JP4155132B2 - 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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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等の高周波領域において利用される高周波用磁器組成物、ならびに、それを用いて構成される誘電体共振器、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】
マイクロ波やミリ波等の高周波領域において、誘電体共振器や回路基板等を構成する材料として、誘電体磁器が広く利用されている。
【０００３】
このような高周波用誘電体磁器が、特に誘電体共振器や誘電体フィルタ等の用途に向けられる場合、要求される特性としては、（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、小型化への要求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、すなわち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、すなわち共振周波数の温度係数（τr）が０ｐｐｍ／℃付近であること等が挙げられる。
【０００４】
従来、この種の誘電体磁器組成物としては、たとえば、（Ｚｒ，Ｓｎ）ＴｉＯ4系（特許文献１参照）、Ｂａ2Ｔｉ9Ｏ20系（特許文献２参照）、Ｂａ（Ｓｎ，Ｚｒ，Ｍｇ，Ｔａ）Ｏ3系（特許文献３参照）、Ｂａ（Ｚｎ，Ｍｇ，Ｎｉ，Ｚｒ，Ｔａ）Ｏ3系（特許文献４参照）、Ｂａ（Ｚｒ，Ｍｇ，Ｔａ）Ｏ3系（特許文献５参照）等の磁器組成物が既に多数提案されている。
【０００５】
【特許文献１】
特公平４−５９２６７号公報
【特許文献２】
特開昭６１−１０８０６号公報
【特許文献３】
特公平６−７４１６２号公報
【特許文献４】
特公平７−２１９７０号公報
【特許文献５】
登録第２９６５４１７号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、（Ｚｒ，Ｓｎ）ＴｉＯ4系やＢａ2Ｔｉ9Ｏ20系の磁器組成物は、比誘電率（εr）は３６〜４０と大きいもののＱ×ｆ値が５０，０００〜７０，０００ＧＨｚと比較的小さく、１０ＧＨｚを超えるような高周波数で使用するには、Ｑ値が不足する。 他方、Ｂａ（Ｓｎ，Ｚｒ，Ｍｇ，Ｔａ）Ｏ3系、Ｂａ（Ｚｎ，Ｍｇ，Ｎｉ，Ｚｒ，Ｔａ）Ｏ3系およびＢａ（Ｚｒ，Ｍｇ，Ｔａ）Ｏ3系の磁器組成物は、比誘電率（εr）が２０〜３０と比較的大きく、Ｑ×ｆ値も１００，０００〜２５０，０００ＧＨｚと高いが、高価なＴａを主成分とする組成物であるために工業的に安価に製品供給するには問題があった。
【０００７】
近年、電子機器の低損失化かつ小型化の要求が高まり、誘電体材料に対しても、優れた誘電特性、特に高い比誘電率（εr）と高いＱ値を併せ持つ安価な材料の開発に対する要求が高まってきているが、このような要求に対して、十分に応えることができていないのが現状である。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、上述したような問題を解決し得る、すなわち、比誘電率（εr）を２０以上とし、Ｑ×ｆ値を１００，０００ＧＨｚ以上とし、さらに、共振周波数の温度係数（τr）が０ｐｐｍ／℃を中心に任意に制御できる、安価な高周波用誘電体磁器組成物を提供しようとすることである。
【０００９】
本発明の他の目的は、上述したような高周波用誘電体磁器組成物を用いて構成される誘電体共振器、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しようとすることである。
【００１０】
【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、一般式：Ｂａ［（ＳｎαＺｒ1-α）xＭgy（ＮｂβＴａ1-β）z］vＯwで表される組成を有し、［（ＳｎαＺｒ1-α）xＭgy（ＮｂβＴａ1-β）z］の組成範囲が添付の図１に示した３成分組成図において、（ｘ，ｙ，ｚ）がＡ（０．３０，０．２２，０．４８）、Ｂ（０．６０，０．１２，０．２８）、Ｃ（０．６０，０．１４，０．２６）およびＤ（０．３０、０．２５，０．４５）を結ぶ多角形の範囲内（ただし、線分ＡＤ上を除く。）にあり、かつｘ+ｙ+ｚ＝１．００であり、さらに０．５≦α≦１．０、０≦β≦１．０、および０．９８≦ｖ≦１．０３を満足し、ｗが磁器としての電気的中性を保つのに必要な正の数であることを特徴とする。
【００１１】
そして、上記高周波用誘電体磁器組成物において、ｖは１．００＜ｖ≦１．０２を満足することがより好ましい。
