown in the composition formula, not only the case where (M) and Ti are mixed in a one-to-one ratio but also the case where (M) and Ti are mixed in different ratios are included. The range of the mixing ratio z is allowed up to -0.5 ≦ z ≦ 0.5. Therefore, when z = −0.5, [(M)0.5Ti1.5O3], And when z = 0.5, [(M) 1.5Ti0.5O3]. This intermediate state is of course included in the present invention.
[0037]
Further, the gallium-doped dielectric porcelain composition of the present invention has a composition of [(Ln)1 + x(Al1-yGay)1-xO3] Is m (wt%) and [(M)1 + zTi1-zO3] Is a dielectric ceramic composition consisting of n (wt%), and the parameters m and n are selected so as to satisfy m + n = 100.
[0038]
The simplest gallium-doped dielectric porcelain composition is the case where m = n = 50 (wt%), and [(Ln)1 + x(Al1-yGay)1-xO3] And [(M)1 + zTi1-zO3] Are mixed at the same mass ratio. The parameter m is in the range of 0 <m <100, and the corresponding parameter n is also in the range of 0 <n <100, and is always mixed to satisfy m + n = 100.
[0039]
The values of the parameters m and n giving wt% (wt%) are arbitrarily adjusted so that the gallium-doped dielectric porcelain composition has good microwave dielectric properties and has a good low firing temperature. You.
[0040]
[(Ln)1 + x(Al1-yGay)1-xO3] Is Ln2Ow(3 ≦ w ≦ 4, w varies depending on the type of rare earth element) and Al2O3And Ga2O3These raw materials are mixed at a volume ratio corresponding to the composition ratios x and y. Also, [(M)1 + zTi1-zO3] Are MO and TiO2It is obtained by mixing these raw materials at a quantitative ratio according to the composition ratio z. Here, Ln means a rare earth element and M means an alkaline earth element.
[0041]
When the rare earth element (Ln) is composed of two kinds of elements LA and LB, (LA1-sLBs), LA such that 0 <s <12OwAnd LB2OwAre mixed in an appropriate ratio. When the alkaline earth element (M) is composed of two types of alkaline earth elements, MA and MB, (MA1-tMBt), MAO and MBO are mixed at an appropriate ratio so that 0 <t <1.
[0042]
[(Ln)1 + x(Al1-yGay)1-xO3] Is m (wt%), [(M)1 + zTi1-zO3] In the gallium-doped dielectric composition with n (wt%), [(Ln)1 + x(Al1-yGay)1-xO3] M (wt%), [(M)1 + zTi1-zO3Are prepared by n (wt%) and mixed with each other.
[0043]
The target composition and the dielectric porcelain can be manufactured by mixing and molding these raw material powders and firing the molded body. For the preparation of the raw material powder material, any of the known powder preparation methods (solid phase method, liquid phase method, gas phase method, spray pyrolysis method, etc.) usually employed in the field of ceramics can be applied.
[0044]
In the solid-phase method, first, each composition composed of the above-mentioned main raw material and sub-raw material is weighed and collected so as to have the above-mentioned predetermined composition ratio as a starting material. And dry / wet mixing using a known pulverizer. In this case, an organic binder and a sintering aid can be further added as necessary.
[0045]
Next, the pulverized mixture is calcined at a temperature lower than the calcining temperature to prepare a calcined body having a target phase, and the powdered material can be prepared by further pulverizing the calcined body as necessary. . In this case, the starting material is the oxide described above. However, any one that can be finally turned into an oxide by calcination, such as a hydroxide or a carbonate, can be used. In particular, a composition that is easy to control the particle size and has excellent mixing properties is more preferable.
[0046]
In the liquid phase method, a known method such as a coprecipitation method or a hydrothermal synthesis method is used to precipitate a desired composition from a solution raw material or to evaporate a solvent to obtain an evaporative solid to obtain a powder raw material. Can be obtained. As a solution raw material, for example, a solvent obtained by dissolving a composition such as an alkaline earth metal element, a rare earth element, an aluminum element, a titanium element, a chloride of other elements, a nitrate, an organic acid salt or the like, or Using a solvent other than water (an organic solvent such as methanol or ethanol), a solution of the above composition such as an alkoxide can also be used.
[0047]
Powder raw materials synthesized by the liquid phase method are excellent in that the raw material composition can be easily made uniform. In the liquid phase method, a solution raw material containing a predetermined amount of an alkaline earth metal element, a rare earth element, an aluminum element, a titanium element, and other elements is applied to an appropriate substrate, and the coating film is directly fired and sintered. By forming the body, the microwave dielectric composition in the form of a thin film can be manufactured in a state of being integrated with the base material.
