JP2004143033A - 高周波用誘電体磁器組成物、誘電体共振器、誘電体フィルタ、誘電体デュプレクサおよび通信機装置 - Google Patents
高周波用誘電体磁器組成物、誘電体共振器、誘電体フィルタ、誘電体デュプレクサおよび通信機装置 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】従来のＲｅ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３−ＳｒＯ−ＴｉＯ２系材料に比べ高いＱ値を有するとともに、Ｒｅ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３−ＳｒＯ−ＴｉＯ２系材料と同等レベルの高εｒ、小τｆを示す、高周波用誘電体磁器組成物を提供する。
【解決手段】モル比による組成式をａＲｅ２Ｏ３−ｂＡｌ２Ｏ３−ｃＳｒＯ−ｄＴｉＯ２としたとき、ａ、ｂ、ｃおよびｄが、０．１１３≦ａ≦０．１７２、０．１１１≦ｂ≦０．１７１、０．３２２≦ｃ≦０．３８８、０．３２３≦ｄ≦０．３９６、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝１．０００を満足する主成分１００重量部に対して、Ｆｅ元素をＦｅ２Ｏ３に換算して０．０１〜２重量部含有する。
【選択図】 なし
【解決手段】モル比による組成式をａＲｅ２Ｏ３−ｂＡｌ２Ｏ３−ｃＳｒＯ−ｄＴｉＯ２としたとき、ａ、ｂ、ｃおよびｄが、０．１１３≦ａ≦０．１７２、０．１１１≦ｂ≦０．１７１、０．３２２≦ｃ≦０．３８８、０．３２３≦ｄ≦０．３９６、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝１．０００を満足する主成分１００重量部に対して、Ｆｅ元素をＦｅ２Ｏ３に換算して０．０１〜２重量部含有する。
【選択図】 なし
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロ波やミリ波などの高周波領域において利用される高周波用誘電体磁器組成物、並びにそれを用いた誘電体共振器、誘電体フィルタ、誘電体デュプレクサおよび通信機装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来からマイクロ波やミリ波などの高周波領域において、誘電体磁器は誘電体共振器や回路基板材料などに広く利用されている。
【０００３】
このような高周波用誘電体磁器に要求される誘電特性としては、（１）誘電体中では電磁波の波長が１／（εｒ）１／２に短縮されるので、小型化要求への対応として比誘電率（εｒ）が大きいこと、（２）誘電損失が小さい、即ちＱ値が高いこと、（３）共振周波数の温度安定性が優れている、即ち共振周波数の温度係数（τｆ）が０（ｐｐｍ／℃）付近であること、などが挙げられる。
【０００４】
従来、この種の誘電体磁器として、例えば、特許文献１や特許文献２に、Ｒｅ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３−ＳｒＯ−ＴｉＯ２（Ｒｅ：希土類元素）系材料、さらにはこの材料系にＭｎを添加した材料が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１１−７１１７１号公報
【特許文献２】
特開２０００−２０３９３４号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来のＲｅ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３−ＳｒＯ−ＴｉＯ２系材料は、比誘電率（εｒ）、Ｑ値が高く、共振周波数の温度係数（τｆ）が０付近で制御できる優れた材料である。しかしながら、近年の通信機事業の発展に伴い、高周波用電子部品もより高性能なものが求められるようになってきており、誘電体磁器については、従来よりさらにＱ値の高い材料が要求されるようになってきている。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、従来のＲｅ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３−ＳｒＯ−ＴｉＯ２系材料に比べて高いＱ値を有するとともに、Ｒｅ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３−ＳｒＯ−ＴｉＯ２系材料と同等レベルの高い比誘電率（εｒ）と小さい共振周波数の温度係数（τｆ）を示す、高周波用誘電体磁器組成物を提供することにある。さらに、この高周波用誘電体磁器組成物を用いた誘電体共振器、誘電体フィルタ、誘電体デュプレクサおよび通信機装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の高周波用誘電体磁器組成物は、金属元素として希土類元素（Ｒｅ）、Ａｌ、ＳｒおよびＴｉを含有する組成物を主成分とし、該主成分のモル比による組成式をａＲｅ２Ｏ３−ｂＡｌ２Ｏ３−ｃＳｒＯ−ｄＴｉＯ２としたとき、ａ、ｂ、ｃおよびｄが、０．１１３≦ａ≦０．１７２、０．１１１≦ｂ≦０．１７１、０．３２２≦ｃ≦０．３８８、０．３２３≦ｄ≦０．３９６、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝１．０００を満足する前記主成分１００重量部に対して、Ｆｅ元素をＦｅ２Ｏ３に換算して０．０１〜２重量部含有することを特徴とする。