【００１２】
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、誘電体共振器であって、前記誘電体磁器が、上記した高周波用誘電体磁器組成物からなることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の誘電体フィルタは、前記した誘電体共振器と該誘電体共振器の入出力端子に接続される外部接合手段とを備えることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明のデュプレクサは、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備える、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つが上記した誘電体フィルタであることを特徴とする。
【００１５】
そして、本発明の通信機装置は、上記した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は異なる少なくとも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備えることを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の高周波用誘電体磁器組成物が適用される誘電体共振器、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ついて説明する。
【００１７】
図２は、本発明に係る高周波用誘電体磁器組成物を用いて構成される誘電体共振器１の基本構造を図解的に示す断面図である。
【００１８】
図２を参照して、誘電体共振器１は金属ケース２を備え、金属ケース２内の空間には、支持台３によって支持された柱状の誘電体共振器４が配置されている。そして、同軸ケーブル７の中心導体と外導体との間に結合ループ５を形成して入力端子とされている。また、同軸ケーブル８の中心導体と外導体との間に結合ループ６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２が電気的に接合した状態で、金属ケース２によって保持されている。誘電体磁器４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１に用いられる誘電体磁器４が、本発明に係る高周波用誘電体磁器組成物から構成される。
【００１９】
なお、図２に示した誘電体共振器１は、基地等で用いられるＴＥ０１δモード共振器であるが、本発明に係る高周波用誘電体磁器組成物は、他のＴＥモードを利用する誘電体共振器にも、さらには、ＴＭモード、ＴＥＭモード等を利用する誘電体共振器にも同様に適用することができる。
【００２０】
図３は、前記の誘電体共振器１を用いて構成される通信機装置の一例を示すブロック図である。
【００２１】
図３に示した通信機装置１０は、誘電体デュプレクサ１２、送信用回路１４、受信用回路１６およびアンテナ１８を含む。
【００２２】
送信用回路１４は、誘電体デュプレクサ１２の入力接続手段２０に接続され、受信用回路１６は、誘電体デュプレクサ１２の出力接続手段２２に接続される。また、アンテナ１８は、誘電体デュプレクサ１２のアンテナ接続手段２４に接続される。
【００２３】
誘電体デュプレクサ１２は、２つの誘電体フィルタ２６および２８を含む。誘電体フィルタ２６および２８は、誘電体共振器に外部接合手段を接続して構成されるものである。図示の実施形態では、たとえば、図２に示した誘電体共振器１の入出力端子５および６にそれぞれ外部接合手段３０を接続して、誘電体フィルタ２６および２８の各々が構成される。そして、一方の誘電体フィルタ２６は、入力接続手段２０と他方の誘電体フィルタ２８との間に接続され、他方の誘電体フィルタ２８は、一方の誘電体フィルタ２６と出力接続手段２２との間に接続される。
【００２４】
次に、図２に示した誘電体共振器１に用いられる誘電体磁器４のように、高周波領域において有利に用いられる、本発明に係る高周波用誘電体磁器組成物について説明する。
【００２５】
本発明の高周波用磁器組成物は、一般式：Ｂａ［（ＳｎαＺｒ1-α）xＭgy（ＮｂβＴａ1-β）z］vＯwで表される組成を有し、［（ＳｎαＺｒ1-α）xＭgy（ＮｂβＴａ1-β）z］の組成範囲が添付の図１に示した３成分組成図において、（ｘ，ｙ，ｚ）がＡ（０．３０，０．２２，０．４８）、Ｂ（０．６０，０．１２，０．２８）、Ｃ（０．６０，０．１４，０．２６）およびＤ（０．３０、０．２５，０．４５）を結ぶ多角形の範囲内（ただし、線分ＡＤ上を除く。）にあり、かつｘ+ｙ+ｚ＝１．００であり、さらに０．５≦α≦１．０、０≦β≦１．０、および０．９８≦ｖ≦１．０３を満足し、ｗが磁器としての電気的中性を保つのに必要な正の数である。
