CN101014548A - 六方晶系铁氧体，使用该铁氧体的天线和通信设备 - Google Patents

六方晶系铁氧体，使用该铁氧体的天线和通信设备 Download PDF

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Abstract

问题：本发明提供了具有高烧结体密度和低损耗水平的Y型六方晶系铁氧体和天线。解决问题的手段：具有Y型铁氧体作为主相的六方晶系铁氧体的特征在于该六方晶系铁氧体的主成分是M1O(M1代表至少Ba和Sr之一)、M2O(M2代表至少Co、Ni、Cu、Zn和Mn之一)和Fe2O3，且损耗系数和烧结体密度分别为0.15或更小和4.6×103kg/m3或更大。该六方晶系铁氧体被用于构造天线和通信设备。

Description

六方晶系铁氧体，使用该铁氧体的天线和通信设备
技术领域
本发明涉及适用于高频设备的磁性材料，具体来说涉及在数百MHz至数GHz高频带适用的六方晶系铁氧体，在通信设备如移动电话、无线LAN和数字广播中使用的天线以及通信设备。
背景技术
近年来，小型化、高速和高频的电子设备已经得到应用，而在上述设备中使用的电路部件需具有可在数百MHz至数GHz范围内使用的特性。例如，在上述高频带内用于噪声降低的阻抗元件需维持高的阻抗。作为另一实例，通信设备如移动电话和无线LAN在数百MHz至数GHz频带内使用且需要能够在宽带中使用并在该带内具有高效率。在上述通信设备中使用的天线首先也需要在上述频带中起到高增益的作用，并且从其使用的角度看需要小型化且是低剖面的。此外，在近来出现的地面数字广播中，所用天线需覆盖470MHz至770MHz的宽频带以接受所有频道。需要说明的是，在本申请的说明书中“a至b”意指“等于或大于a且等于或小于b”。
作为适用于上述通信设备如移动电话的小型低剖面天线，通常使用所谓的基于介电材料的晶片天线(专利参考文献1)。在固定频率下，使用高介电常数的介电材料可以减少晶片天线的尺寸。人们也建议使用具有高导磁率和高介电常数的磁性材料的晶片天线以减少天线尺寸(专利参考文献2)。
在将磁性材料用于晶片天线时，例如尖晶石铁氧体如Ni-Zn铁氧体具有所谓限制尖晶石铁氧体在高频区使用的Snoek极限。相反，由于六方晶系铁氧体在垂直于c轴的晶面内具有易磁化轴，并因此即使在超出尖晶石铁氧体频率极限(Snoek极限)的频带内仍保持预定导磁率，因此人们建议使用六方晶系铁氧体作为晶片天线的磁性材料之一(专利参考文献3)。专利参考文献3公开了在高频区域以有效方式使用其中大部分粒子具有单域结构的Z型铁氧体。
虽然对晶片天线应用领域没有特别限制，专利参考文献4公开了主要由占至少80％组成的Y型六方晶系铁氧体制成的磁性氧化物烧结体作高频电路部件材料，以提高电阻率和降低介电常数。该磁性氧化物烧结体含有氧化钴、氧化铜和氧化铁作主成分和AO(AO代表至少BaO和SrO之一)作剩余部分，并且还含有硼硅酸盐玻璃等作为副成分。
专利参考文献1：JP-A-2001-358516
专利参考文献2：JP-A-49-40046
专利参考文献3：WO 96/15078
专利参考文献4：JP-A-2002-260912
发明内容
发明要解决的问题
即使在上述介电材料基小型低剖面晶片天线中，如果天线具有螺旋卷绕的发射电极，则线电容和Q值随着卷绕数的增加而增加。结果，带宽减小并因此难以将晶片天线用于要求宽带宽的领域如地面数字广播。相反，使用磁性材料代替介电材料可避免卷绕数增加，并且与使用介电材料的情况相比提供更宽的带宽。但是，当使用Z型铁氧体作磁性材料时，其损耗大且导磁率在数百MHz下开始减小，因此在数百MHz或更高的频率范围内难以获得令人满意的天线特性。当使用Y型铁氧体作为磁性材料时，其损耗小且导磁率即使在数GHz或更高的范围内也不会减少，但存在以下问题。通常用于高频电子部件的软性铁氧体需要高的体积电阻率，且将软性铁氧体用于通信设备如移动电话时其还需要具有高强度，这是因为在譬如掉落时会受到碰撞。由于低密度烧结体在进行车床加工时易于产生碎屑，因此还需要高的烧结体密度。但是，在Y型铁氧体的情况下，在避免损耗增加的同时难以获得高的烧结体密度和高强度。例如，简单的控制烧结温度等来提高烧结体密度造成晶粒异常生长，结果导致磁性变差。例如，在JP-A-2002-260912中公开的磁性氧化物烧结体几乎不能解决与损耗有关的问题，而且还具有高的介电常数，因此难以将该材料直接应用于天线。在避免损耗增加的同时难以获得高烧结体密度的事实使得难以将Y型铁氧体应用于晶片天线和其它在高频范围内使用的电子设备。因此，需要具有能够满足上述应用要求的性能的六方晶系铁氧体。
本发明的目的在于提供适用于通信设备如移动设备，且具有增加的烧结体密度而不导致损耗增加的六方晶系铁氧体。本发明的另一目的在于提供一种宽带、高增益的天线和通信设备。
解决问题的手段
本发明是具有Y型铁氧体作为主相的六方晶系铁氧体，其特征在于六方晶系铁氧体的主成分是M1O(M1代表至少Ba和Sr之一)、M2O(M2代表至少Co、Ni、Cu、Zn和Mn之一)和Fe2O3，且1GHz频率下的损耗系数和烧结体密度分别为0.15或更小和4.6×103kg/m3或更大。六方晶系铁氧体具有Y型铁氧体作为主相以及低损耗水平和高烧结体密度的事实，提供了适用于在高增益的宽带中运行，强度优良并用于高频通信设备如移动设备的天线的六方晶系铁氧体。在本发明中，损耗系数(tanδ)代表在施加交变磁场时的损耗系数，导磁率(μ)及损耗系数的值除非另外说明为1GHz下的值(同样适用于以下描述)。
上述六方晶系铁氧体每100重量份主成分以Li2CO3计算优选含有0.1至0.8重量份的Li。Li提供了增加烧结体密度的效果。上述范围内的Li含量在保持低损耗水平的同时使得导磁率增加，从而提供了具有高烧结体密度、低损耗水平和高导磁率的六方晶系铁氧体。以Li2CO3计算小于0.1重量份的Li不能提供足够的提高烧结体密度的效果，结果导致难以获得4.6×103kg/m3或更高的烧结体密度。另一方面，大于0.8重量份的Li显著降低了导磁率，结果导致导磁率低于不加Li时的导磁率。以Li2CO3计算，Li含量更优选为0.4至0.6重量份，并且通过设定Li含量在上述范围内，可以进一步获得烧结体密度为4.6×103kg/m3或更高、损耗系数为0.15或更低和导磁率为2.5或更高的优良六方晶系铁氧体。
在上述六方晶系铁氧体中，M2可为至少Co、Ni和Mn之一，并且对每100重量份主成分，六方晶系铁氧体可含有以Li2CO3计算0.2至0.4重量份的Li和以CuO计算0.4至1.3重量份的Cu或以ZnO计算0.2至2.3重量份的Zn。Cu和Zn具有提高烧结体密度和导磁率而不明显降低损耗系数的效果。通过含有Li与Cu或Zn的组合，可以获得具有高烧结体密度、低损耗水平和高导磁率的六方晶系铁氧体。例如，可以获得4.8×103kg/m3或更高的烧结体密度、0.08或更低的损耗系数和2.5或更高的导磁率。
