CN111263736A - 高频器件用石英玻璃及高频器件 - Google Patents

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Abstract

一种高频器件用石英玻璃，OH基浓度为300wtppm以下，频率25GHz以上且30GHz以下的FQ值为90000GHz以上，在20GHz以上且100GHz以下的频带中将FQ值近似为频率的一次函数时的斜率为1000以上。高频器件使用该石英玻璃而形成。

Description

高频器件用石英玻璃及高频器件
技术领域
本发明涉及高频器件用石英玻璃及高频器件。
背景技术
以往，作为在微波或毫米波等的高频带的无源的器件中使用的高频器件，存在天线、滤波器、分波器、双工器、电容器及电感器等。例如，在作为高频器件之一的滤波器的方式中，已知有利用了波导管、SIW(Substrate Integrated Waveguide：基片集成波导)及微带线路等传输线路的结构等。
近年来，作为大容量传输技术，利用微波带或毫米波带域的无线传输受到关注。然而，存在伴随着使用的频率的扩大而信号频率升高，随之高频器件的电介质层的介质损耗增大的问题。因此，作为电介质基板材料而介质损耗小的材料受到关注。例如，作为介质损耗小的电介质，已知有介质损耗角正切tanδ小的石英(例如，参照专利文献1)。
另一方面，已知有如果使用OH基浓度比较低且微波的频带的FQ值为规定值以上的石英玻璃材料，则微波电力向石英玻璃材料的吸收受到抑制的情况(例如，参照专利文献2)。需要说明的是，FQ值是频率F与Q值(介质损耗角正切tanδ的倒数)之积。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2014-23028号公报
专利文献2：日本特开平7-330357号公报
非专利文献
非专利文献1：J.Paul Williams,Yao-sin Su,Wesley R.Strzegowski,BarryL.Butler,Herbert L.Hoover and Vincent O.Altemose,“Direct determination ofwater in glass”Ceramic.Bulletin.,Vol.55,No.5,pp524,1976.
非专利文献2：Y.Kato and M.Horibe,“Permittivity measurements andassociated uncertainties up to 110GHz in circular-disk resonator method”Proceedings of the 46th European Microwave Conference(2016)4-6 Oct 2016.
发明内容
发明要解决的课题
专利文献2记载了FQ值恒定的内容。FQ值恒定这样的情况是指频率F越高，则Q值越下降(介质损耗角正切tanδ越增大)，介质损耗越增大的意思。然而，本发明者在关于OH基浓度(氢氧基浓度)与频率F与FQ值的关系而不断推进研究时，发现了在20GHz以上且100GHz以下的频带中，在OH基浓度低的石英玻璃中，频率F越升高，则FQ值越增加。
因此，本公开提供一种在20GHz以上且100GHz以下的频带中，频率越高则FQ值越增加的高频器件用石英玻璃、及使用该石英玻璃形成的高频器件。
用于解决课题的方案
本公开的一形态提供高频器件用石英玻璃及使用该石英玻璃形成的高频器件，在高频器件用石英玻璃中，OH基浓度为300wtppm以下，频率25GHz以上且30GHz以下的FQ值为90000GHz以上，在20GHz以上且100GHz以下的频带中将FQ值近似为频率的一次函数时的斜率为1000以上。
发明效果
根据本公开的一形态的高频器件用石英玻璃，在20GHz以上且100GHz以下的频带中，频率越高则FQ值越增加，因此频率越高则越能够抑制增大的介质损耗的增加程度。
附图说明
图1是表示本公开的滤波器的结构的一例的立体图。
图2是表示本公开的第一实施方式的滤波器的俯视图。