[0048]
In the gas phase method, for example, a CVD (Chemical Vapor Deposition) method, a gas phase decomposition method using a liquid material, or the like can be applied. The vapor phase method is particularly advantageous when a thin-film microwave dielectric composition is directly formed on a substrate, or when a powder material having high crystallinity is prepared.
[0049]
The average particle size of these powder raw materials can be appropriately changed depending on the composition of the powder raw materials, the form of the final product, and the like, but is usually about 0.05 to 10 μm, preferably 0.1 to 8 μm, and more preferably 0.2 to 8 μm. The thickness may be up to 6 μm.
[0050]
Next, molding is performed by mixing powder raw materials. The molding method in this case is not particularly limited. For example, a pressure molding method using a mold, a cold isostatic pressing method (CIP molding (Cold Isostatic Pressing)), an extrusion molding method, a doctor blade tape molding method, and a casting method A molding method widely used in the field of ceramics and powder metallurgy such as a molding method can be used. The molding conditions may be adjusted within the molding conditions in each of the known molding methods, and it is particularly preferable to appropriately set the molding conditions so as to increase the uniform filling property of the powder.
[0051]
Subsequently, the obtained molded body is fired. The sintering method is not particularly limited, and a known sintering method such as a well-known Jojo sintering method and a pressure sintering method can be employed. The firing temperature of the present invention can be appropriately changed in the range of 1300 to 1500 ° C. according to the type and composition of the powder raw material as described above.
[0052]
The greatest feature of the present invention is that it can be fired at a temperature approximately 200 ° C. lower than the conventional firing temperature of 1500 to 1700 ° C. According to the inventors' detailed follow-up tests, the firing temperature of the conventional composition is actually 1550 ° C. or more, and the firing temperature of the present invention can be reduced by about 250 ° C. from the conventional firing temperature. In addition, the cost can be remarkably reduced in a heating heater, a heat-resistant furnace, energy consumption, and the like, and at the same time, the mass production performance can be improved by shortening the cooling time.
[0053]
However, even in the present invention, if the firing temperature is too low, the sintered body is in a non-sintered state, and the denseness as a dielectric cannot be obtained, and the excellent microwave dielectric properties that the sintered body should have cannot be obtained. If the firing temperature is too high, a change in the composition or a change in the microstructure due to grain growth occurs, so not only is it difficult to control the physical properties of the sintered body, but also the energy consumption increases or the production efficiency decreases. is there.
[0054]
The firing atmosphere is not particularly limited, and can be selected, for example, according to the necessity of the reduction treatment. For example, when a reduction treatment is required at the same time as firing, a reducing atmosphere may be used. In the case where the reduction treatment is not required, it may be fired at normal pressure in the atmosphere, for example. Firing in an oxygen atmosphere is effective in controlling the oxygen partial pressure when control of the composition, microstructure, and the like of the sintered body is particularly required. In the present invention, the oxygen partial pressure is not particularly limited as long as it is an oxidizing atmosphere.
[0055]
In the present invention, the molded body may be calcined, if necessary, prior to the above-mentioned firing (main firing), even with the powder raw material synthesized by any of the methods. The calcining temperature may be appropriately determined at a temperature lower than the firing temperature of the compact. The calcining atmosphere can also be set appropriately as in the case of the above-described firing.
[0056]
The crystal structure of the prepared microwave dielectric composition was analyzed by a powder X-ray diffraction method. The fired sample was pulverized with a mortar until the particle size became about 20 μm or less, and the powder sample was filled in a glass holder and measured. The measurement used Geigerflex @ RAD-B \ System made by Rigaku Denki. The result of the measurement was used to identify the phase using an ICDD card.
[0057]
Next, the lattice constant of the sample was refined by the WPPD method. In this case, data measured with X'pert System manufactured by Philips was used. WPPD is an abbreviation of Whole-Powder-Pattern Decomposition Method, which derives information on diffraction angle, integrated intensity, and half-width at once by pattern fitting the entire experimental powder diffraction data and the theoretical powder diffraction pattern at the same time. It is. Thus, the crystal structure of the prepared sample was analyzed.
[0058]
Further, the relative dielectric constant ε of the produced gallium-doped dielectric ceramic compositionr, Quality factor Q · f and temperature coefficient τfWas measured by the Hakki & Coleman method (referred to as “Research Report on Standardization of Performance Evaluation of New Ceramic Materials”, published by Japan Fine Ceramics Association in March 1992). The measurement was performed at a frequency of 4 to 5 GHz. Temperature coefficient τfWas determined from a change in resonance frequency in a temperature range of 20 to 80 ° C.
[0059]
The gallium-doped dielectric porcelain composition according to the present invention contains ZnO, NiO, SnO as a main component and 100 parts by weight of the main component.2, Co3O4, MnCO3, ZrO2, WO3, Li2CO3, Rb2CO3, Sc2O3, V2O3, CuO, SiO2, MgCO3, Cr2O3, B2O3, GeO2, Sb2O5, Nb2O5, Ta2O5And the like may be added.