上述六方晶系铁氧体每100重量份主成分可含有以SiO2计算0.1至0.4重量份的Si和以Na2CO3计算至少0.1至0.8重量份的Na以及以Li2CO3计算0.1至0.8重量份的Li。在特别需要高导磁率时，上述组成是适合的。Si具有提高烧结体密度和导磁率的效果。上述范围内的Na或Li含量特别地降低了损耗并且与提高导磁率的Si的效果一起提供了在烧结体密度、损耗和导磁率方面优良的六方晶系铁氧体。以Na2CO3计算小于0.1重量份的Na或以Li2CO3计算小于0.1重量份的Li不能提供足够降低损耗的效果，结果导致难以获得0.15或更低的耗损系数。另一方面，大于0.8重量份的上述成分显著降低了导磁率，结果导致难以获得2.5或更高的导磁率。从低耗损水平和高导磁率的角度看，更优选以Na2CO3计算设定0.3至0.6重量份的Na含量或以Li2CO3计算设定0.3至0.6重量份的Li含量。通过设定Na或Li含量在上述范围内，可以提供损耗系数为0.1或更低的低损耗六方晶系铁氧体。不利的是，以SiO2计算小于0.1重量份的Si不能提供提高导磁率的足够效果，而大于0.4重量份的Si即使在含有Na或Li与Si的组合时也会显著增加损耗。因此，为通过含有Na或Li与Si的组合而获得0.15或更低的损耗系数和2.5或更高的导磁率，Si含量理想地为以SiO2计算0.1至0.4重量份。
本发明天线的特征在于它包括利用上述六方晶系铁氧体的基体，和在基体表面和/或基体中形成的至少一个电极。使用上述六方晶系铁氧体作为天线基体可以获得宽带、高增益的天线。
此外，在上述天线中，六方晶系铁氧体优选在1GHz下具有2.5或更高的导磁率和6或更低的介电常数。与使用介电材料作基体的情况相比，该组成可提供宽带、高强度的天线。这还有助于减小天线的尺寸。介电常数(∈)是1GHz下的值(同样适用于以下描述)。
本发明通信设备的特征在于它使用上述的天线。所述天线的应用可提供宽带、高效的通信设备。
上述六方晶系铁氧体每100重量份主成分优选含有以氧化铜计算0.1至1.5重量份的铜，并且在1GHz频率下获得0.05或更低的损耗系数。在具有Y型铁氧体作为主相的六方晶系铁氧体中，以氧化铜计算上述范围内的铜含量使得1GHz下损耗系数为0.05或更低并具有高的烧结体密度。在特别需要低的损耗水平时这种组成是合适的。因此，可以提供特别是在数百MHz和更高的高频带下有效发挥作用的六方晶系铁氧体。小于0.1重量份的氧化铜不能提供充分的烧结体密度的提高效果，而大于1.5重量份的氧化铜将会增加损耗系数并降低体积电阻率。以氧化铜计算铜含量更优选为0.1至0.6重量份。通过将铜含量设定在上述范围内，可以获得在损耗、烧结体密度和导磁率方面更优良且具有高体积电阻率的六方晶系铁氧体。
上述六方晶系铁氧体每100重量份主成分优选含有以氧化锌计算0.1至1.0重量份的锌，用以在1GHz下获得0.05或更低的损耗系数。在具有Y型铁氧体作为主相的六方晶系铁氧体中，以氧化锌计算上述范围内的锌含量使得1GHz高频下损耗系数为0.05或更低，并具有高的烧结体密度。在特别需要低的损耗水平时这种组成也是合适的。因此，可以提供特别是在数百MHz和更高的高频带有效发挥作用的六方晶系铁氧体。小于0.1重量份的氧化锌不能提供充分的提高烧结体密度的效果，而大于1.0重量份的氧化锌将会增加损耗系数并降低体积电阻率。以氧化锌计算锌含量更优选为0.1至0.6重量份。通过将锌含量设定在上述范围内，可以获得在损耗、烧结体密度和导磁率方面更优良且具有高体积电阻率的六方晶系铁氧体。
上述六方晶系铁氧体优选具有1×105Ωm或更高的体积电阻率。通过将体积电阻率设定在上述范围内，可以确保在用六方晶系铁氧体构造电子部件时的绝缘性。从这个角度看，体积电阻率更优选为1×106Ωm或更高。
本发明天线的特征在于它包括利用上述六方晶系铁氧体的基体，和在基体表面和/或基体中形成的至少一个电极。使用上述六方晶系铁氧体作为天线基体可以获得宽带、高增益的天线。
此外，在上述天线中，六方晶系铁氧体优选具有6或更低的介电常数和4.8×103kg/m3或更高的烧结体密度。与使用介电材料作基体的情况相比，该组成可以提供宽带、高强度的天线。
本发明通信设备的特征在于它使用上述的天线。上述天线的应用可提供宽带、高效的通信设备。
发明效果
本发明可以提供尤其是在数百MHz或更高的高频带具有优良损耗系数，和具有优良的烧结体密度并且可以制造在数百MHz至数GHz的高频带使用的电子部件如天线、扼流圈和噪声降低元件的六方晶系铁氧体。具体来说，使用本发明六方晶系铁氧体的天线可以是由具有高烧结体密度和低损耗水平的磁性材料作基体制成的，从而可以得到高强度、高增益、宽带的天线。
实施本发明的最佳方式
下面对本发明的实施方案作进一步说明。在该实施方案的六方晶系铁氧体中，主相是Y型铁氧体。Y型铁氧体的代表性实例是化学式Ba2Co2Fe12O22所表示的软性六方晶系铁氧体。在该实施方案中，主成分是M1O(M1代表至少Ba和Sr之一)、M2O(M2代表至少Co、Ni、Cu、Zn和Mn之一)和Fe2O3。该实施方案的Y型铁氧体的其它实例是与上面化学式所示相似的Y型铁氧体，不同之处在于用Sr代替Ba；以及与上面化学式所示相似的Y型铁氧体，不同之处在于用Ni、Cu、Zn、Mn或Fe代替Co。上述任一种材料均保持导磁率直至高频带。只要主相为Y型铁氧体，尽管对每一种成分的含量并不限制至特定值，但优选含有例如20mol％至23mol％BaO、17mol％至21mol％CoO和余量的Fe2O3，更理想地含有20mol％至20.5mol％BaO、20mol％至20.5mol％CoO和余量的Fe2O3。为获得低的损耗系数，Cu含量和Zn含量优选小。例如，为获得0.1或更低的损耗系数，每种元素的含量优选为5mol％或更低。尽管该实施方案的六方晶系铁氧体优选为Y型单相，但有时形成其它六方晶系铁氧体如Z型和W型以及第二相如BaFe2O4。因此，在该实施方案中，尽管主相为Y型铁氧体，但可含有其异相。但是，为维持导磁率直至高频带和降低损耗，Y型铁氧体的比例优选为85％或更高，更优选为92％或更高。Y型铁氧体的比例是指在X射线衍射中得到的Y型铁氧体的主峰(具有最高峰强度的峰)强度与构成该实施方案铁氧体的各相的主峰强度之和的比。
在该实施方案中，主相为上述的Y型六方晶系铁氧体。不受与尖晶石铁氧体有关的Snoek极限限制的六方晶系铁氧体的另一已知实例为具有高导磁率的Z型铁氧体。但是，Z型铁氧体的导磁率在数百MHz处开始降低且其损耗系数也高。
相反，Y型铁氧体在高频特性方面胜出，例如，其导磁率在高达10GHz或更高的频率范围内仍基本保持不变。具有0.15或更低损耗系数和4.6×103kg/m3或更高烧结体密度的Y型铁氧体适用于在通信设备如移动设备中使用的晶片天线。4.6×103kg/m3或更高的烧结体密度可以提供高强度的晶片天线。该晶片天线适合于易于碰撞的移动设备。在烧结体密度低于4.6×103kg/m3时，烧结体的强度大大降低。从强度的角度看，烧结体密度更优选为4.8×103kg/m3或更高。为获得小型、宽带磁性材料基晶片天线，优选高的导磁率。但是，为使晶片天线具有足够的性能如高增益，已发现尤其需要损耗系数低。从这个角度看，对于在数百MHz或更高的高频范围内使用的晶片天线而言，其损耗系数即便在1GHz下仍优选为0.15或更低，优选0.1或更低，更优选0.08或更低，进一步更优选0.05或更低，最优选0.03或更低。
此外，假定损耗系数和烧结体密度满足预定水平，(1)通过含有Li，进而通过除Li之外还添加Cu和/或Zn，进而通过含有Na和Li的至少一种及Si，则可明显提高导磁率，和(2)通过含有Cu和/或Zn可特别地降低损耗。该组成特别地使高频晶片天线具有更高的性能。本实施方案具有高导磁率和低损耗系数的六方晶系铁氧体并不仅限用于晶片天线，而是自然可用于其它电子部件如电感元件。由于该实施方案的六方晶系铁氧体可用作完全由铁氧体制成的块材，因此与使用六方晶系铁氧体作为膜的情况相比可以获得更高的体积电阻率、更高的绝缘性和更低的涡流损耗。