【０００９】
そして、前記希土類元素（Ｒｅ）がＬａ、またはＬａとその他の希土類元素の少なくとも１種であることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の誘電体共振器は、誘電体磁器が入出力端子に電磁界結合して作動するものである、誘電体共振器において、前記誘電体磁器は、上述の高周波用誘電体磁器組成物からなることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の誘電体フィルタは、上述の誘電体共振器に外部結合手段を含んでなることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の誘電体デュプレクサは、少なくとも２つの誘電体フィルタと、該誘電体フィルタのそれぞれに接続される入出力接続手段と、前記誘電体フィルタに共通に接続されるアンテナ接続手段とを含んでなる誘電体デュプレクサであって、前記誘電体フィルタの少なくとも１つが上述の誘電体フィルタであることを特徴とする。
【００１３】
さらに、本発明の通信機装置は、上述の誘電体デュプレクサと、該誘電体デュプレクサの少なくとも１つの入出力接続手段に接続される送信用回路と、該送信用回路に接続される前記入出力接続手段と異なる少なくとも１つの入出力接続手段に接続される受信用回路と、前記誘電体デュプレクサのアンテナ接続手段に接続されるアンテナとを含んでなることを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の誘電体共振器の一例を示す、ＴＥ０１δモードの誘電体共振器１１の図解的断面図である。図１を参照して、誘電体共振器１１は、金属ケース１２を備え、金属ケース１２内の空間には、支持台１３によって支持された柱状の誘電体磁器１４が配置されている。そして、同軸ケーブル１７の中心導体と外導体との間に結合ループ１５を形成して入力端子とされている。また、同軸ケーブル１８の中心導体と外導体との間に結合ループ１６を形成して出力端子とされている。それぞれの端子は外導体と金属ケース１２が電気的に接合した状態で、金属ケース１２によって保持されている。誘電体磁器１４は、入力端子および出力端子に電磁界結合して作動するもので、入力端子から入力された所定の周波数の信号だけが出力端子から出力される。このような誘電体共振器１１中の誘電体磁器１４が、本発明に係る高周波用誘電体磁器組成物で形成される。
【００１５】
図２は、本発明の誘電体共振器の他の例を示す、ＴＥＭモードの誘電体共振器の斜視図であり、図３は、図２に示す誘電体共振器２１のａ−ｂ面に沿う断面図である。図２、３を参照して、誘電体共振器２１は、貫通孔を有する角柱状の誘電体磁器２２からなり、その貫通孔内に内導体２３ａが形成され、周囲に外導体２３ｂが形成されたものである。そして、誘電体磁器２２に入出力端子すなわち外部結合手段を電磁界結合させることにより、誘電体共振器として作動する。このような誘電体共振器２１を構成する誘電体磁器２２が、本発明に係る高周波用誘電体磁器組成物で形成される。
【００１６】
なお、図１にはＴＥ０１δモードの誘電体共振器の一例を示し、図２には角柱形状であってＴＥＭモードの誘電体共振器の一例を示したが、本発明はこれらに限定されるものではない。本発明の高周波用誘電体磁器組成物は、他の形状や、他のＴＥＭモード、ＴＥモード、ＴＭモードなどの誘電体共振器にも同様に用いることができる。
【００１７】
次に、図４は、本発明の通信機装置の一例を示すブロック図である。この通信機装置３０は、誘電体デュプレクサ３２、送信用回路３４、受信用回路３６およびアンテナ３８を含む。送信用回路３４は、誘電体デュプレクサ３２の入力接続手段４０に接続され、受信用回路３６は、誘電体デュプレクサ３２の出力接続手段４２に接続される。また、アンテナ３８は、誘電体デュプレクサ３２のアンテナ接続手段４４に接続される。この誘電体デュプレクサ３２は、２つの誘電体フィルタ４６、４８を含む。誘電体フィルタ４６、４８は、本発明の誘電体共振器に外部結合手段を接続してなるものである。たとえば、図１に示す誘電体共振器１１の入出力端子にそれぞれ外部結合手段５０を接続して形成される。そして、一方の誘電体フィルタ４６は入力接続手段４０と他方の誘電体フィルタ４８との間に接続され、他方の誘電体フィルタ４８は、一方の誘電体フィルタ４６と出力接続手段４２との間に接続される。
【００１８】
本発明の高周波用誘電体磁器組成物は、前述したように、金属元素として希土類元素（Ｒｅ）、Ａｌ、ＳｒおよびＴｉを含有する組成物を主成分とし、該主成分のモル比による組成式をａＲｅ２Ｏ３−ｂＡｌ２Ｏ３−ｃＳｒＯ−ｄＴｉＯ２としたとき、ａ、ｂ、ｃおよびｄが、０．１１３≦ａ≦０．１７２、０．１１１≦ｂ≦０．１７１、０．３２２≦ｃ≦０．３８８、０．３２３≦ｄ≦０．３９６、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝１．０００を満足する主成分を備える。そして、この主成分１００重量部に対して、Ｆｅ元素をＦｅ２Ｏ３に換算して０．０１〜２重量部含有するものである。
【００１９】