[0060]
Although the amount of addition depends on the added component, it can be added at a ratio of 10 parts by weight or less based on 100 parts by weight of the main component. By adding these oxides, the microwave dielectric characteristics can be freely changed, and a gallium-doped dielectric ceramic composition having desired characteristics can be obtained.
[0061]
The shape or size of the gallium-doped dielectric ceramic composition of the present invention is not particularly limited, and may be appropriately set according to the shape of the final product. For example, it can be used in the form of a granular material, a pellet, a film, a film, a sheet, a bar, a tube, a cone, or any other shape.
[0062]
The gallium-doped dielectric porcelain composition according to the present invention sintered in a specific shape suitable for a resonator is called a dielectric porcelain. The shape of the dielectric porcelain may be any shape as long as it is easy to resonate according to the purpose. For example, there are various shapes such as a cylinder, a prism, and a cylinder.
[0063]
This dielectric porcelain is arranged between the input and output terminals to form a dielectric resonator. Electromagnetic field coupling occurs between the input terminal and the dielectric porcelain and between the dielectric porcelain and the output terminal, and only microwaves having a specific frequency resonate due to the standing wave characteristics formed in the dielectric porcelain.
[0064]
By arranging this dielectric resonator in a receiving device, it is possible to selectively receive only microwaves having a specific frequency from electromagnetic waves having many frequencies, and by arranging this dielectric resonator in a transmitting device, noise is reduced. It becomes possible to remove noise from the contained signal and transmit only microwaves having a specific frequency from the antenna. By arranging the dielectric resonator of the present invention in the transmitting device and the receiving device as described above, it is possible to provide a microwave communication device having excellent resonance characteristics. This microwave communication device is a concept including both a mobile communication device and a base station device.
[0065]
【Example】
<Example 1: [Nd (Al1-yGay) O3] ・ [CaTiO3]>
A feature of the first embodiment is that Nd is used as a rare earth element. As a starting material, a high purity rare earth oxide (Nd2O3), Aluminum oxide (Al2O3), Gallium oxide (Ga2O3), Titanium oxide (TiO)2) And calcium carbonate (CaCO3) Was weighed so as to have the composition shown in Table 2. Ethanol is added to the weighed raw materials in an alumina mortar and wet-mixed for 2 hours. The mixed raw material is calcined at 1000 ° C. for 2 hours to form a composition.
[0066]
To the calcined sample, 1 to 2 mL of a 1 to 3 wt% aqueous solution of PVA (polyvinyl alcohol) is added as a binder and mixed in an alumina mortar. This was passed through a 300 μm sieve and granulated. 2.35 g of the granulated sample was packed in a 12 mmφ mold, and uniaxially pressed at a pressure of 10 MPa for 1 minute to prepare a columnar pellet. The pellets were vacuum-packed and subjected to CIP (cold isostatic pressing, cold isostatic pressing) at a hydrostatic pressure of 100 MPa. The sample was molded by the CIP.
[0067]
The sample after CIP was degreased at 300 ° C. for 2 hours in a Kanthal furnace under an air atmosphere. Thereafter, each sample was baked stepwise at a temperature in the range of 1300 to 1600 ° C for 4 hours. The pellets were molded such that the ratio of the diameter d to the height h was d: h = 2: 1 due to restrictions from the Hakki and Coleman method.
[0068]
When measuring microwave dielectric properties, the surface of the pellet was mirror polished to reduce microwave loss. The pellets were coated with electron wax, adhered to the device, and polished using a # 800 SiC abrasive. Finishing was done with No. 2000 emery paper.
[0069]
The polished sample was ultrasonically cleaned with acetone. Finally, a heat treatment was performed at 900 ° C. for 2 hours in a Kanthal furnace under an atmospheric pressure atmosphere in order to remove electron wax and fat for bonding. At the time of measuring the microwave dielectric characteristics, a cotton swab was used to prevent the attachment of fat and dirt.
[0070]
The composition formulas of the sample molded in this way are the following three types.
(1) NdGaO3・ CaTiO3
(2) Nd (Al0.95Ga0.05) O3・ CaTiO3
(3) Nd (Al0.99Ga0.01) O3・ CaTiO3
[0071]
The sinterability of these samples was checked, and if the sinterability was good, the microwave dielectric properties were measured. That is, the relative dielectric constant εr, Quality factor Q · f and temperature coefficient τfWas measured for the three samples. The measuring method is the above-mentioned Hakki and Coleman method. The data is summarized in Table 2.