首先，对如(1)所述特别地提高导磁率的组成加以说明。即便单独加入Li也具有提高烧结体密度的效果并可有助于提高机械强度。即便单独加入Li也会降低损耗并具有提高导磁率的效果。含有Na和Li的至少一种以及Si是本实施方案的特征之一。如上所述含有Na和/或Li特别地显示出降低损耗的显著效果，并且通过使上述各元素的含量设定在本实施方案的范围内，可以获得高的烧结体密度、低的损耗水平和高的导磁率。需要说明的是在和Si联合加入时Na提供了效果。尽管单独加入Na不会充分提高烧结体密度或导磁率，但Na与Si联合加入解决了该问题并获得了高的烧结体密度，低的损耗水平和高的导磁率。含有Si呈现出提高烧结体密度的效果。含有Si也呈现出提高导磁率的效果。该方法因此适用于晶片天线等特别需要高强度的领域。通过每100重量份主成分含有以SiO2计算至少0.1重量份的Si提高了导磁率。与不加入Si的情况相比，含有上述量的Si可提高烧结体密度至少5％。在仅含有Si时可将烧结体密度提高至至少4.8×103kg/m3，而在同时含有Si与Na时可提高至至少4.6×103kg/m3。但是需要说明的是，Si含量的上限为0.4重量份或更低。这是由于在根据本实施方案的范围含有Na和/或Li时，Na和Li明显有助于减少损耗，从而允许含有更大量的的Si，而过高的Si含量导致损耗系数的显著增加。此外，从保持0.1或更低损耗系数的角度看，相对于每1质量份SiO2，优选含有至少3/4质量份Na2CO3或LiCO3。
此外，含有Na和/或Li具有抑制异相产生的效果。含有0.1重量份Na等可减少异相25％，其中该百分数是由X-射线衍射得到的主峰强度比确定的，而含有0.2重量份Na等可减少异相50％。除Na和/或Li外，还可含有碱金属元素如K。
除Li外，可含有Cu或Zn。通过含有以Li2CO3计算0.2至0.4重量份的Li和以CuO计算0.4至1.3重量份的Cu或以ZnO计算0.2至2.3重量份的Zn，得到具有高烧结体密度、低损耗水平和高导磁率的六方晶系铁氧体。Cu和Zn具有提高烧结体密度和导磁率而不会明显降低损耗系数的效果。例如，可以获得4.8×103kg/m3或更高的烧结体密度、0.08或更低的损耗系数和2.5或更高的导磁率。在这种情况下，以Li2CO3计算小于0.2重量份的Li含量不会具有提高导磁率的效果，而大于0.4重量份的Li含量会导致损耗系数增加和导磁率降低。如果与Li联合加入的Cu或Zn的量小于上述范围，则烧结体密度得不到充分提高，而超出上述范围的量会降低导磁率。
下面将对如(2)所述特别地降低损耗的组成加以说明。在该组成中，主相为Y型六方晶系铁氧体并含有痕量的Cu或Zn。已知用Cu或Zn代替Y型铁氧体中的Co得到Cu2Y、Zn2Y等。尽管用Cu或Zn代替Co主要是为了进行低温烧结，从而实现与Ag共灼烧并改进导磁率，但是代替Co的Cu或Zn的量高达百分之几十或更大。在这种情况下，体积电阻率易于减小，而损耗系数和介电常数易于增加。相反，在本实施方案中只含有痕量的Cu或Zn。通过含有痕量的Cu或Zn，可以在保持高体积电阻率的同时降低损耗系数和提高烧结体密度。痕量Cu或Zn的加入还提高了导磁率。通过以CuO计算设定Cu含量为0.1至1.5重量份或以ZnO计算设定Zn含量为0.1至1.0重量份，可以得到4.8×103kg/m3或更高的烧结体密度。具体来说，通过设定Cu或Zn含量在上述痕量范围内，可以在1GHz频率下得到0.05或更低的损耗系数，并得到1×105Ωm或更高的体积电阻率率。Cu含量和Zn含量更优选以其氧化物计算为0.1至0.6重量份。通过设定Cu含量或Zn含量在上述范围内，体积电阻率可以为1×106Ωm或更高。还可以获得0.03或更低的损耗系数。当如上所述加入Cu或Zn时，从获得低损耗系数的角度看，作为主成分一部分的M2优选至少为Co、Ni和Mn之一，并且M2更优选为Co。可以说本实施方案具有高烧结体密度，从而导致烧结体强度提高的六方晶系铁氧体适用于通信设备如移动电话中所用的晶片天线。由于在1GHz频率下损耗系数为0.05或更低有助于提高晶片天线的带宽这一事实，因此在例如将磁性材料用于构造晶片天线时，具有上述特性的六方晶系铁氧体从该角度看适用于晶片天线。从确保电极间的绝缘性和抑制高频损耗的角度看，上述的高体积电阻率是高频电子部件和晶片天线所需的特性。通过其中含有痕量Cu或Zn的本实施方案也可以满足上述要求。在用六方晶系铁氧体构造晶片天线时，小于1×105Ωm的体积电阻率影响并减少了晶片天线的增益。因此，体积电阻率优选为1×105Ωm或更高，最优选为1×106Ωm或更高。需要说明的是，可同时含有Cu和Zn。
除了Cu和Zn外，还可以含有Si、Na、Mn等。尽管Si提供了提高烧结体密度和导磁率的效果，但含有以SiO2计算小于0.1重量份的Si不会有效呈现该效果，而增加Si含量会提高损耗系数。因此，Si含量优选为0.1至0.4重量份。尽管Na提供了降低损耗系数的效果，但含有以Na2CO3计算小于0.1重量份的Na不会有效呈现该效果，而含有大于0.4重量份的Na会降低体积电阻率。因此，Na含量优选为以Na2CO3计算0.1至0.4重量份。此外，尽管Mn提供了降低损耗系数的效果，但含有小于0.1重量份的Mn不会有效呈现该效果，而含有大于1.0重量份的Mn会降低体积电阻率。因此，Mn含量优选为以Mn3O4计算0.1至1.0重量份。
本实施方案的六方晶系铁氧体可通过常规用于软性铁氧体制造的粉末冶金法制造。将各自称量为预定百分比的原料如BaCO3、Co3O4和Fe2O3以及痕量成分如Na2CO3、Li2CO3、SiO2、CuO和ZnO混合。对混合方法没有特别限制，例如可使用球磨法等将上述成分与作为介质的纯净水一起湿混(例如，4至20小时)。然后，使用电炉、回转炉等在预定温度下煅烧所得混合粉末为煅烧粉末。煅烧温度和保持时间分别优选为900至1300℃和1至3小时。如果煅烧温度低于和/或保持时间短于上述值，则反应进行的不充分，而如果温度和/或时间超过上述值，则粉碎效率下降。煅烧气氛优选包含氧气，例如在空气中或在氧气中。使用磨光机、球磨机等湿磨所得煅烧粉末，并加入粘合剂如PVA(聚乙烯醇)，接着用喷雾干燥机等造粒以形成粒子状粉末。研磨粉末的平均粒径为0.5μm至5μm。然后，使用压机将所得粒子状粉末成形，并使用电炉等将成形粉末烧结，例如在1200℃氧气氛中烧结1至5小时以得到六方晶系铁氧体。烧结温度优选为1100℃至1300℃。如果烧结温度低于1100℃，则烧结进行的不充分，从而不会得到高烧结体密度，而大于1300℃的烘焙温度会导致过度烧结，例如因此产生过大粒子。如果烧结时间短，烧结处理就会进行的不充分，而长时间的烧结易于导致过度烧结。因此，烧结时间优选为1至5小时。为获得高的烧结体密度，优选在氧气的存在下进行烧结，也就是说，更优选在氧气氛中进行烧结。将所得烧结体根据需要进行机械加工如切削。
将上述六方晶系铁氧体用于构造晶片天线可使晶片天线获得宽的带宽。假设L为电感和C为电容、Q值用(C/L)1/2表示，则为提高带宽需降低晶片天线的Q值。因此，需要提高L和降低C以增加带宽。使用介电材料作为基体需要增加卷绕数以提高电感L。但是，增加卷绕数使得线路电容增加，从而使晶片天线的Q值不能有效降低。相反，使用磁性材料通过导磁率而不是增加卷绕数可提高电感L，从而可使Q值降低而不会因卷绕数增加提高线路电容，这就使得晶片天线的带宽增加。具体来说，可使用在高达GHz频带仍保持导磁率的Y型铁氧体，以提高在数百MHz或更高的范围内使用的晶片天线的带宽。因此，本实施方案的六方晶系铁氧体在高频一侧呈现出优越的特性，并且可适用于在400MHz或更高，或甚至高于1GHz的频带中使用的晶片天线。