【００２６】
以下、本発明において、上述のような特徴的な組成を選んだ根拠となる実験例について説明する。
【００２７】
Ｂａ［（ＳｎαＺｒ1-α）xＭgy（ＮｂβＴａ1-β）z］vＯwの出発原料として、高純度の炭酸バリウム（ＢａＣＯ3）、酸化錫（ＳｎＯ2）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2）、炭酸マグネシウム（ＭｇＣＯ3）、酸化ニオブ（Ｎｂ2Ｏ5）、酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ5）の各粉末を準備した。次に表１に示すｘ、ｙ、ｚ、α、βおよびｖの各組成比率を有する磁器組成物が得られるように、これら粉末を調合した。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、混合粉末を得た後、脱水および乾燥処理を施した。
【００２８】
次いで、前記混合粉末を１０００〜１３００℃の温度で３時間仮焼し、得られた仮焼粉末に、適量のバインダを加えて、再びボールミルを用いて１６時間湿式粉砕することにより、調整粉末を得た。
【００２９】
そして、前記調整粉末を、１０００〜２０００kｇ／ｃｍ2の圧力で円板状にプレス成形した後、１５００〜１６００℃の温度で４〜１０時間大気中において焼成し、直径８．５ｍｍおよび厚み４．２ｍｍの焼結体を得た。
【００３０】
得られた各試料の焼結体について、測定周波数（ｆ）を１０〜１１ＧＨｚとして、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値に換算した。またＴＥ０１δモードの共振周波数から、２５〜５５℃の温度範囲での共振周波数の温度係数（τf）を測定した。
【００３１】
前記比誘電率（εr）、Ｑ×ｆ値および共振周波数の温度係数（τf）が、表１に示されている。表１において、試料番号に＊を付したものは、本発明の範囲外のものである。
【００３２】
以下に高周波誘電体磁器組成物において、その組成範囲を限定した理由について説明する。
【００３３】
本組成物の場合、試料４〜６の比較で明らかなように、Ｓｎ量αが多くなると共振周波数の温度係数（τf）がマイナス側に変位する傾向を示す。ところが、図１に示した３成分組成図において、多角形の頂点ＡおよびＤを結ぶ線分ＡＤ上およびその外側、すなわち、試料１〜３のようにｘ≦０．３０であると、α＝１．０の場合においても、共振周波数の温度係数（τf）がτf≦０ｐｐｍ／℃を実現できないため、τfを０ｐｐｍ／℃を中心に正負に任意調整できる組成物としては好ましくない。
【００３４】
また、頂点ＢおよびＣを結ぶ線分ＢＣの外側、すなわち、試料４３のようにＸ＞０．６０であると、Ｑ×ｆ値が１００，０００ＧＨｚ未満となって好ましくない。
【００３５】
また、頂点ＡおよびＢを結ぶ線分ＡＢの外側では、試料７および３０のように、焼結が不安定となり好ましくない。
【００３６】
また、頂点ＣおよびＤを結ぶ線分ＣＤの外側では、試料２９および３９のように、Ｑ×ｆ値が１００，０００ＧＨｚ未満となり好ましくない。
【００３７】
また、本発明において、αの範囲を０．５≦α≦１．０としたのは、試料４、９および３２のように、α＜０．５となると、温度係数（τf）が２０ｐｐｍ／℃より大きくなり好ましくないためである。
【００３８】
また、本発明において、ｖの範囲を０．９８≦ｖ≦１．０３としたのは、試料１４のようにｖ＜０．９８となるか、あるいは、試料２１のようにｖ＞１．０３になると、Ｑ×ｆ値が１００，０００ＧＨｚ未満となって好ましくないためである。なお、ｖが１．００＜ｖ≦１．０２とした場合には、試料１７〜２０の比較で明らかなように、より高いＱ×ｆ値を得ることができ、より好ましい。
【００３９】
なお、本発明の高周波用誘電体磁器組成物は、本発明の目的を損なわない範囲で、わずかな不純物を含有していてもよい。たとえば、ＺｎＯ、ＮｉＯ、Ｆｅ2Ｏ3、Ｃｒ2Ｏ3、Ｂ2Ｏ3、Ａｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2、ＭｎＯ2、Ｓｂ2Ｏ5、ＷＯ3等を、０．０１〜０．５０重量％程度含有していても、誘電体磁器の特性が大きく影響されることはない。
【００４０】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係る高周波用誘電体磁器組成物によれば、比誘電率（εr）を２０以上とし、Ｑ×ｆ値を１００，０００ＧＨｚ以上とすることができ、さらに、共振周波数の温度係数（τr）を０ｐｐｍ／℃を中心に任意に制御することができる。また、Ｓｎ、Ｚｒ、Ｍｇ、Ｎｂの含有量を増やすことで、高価なタンタル（Ｔａ）の含有量を低減またはゼロとすることができ、工業的に安価な高周波用誘電体磁器組成物を得ることができる。