[0072]
As shown in Table 2, when the added amount y of Ga is 0.01, the minimum temperature at which the sintering is successfully performed is 1500 ° C., but when y = 0.05, the sintering temperature is reduced to 1450 ° C. However, it was found that the minimum temperature of sintering dropped to 1320 ° C. when y = 1 (all the amount of Al was replaced by Ga). Moreover, it was proved that the microwave dielectric properties were good even at the sintering temperature. Thus, it was proved that the addition of Ga reduced the firing temperature. Here, the sintering temperature at which good sintering was obtained is called the sintering temperature, and the sintering temperature is used in the same meaning hereinafter.
[0073]
In Table 2, the over-sintered state refers to a state in which the firing temperature is too high, the shape of the molded body changes and the components evaporate, pores are generated inside the molded body, and the molded body is not densified. Means The unsintered state and the sintered state are as described above, and together with the oversintered state, the same meaning will be used hereinafter.
[0074]
<Example 2: [La (Al1-yGay) O3] ・ [CaTiO3]>
The feature of the second embodiment is that La is used as a rare earth element. As a starting material, a high-purity rare earth oxide (La2O3), Aluminum oxide (Al2O3), Gallium oxide (Ga2O3), Titanium oxide (TiO)2) And calcium carbonate (CaCO3) Was weighed so as to have the composition shown in Table 3.
[0075]
The weighed raw materials are calcined at 1000 ° C. for 2 hours to form a composition. Thereafter, granulation was performed in the same procedure as in Example 1, and molding was performed by applying CIP (low-temperature hydrostatic pressure). Finally, each sample was fired stepwise at 1300 to 1600 ° C. for 4 hours.
[0076]
The composition formulas of the sample thus formed are the following five types.
(1) LaGaO3・ CaTiO3
(2) La (Al0.50Ga0.50) O3・ CaTiO3
(3) La (Al0.90Ga0.10) O3・ CaTiO3
(4) La (Al0.95Ga0.05) O3・ CaTiO3
(5) La (Al0.99Ga0.01) O3・ CaTiO3
[0077]
The sinterability of these samples was checked, and if the sinterability was good, the microwave dielectric properties were measured. Relative permittivity εr, Quality factor Q · f and temperature coefficient τfWas measured for the five samples. Temperature coefficient τfIs measured only for some samples. The measured microwave dielectric properties were found to be good. The data is summarized in Table 3.
[0078]
As is clear from Table 3, when the amount y of Ga added is 0.01, the minimum sintering temperature is 1500 ° C., but when y = 0.05, the sintering temperature drops to 1450 ° C. At y = 0.10, the temperature dropped to 1350 ° C. However, it was found that when y = 0.50 and y = 1 (all the amount of Al was replaced by Ga), the minimum temperature of sintering was 1350 ° C., which gave the same result as y = 0.10.
[0079]
The reason why the sintering temperature did not decrease even when y became larger than 0.10 is unknown at present. However, the sintering temperature decreases as y decreases, and the sintering temperature may have a saturation characteristic. What is important is that the sintering temperature never changes to an increasing trend as the addition rate y increases.
[0080]
<Example 3: [Sm (Al1-yGay) O3] ・ [CaTiO3]>
A feature of the third embodiment is that Sm is used as a rare earth element. As a starting material, a high-purity rare earth oxide (Sm2O3), Aluminum oxide (Al2O3), Gallium oxide (Ga2O3), Titanium oxide (TiO)2) And calcium carbonate (CaCO3) Was weighed so as to have the composition shown in Table 4.
[0081]
The raw materials are calcined at 1000 ° C. for 2 hours to form a composition. Thereafter, granulation was performed in the same procedure as in Example 1, and molding was performed by applying CIP (low-temperature hydrostatic pressure). Finally, each sample was fired stepwise at 1300 to 1600 ° C. for 4 hours.
[0082]
The composition formula of the sample molded in this way is the following two types.
(1) Sm (Al0.95Ga0.05) O3・ CaTiO3
(2) Sm (Al0.99Ga0.01) O3・ CaTiO3
[0083]
The sinterability of these samples was checked, and if the sinterability was good, the microwave dielectric properties were measured. Relative permittivity εrAnd the quality factor Q · f were measured for the two types of samples. Temperature coefficient τfWas not measured. The data is summarized in Table 4.
[0084]
As is clear from Table 4, when the amount y of Ga added is 0.01, the minimum sintering temperature is 1500 ° C., but when y = 0.05, the sintering temperature drops to 1450 ° C. This tendency is exactly the same as when Nd (Example 1) and La (Example 2) are used as the rare earth elements. In addition, it was found that the sintered dielectric exhibited good microwave dielectric properties.
[0085]
<Example 4: [(Nd0.5La0.5) (Al1-yGay) O3] ・ [CaTiO3]>
The feature of Example 4 is that two kinds of rare earth elements are added. As raw materials, two kinds of high-purity rare earth oxides (Nd2O3, La2O3), Aluminum oxide (Al2O3), Gallium oxide (Ga2O3), Titanium oxide (TiO)2) And calcium carbonate (CaCO3) Was weighed so as to have the composition shown in Table 5.