そして、上記した組成範囲に限定することにより、従来のＲｅ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３−ＳｒＯ−ＴｉＯ２系材料に比べ高いＱ値を有するとともに、Ｒｅ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３−ＳｒＯ−ＴｉＯ２系材料と同等レベルの高い比誘電率（εｒ）と小さい共振周波数の温度係数（τｆ）を示す、高周波用誘電体磁器組成物を得ることができる。
【００２０】
【実施例】
次に、本発明をより具体的な実施例に基づき説明する。
【００２１】
（実施例１）
出発原料として、高純度の、希土類酸化物（Ｒｅ２Ｏ３）としてのＬａ２Ｏ３、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、炭酸ストロンチウム（ＳｒＣＯ３）および酸化チタン（ＴｉＯ２）の粉末を準備した。
【００２２】
次に、組成式ａＲｅ２Ｏ３−ｂＡｌ２Ｏ３−ｃＳｒＯ−ｄＴｉＯ２（ただし、係数はモル比）において、ａ、ｂ、ｃ、ｄがそれぞれ表１および表２に示す値で表わされる組成物が得られるように、これら原料を調合した。
【００２３】
【表１】
【００２４】
【表２】
【００２５】
次に、この調合粉末を、ボールミルを用いて１６時間湿式混合した後、脱水、乾燥し、その後、１１００〜１２００℃で３時間仮焼して、主成分としての仮焼粉末を得た。
【００２６】
次に、この仮焼粉末に、Ｆｅ化合物として酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３）を、表１および表２に示すように、主成分１００重量部に対して０．５重量部添加した。その後、更に適量のバインダ−を加えてボ−ルミルを用いて１６時間、湿式粉砕することにより調整粉末を得た。
【００２７】
その後、この調整粉末を１０００〜２０００ｋｇ／ｃｍ２の圧力で円板状にプレス成形した後、１５００〜１６５０℃の温度で４時間大気中で焼成し、直径１０ｍｍ、厚み５ｍｍの焼結体を得た。
【００２８】
得られた焼結体について、６〜８ＧＨｚの周波数（ｆ）において、比誘電率（εｒ）およびＱ値を両端短絡型誘電体共振器法にて測定し、Ｑ×ｆ値を算出した。また、ＴＥ０１δモ−ド共振周波数から、共振周波数の温度係数（τｆ、２５℃〜５５℃間）を測定した。これらの結果を、表１および表２に示す。なお、表１および表２において、試料番号に＊印を付したものは、本発明の範囲外のものであり、それ以外は全て本発明の範囲内のものである。
【００２９】
表１および表２から明らかなように、試料１〜５４のように、組成式ａＲｅ２Ｏ３−ｂＡｌ２Ｏ３−ｃＳｒＯ−ｄＴｉＯ２で表わされる主成分において、ａ、ｂ、ｃ、ｄがそれぞれ、０．１１３≦ａ≦０．１７２、０．１１１≦ｂ≦０．１７１、０．３２２≦ｃ≦０．３８８、０．３２３≦ｄ≦０．３９６、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝１．０００を満足する場合には、比誘電率（εｒ）が３０以上と大きく、かつＱ×ｆ値が４０，０００ＧＨｚ以上と高く、かつ共振係数の温度係数（τｆ）の絶対値が３０ｐｐｍ／℃以内と０に近い、優れたマイクロ波誘電特性を示す。
【００３０】
これに対して、試料５５〜６４のように、主成分の組成範囲が上記範囲から外れた場合には、比誘電率（εｒ）が３０未満となり、またはＱ×ｆ値が４０，０００ＧＨｚ未満となり、または共振周波数の温度係数（τｆ）が絶対値で３０（ｐｐｍ／℃）を超えてしまい、好ましくない。
【００３１】
次に、試料１〜５４中の偶数番号の試料のように、上記した優れたマイクロ波誘電特性を示す組成範囲内の主成分１００重量部に対して、Ｆｅ元素をＦｅ２Ｏ３に換算して０．５重量部添加することにより、同一組成でＦｅ２Ｏ３を添加しない場合（各偶数番号の試料に対して、１つ番号の若い奇数番号の試料）と比較して、Ｑ×ｆ値が大きく上昇する。すなわち、Ｒｅ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３−ＳｒＯ−ＴｉＯ２系組成物にＦｅ元素を含有させることにより、Ｑ値を大幅に高めることができる。
【００３２】
（実施例２）
出発原料として、高純度の、希土類酸化物（Ｒｅ２Ｏ３）としてのＬａ２Ｏ３、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、炭酸ストロンチウム（ＳｒＣＯ３）および酸化チタン（ＴｉＯ２）の粉末を準備した。
【００３３】
次に、組成式０．１３７Ｌａ２Ｏ３−０．１３７Ａｌ２Ｏ３−０．３６３ＳｒＯ−０．３６３ＴｉＯ２（ただし、係数はモル比）で表わされる組成物が得られるように、これら原料を調合した。そして、実施例１と同様にして、主成分としての仮焼粉末を得た。
【００３４】
【表３】
【００３５】
次に、この仮焼粉末に、酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３）を、表３に示すように、主成分組成物１００重量部に対して０．０１〜４重量部添加し、その後、更に適量のバインダ−を加えてボ−ルミルを用いて１６時間、湿式粉砕することにより調整粉末を得た。その後、実施例１と同様にして、焼結体を得た。
【００３６】
得られた焼結体について、実施例１と同様にして、比誘電率（εｒ）、Ｑ×ｆ値、共振周波数の温度係数（τｆ）を求めた。これらの結果を表３に示す。なお、表３において、試料番号に＊印を付したものは、本発明の範囲外のものであり、それ以外は全て本発明の範囲内のものである。
【００３７】