图3是关于OH基浓度不同的多个石英玻璃，表示频率与FQ值的关系的一例的图。
图4是表示SIW的一实施例的立体图。
图5是表示SIW的28GHz附近的滤波器特性的一例的图。
图6是表示SIW的60GHz附近的滤波器特性的一例的图。
图7是表示SIW的80GHz附近的滤波器特性的一例的图。
具体实施方式
以下，说明用于实施本发明的方式，但是本发明没有限定于此。
在本发明的一实施方式中，存在通过VAD(Vapor-phase Axial Deposition：气相轴向沉积)法制造的合成石英玻璃。制造合成石英玻璃的方法是向石英玻璃制燃烧器供给包含Si的化合物、氧气、氢气、氮气等作为合成原料，通过使合成原料在氢氧火焰中发生水解反应或氧化反应来合成石英玻璃的方法。制造合成石英玻璃的方法中存在直接法和间接法(VAD法、OVD法等)这两个种类。
直接法是将包含Si的化合物以1500～2000℃的温度进行火焰水解而合成SiO2粒子，通过使其在基材上堆积、热粘接而直接合成透明合成石英玻璃的合成方法。
另一方面，VAD法是将包含Si的化合物以1000～1500℃的温度进行火焰水解而合成SiO2粒子，通过使其在基材上堆积而得到多孔质合成石英玻璃体，接下来，通过升温成1400～1500℃的温度而实现多孔质合成石英玻璃体的致密化，并得到透明合成石英玻璃体的方法。
另外，合成石英玻璃的合成原料只要是能够气化的原料即可，没有特别限制，但是可列举SiCl4、SiHCl3、SiH2Cl2、SiCH3Cl3等氯化物、SiF4、SiHF3、SiH2F2等氟化物这样的卤化硅化合物、或由RnSi(OR)4-n(这里R为碳数1～4的烷基，n为0～3的整数)表示的烷氧基硅烷或(CH3)3Si-O-Si(CH3)3等的不包含卤素的硅化合物。
在得到了多孔质石英玻璃体之后，使多孔质石英玻璃体升温至透明玻璃化温度而进行透明玻璃化，得到致密石英玻璃体。透明玻璃化温度通常为1300～1600℃，特别优选为1350℃～1500℃。气氛优选氦等惰性气体为100％的气氛，或以氦等惰性气体为主成分的气氛。压力只要为减压或常压即可。特别是在常压的情况下可以使用氦气。
此外，在减压下可以同时进行OH基减少化处理和透明玻璃化处理。在该情况下，在减压下在1200～1350℃之间保持20～70小时温度并使OH基减少之后，升温成1350～1500℃而进行透明玻璃化。OH基浓度能够利用处理时间和处理温度来调整。在相同处理温度下，处理时间越长，则OH基浓度越减少。当处理温度过低时，在玻璃中不会产生脱水反应，而且处理温度过高时，烧结进展而发生致密化，玻璃中的水分不再向外脱离，因此处理温度优选为1000～1350℃的范围。
将这样得到的石英玻璃体加热成软化点以上的温度而成形为所希望的形状来得到石英玻璃成形体。成形加工的温度区域优选为1650℃～1800℃。这是因为，小于1650℃的话，石英玻璃的粘度高，因此实质上不会进行自重变形，而且会产生作为SiO2的结晶相的方石英的生长，可能会产生所谓失透。而且，这是因为，1800℃以上的话，SiO2的升华无法忽视。
本实施方式的石英玻璃的OH基浓度为300wtppm以下，优选为100wtppm以下，更优选为40wtppm以下，进一步优选为10wtppm以下。当使电磁波通过以这样的OH基浓度形成的石英玻璃时，能够减小在微波及毫米波的频带中的介质损耗。微波及毫米波的频带表示300MHz以上且300GHz以下的带域。wtppm表示质量分率，ppm表示百万分率。
本实施方式的石英玻璃中的碱金属(Na、K、Li等)、碱土类金属(Mg、Ca等)、过渡金属(Fe、Ni、Cr、Cu、Mo、W、Al、Ti、Ce等)等金属杂质的浓度为100ppb以下，优选为20ppb以下，更优选为10ppb以下，进一步优选为5ppb以下。通过将石英玻璃中包含的金属杂质抑制成这样的浓度，能够抑制高频器件的制造过程中的金属污染的产生。ppb表示十亿分率。
本实施方式中的石英玻璃的OH基浓度的测定可以按照上述的非专利文献1利用红外分光光度计实施。