如上所述，为使晶片天线呈现出充分的性能如高增益，尤其需要损耗系数小。从这个角度看，对于在数百MHz或更高的高频范围内使用的晶片天线而言，所用六方晶系铁氧体的损耗系数即便在1GHz下仍优选为0.15或更低，更优选为0.1或更低。更优选的是，使用0.08或更低、更优选0.05或更低、最优选0.03或更低的损耗系数以获得具有更优良增益的晶片天线。在介电材料基晶片天线中，尽管已常规使用具有约10或更高的介电常数的介电材料，但使用本实施方案的六方晶系铁氧体作为基体使得介电常数在1GHz下为6或更低，更优选为5或更低，而损耗系数保持在0.15或更低，这有助于晶片天线和通信设备的更高增益和更宽带宽。在六方晶系铁氧体的介电常数大于6时，利用六方晶系铁氧体构造的晶片天线的线路电容不利地增加。与使用电介质作基体的情况相比，使用如上所述具有6或更低介电常数以及4.6×103kg/m3或更高高烧结体密度的六方晶系铁氧体作基体可使晶片天线获得宽的带宽和高的强度。根据本实施方案具有2.5或更高高导磁率的六方晶系铁氧体适用于减小尺寸并使晶片天线可在宽带使用。例如，在使用由六方晶系铁氧体制成的基体和线圈构造螺旋天线时，可以减少卷绕数。此外，还提供了易于调整共振频率至低频一侧的优点。另一方面，根据本实施方案具有4.8×103kg/m3或更高烧结体密度的六方晶系铁氧体特别适用于提供高强度晶片天线。
在安装基体时，从稳定性等的角度看优选基体的形状为长方体。基体的尺寸优选长为30mm或更短，宽为10mm或更小和高为5mm或更低。尺寸超出上述范围的基体导致不利的大的表面安装型晶片天线。电极的实例可以是在基体表面设置的线圈方向与基体纵向一致的螺旋电极。该构造可提供高的电感。相反，在电感保持不变时，可以获得小型化构造而不会显著增加线路电容。在这种情况下，以预定螺距和电极宽度绕线以形成电极。尽管螺距和电极宽度是根据所需天线特性适当确定的，但为了避免线路电容增加，优选使电极充分分离，同时考虑使基体不会太大。例如，理想的是设定电极间距离为0.4mm至1mm和电极宽度为0.4mm至1mm。此外，通过改变一个螺旋电极中的电极间距离，可进一步增加带宽。对电极而言，尽管可如上述螺旋电极形成一个电极，但可形成两个螺旋电极以用于双段天线。此外，可单独提供另一电极以用于接地和固定目的。或者，可通过将基体夹于电极间构造平面天线。又或者，可利用层压处理以提供在基体里面的电极。如何构造天线设备的实例如下：将在其上形成有上述螺旋电极的晶片天线固定在电路基底上。螺旋电极的一端开口，另一端与电路基底的给电(feeding)电极相连。然后使给电电极与高频电源相连以形成天线设备。
将上述晶片天线用于形成例如上述的天线装置，然后将该天线设备用于通信设备。例如，上述晶片天线可被用于通信设备如移动电话、无线LAN和地面数字广播，并且可满足上述设备在宽带宽和高效方面的要求。图3表示其中使用移动电话作为通信设备的实例。在表示打开的移动电话外部的图3(B)中，内嵌晶片天线的位置用虚线表示。如图3(A)的横截面图所示，移动电话6被构造成使晶片天线3安装在基底4上并与无线模块5相连。晶片天线3的布局并不限于图3所示形状。可将晶片天线3置于操作单元6A的相对末端或置于显示单元6B中。
如何使用本实施方案的六方晶系铁氧体制造晶片天线的实例如下：使用具有预定形状和预定尺寸的六方晶系铁氧体烧结体作为基体。例如，在长方体状基体上，使用导电材料形成具有预定图案的电极。形成电极的方法并没有特别限制，而是可使用各种成膜方法。例如，可通过卷绕导电条带或线、印刷/烧结导电浆料、电镀、蒸汽沉积或溅射而形成电极。或者，将印刷电路基板层压为块材以形成基体。在这种情况下，可将电极印刷在印刷电路基板上以在块材中形成电极。例如，在含六方晶系铁氧体和粘合剂材料的印刷电路基板中形成预定电极图案和通孔，并将印刷电路基板层压，然后烧结整个结构以获得螺旋电极置于基体中的天线。可使用的导电材料的实例可以是Ag，Ag-Pd，Ag-Pt，Cu，Au和Ni。根据规格需要适当选择电极图案。
下面将参照实施例详细说明该实施方案，但并不陷于以下实施例。实施例1至4是表示尤其用于如(1)所述增加导磁率的示例性组合物，而实施例5至7是表示尤其用于如(2)所述减少损耗的示例性组合物。
对比例
首先，称重Fe2O3、BaCO3和Co3O4以使各氧化物磁性材料具有表1所示的预定组成，然后按每100重量份主成分加入表1所示量的SiO2，接着将称量的各成分在湿球磨机中利用水作介质混合16小时。
将混合粉末干燥后，将样品No.1至5在1000℃空气中煅烧2小时，而样品No.6在1100℃空气中煅烧2小时。将所得煅烧粉末在湿球磨机中利用水作介质研磨18小时。向所得研磨粉末中加入1％的粘合剂(PVA)以造粒。造粒后，将所得颗粒压缩成环形。然后，将样品No.1至5在1200℃氧气氛中烧结3小时，而将样品No.6在1300℃氧气氛中烧结3小时。测量所得外径7.0mm、内径3.5mm和高3.0mm的环形烧结体在25℃的烧结体密度，导磁率μ和损耗系数tanδ。还测量介电常数∈。
表1表示在1GHz频率下烧结体密度、导磁率μ、损耗系数tanδ和介电常数∈的测量结果。利用水置换法进行密度测量并利用阻抗增益/相位分析仪(型号4291B，Yokogawa-Hewlett-Packard，Ltd.)进行导磁率μ和损耗系数tanδ测量。利用网络分析仪(型号E8364A，AgilentTechnologies，Inc.)测量介电常数∈。
[表1]
No.         主成分(mol％) SiO2(重量份)   密度×103(kg/m3) 导磁率μ(1GHz) 损耗系数tanδ(1GHz) 介电常数∈(1GHz)
Fe2O3 BaCO3 Co3O4
  1   对比例   60.0  20.0  20.0   0.2   5.09   3.4   0.18   5.4
  2   对比例   60.0  20.0  20.0   0.4   5.22   3.4   0.18   5.1
  3   对比例   60.0  20.0  20.0   -   4.52   2.1   0.01   4.5
  4   对比例   60.0  20.0  20.0   0.6   5.25   3.7   0.21   5.1
  5   对比例   60.0  20.0  20.0   0.8   5.27   4.0   0.24   5.0
  6   对比例   70.6  17.6  11.8   -   4.45   7.5   0.90   4.5
作为在样品No.1至5上进行的X-射线衍射研究结果，Y型铁氧体的峰强度与各构成相的主峰强度之和的比为90％至100％，这表明主相为Y型铁氧体。另一方面，样品No.6表明Z型铁氧体的峰强度与各构成相的主峰强度之和的比为98％，这表明主相为Z型铁氧体。如表1所示，未加入SiO2的样品No.3表现出4.52×103kg/m3的低烧结体密度和2.1的低导磁率μ，这表明其机械强度和高频材料特性不够。通过向Y型铁氧体中加入SiO2，改进了烧结体密度和导磁率μ。通过按每100重量份主成分设定SiO2的量在该实施方案的范围内，即至少0.1重量份但小于0.5重量份，在1GHz下获得2.5或更高的导磁率μ和0.2或更低的损耗系数tanδ，这表明与Z型铁氧体相比显著降低了损耗且与未加入SiO2的No.3Y型铁氧体相比显著改进了导磁率μ。但是，损耗系数tanδ大于0.15。对于SiO2的量分别为0.2重量份、0.4重量份和0.6重量份的烧结体样品而言，在SEM(扫描电子显微镜)下观察到破裂表面，并且每100μm×100μm的区域内分别观察到三个、八个和六个最大直径为20μm或更大的晶粒。
实施例1
称重Fe2O3、BaCO3、SrCO3、Co3O4和NiO以使各氧化物磁性材料具有表2所示的预定组成，然后按每100重量份主成分加入表2所示量的SiO2、Na2CO3、Li2CO3和Mn3O4，接着将称量的各成分在湿球磨机中利用水作介质混合16小时。