【００４１】
したがって、たとえば、携帯電話、パーソナル無線機、衛星放送受信機等に搭載される誘電体共振器を、小型化し、誘電損失を小さいものとし、また、共振周波数の温度安定性を優れたものとすることができる。その結果、このような誘電体共振器を用いれば、小型化され、かつ、優れた特性を有する、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安価に構成することができる。
【００４２】
【表１】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る高周波用誘電体磁器組成物における、［（ＳｎαＺｒ1-α）xＭgy（ＮｂβＴａ1-β）z］で表される組成を規定するｘ、ｙおよびｚの範囲を示す３成分組成図である。
【図２】本発明に係る高周波用誘電体磁器組成物を用いて構成される誘電体共振器１の基本的構造を図解的に示す断面図である。
【図３】図２に示した誘電体共振器１を用いて構成される通信機装置の一例を示すブロック図である。
【符号の説明】
１ 誘電体共振器
２ 金属ケース
４ 誘電体磁器組成物
５、６ 結合ループ
１０ 通信機装置
１２ 誘電体デュプレクサ
１４ 送信用回路
１６ 受信用回路
１８ アンテナ
２０ 入力接続手段
２２ 出力接続手段
２４ アンテナ接続手段
２６，２８ 誘電体フィルタ
３０ 外部接合手段
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロ波やミリ波等の高周波領域において利用される高周波用磁器組成物、ならびに、それを用いて構成される誘電体共振器、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】
マイクロ波やミリ波等の高周波領域において、誘電体共振器や回路基板等を構成する材料として、誘電体磁器が広く利用されている。
【０００３】
このような高周波用誘電体磁器が、特に誘電体共振器や誘電体フィルタ等の用途に向けられる場合、要求される特性としては、（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、小型化への要求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、すなわち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、すなわち共振周波数の温度係数（τr）が０ｐｐｍ／℃付近であること等が挙げられる。
【０００４】
従来、この種の誘電体磁器組成物としては、たとえば、（Ｚｒ，Ｓｎ）ＴｉＯ4系（特許文献１参照）、Ｂａ2Ｔｉ9Ｏ20系（特許文献２参照）、Ｂａ（Ｓｎ，Ｚｒ，Ｍｇ，Ｔａ）Ｏ3系（特許文献３参照）、Ｂａ（Ｚｎ，Ｍｇ，Ｎｉ，Ｚｒ，Ｔａ）Ｏ3系（特許文献４参照）、Ｂａ（Ｚｒ，Ｍｇ，Ｔａ）Ｏ3系（特許文献５参照）等の磁器組成物が既に多数提案されている。
【０００５】
【特許文献１】
特公平４−５９２６７号公報
【特許文献２】
特開昭６１−１０８０６号公報
【特許文献３】
特公平６−７４１６２号公報
【特許文献４】
特公平７−２１９７０号公報
【特許文献５】
登録第２９６５４１７号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、（Ｚｒ，Ｓｎ）ＴｉＯ4系やＢａ2Ｔｉ9Ｏ20系の磁器組成物は、比誘電率（εr）は３６〜４０と大きいもののＱ×ｆ値が５０，０００〜７０，０００ＧＨｚと比較的小さく、１０ＧＨｚを超えるような高周波数で使用するには、Ｑ値が不足する。 他方、Ｂａ（Ｓｎ，Ｚｒ，Ｍｇ，Ｔａ）Ｏ3系、Ｂａ（Ｚｎ，Ｍｇ，Ｎｉ，Ｚｒ，Ｔａ）Ｏ3系およびＢａ（Ｚｒ，Ｍｇ，Ｔａ）Ｏ3系の磁器組成物は、比誘電率（εr）が２０〜３０と比較的大きく、Ｑ×ｆ値も１００，０００〜２５０，０００ＧＨｚと高いが、高価なＴａを主成分とする組成物であるために工業的に安価に製品供給するには問題があった。
【０００７】
近年、電子機器の低損失化かつ小型化の要求が高まり、誘電体材料に対しても、優れた誘電特性、特に高い比誘電率（εr）と高いＱ値を併せ持つ安価な材料の開発に対する要求が高まってきているが、このような要求に対して、十分に応えることができていないのが現状である。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、上述したような問題を解決し得る、すなわち、比誘電率（εr）を２０以上とし、Ｑ×ｆ値を１００，０００ＧＨｚ以上とし、さらに、共振周波数の温度係数（τr）が０ｐｐｍ／℃を中心に任意に制御できる、安価な高周波用誘電体磁器組成物を提供しようとすることである。