表３から明らかなように、試料７２〜７７のように、主成分１００重量部に対して、Ｆｅ２Ｏ３を０．０１〜２重量部添加することにより、Ｆｅ２Ｏ３を添加しない場合（試料７０）と比較して、Ｑ×ｆ値を高めることができる。これに対して、試料７８、７９のように、Ｆｅ２Ｏ３の添加量が２重量部を超えると、逆にＱ×ｆ値が低下する。すなわち、Ｆｅ元素の含有量は、主成分１００重量部に対して、Ｆｅ２Ｏ３に換算して０．０１〜２重量部が好ましい。
【００３８】
（実施例３）
出発原料として、高純度の、希土類酸化物（Ｒｅ２Ｏ３）としてＬａ２Ｏ３、Ｎｄ２Ｏ３、Ｃｅ２Ｏ３、Ｐｒ２Ｏ３、Ｐｍ２Ｏ３、Ｓｍ２Ｏ３、Ｅｕ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、Ｔｂ２Ｏ３、Ｄｙ２Ｏ３、Ｈｏ２Ｏ３、Ｅｒ２Ｏ３、Ｔｍ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３、Ｌｕ２Ｏ３の粉末を準備した。また、高純度の、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、炭酸ストロンチウム（ＳｒＣＯ３）および酸化チタン（ＴｉＯ２）の粉末を準備した。
【００３９】
次に、Ｒｅ２Ｏ３のＲｅとしては、表４に示す元素であって、組成式０．１３７Ｒｅ２Ｏ３−０．１３７Ａｌ２Ｏ３−０．３６３ＳｒＯ−０．３６３ＴｉＯ２（ただし、係数はモル比）で表わされる組成物が得られるように、これら原料を調合した。そして、実施例１と同様にして、主成分としての仮焼粉末を得た。
【００４０】
【表４】
【００４１】
次に、この仮焼粉末に、酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３）を、表４に示すように、主成分組成物１００重量部に対して０．５重量部添加し、更に適量のバインダ−を加えてボ−ルミルを用いて１６時間、湿式粉砕することにより調整粉末を得た。その後、実施例１と同様にして、焼結体を得た。
【００４２】
得られた焼結体について、実施例１と同様にして、比誘電率（εｒ）、Ｑ×ｆ値、共振周波数の温度係数（τｆ）を求めた。これらの結果を表４に示す。なお、表４において、試料番号に＊印を付したものは、本発明の範囲外のものであり、それ以外は全て本発明の範囲内のものである。
【００４３】
表４から明らかなように、Ｌａの一部を他の希土類元素に置換した場合にも、試料８１〜１１８中の偶数番号の試料のように、Ｆｅ２Ｏ３を添加することにより、Ｆｅ２Ｏ３を添加しない場合（各偶数番号の試料に対して、１つ番号の若い奇数番号の試料）と比較して、Ｑ×ｆ値を高めることができる。
【００４４】
なお、上記実施例では、Ｆｅ元素を含有する化合物として酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３）を用いた場合を示したが、ＦｅＯやＦｅ３Ｏ４で表わされる酸化鉄や、硫酸物、塩化物などの酸化鉄以外のＦｅ元素を含有する化合物を用いても、同様の効果が得られる。
【００４５】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明によれば、従来のＲｅ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３−ＳｒＯ−ＴｉＯ２系材料に比べ高いＱ値を有するとともに、Ｒｅ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３−ＳｒＯ−ＴｉＯ２系材料と同等レベルの高い比誘電率（εｒ）と小さい共振周波数の温度係数（τｆ）を示す高周波用誘電体磁器組成物を得ることができる。
【００４６】
したがって、このような組成を有する高周波用誘電体磁器組成物を用いて、誘電体共振器、誘電体フィルタ、誘電体デュプレクサ、および通信機装置を作製することにより、それぞれ良好な特性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の誘電体共振器の一例を示す、ＴＥ０１δモードの誘電体共振器の図解的断面図である。
【図２】本発明の誘電体共振器の他の例を示す、ＴＥＭモードの誘電体共振器の斜視図である。
【図３】図２に示す誘電体共振器のａ−ｂ面に沿う断面図である。
【図４】本発明の通信機装置一例を示すブロック図である。
【符号の説明】
１１、２１ 誘電体共振器
１２ 金属ケース
１４、２２ 誘電体磁器
１５、１６ 結合ループ
２３ａ 内導体
２３ｂ 外導体
３０ 通信機装置
３２ 誘電体デュプレクサ
３４ 送信用回路
３６ 受信用回路
３８ アンテナ
４０ 入力接続手段
４２ 出力接続手段
４４ アンテナ接続手段
４６、４８ 誘電体フィルタ
５０ 外部結合手段
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロ波やミリ波などの高周波領域において利用される高周波用誘電体磁器組成物、並びにそれを用いた誘電体共振器、誘電体フィルタ、誘電体デュプレクサおよび通信機装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来からマイクロ波やミリ波などの高周波領域において、誘電体磁器は誘電体共振器や回路基板材料などに広く利用されている。
【０００３】