将混合粉末干燥并在1000℃空气中煅烧2小时。将所得煅烧粉末在湿球磨机中利用水作介质研磨18小时。向所得研磨粉末中加入1％的粘合剂(PVA)以造粒。造粒后，将所得粒子压缩成环形。然后，将成形的粒子在1200℃氧气氛中烧结3小时。测量所得外径7.0mm、内径3.5mm和高3.0mm的环形烧结材料在25℃的烧结体密度，导磁率μ和损耗系数tanδ。还测量介电常数∈。在直径13mm和厚2mm的圆盘形烧结体的上下面用溅射设备形成Cr/Cu膜后，通过绝缘电阻计测量体积电阻率。
表3表示在1GHz下烧结体密度和体积电阻率以及导磁率μ损耗系数tanδ和介电常数∈的测量结果。利用水置换法进行密度测量并利用阻抗增益/相位分析仪进行导磁率μ和损耗系数tanδ测量。利用网络分析仪测量介电常数∈。
[表2]
No.                         主成分(mol％)                 添加剂成分(重量份)
   Fe2O3    BaCO3  SrCO3   Co3O4  NiO  ZnO   SiO2    Na2CO3    Li2CO3  Mn3O4
  7   实施例    60    20  -   20  -  -   0.4    0.2    -  -
  8   实施例    60    20  -   20  -  -   0.4    0.3    -  -
  9   实施例    60    20  -   20  -  -   0.4    0.4    -  -
  10   实施例    60    20  -   20  -  -   0.4    0.6    -  -
  11   实施例    60    20  -   20  -  -   0.4    0.8    -  -
  12   实施例    60    15  5   20  -  -   0.4    0.4    -  -
  13   实施例    60    -  20   20  -  -   0.4    0.4    -  -
  14   实施例    60    -  20   20  -  -   0.4    0.6    -  -
  15   实施例    60    20  -   5  15  -   0.4    0.4    -  -
  16   实施例    60    20  -   10  10  -   0.4    0.4    -  -
  17   实施例    60    20  -   20  -  -   -    -    0.2  -
  18   实施例    60    20  -   20  -  -   -    -    0.4  -
  19   实施例    60    20  -   20  -  -   -    -    0.6  -
  20   实施例    60    20  -   20  -  -   -    -    1.0  -
  21   实施例    60    20  -   20  -  -   0.4    -    0.3  -
  22   实施例    60    20  -   20  -  -   0.4    -    0.4  -
  23   实施例    60    20  -   20  -  -   0.4    -    0.6  -
  24   实施例    60    20  -   20  -  -   0.4    -    1.0  -
  25   对比例    60    20  -   20  -  -   -    0.4    -  -
  26   实施例    60    20  -   10  10  -   -    -    0.4  -
  27   实施例    60    20  -   10  10  -   -    -    0.6  -
  28   实施例    60    20  -   20  -  -   0.2    0.2    -  -
  29   实施例    60    20  -   20  -  -   0.2    -    0.2  -
  30   实施例    60    20  -   20  -  -   0.2    -    0.4  -
  31   实施例    60    20  -   20  -  -   0.2    -    0.6  -
  32   实施例    60    20  -   20  -  -   0.2    -    0.8  -
  33   实施例    60    20  -   20  -  -   0.2    -    1.0  -
  34   实施例    60    20  -   15  -  5   0.4    0.4    -  -
  35   实施例    60    20  -   10  -  10   0.4    0.4    -  -
  36   实施例    60    20  -   20  -  -   -    -    0.4  0.4
[表3]
    No.     密度×103(kg/m3)   体积电阻率×105(Ω·m)     导磁率μ(1GHz)    损耗系数tanδ(1GHz)     介电常数∈(1GHz)
    7     实施例     5.00   1.4     3.2    0.15     5.2
    8     实施例     4.97   0.1     3.0    0.08     5.0
    9     实施例     4.91   25.5     2.7    0.05     5.1
    10     实施例     4.83   25.7     2.5    0.02     4.9
    11     实施例     5.02   9.7     2.5    0.03     5.1
    12     实施例     4.68   8.9     3.1    0.06     5.0
    13     实施例     4.83   0.1     3.1    0.10     5.0
    14     实施例     4.85   4.9     2.9    0.06     5.0
    15     实施例     5.01   2016     2.6    0.04     4.1
    16     实施例     5.00   155     2.7    0.04     4.4
    17     实施例     4.98   50.0     2.2    0.02     4.9
    18     实施例     4.93   42.9     3.2    0.08     4.9
    19     实施例     5.18   26.7     3.0    0.05     4.7
    20     实施例     4.98   2.3     1.8    0.01     4.5
    21     实施例     5.16   4.2     3.2    0.1     5.1
    22     实施例     5.27   17.1     3.1    0.1     4.6