【０００９】
本発明の他の目的は、上述したような高周波用誘電体磁器組成物を用いて構成される誘電体共振器、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しようとすることである。
【００１０】
【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、一般式：Ｂａ［（ＳｎαＺｒ1-α）xＭgy（ＮｂβＴａ1-β）z］vＯwで表される組成を有し、［（ＳｎαＺｒ1-α）xＭgy（ＮｂβＴａ1-β）z］の組成範囲が添付の図１に示した３成分組成図において、（ｘ，ｙ，ｚ）がＡ（０．３０，０．２２，０．４８）、Ｂ（０．６０，０．１２，０．２８）、Ｃ（０．６０，０．１４，０．２６）およびＤ（０．３０、０．２５，０．４５）を結ぶ多角形の範囲内（ただし、線分ＡＤ上を除く。）にあり、かつｘ+ｙ+ｚ＝１．００であり、さらに０．５≦α≦１．０、０≦β≦１．０、および０．９８≦ｖ≦１．０３を満足し、ｗが磁器としての電気的中性を保つのに必要な正の数であることを特徴とする。
【００１１】
そして、上記高周波用誘電体磁器組成物において、ｖは１．００＜ｖ≦１．０２を満足することがより好ましい。
【００１２】
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、誘電体共振器であって、前記誘電体磁器が、上記した高周波用誘電体磁器組成物からなることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の誘電体フィルタは、前記した誘電体共振器と該誘電体共振器の入出力端子に接続される外部接合手段とを備えることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明のデュプレクサは、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備える、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つが上記した誘電体フィルタであることを特徴とする。
【００１５】
そして、本発明の通信機装置は、上記した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は異なる少なくとも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備えることを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の高周波用誘電体磁器組成物が適用される誘電体共振器、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ついて説明する。
【００１７】
図２は、本発明に係る高周波用誘電体磁器組成物を用いて構成される誘電体共振器１の基本構造を図解的に示す断面図である。
【００１８】
図２を参照して、誘電体共振器１は金属ケース２を備え、金属ケース２内の空間には、支持台３によって支持された柱状の誘電体共振器４が配置されている。そして、同軸ケーブル７の中心導体と外導体との間に結合ループ５を形成して入力端子とされている。また、同軸ケーブル８の中心導体と外導体との間に結合ループ６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２が電気的に接合した状態で、金属ケース２によって保持されている。誘電体磁器４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１に用いられる誘電体磁器４が、本発明に係る高周波用誘電体磁器組成物から構成される。
【００１９】
なお、図２に示した誘電体共振器１は、基地等で用いられるＴＥ０１δモード共振器であるが、本発明に係る高周波用誘電体磁器組成物は、他のＴＥモードを利用する誘電体共振器にも、さらには、ＴＭモード、ＴＥＭモード等を利用する誘電体共振器にも同様に適用することができる。
【００２０】
図３は、前記の誘電体共振器１を用いて構成される通信機装置の一例を示すブロック図である。
【００２１】
図３に示した通信機装置１０は、誘電体デュプレクサ１２、送信用回路１４、受信用回路１６およびアンテナ１８を含む。
【００２２】
送信用回路１４は、誘電体デュプレクサ１２の入力接続手段２０に接続され、受信用回路１６は、誘電体デュプレクサ１２の出力接続手段２２に接続される。また、アンテナ１８は、誘電体デュプレクサ１２のアンテナ接続手段２４に接続される。
【００２３】