[0086]
The raw materials are calcined at 1000 ° C. for 2 hours to form a composition. Thereafter, granulation was performed in the same procedure as in Example 1, and molding was performed by applying CIP (low-temperature hydrostatic pressure). Finally, each sample was fired stepwise at 1300 to 1600 ° C. for 4 hours.
[0087]
The composition formula of the sample molded in this way is the following two types.
(1) (Nd0.5La0.5) (Al0.95Ga0.05) O3・ CaTiO3
(2) (Nd0.5La0.5) (Al0.99Ga0.01) O3・ CaTiO3
[0088]
The sinterability of these samples was checked, and if the sinterability was good, the microwave dielectric properties were measured. Relative permittivity εrAnd the quality factor Q · f were measured for the two types of samples. Temperature coefficient τfWas not measured. The data is summarized in Table 5. The measured microwave dielectric properties were found to be good.
[0089]
As is clear from Table 5, when the added amount y of Ga is 0.01, the minimum sintering temperature is 1500 ° C., and the minimum sintering temperature at y = 0.05 is also 1500 ° C. As can be seen from Table 1, when no Ga was added, the minimum sintering temperature was 1550 ° C. On the other hand, when Ga is added, the minimum sintering temperature decreases by 50 ° C. to 1500 ° C.
[0090]
Although the sintering temperature decreases when Ga is added, the amount of temperature decrease (in this case, 50 ° C.) is substantially the same at y = 0.01 and y = 0.05. Whether this result is general for binary systems of rare earth elements is unknown at this stage.
[0091]
<Example 5: [La1 + x(Al0.99Ga0.01)1-xO3] ・ CaTiO3]
[La (Al0.99Ga0.01) O3] [Ca1 + zTi1-zO3]>
The feature of Example 5 is that the composition of the present invention is directed to a composition in which the amount of the rare earth element and Al / Ga is different, and a composition in which the amount of Ca and Ti are different. As a raw material, a high-purity rare earth oxide (La2O3), Aluminum oxide (Al2O3), Gallium oxide (Ga2O3), Titanium oxide (TiO)2) And calcium carbonate (CaCO3) Was weighed so as to have the composition shown in Table 6.
[0092]
The raw materials are calcined at 1000 ° C. for 2 hours to form a composition. Thereafter, granulation was performed in the same procedure as in Example 1, and molding was performed by applying CIP (low-temperature hydrostatic pressure). Finally, each sample was fired stepwise at 1300 to 1600 ° C. for 4 hours.
[0093]
The composition formulas of the samples molded in this way are the following four types.
(1) La1.02(Al0.99Ga0.01)0.98O3・ CaTiO3
(2) La0.98(Al0.99Ga0.01)1.02O3・ CaTiO3
(3) La (Al0.99Ga0.01) O3・ Ca1.02Ti0.98O3
(4) La (Al0.99Ga0.01) O3・ Ca0.98Ti1.02O3
[0094]
The sinterability of these samples was checked, and if the sinterability was good, the microwave dielectric properties were measured. Relative permittivity εrAnd the quality factor Q · f were measured for the four types of samples. Temperature coefficient τfWas not measured. The data is summarized in Table 6. The obtained microwave dielectric properties were good.
[0095]
As is clear from Table 6, the amount y of Ga added was 0.01 for all four types of compositions, and the lowest sintering temperature was common to 1500 ° C. The difference in the amount of addition was represented by x and z. In these four compositions, x = z = 0.02, which was extremely small. The reason why the minimum sintering temperature is in common with 1500 ° C. is whether the Ga addition amount y in the four compositions is in common with 0.01 or because of the very small amount of x = z = 0.02. No conclusions can be drawn at this stage.
[0096]
<Example 6: [La (Al0.99Ga0.01) O3]: [CaTiO3] = M: n>
The feature of the sixth embodiment is that La (Al0.99Ga0.01) O3And CaTiO3Is shifted from 50:50 by weight. As a raw material, a high-purity rare earth oxide (La2O3), Aluminum oxide (Al2O3), Gallium oxide (Ga2O3), Titanium oxide (TiO)2) And calcium carbonate (CaCO3) Was weighed so as to have the composition shown in Table 7.
[0097]
The raw materials are calcined at 1000 ° C. for 2 hours to form a composition. Thereafter, granulation was performed in the same procedure as in Example 1, and molding was performed by applying CIP (low-temperature hydrostatic pressure). Finally, each sample was fired stepwise at 1300 to 1600 ° C. for 4 hours.
[0098]
The composition formula of the sample molded in this way is the following two types.