    23     实施例     5.16   3.7     3.1    0.09     4.7
    24     实施例     5.19   0.7     2.4    0.04     4.6
    25     对比例     4.45   43.0     2.3    0.01     4.3
    26     实施例     4.60   14.3     2.7    0.03     4.2
    27     实施例     4.95   8.6     2.6    0.03     4.5
    28     实施例     4.75   3.3     2.7    0.05     4.7
    29     实施例     4.90   0.2     3.2    0.09     4.9
    30     实施例     5.08   6.3     2.8    0.07     4.7
    31     实施例     5.09   5.2     2.7    0.06     4.6
    32     实施例     5.19   5.0     2.5    0.06     4.9
    33     实施例     4.92   4.5     2.2    0.02     4.5
    34     实施例     4.75   3.2     3.8    0.06     5.0
    35     实施例     4.75   4.3     6.0    0.15     5.0
    36     实施例     5.05   32.0     3.1    0.07     4.9
如表3所示，通过同时含有Na2CO3与SiO2并增加Na2CO3的量，与仅含有SiO2的情况(表1)相比显著降低了损耗系数tanδ。也就是说，已发现加入Na2CO3特别提供了减少损耗的效果。但是，仅加入Na2CO3(No.25)提供了约2.3的导磁率μ，但同时致烧结体密度低并因此强度不足。相反，与SiO2一起加入该实施方案范围内的Na2CO3获得了0.15或更低的低损耗水平并同时确保得到高烧结体密度和2.5或更高的导磁率μ。其中用Sr代替Ba的六方晶系铁氧体材料(No.12至14)和其中将Co和Ni混合的六方晶系铁氧体材料(No.15和16)获得了2.5或更高的导磁率μ及0.1或更低的损耗系数tanδ，这表明实现了高导磁率和低损耗水平。特别地，其中M1元素为Ba、并同时含有SiO2与0.4至0.6重量份Na2CO3的样品No.9、10和15获得了0.05或更低的损耗系数tanδ，这表明损耗显著降低。此外，其中M2元素为Co且仅含有0.4至0.6重量份Li2CO3的样品No.18和19获得了3.0或更高的导磁率以及0.1或更低的低损耗系数。另一方面，同时含有SiO2与0.4至0.6重量份Li2CO3的实施例具有5.0×103kg/m3或更高的高烧结体密度和2.7或更高的高导磁率。而且，上述材料具有6或更小，具体来说4.1至5.2的低水平介电常数∈。所有实施例具有104Ωm或更高的体积电阻率。在SEM下观察到所得烧结体样品的破裂表面，并且在各100μm×100μm的区域内观察到少于1个最大直径20μm或更大的晶粒。也就是说，即使在高烧结体密度的烧结体中，过大晶粒的产生也受到抑制。
实施例2
如实施例1制造烧结体，不同之处在于主成分Fe2O3、BaO(使用BaCO3)和CoO(使用Co3O4)的摩尔比率分别为60mol％、20mol％和20mol％且按每100重量份主成分含有表4所示量的Li2CO3、CuO和ZnO。表4表示如实施例1进行的烧结体密度、体积电阻率、导磁率μ、损耗系数tanδ和介电常数∈的测量结果。
[表4]
  No.     Li2CO3(重量份)     CuO(重量份)     ZnO(重量份) 密度×103(kg/m3)   体积电阻率×105(Ω·m) 导磁率μ(1GHz) 损耗系数tanδ(1GHz)   介电常数∈(1GHz)
  37   实施例     0.2     0.4     0   4.84   3.4   2.8    0.05   5.1
  38   实施例     0.2     0.6     0   4.80   3.1   2.9    0.05   5.0
  39   实施例     0.2     1.3     0   5.20   0.4   2.7    0.04   5.3
  40   实施例     0.2     1.5     0   5.30   0.2   1.5    0.01   4.7
  41   实施例     0.4     0.4     0   5.18   1.1   2.9    0.06   4.8
  42   实施例     0.4     0.6     0   5.32   0.8   2.7    0.05   4.7
  43   实施例     0.4     1.0     0   5.13   2.0   2.8    0.04   4.9
  44   实施例     0.4     1.5     0   5.07   2.3   2.4    0.02   4.9
  45   实施例     0.2     0     0.2   4.86   1.6   2.5    0.04   5.0
  46   实施例     0.2     0     0.6   5.08   1.0   3.1    0.07   5.0
  47   实施例     0.2     0     1.5   4.97   2.4   3.2    0.05   5.1
  48   实施例     0.2     0     2.3   5.02   3.1   2.8    0.02   5.1
  49   实施例     0.4     0     0.2   5.10   2.6   3.0    0.05   4.8
  50   实施例     0.4     0     0.6   5.11   2.1   3.0    0.05   4.6
作为在样品No.37至50上进行的X-射线衍射研究结果，具有最大主峰强度的成分相为Y型铁氧体，这表明主相为Y型铁氧体。如表4所示，通过含有0.2至0.4重量份的Li2CO3、0.4至1.3重量份的CuO和0.2至2.3重量份的ZnO，获得了2.5或更高的导磁率μ、4.8×103kg/m3的烧结体密度和0.08或更低的损耗系数tanδ。所有实施例具有104Ωm或更高的体积电阻率。在SEM下观察到所得烧结体样品的破裂表面，并且在每100μm×100μm的区域内观察到少于1个最大直径20μm或更大的晶粒。也就是说，即使在高烧结体密度的烧结体中，过大粒子的产生也受到抑制。
实施例3
将实施例1和2中的部分材料用于制造各自机械加工成为尺寸15mm×3mm×3mm的块形烧结体。在各烧结体表面上印刷并烧结Ag-Pt浆料以制造具有螺旋结构电极的晶片天线，其中电极宽度和电极间隙分别为0.8mm和0.5mm，且卷绕数为8。图1表示所制造的晶片天线的外观。将各个晶片天线安装在基底上并使螺旋电极的一端与给电电极相连。然后使用利用网络分析仪的天线增益评价设备来评价天线特征(共振频率，增益的半高宽度)。图5表示评价结果。如图5所示，利用该实施例的六方晶系铁氧体的各晶片天线获得了-10dB或更高的最大增益，这表明利用具有低损耗系数tanδ的该实施例六方晶系铁氧体的晶片天线具有优良的最大增益。这意味着该实施例的晶片天线因基体是由具有高导磁率和低介电常数的磁性材料制成的，因此不仅可用作在数百MHz或更高频带使用的晶片天线，而且获得了宽带。特别地，具有0.03或更低损耗系数tanδ的样品No.10获得了超出-4.0dB的最大增益，表现出优良的天线特性。另一方面，使用仅含SiO2、含大量过大晶粒并具有高损耗系数tanδ的对比例5的烧结体的晶片天线具有差的最大增益。由该事实人们推测过大晶粒的存在影响了最大增益，并且该实施例六方晶系铁氧体中因过大晶粒的产生受到抑制而有助于优良的天线特性。