誘電体デュプレクサ１２は、２つの誘電体フィルタ２６および２８を含む。誘電体フィルタ２６および２８は、誘電体共振器に外部接合手段を接続して構成されるものである。図示の実施形態では、たとえば、図２に示した誘電体共振器１の入出力端子５および６にそれぞれ外部接合手段３０を接続して、誘電体フィルタ２６および２８の各々が構成される。そして、一方の誘電体フィルタ２６は、入力接続手段２０と他方の誘電体フィルタ２８との間に接続され、他方の誘電体フィルタ２８は、一方の誘電体フィルタ２６と出力接続手段２２との間に接続される。
【００２４】
次に、図２に示した誘電体共振器１に用いられる誘電体磁器４のように、高周波領域において有利に用いられる、本発明に係る高周波用誘電体磁器組成物について説明する。
【００２５】
本発明の高周波用磁器組成物は、一般式：Ｂａ［（ＳｎαＺｒ1-α）xＭgy（ＮｂβＴａ1-β）z］vＯwで表される組成を有し、［（ＳｎαＺｒ1-α）xＭgy（ＮｂβＴａ1-β）z］の組成範囲が添付の図１に示した３成分組成図において、（ｘ，ｙ，ｚ）がＡ（０．３０，０．２２，０．４８）、Ｂ（０．６０，０．１２，０．２８）、Ｃ（０．６０，０．１４，０．２６）およびＤ（０．３０、０．２５，０．４５）を結ぶ多角形の範囲内（ただし、線分ＡＤ上を除く。）にあり、かつｘ+ｙ+ｚ＝１．００であり、さらに０．５≦α≦１．０、０≦β≦１．０、および０．９８≦ｖ≦１．０３を満足し、ｗが磁器としての電気的中性を保つのに必要な正の数である。
【００２６】
以下、本発明において、上述のような特徴的な組成を選んだ根拠となる実験例について説明する。
【００２７】
Ｂａ［（ＳｎαＺｒ1-α）xＭgy（ＮｂβＴａ1-β）z］vＯwの出発原料として、高純度の炭酸バリウム（ＢａＣＯ3）、酸化錫（ＳｎＯ2）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2）、炭酸マグネシウム（ＭｇＣＯ3）、酸化ニオブ（Ｎｂ2Ｏ5）、酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ5）の各粉末を準備した。次に表１に示すｘ、ｙ、ｚ、α、βおよびｖの各組成比率を有する磁器組成物が得られるように、これら粉末を調合した。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、混合粉末を得た後、脱水および乾燥処理を施した。
【００２８】
次いで、前記混合粉末を１０００〜１３００℃の温度で３時間仮焼し、得られた仮焼粉末に、適量のバインダを加えて、再びボールミルを用いて１６時間湿式粉砕することにより、調整粉末を得た。
【００２９】
そして、前記調整粉末を、１０００〜２０００kｇ／ｃｍ2の圧力で円板状にプレス成形した後、１５００〜１６００℃の温度で４〜１０時間大気中において焼成し、直径８．５ｍｍおよび厚み４．２ｍｍの焼結体を得た。
【００３０】
得られた各試料の焼結体について、測定周波数（ｆ）を１０〜１１ＧＨｚとして、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値に換算した。またＴＥ０１δモードの共振周波数から、２５〜５５℃の温度範囲での共振周波数の温度係数（τf）を測定した。
【００３１】
前記比誘電率（εr）、Ｑ×ｆ値および共振周波数の温度係数（τf）が、表１に示されている。表１において、試料番号に＊を付したものは、本発明の範囲外のものである。
【００３２】
以下に高周波誘電体磁器組成物において、その組成範囲を限定した理由について説明する。
【００３３】
本組成物の場合、試料４〜６の比較で明らかなように、Ｓｎ量αが多くなると共振周波数の温度係数（τf）がマイナス側に変位する傾向を示す。ところが、図１に示した３成分組成図において、多角形の頂点ＡおよびＤを結ぶ線分ＡＤ上およびその外側、すなわち、試料１〜３のようにｘ≦０．３０であると、α＝１．０の場合においても、共振周波数の温度係数（τf）がτf≦０ｐｐｍ／℃を実現できないため、τfを０ｐｐｍ／℃を中心に正負に任意調整できる組成物としては好ましくない。
【００３４】
また、頂点ＢおよびＣを結ぶ線分ＢＣの外側、すなわち、試料４３のようにＸ＞０．６０であると、Ｑ×ｆ値が１００，０００ＧＨｚ未満となって好ましくない。
【００３５】
また、頂点ＡおよびＢを結ぶ線分ＡＢの外側では、試料７および３０のように、焼結が不安定となり好ましくない。
【００３６】
また、頂点ＣおよびＤを結ぶ線分ＣＤの外側では、試料２９および３９のように、Ｑ×ｆ値が１００，０００ＧＨｚ未満となり好ましくない。
【００３７】
また、本発明において、αの範囲を０．５≦α≦１．０としたのは、試料４、９および３２のように、α＜０．５となると、温度係数（τf）が２０ｐｐｍ／℃より大きくなり好ましくないためである。