(1) La (Al0.99Ga0.01) O3: CaTiO3= 55: 45
(2) La (Al0.99Ga0.01) O3: CaTiO3= 45: 55
[0099]
The sinterability of these samples was checked, and if the sinterability was good, the microwave dielectric properties were measured. Relative permittivity εrAnd the quality factor Q · f were measured for the two types of samples. Temperature coefficient τfWas not measured. The data is summarized in Table 7.
[0100]
As is clear from Table 7, the amount y of Ga added was 0.01 for both of the two types of compositions, and it was found that the minimum sintering temperature was common to 1500 ° C. The minimum sintering temperature was the same whether (m, n) giving (%, n) giving (%) was (55, 45) or (45, 55). The microwave dielectric characteristics at 1500 ° C. were good, and it was found that the sintering temperature could be lower than before.
[0101]
FIG. 1 is a perspective view of various embodiments of the dielectric porcelain according to the present invention. The gallium-doped dielectric porcelain composition obtained in the present invention, which is formed into a resonator, is called a dielectric porcelain. (1A) shows a cylindrical dielectric porcelain 2, (1B) shows a cylindrical dielectric porcelain 2, and (1C) shows a rectangular parallelepiped dielectric porcelain 2.
[0102]
FIG. 2 is a model diagram showing an example of the dielectric resonator according to the present invention. The dielectric resonator is formed by interposing the above-described dielectric porcelain between the input terminal and the output terminal, and can be sealed in a metal case to prevent noise from being mixed.
[0103]
As shown in (2A), the dielectric resonator 4 has the dielectric ceramic 2 disposed in the center of the substrate 6, and the input terminal 8 and the output terminal 10 arranged so as to sandwich the dielectric ceramic 2. An electromagnetic field couples between the input terminal 8 and the dielectric porcelain 2 and between the dielectric porcelain 2 and the output terminal 10. Further, due to the shape of the dielectric porcelain 2, the dielectric porcelain 2 is formed so as to resonate with microwaves in a specific frequency range.
[0104]
FIG. 2B is an equivalent circuit diagram of the dielectric resonator 4. Microwaves are input by the electromagnetic field coupling 12 between the coils, only microwaves having a specific frequency are selected by the dielectric ceramic 2, and the selected microwaves are output by the electromagnetic field coupling 14 between the coils.
[0105]
The dielectric resonator of the present invention is not limited to the above-described structure, and various dielectric resonators such as a TE mode dielectric resonator, a TM mode dielectric resonator, and a TEM mode dielectric resonator can be used. It can be expanded to.
[0106]
FIG. 3 is a schematic configuration diagram of a base station communication device incorporating the dielectric resonator according to the present invention. A base station communication device is a type of microwave communication device together with a mobile communication device. The base station communication device 20 is a device that wirelessly connects the upper line network 18 and one or more mobile communication devices 40 by microwave.
[0107]
The base station communication device 20 includes a modulator 22, a transmission device 24, and a transmission resonator 26 as a transmission circuit, and includes a reception resonator 32, a reception device 34, and a demodulator 36 as a reception circuit. I have. Further, it has an antenna duplexer 28 and an antenna 30 as a device for both transmission and reception.
[0108]
The above-described dielectric resonator 4 is disposed as a transmission resonator 26 and a reception resonator 32. The transmitting resonator 26 is provided in the transmitting device 24, and the receiving resonator 32 is provided in the receiving device 34.
[0109]
Upon receiving a base signal such as an audio signal from the upper line network 18, the modulator 22 modulates the microwave signal in order to load the base signal onto a microwave signal serving as a carrier. The modulated microwave signal is processed by the transmission device 24, and after removing unnecessary signals such as noise by the transmission resonator 26, the modulated microwave is transmitted from the antenna 30 through the antenna duplexer 28 in the direction of arrow a. Is done.
[0110]
The mobile communication device 40 receives the modulated microwave with the antenna 42, and performs two-way communication such as conversation. The modulated microwave from the mobile communication device 40 is transmitted from the antenna 42 in the direction of arrow b, and the modulated microwave is received by the antenna 30 of the base station communication device 20.
[0111]
The antenna 30 receives carrier waves of various frequencies propagating in space. Only microwaves in a specific frequency region are selected by the receiving resonator 32 and input to the receiving device 34. The demodulator 36 separates a base signal such as an audio signal from the selectively received microwave signal, and the base signal is transmitted to the higher-level network 18.
[0112]
FIG. 4 is a schematic configuration diagram of a mobile communication device incorporating the dielectric resonator according to the present invention. The mobile communication device 40 includes an antenna 42, a battery 44, a control unit 46, a synchronizer 48, an operation unit 50 such as an alphanumeric button, a microphone 52, a transmission device 54, a transmission resonator 56, a reception resonator 58, It comprises a receiving device 60 and a speaker 62.