[表5]
No. 导磁率μ(1GHz) 损耗系数tanδ(1GHz)  介电常数∈(1GHz)     天线特性
    最大增益(dBi)     共振频率(MHz)
    9   实施例     2.7  0.05  5.1     -4.0     630
    10   实施例     2.5  0.02  4.9     -3.4     670
    12   实施例     3.1  0.06  5.0     -7.2     600
    16   实施例     2.7  0.04  4.4     -4.4     660
    18   实施例     3.2  0.08  4.9     -8.1     590
    19   实施例     3.0  0.05  4.7     -7.5     620
    31   实施例     2.7  0.06  4.6     -8.8     620
    37   实施例     2.8  0.05  5.1     -8.6     620
    39   实施例     2.7  0.04  5.3     -7.8     650
    47   实施例     3.2  0.05  5.1     -8.3     605
    5   对比例     4.0  0.24  5.0     -13.5     520
    6   对比例     7.5  0.90  4.5     -18.5     400
实施例4
将实施例1和2中的部分材料用于制造各自机械加工成为尺寸30mm×3mm×3mm的块形烧结体，用以如实施例3那样制造晶片天线，不同之处在于电极卷绕数如表6所示。同样将介电常数∈为21的介电材料机械加工成尺寸30×3×3mm，用以如实施例3那样制造晶片天线，不同之处在于电极卷绕数如表6所示(No.51)。为使所有制造的晶片天线具有相同的共振频率，调节各晶片天线的电极卷绕数。如实施例3评价天线特性(共振频率、增益的半高宽度等)。表6表示评价结果。如表6所示，使用具有高导磁率、低损耗系数和低介电常数的该实施例六方晶系铁氧体的各晶片天线与使用介电材料的晶片天线相比，在保持高的最大增益的同时电极卷绕数减少且频带增宽。
[表6]
No. 导磁率μ(1GHz) 损耗系数tanδ(1GHz) 介电常数∈(1GHz) 卷绕数(数值)   天线特性
共振频率(MHz)   增益的半高宽度(MHz) 最大增益(dBi)
  9   实施例   2.7   0.05   5.1   12.75   650   102   -1.8
  12   实施例   3.1   0.06   5.0   11   650   110   -3.3
  19   实施例   3.0   0.05   4.7   11   650   126   -2.8
  51   对比例   -   -   21   15.75   630   90   -0.3
实施例5
首先，对于样品No.52至62，将主成分Fe2O3、BaO(使用BaCO3)和CoO(使用Co3O4)的摩尔比率分别设定为60mol％、20mol％和20mol％，且按每100重量份主成分加入表7所示量的CuO或ZnO。然后将上述成分在湿球磨机中利用水作介质混合16小时。
对于样品No.52至62，将混合粉末干燥后在1000℃空气中煅烧2小时。将所得煅烧粉末在湿球磨机中利用水作介质研磨18小时。向所得研磨粉末中加入1％的粘合剂(PVA)以造粒。造粒后，将所得颗粒压缩成环形。然后，将成形颗粒在1200℃氧气氛中烧结3小时。测量所得外径7.0mm、内径3.5mm和高3.0mm的环形烧结体在25℃的烧结体密度，导磁率μ和损耗系数tanδ。还测量介电常数∈。在直径13mm和厚2mm的圆盘形烧结体的上下两面用溅射设备形成Cr/Cu膜后，通过绝缘电阻计测量体积电阻率。
表7表示在1GHz频率下烧结体密度和体积电阻率以及导磁率μ、损耗系数tanδ和介电常数∈的测量结果。利用水置换法进行密度测量，并利用阻抗增益/相位分析仪(型号4291B，Yokogawa-Hewlett-Packard，Ltd.)进行导磁率μ和损耗系数tanδ测量。利用网络分析仪(型号E8364A，Agilent Technologies，Inc.)测量介电常数∈。
[表7]
No. CuO(重量份) ZnO(重量份) 体积电阻率×105(Ω·m) 密度×103(kg/m3) 导磁率μ(1GHz) 损耗系数tanδ(1GHz) 介电常数∈(1GHz)
  3   对比例    0    0   35.6     4.52    2.1  0.010   4.5
  52   实施例    0.2    0   31.9     5.12    2.1  0.016   4.3
  53   实施例    0.4    0   23.3     4.82    2.2  0.017   4.6
  54   实施例    0.6    0   25.9     4.84    2.8  0.013   4.9
  55   实施例    1.0    0   2.3     4.91    2.7  0.032   5.0
  56   实施例    1.5    0   1.1     4.92    3.1  0.041   5.0
  57   实施例    2.0    0   0.7     5.05    3.4  0.055   4.9
  58   实施例    0    0.2   41.3     5.11    2.1  0.016   4.4
  59   实施例    0    0.4   35.1     5.09    2.2  0.019   4.5
  60   实施例    0    0.6   35.7     5.13    2.3  0.021   4.4
  61   实施例    0    1.0   2.8     5.05    2.5  0.048   5.0
  62   实施例    0    1.5   0.6     5.03    2.8  0.062   5.0
  6   对比例    0    0   0.1     4.45    7.5  0.900   4.5