このような高周波用誘電体磁器に要求される誘電特性としては、（１）誘電体中では電磁波の波長が１／（εｒ）１／２に短縮されるので、小型化要求への対応として比誘電率（εｒ）が大きいこと、（２）誘電損失が小さい、即ちＱ値が高いこと、（３）共振周波数の温度安定性が優れている、即ち共振周波数の温度係数（τｆ）が０（ｐｐｍ／℃）付近であること、などが挙げられる。
【０００４】
従来、この種の誘電体磁器として、例えば、特許文献１や特許文献２に、Ｒｅ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３−ＳｒＯ−ＴｉＯ２（Ｒｅ：希土類元素）系材料、さらにはこの材料系にＭｎを添加した材料が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１１−７１１７１号公報
【特許文献２】
特開２０００−２０３９３４号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来のＲｅ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３−ＳｒＯ−ＴｉＯ２系材料は、比誘電率（εｒ）、Ｑ値が高く、共振周波数の温度係数（τｆ）が０付近で制御できる優れた材料である。しかしながら、近年の通信機事業の発展に伴い、高周波用電子部品もより高性能なものが求められるようになってきており、誘電体磁器については、従来よりさらにＱ値の高い材料が要求されるようになってきている。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、従来のＲｅ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３−ＳｒＯ−ＴｉＯ２系材料に比べて高いＱ値を有するとともに、Ｒｅ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３−ＳｒＯ−ＴｉＯ２系材料と同等レベルの高い比誘電率（εｒ）と小さい共振周波数の温度係数（τｆ）を示す、高周波用誘電体磁器組成物を提供することにある。さらに、この高周波用誘電体磁器組成物を用いた誘電体共振器、誘電体フィルタ、誘電体デュプレクサおよび通信機装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の高周波用誘電体磁器組成物は、金属元素として希土類元素（Ｒｅ）、Ａｌ、ＳｒおよびＴｉを含有する組成物を主成分とし、該主成分のモル比による組成式をａＲｅ２Ｏ３−ｂＡｌ２Ｏ３−ｃＳｒＯ−ｄＴｉＯ２としたとき、ａ、ｂ、ｃおよびｄが、０．１１３≦ａ≦０．１７２、０．１１１≦ｂ≦０．１７１、０．３２２≦ｃ≦０．３８８、０．３２３≦ｄ≦０．３９６、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝１．０００を満足する前記主成分１００重量部に対して、Ｆｅ元素をＦｅ２Ｏ３に換算して０．０１〜２重量部含有することを特徴とする。
【０００９】
そして、前記希土類元素（Ｒｅ）がＬａ、またはＬａとその他の希土類元素の少なくとも１種であることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の誘電体共振器は、誘電体磁器が入出力端子に電磁界結合して作動するものである、誘電体共振器において、前記誘電体磁器は、上述の高周波用誘電体磁器組成物からなることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の誘電体フィルタは、上述の誘電体共振器に外部結合手段を含んでなることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の誘電体デュプレクサは、少なくとも２つの誘電体フィルタと、該誘電体フィルタのそれぞれに接続される入出力接続手段と、前記誘電体フィルタに共通に接続されるアンテナ接続手段とを含んでなる誘電体デュプレクサであって、前記誘電体フィルタの少なくとも１つが上述の誘電体フィルタであることを特徴とする。
【００１３】
さらに、本発明の通信機装置は、上述の誘電体デュプレクサと、該誘電体デュプレクサの少なくとも１つの入出力接続手段に接続される送信用回路と、該送信用回路に接続される前記入出力接続手段と異なる少なくとも１つの入出力接続手段に接続される受信用回路と、前記誘電体デュプレクサのアンテナ接続手段に接続されるアンテナとを含んでなることを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の誘電体共振器の一例を示す、ＴＥ０１δモードの誘電体共振器１１の図解的断面図である。図１を参照して、誘電体共振器１１は、金属ケース１２を備え、金属ケース１２内の空間には、支持台１３によって支持された柱状の誘電体磁器１４が配置されている。そして、同軸ケーブル１７の中心導体と外導体との間に結合ループ１５を形成して入力端子とされている。また、同軸ケーブル１８の中心導体と外導体との間に結合ループ１６を形成して出力端子とされている。それぞれの端子は外導体と金属ケース１２が電気的に接合した状態で、金属ケース１２によって保持されている。誘電体磁器１４は、入力端子および出力端子に電磁界結合して作動するもので、入力端子から入力された所定の周波数の信号だけが出力端子から出力される。このような誘電体共振器１１中の誘電体磁器１４が、本発明に係る高周波用誘電体磁器組成物で形成される。
【００１５】