【００３８】
また、本発明において、ｖの範囲を０．９８≦ｖ≦１．０３としたのは、試料１４のようにｖ＜０．９８となるか、あるいは、試料２１のようにｖ＞１．０３になると、Ｑ×ｆ値が１００，０００ＧＨｚ未満となって好ましくないためである。なお、ｖが１．００＜ｖ≦１．０２とした場合には、試料１７〜２０の比較で明らかなように、より高いＱ×ｆ値を得ることができ、より好ましい。
【００３９】
なお、本発明の高周波用誘電体磁器組成物は、本発明の目的を損なわない範囲で、わずかな不純物を含有していてもよい。たとえば、ＺｎＯ、ＮｉＯ、Ｆｅ2Ｏ3、Ｃｒ2Ｏ3、Ｂ2Ｏ3、Ａｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2、ＭｎＯ2、Ｓｂ2Ｏ5、ＷＯ3等を、０．０１〜０．５０重量％程度含有していても、誘電体磁器の特性が大きく影響されることはない。
【００４０】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係る高周波用誘電体磁器組成物によれば、比誘電率（εr）を２０以上とし、Ｑ×ｆ値を１００，０００ＧＨｚ以上とすることができ、さらに、共振周波数の温度係数（τr）を０ｐｐｍ／℃を中心に任意に制御することができる。また、Ｓｎ、Ｚｒ、Ｍｇ、Ｎｂの含有量を増やすことで、高価なタンタル（Ｔａ）の含有量を低減またはゼロとすることができ、工業的に安価な高周波用誘電体磁器組成物を得ることができる。
【００４１】
したがって、たとえば、携帯電話、パーソナル無線機、衛星放送受信機等に搭載される誘電体共振器を、小型化し、誘電損失を小さいものとし、また、共振周波数の温度安定性を優れたものとすることができる。その結果、このような誘電体共振器を用いれば、小型化され、かつ、優れた特性を有する、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安価に構成することができる。
【００４２】
【表１】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る高周波用誘電体磁器組成物における、［（ＳｎαＺｒ1-α）xＭgy（ＮｂβＴａ1-β）z］で表される組成を規定するｘ、ｙおよびｚの範囲を示す３成分組成図である。
【図２】本発明に係る高周波用誘電体磁器組成物を用いて構成される誘電体共振器１の基本的構造を図解的に示す断面図である。
【図３】図２に示した誘電体共振器１を用いて構成される通信機装置の一例を示すブロック図である。
【符号の説明】
１ 誘電体共振器
２ 金属ケース
４ 誘電体磁器組成物
５、６ 結合ループ
１０ 通信機装置
１２ 誘電体デュプレクサ
１４ 送信用回路
１６ 受信用回路
１８ アンテナ
２０ 入力接続手段
２２ 出力接続手段
２４ アンテナ接続手段
２６，２８ 誘電体フィルタ
３０ 外部接合手段
Claims (6)
- 一般式：Ｂａ［（ ＳｎαＺｒ1-α）xＭgy（ＮｂβＴａ1-β）z］vＯwで表される組成を有し、［（ＳｎαＺｒ1-α）xＭgy（ＮｂβＴａ1-β）z］の組成範囲が添付の図１に示した３成分組成図において、（ｘ，ｙ，ｚ）がＡ（０．３０，０．２２，０．４８）、Ｂ（０．６０，０．１２，０．２８）、Ｃ（０．６０，０．１４，０．２６）およびＤ（０．３０、０．２５，０．４５）を結ぶ多角形の範囲内（ただし、線分ＡＤ上を除く。）にあり、かつｘ+ｙ+ｚ＝１．００であり、さらに０．５≦α≦１．０、０≦β≦１．０、および０．９８≦ｖ≦１．０３を満足し、ｗが磁器としての電気的中性を保つのに必要な正の数であることを特徴とする、高周波用誘電体磁器組成物。
- さらにｖが、１．００＜ｖ≦１．０２を満足す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、誘電体共振器であって、前記誘電体磁器は、請求項１または２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と該誘電体共振器の入出力端子に接続される外部接合手段とを備え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備える、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、前記送信用回路に接続される前記入出力接続手段とは異なる少なくとも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備えることを特徴とする、通信機装置。
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