本实施方式中的石英玻璃中包含的金属杂质的浓度可以通过ICP(InductivelyCoupled Plasma：电感耦合等离子体)质量分析进行评价。
作为本实施方式中的石英玻璃的介质损耗的评价值的FQ值可以通过频率F与Q值(介质损耗角正切tanδ的倒数)之积来求出。而且，石英玻璃的介质损耗角正切tanδ可以通过上述的非专利文献2记载的平衡型圆板共振器法进行评价。
本发明者关于OH基浓度与频率F与FQ值的关系而推进研究时，发现了OH基浓度为300wtppm以下的石英玻璃的频率25GHz以上且30GHz以下的FQ值为90000GHz以上，在20GHz以上且100GHz以下的频带中，将FQ值近似为频率的一次函数时的斜率为1000以上。即，本发明者发现了在20GHz以上且100GHz以下的频带中，频率F越高，则FQ值越增加。
另一方面，本发明者发现了OH基浓度超过300wtppm的石英玻璃无论通过石英玻璃的电磁波的频率F如何而FQ值都大致恒定。特别是本发明者发现了OH基浓度超过300wtppm的石英玻璃的频率25GHz以上且30GHz以下的FQ值小于90000GHz，在20GHz以上且100GHz以下的频带中将FQ值近似为频率的一次函数时的斜率小于1000。在无论频率F如何而FQ值都大致恒定时，频率F越升高，则Q值越下降(介质损耗角正切tanδ越增大)，介质损耗越增大。
相对于此，OH基浓度为300wtppm以下的石英玻璃具有频率25GHz以上且30GHz以下的FQ值为90000GHz以上，在20GHz以上且100GHz以下的频带中将FQ值近似为频率的一次函数时的斜率为1000以上的特性。在这样的特性的石英玻璃中，与无论频率F如何FQ值都大致恒定的石英玻璃相比，在20GHz以上且100GHz以下的频带中，频率F越高，则Q值下降的程度(介质损耗角正切tanδ增大的程度)越小。即，能够提供一种在20GHz以上且100GHz以下的频带中，频率越高则越能够抑制增大的介质损耗的增大程度的石英玻璃。在OH基浓度为300wtppm以下的石英玻璃中，频率25GHz以上且30GHz以下的FQ值越大越优选，但是通常作为上限而优选为230000GHz以下。而且，在20GHz以上且100GHz以下的频带中，将FQ值近似为频率的一次函数时的斜率越大越优选，但是通常作为上限而优选为1600以下。
另外，本发明者发现了OH基浓度为100wtppm以下的石英玻璃的频率25GHz以上且30GHz以下的FQ值为100000GHz以上，在20GHz以上且100GHz以下的频带中将FQ值近似为频率的一次函数时的斜率为1000以上。如果使用这样的特性的石英玻璃，则与无论频率F如何而FQ值都大致恒定的石英玻璃相比，在20GHz以上且100GHz以下的频带中，频率F越高，则Q值下降的程度(介质损耗角正切tanδ增大的程度)越是更小。即，能够提供一种在20GHz以上且100GHz以下的频带中频率越高则越能够进一步抑制增大的介质损耗的增大程度的石英玻璃。在OH基浓度为100wtppm以下的石英玻璃中，频率25GHz以上且30GHz以下的FQ值越大越优选，但是通常作为上限而优选为230000GHz以下。而且，在20GHz以上且100GHz以下的频带中将FQ值近似为频率的一次函数时的斜率越大越优选，但是通常作为上限而优选为1600以下。
另外，本发明者发现了OH基浓度为40wtppm以下的石英玻璃的频率25GHz以上且30GHz以下的FQ值为160000GHz以上，在20GHz以上且100GHz以下的频带中将FQ值近似为频率的一次函数时的斜率为1000以上。在OH基浓度为40wtppm以下的石英玻璃中，频率25GHz以上且30GHz以下的FQ值越大越优选，但是通常作为上限而优选为230000GHz以下。而且，在20GHz以上且100GHz以下的频带中将FQ值近似为频率的一次函数时的斜率越大越优选，但是通常作为上限而优选为1600以下。此外，本发明者发现了OH基浓度为10wtppm以下的石英玻璃的频率25GHz以上且30GHz以下的FQ值为160000GHz以上，在20GHz以上且100GHz以下的频带中将FQ值近似为频率的一次函数时的斜率为1250以上。