図２は、本発明の誘電体共振器の他の例を示す、ＴＥＭモードの誘電体共振器の斜視図であり、図３は、図２に示す誘電体共振器２１のａ−ｂ面に沿う断面図である。図２、３を参照して、誘電体共振器２１は、貫通孔を有する角柱状の誘電体磁器２２からなり、その貫通孔内に内導体２３ａが形成され、周囲に外導体２３ｂが形成されたものである。そして、誘電体磁器２２に入出力端子すなわち外部結合手段を電磁界結合させることにより、誘電体共振器として作動する。このような誘電体共振器２１を構成する誘電体磁器２２が、本発明に係る高周波用誘電体磁器組成物で形成される。
【００１６】
なお、図１にはＴＥ０１δモードの誘電体共振器の一例を示し、図２には角柱形状であってＴＥＭモードの誘電体共振器の一例を示したが、本発明はこれらに限定されるものではない。本発明の高周波用誘電体磁器組成物は、他の形状や、他のＴＥＭモード、ＴＥモード、ＴＭモードなどの誘電体共振器にも同様に用いることができる。
【００１７】
次に、図４は、本発明の通信機装置の一例を示すブロック図である。この通信機装置３０は、誘電体デュプレクサ３２、送信用回路３４、受信用回路３６およびアンテナ３８を含む。送信用回路３４は、誘電体デュプレクサ３２の入力接続手段４０に接続され、受信用回路３６は、誘電体デュプレクサ３２の出力接続手段４２に接続される。また、アンテナ３８は、誘電体デュプレクサ３２のアンテナ接続手段４４に接続される。この誘電体デュプレクサ３２は、２つの誘電体フィルタ４６、４８を含む。誘電体フィルタ４６、４８は、本発明の誘電体共振器に外部結合手段を接続してなるものである。たとえば、図１に示す誘電体共振器１１の入出力端子にそれぞれ外部結合手段５０を接続して形成される。そして、一方の誘電体フィルタ４６は入力接続手段４０と他方の誘電体フィルタ４８との間に接続され、他方の誘電体フィルタ４８は、一方の誘電体フィルタ４６と出力接続手段４２との間に接続される。
【００１８】
本発明の高周波用誘電体磁器組成物は、前述したように、金属元素として希土類元素（Ｒｅ）、Ａｌ、ＳｒおよびＴｉを含有する組成物を主成分とし、該主成分のモル比による組成式をａＲｅ２Ｏ３−ｂＡｌ２Ｏ３−ｃＳｒＯ−ｄＴｉＯ２としたとき、ａ、ｂ、ｃおよびｄが、０．１１３≦ａ≦０．１７２、０．１１１≦ｂ≦０．１７１、０．３２２≦ｃ≦０．３８８、０．３２３≦ｄ≦０．３９６、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝１．０００を満足する主成分を備える。そして、この主成分１００重量部に対して、Ｆｅ元素をＦｅ２Ｏ３に換算して０．０１〜２重量部含有するものである。
【００１９】
そして、上記した組成範囲に限定することにより、従来のＲｅ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３−ＳｒＯ−ＴｉＯ２系材料に比べ高いＱ値を有するとともに、Ｒｅ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３−ＳｒＯ−ＴｉＯ２系材料と同等レベルの高い比誘電率（εｒ）と小さい共振周波数の温度係数（τｆ）を示す、高周波用誘電体磁器組成物を得ることができる。
【００２０】
【実施例】
次に、本発明をより具体的な実施例に基づき説明する。
【００２１】
（実施例１）
出発原料として、高純度の、希土類酸化物（Ｒｅ２Ｏ３）としてのＬａ２Ｏ３、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、炭酸ストロンチウム（ＳｒＣＯ３）および酸化チタン（ＴｉＯ２）の粉末を準備した。
【００２２】
次に、組成式ａＲｅ２Ｏ３−ｂＡｌ２Ｏ３−ｃＳｒＯ−ｄＴｉＯ２（ただし、係数はモル比）において、ａ、ｂ、ｃ、ｄがそれぞれ表１および表２に示す値で表わされる組成物が得られるように、これら原料を調合した。
【００２３】
【表１】
【表２】
次に、この調合粉末を、ボールミルを用いて１６時間湿式混合した後、脱水、乾燥し、その後、１１００〜１２００℃で３時間仮焼して、主成分としての仮焼粉末を得た。
【００２６】
次に、この仮焼粉末に、Ｆｅ化合物として酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３）を、表１および表２に示すように、主成分１００重量部に対して０．５重量部添加した。その後、更に適量のバインダ−を加えてボ−ルミルを用いて１６時間、湿式粉砕することにより調整粉末を得た。
【００２７】
その後、この調整粉末を１０００〜２０００ｋｇ／ｃｍ２の圧力で円板状にプレス成形した後、１５００〜１６５０℃の温度で４時間大気中で焼成し、直径１０ｍｍ、厚み５ｍｍの焼結体を得た。
【００２８】
得られた焼結体について、６〜８ＧＨｚの周波数（ｆ）において、比誘電率（εｒ）およびＱ値を両端短絡型誘電体共振器法にて測定し、Ｑ×ｆ値を算出した。また、ＴＥ０１δモ−ド共振周波数から、共振周波数の温度係数（τｆ、２５℃〜５５℃間）を測定した。これらの結果を、表１および表２に示す。なお、表１および表２において、試料番号に＊印を付したものは、本発明の範囲外のものであり、それ以外は全て本発明の範囲内のものである。
【００２９】