作为在样品No.52至62上进行的X-射线衍射研究结果，具有最大主峰强度的成分相为Y型铁氧体，这表明主相为Y型铁氧体。如表7所示，不含CuO或ZnO的样品No.3(对比例)具有4.52×103kg/m3的低烧结体密度。通过在Y型铁氧体中含有CuO或ZnO，在保持高体积电阻率和低损耗系数的同时提高了烧结体密度和导磁率μ。根据该实施例通过按每100重量份主成分将CuO的量设定为0.1至1.5重量份，或根据该实施例通过按每100重量份主成分将ZnO的量设定为0.1至1.0重量份，在1GHz下获得了2.1或更高的导磁率μ、0.05或更低的损耗系数tanδ、1×105Ωm或更高的体积电阻率、4.8×103kg/m3或更高的烧结体密度、和6的介电常数，这与Z型铁氧体相比显著减少了损耗。特别地，对于CuO含量为0.2至0.6重量份的样品No.52至54和ZnO含量为0.2至0.6重量份的样品No.58至60，可以看出在保持0.03或更低的损耗系数tanδ的同时烧结体密度可以为4.8×103kg/m3或更高。对于上述样品，还获得1×106Ωm或更高的体积电阻率。上述结果意味着根据该实施例的六方晶系铁氧体适用于在1GHz或更高频率下的高频领域。在含有ZnO时烧结体密度的提高效果尤其明显，并且在这种情况下获得了5.0×103kg/m3或更高的烧结体密度。在SEM下观察到所得烧结体样品的破裂表面，并且在每100μm×100μm的区域内观察到少于1个最大直径20μm或更大的晶粒。也就是说，即使在高烧结体密度的烧结体中，过大晶粒的产生也受到抑制。
含Cu体系的烧结体密度和烧结体强度之间的关系如下实施例所示。将各自具有上述No.3、No.41和No.54组成的不同烧结体密度水平的烧结体切割成2mm×3mm×15mm尺寸的样品。对各个样品进行三点弯曲试验以评价烧结体强度。利用7mm跨度夹具在0.5mm/min的加载速率下进行试验的测量。测量的烧结体强度与烧结体密度的关系曲线如图2所示。由此可知烧结体强度随着烧结体密度变大而提高。图2的结果表明在4.6×103kg/m3或更高的密度下可获得150MPa的烧结体强度。
实施例6
将实施例5中的部分材料用于制造各自机械加工成为大小15mm×3mm×3mm的块形烧结体。在各烧结体表面上印刷并烧结Ag-Pt浆料以制造具有螺旋结构电极的晶片天线，其中电极宽度和电极间隙分别为0.8mm和0.5mm，且卷绕数为8。图1表示所制造的晶片天线的外观，其构造使得电极2卷绕在铁氧体基体1周围。将各个晶片天线安装在基底上并使螺旋电极的一端与给电电极相连。然后使用利用网络分析仪的天线增益评价设备来评价天线特性(共振频率，增益的半高宽度)。表8表示评价结果。如表8所示，利用该实施例具有低损耗系数tanδ的六方晶系铁氧体的各晶片天线获得了超出-4dB的最大增益，这表明该晶片天线具有优良的最大增益。这意味着该实施例的晶片天线因其基体是由具有高导磁率和低介电常数的磁性材料制成的，因此不仅可用作在数百MHz或更高频带使用的晶片天线，而且可在宽带中使用。
[表8]
No. 导磁率μ(1GHz) 损耗系数tanδ(1GHz) 介电常数∈(1GHz)     天线特性
    最大增益(dBi)     共振频率(MHz)
    3   对比例     2.1    0.010     4.5     -4.8     700
    54   实施例     2.8    0.013     4.9     -3.1     690
    58   实施例     2.1    0.016     4.4     -2.8     700
    59   实施例     2.2    0.019     4.5     -3.0     700
    6   对比例     7.5    0.900     4.5     -18.5     400
实施例7
将实施例5中的部分材料用于制造各自机械加工成为尺寸30mm×3mm×3mm的块形烧结体。然后如实施例6所示制造晶片天线，不同之处在于使用如表9所示的电极卷绕数。如实施例6评价天线特性(共振频率、增益的半高宽度等)。如表9所示，利用该实施例的具有高导磁率、低损耗系数和低介电常数∈的六方晶系铁氧体的各晶片天线与使用介电材料的晶片天线相比，其电极卷绕数减少且增益的半高宽度增加，即在保持高最大增益的同时获得更宽的频带。
[表9]
No. 导磁率μ(1GHz) 损耗系数tanδ(1GHz) 介电常数∈(1GHz) 卷绕数(数值)   天线特征
共振频率(MHz)   增益的半高宽度(MHz) 最大增益(dBi)
  54   实施例   2.8   0.013   4.9    13   650   96     -1.7
  59   实施例   2.2   0.019   4.5    12.75   650   130     -3.0
  51   对比例   -   -   21    15.75   630   90     -0.3
工业实用性
本发明并不限于晶片天线，而是可应用于各种形式的天线以及各种电路元件。
附图简要说明
图1表示根据本发明天线的一实施方案所示的晶片天线的外观；
图2表示根据本发明六方晶系铁氧体的一实施方案的烧结体密度和烧结体强度之间的关系；和
图3表示根据本发明通信设备的一实施方案。
标号和符号的说明
字母和数值的解释
1：铁氧体基体
2：电极
3：晶片天线
4：基底
5：无线模块
6：移动电话
6A：操作单元
6B：显示单元

Claims (13)

1.一种具有Y型铁氧体作为主相的六方晶系铁氧体，其特征在于六方晶系铁氧体的主成分是M1O(M1代表至少Ba和Sr之一)、M2O(M2代表至少Co、Ni、Cu、Zn和Mn之一)和Fe2O3，且损耗系数和烧结体密度分别为0.15或更低和4.6×103kg/m3或更高。
2.根据权利要求1的六方晶系铁氧体，其特征在于相对于每100重量份主成分该六方晶系铁氧体含有以Li2CO3计算0.1至0.8重量份的Li。
3.根据权利要求1的六方晶系铁氧体，其特征在于M2为至少Co、Ni和Mn之一，并且相对于每100重量份主成分该六方晶系铁氧体含有以Li2CO3计算0.2至0.4重量份的Li，以及含有以CuO计算0.4至1.3重量份的Cu和以ZnO计算0.2至2.3重量份的Zn中的一种。
4.根据权利要求1的六方晶系铁氧体，其特征在于相对于每100重量份主成分该六方晶系铁氧体含有以SiO2计算0.1至0.4重量份的Si，以及含有以Na2CO3计算0.1至0.8重量份的Na和以Li2CO3计算0.1至0.8重量份的Li中的至少一种。
5.一种天线，其特征在于该天线包括使用权利要求1至4任一项的六方晶系铁氧体的基体，和在基体表面与基体内部的至少一方形成的至少一个电极。
6.根据权利要求5的天线，其特征在于该六方晶系铁氧体在1GHz频率下具有2.5或更高的导磁率和6或更低的介电常数。
7.一种通信设备，其特征在于该通信设备使用根据权利要求6的天线。
8.根据权利要求1的六方晶系铁氧体，其特征在于相对于每100重量份主成分该六方晶系铁氧体含有以铜氧化物计算0.1至1.5重量份的Cu，在1GHz频率下获得0.05或更低的损耗系数。
9.根据权利要求1的六方晶系铁氧体，其特征在于相对于每100重量份主成分该六方晶系铁氧体含有以锌氧化物计算0.1至1.0重量份的Zn，并且在1GHz频率下具有0.05或更低的损耗系数。
10.根据权利要求8或9的六方晶系铁氧体，其特征在于其体积电阻率为1×105Ωm或更高。
11.一种天线，其特征在于该天线包括使用权利要求8或9的六方晶系铁氧体的基体，和在基体表面与基体内部的至少一方形成的至少一个电极。
12.根据权利要求11的天线，其特征在于该六方晶系铁氧体具有6或更低的介电常数和4.8×103kg/m3或更高的烧结体密度。
13.一种通信设备，其特征在于该通信设备使用根据权利要求11的天线。
CN2005800294485A 2004-12-17 2005-12-14 六方晶系铁氧体，使用该铁氧体的天线和通信设备 Expired - Fee Related CN101014548B (zh)

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