在OH基浓度为10wtppm以下的石英玻璃中，频率25GHz以上且30GHz以下的FQ值越大越优选，但是通常作为上限而优选为230000GHz以下。而且，在20GHz以上且100GHz以下的频带中将FQ值近似为频率的一次函数时的斜率越大越优选，但是通常作为上限而优选为1600以下。即便使用上述的特性的石英玻璃，与无论频率F如何而FQ值都大致恒定的石英玻璃相比，在20GHz以上且100GHz以下的频带中，也是频率F越高，则Q值下降的程度(介质损耗角正切tanδ增大的程度)越是更小。即，能够提供一种在20GHz以上且100GHz以下的频带中频率越高则越能够进一步抑制增大的介质损耗的增大程度的石英玻璃。
特别是OH基浓度为10wtppm以下时，与OH基浓度超过10wtppm的情况相比，在20GHz以上且100GHz以下的频带中将FQ值近似为频率的一次函数时的斜率增大，因此能够显著地抑制介质损耗的增加程度。
这样，本发明的石英玻璃具有伴随着频率的上升而FQ值增加的特性。本发明的石英玻璃的使用不仅在无线传输系统利用的20GHz以上且40GHz以下的频带中，而且在为了实现更大容量通信而研讨利用的40GHz以上且70GHz以下的频带中也能够抑制介质损耗的增大。此外，本发明者的石英玻璃的使用在研讨向汽车等的安全驾驶辅助或碰撞防止用的高分辨率雷达系统等的适用的70GHz以上且100GHz以下的频带中也能够抑制介质损耗的增大。
例如，本发明的石英玻璃的OH基浓度为40wtppm以下，在20GHz以上且小于40GHz的频率下，FQ值优选为125000GHz以上，FQ值的上限优选为230000GHz以下。在40GHz以上且小于70GHz的频率下，FQ值优选为175000GHz以上，FQ值的上限优选为300000GHz以下。在70GHz以上且100GHz以下的频率下，FQ值优选为200000GHz以上，FQ值的上限优选为330000GHz以下。而且，本发明的石英玻璃的OH基浓度为10wtppm以下，在20GHz以上且小于40GHz的频率下，FQ值优选为150000GHz以上，FQ值的上限优选为230000GHz以下。在40GHz以上且小于70GHz的频率下，FQ值优选为200000GHz以上，FQ值的上限优选为300000GHz以下。在70GHz以上且100GHz以下的频率下，FQ值优选为225000GHz以上，FQ值的上限优选为330000GHz以下。这样的特性的石英玻璃在抑制介质损耗的增大方面，对于使用频率不同的上述的各应用中的任一者都能良好地适用。
本发明者的石英玻璃在各种的无线系统使用的高频器件的形成中能够良好地使用。作为高频器件的具体例，可列举波导、SIW、微带线路等传输线路、天线、滤波器、分波器、双工器、电容器及电感器等无源器件。通过将本发明的石英玻璃适用于上述的高频器件的电介质，能够提供一种低损失且高性能的高频器件。
接下来，说明使用本发明的石英玻璃形成的滤波器的构成例。需要说明的是，在以下的说明中，X轴方向、Y轴方向、Z轴方向分别表示与X轴平行的方向、与Y轴平行的方向、与Z轴平行的方向。X轴方向、Y轴方向、Z轴方向相互正交。XY平面、YZ平面、ZX平面分别表示与X轴方向及Y轴方向平行的假想平面、与Y轴方向及Z轴方向平行的假想平面、与Z轴方向及X轴方向平行的假想平面。
本公开的滤波器是具备在由导体壁包围的电介质上形成的波导的波导管滤波器，对微波或毫米波等的高频带(例如，0.3GHz～300GHz)下的高频信号进行滤波。本公开的滤波器例如在第五代移动通信系统(所谓5G)或车载雷达系统等中，适合于对与利用天线发送或接收的电波对应的高频信号进行滤波。
图1是表示本公开的滤波器的结构的一例的立体图。图1所示的本公开的滤波器10是具备SIW构造的带通滤波器，所述SIW构造由第一导体层21、第二导体层22、夹持在第一导体层21与第二导体层22之间的电介质23形成。滤波器10使沿Y轴方向通过的规定的频带的高频信号通过，并隔断该频带以外的频带的高频信号。