表１および表２から明らかなように、試料１〜５４のように、組成式ａＲｅ２Ｏ３−ｂＡｌ２Ｏ３−ｃＳｒＯ−ｄＴｉＯ２で表わされる主成分において、ａ、ｂ、ｃ、ｄがそれぞれ、０．１１３≦ａ≦０．１７２、０．１１１≦ｂ≦０．１７１、０．３２２≦ｃ≦０．３８８、０．３２３≦ｄ≦０．３９６、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝１．０００を満足する場合には、比誘電率（εｒ）が３０以上と大きく、かつＱ×ｆ値が４０，０００ＧＨｚ以上と高く、かつ共振係数の温度係数（τｆ）の絶対値が３０ｐｐｍ／℃以内と０に近い、優れたマイクロ波誘電特性を示す。
【００３０】
これに対して、試料５５〜６４のように、主成分の組成範囲が上記範囲から外れた場合には、比誘電率（εｒ）が３０未満となり、またはＱ×ｆ値が４０，０００ＧＨｚ未満となり、または共振周波数の温度係数（τｆ）が絶対値で３０（ｐｐｍ／℃）を超えてしまい、好ましくない。
【００３１】
次に、試料１〜５４中の偶数番号の試料のように、上記した優れたマイクロ波誘電特性を示す組成範囲内の主成分１００重量部に対して、Ｆｅ元素をＦｅ２Ｏ３に換算して０．５重量部添加することにより、同一組成でＦｅ２Ｏ３を添加しない場合（各偶数番号の試料に対して、１つ番号の若い奇数番号の試料）と比較して、Ｑ×ｆ値が大きく上昇する。すなわち、Ｒｅ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３−ＳｒＯ−ＴｉＯ２系組成物にＦｅ元素を含有させることにより、Ｑ値を大幅に高めることができる。
【００３２】
（実施例２）
出発原料として、高純度の、希土類酸化物（Ｒｅ２Ｏ３）としてのＬａ２Ｏ３、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、炭酸ストロンチウム（ＳｒＣＯ３）および酸化チタン（ＴｉＯ２）の粉末を準備した。
【００３３】
次に、組成式０．１３７Ｌａ２Ｏ３−０．１３７Ａｌ２Ｏ３−０．３６３ＳｒＯ−０．３６３ＴｉＯ２（ただし、係数はモル比）で表わされる組成物が得られるように、これら原料を調合した。そして、実施例１と同様にして、主成分としての仮焼粉末を得た。
【００３４】
【表３】
次に、この仮焼粉末に、酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３）を、表３に示すように、主成分組成物１００重量部に対して０．０１〜４重量部添加し、その後、更に適量のバインダ−を加えてボ−ルミルを用いて１６時間、湿式粉砕することにより調整粉末を得た。その後、実施例１と同様にして、焼結体を得た。
【００３６】
得られた焼結体について、実施例１と同様にして、比誘電率（εｒ）、Ｑ×ｆ値、共振周波数の温度係数（τｆ）を求めた。これらの結果を表３に示す。なお、表３において、試料番号に＊印を付したものは、本発明の範囲外のものであり、それ以外は全て本発明の範囲内のものである。
【００３７】
表３から明らかなように、試料７２〜７７のように、主成分１００重量部に対して、Ｆｅ２Ｏ３を０．０１〜２重量部添加することにより、Ｆｅ２Ｏ３を添加しない場合（試料７０）と比較して、Ｑ×ｆ値を高めることができる。これに対して、試料７８、７９のように、Ｆｅ２Ｏ３の添加量が２重量部を超えると、逆にＱ×ｆ値が低下する。すなわち、Ｆｅ元素の含有量は、主成分１００重量部に対して、Ｆｅ２Ｏ３に換算して０．０１〜２重量部が好ましい。
【００３８】
（実施例３）
出発原料として、高純度の、希土類酸化物（Ｒｅ２Ｏ３）としてＬａ２Ｏ３、Ｎｄ２Ｏ３、Ｃｅ２Ｏ３、Ｐｒ２Ｏ３、Ｐｍ２Ｏ３、Ｓｍ２Ｏ３、Ｅｕ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、Ｔｂ２Ｏ３、Ｄｙ２Ｏ３、Ｈｏ２Ｏ３、Ｅｒ２Ｏ３、Ｔｍ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３、Ｌｕ２Ｏ３の粉末を準備した。また、高純度の、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、炭酸ストロンチウム（ＳｒＣＯ３）および酸化チタン（ＴｉＯ２）の粉末を準備した。
【００３９】
次に、Ｒｅ２Ｏ３のＲｅとしては、表４に示す元素であって、組成式０．１３７Ｒｅ２Ｏ３−０．１３７Ａｌ２Ｏ３−０．３６３ＳｒＯ−０．３６３ＴｉＯ２（ただし、係数はモル比）で表わされる組成物が得られるように、これら原料を調合した。そして、実施例１と同様にして、主成分としての仮焼粉末を得た。
【００４０】
【表４】
次に、この仮焼粉末に、酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３）を、表４に示すように、主成分組成物１００重量部に対して０．５重量部添加し、更に適量のバインダ−を加えてボ−ルミルを用いて１６時間、湿式粉砕することにより調整粉末を得た。その後、実施例１と同様にして、焼結体を得た。
【００４２】
得られた焼結体について、実施例１と同様にして、比誘電率（εｒ）、Ｑ×ｆ値、共振周波数の温度係数（τｆ）を求めた。これらの結果を表４に示す。なお、表４において、試料番号に＊印を付したものは、本発明の範囲外のものであり、それ以外は全て本発明の範囲内のものである。
【００４３】
表４から明らかなように、Ｌａの一部を他の希土類元素に置換した場合にも、試料８１〜１１８中の偶数番号の試料のように、Ｆｅ２Ｏ３を添加することにより、Ｆｅ２Ｏ３を添加しない場合（各偶数番号の試料に対して、１つ番号の若い奇数番号の試料）と比較して、Ｑ×ｆ値を高めることができる。
【００４４】