[0113]
When the antenna 42 receives the modulated microwave coming from the direction of the arrow a, only the microwave signal in the specific frequency region is selected by the receiving resonator 58, and the selected microwave signal is sent to the receiving device 60. An audio signal (base signal) is extracted from the modulated microwave signal, and is uttered by the speaker 62 to have a conversation.
[0114]
When the owner of the mobile communication device 40 speaks to the microphone 52, the audio signal is sent to the transmission device 54, and a modulation process for putting the audio signal on the microwave signal is performed. The modulated microwave signal is sent to the transmitting resonator 56, where noise and the like are removed, and only the modulated microwave in the specific frequency region is transmitted from the antenna 42 in the direction of the arrow b.
[0115]
In the present invention, various unavoidable impurities may be present as long as the characteristics are not significantly deteriorated. In addition, various oxides may be added or the composition may deviate as long as the dielectric properties are not adversely affected. Further, similar effects may be exerted by low-temperature firing, but these cases are basically included in the technical scope of the present invention.
[0116]
As described above, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications and design changes without departing from the technical idea of the present invention are included in the technical scope. Nor.
[0117]
[Table 1]
Figure 2004091266
[0118]
[Table 2]
Figure 2004091266
[0119]
[Table 3]
Figure 2004091266
[0120]
[Table 4]
Figure 2004091266
[0121]
[Table 5]
Figure 2004091266
[0122]
[Table 6]
Figure 2004091266
[0123]
[Table 7]
Figure 2004091266
[0124]
【The invention's effect】
According to the first invention, the composition formula of the dielectric ceramic composition is [(Ln)1 + x(Al1-yGay)1-xO3] [(M)1 + zTi1-zO3And the range of the Ga addition rate y is set to 0 <y ≦ 1, so that by adding Ga to Al, the sintering temperature of the dielectric ceramic composition was successfully reduced for the first time. As the additive amount of Ga is gradually increased, the sintering temperature gradually decreases, and when the additive amount of Ga is maximized, that is, when Al is completely replaced with Ga, the sintering temperature is reduced to the minimum temperature. Can be done. Therefore, by adding Ga, we succeeded in lowering the firing temperature, lowering the price of exothermic heaters, heat-resistant furnaces, and energy consumption, and realizing lower product prices. Can be improved.
[0125]
According to the second invention, when various oxides are added to the gallium-doped dielectric porcelain composition, a microwave dielectric having a relative dielectric constant (εr), a quality coefficient (Q · f) and a temperature coefficient (τf) is obtained. The body properties can be freely changed, and a gallium-doped dielectric ceramic composition having desired properties can be realized. When these oxides are not added, the only way to change the dielectric properties is to adjust the molar ratio or wt% of the components, but changing the composition ratio requires a complicated work procedure. On the other hand, there is the simplicity that the microwave dielectric characteristics can be adjusted only by adding the oxide. At the same time, the addition of this oxide makes it possible to finely adjust the firing temperature.
[0126]
According to the third aspect, the rare earth element Ln is not only a single rare earth element, but also can be formed by mixing two kinds of rare earth elements at an appropriate ratio. By mixing two kinds of rare earth elements, diversity can be introduced into the dielectric ceramic composition, and the microwave dielectric characteristics and the firing temperature can be adjusted.
[0127]
According to the fourth aspect, the alkaline earth element M is not only a single alkaline earth element, but also can be constituted by mixing two alkaline earth elements at an appropriate ratio. As with the rare earth elements, by mixing two alkaline earth elements, diversity can be introduced into the dielectric ceramic composition, and the microwave dielectric characteristics and the firing temperature can be adjusted.
[0128]
According to the fifth aspect, the gallium-doped dielectric porcelain composition is formed into an appropriate shape and fired to provide a dielectric porcelain having a desired shape. By arranging this dielectric porcelain between the input and output terminals, it is possible to realize an inexpensive dielectric resonator that resonates with microwaves in a specific frequency region according to the shape of the dielectric porcelain.
[0129]
According to the sixth aspect of the present invention, by arranging the inexpensive dielectric resonator in the transmitting device and the receiving device, it is possible to contribute to a reduction in the price of the microwave communication device. This can contribute to further spread of the communication system.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view of various embodiments of a dielectric porcelain according to the present invention.
FIG. 2 is a model diagram showing an example of a dielectric resonator according to the present invention.
FIG. 3 is a schematic configuration diagram of a base station communication device incorporating a dielectric resonator according to the present invention.
FIG. 4 is a schematic configuration diagram of a mobile communication device incorporating a dielectric resonator according to the present invention.