なお、上記実施例では、Ｆｅ元素を含有する化合物として酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３）を用いた場合を示したが、ＦｅＯやＦｅ３Ｏ４で表わされる酸化鉄や、硫酸物、塩化物などの酸化鉄以外のＦｅ元素を含有する化合物を用いても、同様の効果が得られる。
【００４５】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明によれば、従来のＲｅ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３−ＳｒＯ−ＴｉＯ２系材料に比べ高いＱ値を有するとともに、Ｒｅ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３−ＳｒＯ−ＴｉＯ２系材料と同等レベルの高い比誘電率（εｒ）と小さい共振周波数の温度係数（τｆ）を示す高周波用誘電体磁器組成物を得ることができる。
【００４６】
したがって、このような組成を有する高周波用誘電体磁器組成物を用いて、誘電体共振器、誘電体フィルタ、誘電体デュプレクサ、および通信機装置を作製することにより、それぞれ良好な特性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の誘電体共振器の一例を示す、ＴＥ０１δモードの誘電体共振器の図解的断面図である。
【図２】本発明の誘電体共振器の他の例を示す、ＴＥＭモードの誘電体共振器の斜視図である。
【図３】図２に示す誘電体共振器のａ−ｂ面に沿う断面図である。
【図４】本発明の通信機装置一例を示すブロック図である。
【符号の説明】
１１、２１ 誘電体共振器
１２ 金属ケース
１４、２２ 誘電体磁器
１５、１６ 結合ループ
２３ａ 内導体
２３ｂ 外導体
３０ 通信機装置
３２ 誘電体デュプレクサ
３４ 送信用回路
３６ 受信用回路
３８ アンテナ
４０ 入力接続手段
４２ 出力接続手段
４４ アンテナ接続手段
４６、４８ 誘電体フィルタ
５０ 外部結合手段
Claims (6)
- 金属元素として希土類元素（Ｒｅ）、Ａｌ、ＳｒおよびＴｉを含有する組成物を主成分とし、該主成分のモル比による組成式をａＲｅ２Ｏ３−ｂＡｌ２Ｏ３−ｃＳｒＯ−ｄＴｉＯ２としたとき、ａ、ｂ、ｃおよびｄが、
０．１１３≦ａ≦０．１７２
０．１１１≦ｂ≦０．１７１
０．３２２≦ｃ≦０．３８８
０．３２３≦ｄ≦０．３９６
ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝１．０００
を満足する前記主成分１００重量部に対して、Ｆｅ元素をＦｅ２Ｏ３に換算して０．０１〜２重量部含有することを特徴とする、高周波用誘電体磁器組成物。 - 前記希土類元素（Ｒｅ）がＬａ、またはＬａとその他の希土類元素の少なくとも１種であることを特徴とする、請求項１に記載の高周波用誘電体磁器組成物。
- 誘電体磁器が入出力端子に電磁界結合して作動するものである、誘電体共振器において、前記誘電体磁器は、請求項１または２のいずれかに記載の高周波用誘電体磁器組成物からなることを特徴とする、誘電体共振器。
- 請求項３に記載の誘電体共振器に外部結合手段を含んでなることを特徴とする、誘電体フィルタ。
- 少なくとも２つの誘電体フィルタと、該誘電体フィルタのそれぞれに接続される入出力接続手段と、前記誘電体フィルタに共通に接続されるアンテナ接続手段とを含んでなる誘電体デュプレクサであって、前記誘電体フィルタの少なくとも１つが請求項４に記載の誘電体フィルタであることを特徴とする、誘電体デュプレクサ。
- 請求項５に記載の誘電体デュプレクサと、該誘電体デュプレクサの少なくとも１つの入出力接続手段に接続される送信用回路と、該送信用回路に接続される前記入出力接続手段と異なる少なくとも１つの入出力接続手段に接続される受信用回路と、前記誘電体デュプレクサのアンテナ接続手段に接続されるアンテナとを含んでなることを特徴とする、通信機装置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003184234A JP2004143033A (ja) | 2002-08-30 | 2003-06-27 | 高周波用誘電体磁器組成物、誘電体共振器、誘電体フィルタ、誘電体デュプレクサおよび通信機装置 |
| US10/647,518 US6940371B2 (en) | 2002-08-30 | 2003-08-26 | High frequency dielectric ceramic composition, dielectric resonator, dielectric filter, dielectric duplexer, and communication device |
| DE10339471A DE10339471A1 (de) | 2002-08-30 | 2003-08-27 | Dielektrische Hochfrequenzkeramikzusammensetzung, dielektrischer Resonator, dielektrisches Filter, dielektrischer Duplexer und Kommunikationsvorrichtung |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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