[Explanation of symbols]
2 is a dielectric ceramic, 4 is a dielectric resonator, 6 is a substrate, 8 is an input terminal, 10 is an output terminal, 12 is electromagnetic field coupling, 14 is electromagnetic field coupling, 18 is an upper line network, and 20 is base station communication. Device, 22 is a modulator, 24 is a transmitting device, 26 is a transmitting resonator, 28 is an antenna duplexer, 30 is an antenna, 32 is a receiving resonator, 34 is a receiving device, 36 is a demodulator, and 40 is a mobile unit. Communication device, 42, antenna, 44, battery, 46, control unit, 48, synchronizer, 50, operation unit, 52, microphone, 54, transmitting device, 56, transmitting resonator, 58, receiving resonator, 60 Is a receiving device, and 62 is a speaker.

Claims (6)

1種以上の希土類元素(Ln)、Al、Ga、1種以上のアルカリ土類金属元素(M)及びTiを含み、[(Ln)1+x(Al1−yGa1−x]がm(wt%)及び[(M)1+zTi1−z]がn(wt%)からなる誘電体磁器組成物であって、その組成式を[(Ln)1+x(Al1−yGa1−x]・[(M)1+zTi1−z]で表したとき、
−0.5≦x≦0.5
0<y≦1
−0.5≦z≦0.5
m+n=100
を満足することを特徴とするガリウム添加形誘電体磁器組成物。
Including one or more rare earth elements (Ln), Al, Ga, one or more alkaline earth metal elements (M) and Ti, [(Ln) 1 + x (Al 1-y G ay ) 1-x O 3 ] Is a dielectric ceramic composition comprising m (wt%) and [(M) 1 + z Ti 1-z O 3 ] being n (wt%), and the composition formula is [(Ln) 1 + x (Al 1-y) G ay ) 1-x O 3 ] · [(M) 1 + z Ti 1-z O 3 ]
-0.5 ≦ x ≦ 0.5
0 <y ≦ 1
−0.5 ≦ z ≦ 0.5
m + n = 100
A gallium-doped dielectric porcelain composition, characterized by satisfying the following.
請求項1に記載のガリウム添加形誘電体磁器組成物を主成分とし、この主成分100重量部に対し、ZnO、NiO、SnO、Co、MnCO、ZrO、WO、LiCO、RbCO、Sc、V、CuO、SiO、MgCO、Cr、B、GeO、Sb、Nb及びTaからなる群から選ばれる1種以上の添加物を10重量部以下だけ添加することを特徴とするガリウム添加形誘電体磁器組成物。The gallium-added dielectric ceramic composition according to claim 1 as a main component, and ZnO, NiO, SnO 2 , Co 3 O 4 , MnCO 3 , ZrO 2 , WO 3 , and Li based on 100 parts by weight of the main component. 2 CO 3 , Rb 2 CO 3 , Sc 2 O 3 , V 2 O 3 , CuO, SiO 2 , MgCO 3 , Cr 2 O 3 , B 2 O 3 , GeO 2 , Sb 2 O 5 , Nb 2 O 5 and A gallium-doped dielectric porcelain composition characterized by adding at least 10 parts by weight of one or more additives selected from the group consisting of Ta 2 O 5 . 前記希土類元素(Ln)は2種の希土類元素LA、LBが組み合わされて構成され、前記組成式において(Ln)が(LA1−sLB)で表され、しかも0<s<1である請求項1又は2に記載のガリウム添加形誘電体磁器組成物。The rare earth element (Ln) is composed of a combination of two kinds of rare earth elements LA and LB. In the composition formula, (Ln) is represented by (LA 1−s LB s ), and 0 <s <1. The gallium-doped dielectric porcelain composition according to claim 1. 前記アルカリ土類金属元素(M)は2種のアルカリ土類金属元素MA、MBが組み合わされて構成され、(M)が(MA1−tMB)で表され、しかも0<t<1である請求項1又は2に記載のガリウム添加形誘電体磁器組成物。The alkaline earth metal element (M) is constituted by combining two kinds of alkaline earth metal elements MA and MB, (M) is represented by (MA 1−t MB t ), and 0 <t <1. The gallium-doped dielectric ceramic composition according to claim 1 or 2, wherein 請求項1、2、3又は4に記載のガリウム添加形誘電体磁器組成物から誘電体磁器を形成し、この誘電体磁器を入出力端子間に配置して共振作動するように構成したことを特徴とする誘電体共振器。A dielectric porcelain is formed from the gallium-doped dielectric porcelain composition according to claim 1, 2, 3 or 4, and the dielectric porcelain is arranged between input and output terminals so as to perform resonance operation. Characteristic dielectric resonator. 請求項5に記載の誘電体共振器を送信回路及び/又は受信回路に内蔵し、この誘電体共振器により選択された特定振動数領域のマイクロ波により基地局通信装置と移動体通信装置の間を双方向通信することを特徴とするマイクロ波通信装置。A transmission circuit and / or a reception circuit, wherein the dielectric resonator according to claim 5 is built in a transmission circuit and / or a reception circuit. A microwave communication device for performing two-way communication with a microwave.
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