第一导体层21和第二导体层22是与XY平面平行地配置的平面状的导体，相互在Z轴方向上相对。第一导体层21和第二导体层22以Y轴方向为长度方向而形成为矩形形状。作为第一导体层21和第二导体层22的材料，例如可列举银、铜等。
电介质23以Y轴方向为长度方向而形成为长方体状。虽然图1中未明示，但是为了将波导形成于电介质23而在电介质23的X轴方向上相对的一对侧面、或位于电介质23的内部并在X轴方向上相对的一对边界面上形成有导体壁。电介质23的材料使用本发明的石英玻璃。
图2是表示本公开的第一实施方式的滤波器的俯视图。图2所示的带通滤波器10A是图1的滤波器10的一例，具备在由导体壁包围的电介质23上形成的波导。将电介质23包围的导体壁具有相当于第一导体层21的上侧导体壁、相当于第二导体层22的下侧导体壁、形成于在电介质23的X轴方向上相对的一对侧面上的一对侧面导体壁41、42。
由一对侧面导体壁41、42、上侧导体壁、下侧导体壁包围的电介质部分作为以将电磁波沿Y轴方向引导的方式沿Y轴方向延伸的波导发挥作用。
一对侧面导体壁41、42分别具有向波导的内侧沿X轴方向突出的多个控制壁。第一实施方式的带通滤波器10A具备从第一侧面导体壁41朝向第二侧面导体壁42突出的控制壁43a～47a、从第二侧面导体壁42朝向第一侧面导体壁41突出的控制壁43b～47b。上述的控制壁分别由表面被导体覆盖的导体狭缝形成。各导体狭缝具有与上侧导体壁连接的上端和与下侧导体壁连接的下端，例如，相当于在狭缝的表面包覆有导体的部位，该狭缝是在电介质23上通过切削等而设置的。
另外，上述的控制壁例如以与平行于XY平面的上侧导体壁及下侧导体壁正交且与平行于YZ平面的一对侧面导体壁41、42正交的方式形成(即，与ZX平面平行地形成)。控制壁43a～47a例如在相邻的控制壁之间沿Y轴方向隔开间隔而等间隔地形成，并从第一侧面导体壁41朝向第二侧面导体壁42突出地形成。同样，控制壁43b～47b例如在相邻的控制壁之间沿Y轴方向隔开间隔而等间隔地形成，并以从第二侧面导体壁42朝向第一侧面导体壁41突出的方式形成。即，图2所示的X轴方向表示控制壁43a～47a、43b～47b的各自的突出方向。
例如，一对控制壁43a、43b、一对控制壁44a、44b、一对控制壁45a、45b、一对控制壁46a、46b及一对控制壁47a、47b分别形成于同一ZX平面内。需要说明的是，上述的一对控制壁的各自的位置也可以在Y轴方向上相互偏离。
L43～L47分别表示控制壁43a～47a的X轴方向上的长度。控制壁43a～47a分别设定为从在波导中传播的电磁波观察时看起来为壁那样的长度，作为对于在波导中传播的电磁波进行反射的柱壁发挥作用。关于控制壁43b～47b也可以设定为同样的长度。
另外，在将在波导管中传播的电磁波的波长(管内波长)设为λg时，一对侧面导体壁41、42之间的间隔L41优选为与λg/2相同的程度。而且，在将在波导管中传播的电磁波的波长(管内波长)设为λg时，在Y轴方向上相邻的控制壁间的间隔优选为与λg/2相同的程度。
控制壁43a～47a沿Y轴方向隔开间隔地排列，控制壁43a～47a的X轴方向上的各长度可以按照控制壁43a～47a的Y轴方向上的排列顺序渐增或渐减。由此，能够高精度地调整对于在波导管中传播的电磁波的反射损失进行抑制的程度。例如，L47、L46、L45按此顺序渐增，L44、L43按此顺序渐减。同样，沿Y轴方向隔开间隔排列的控制壁43b～47b的X轴方向上的各长度也按照控制壁43b～47b的Y轴方向上的排列顺序渐增或渐减，由此能够高精度地调整对于在波导管中传播的电磁波的反射损失进行抑制的程度。需要说明的是，各控制壁的X轴方向上的长度也可以设定为相互相同的尺寸。
控制壁43a～47a、43b～47b通过在X轴方向上相对的一对控制壁和在Y轴方向上相邻的一对控制壁来构成沿Y轴方向排列的约λg/2的长度的多个共振器(将在波导管中传播的电磁波的波长(管内波长)设为λg)。上述的共振器间的耦合通过各控制壁的X轴方向上的长度和Y轴方向上的宽度(壁厚)来调整，对作为滤波器的反射特性及频率特性造成影响。这样，带通滤波器10A具有形成于在Y轴方向上相邻的控制壁之间的多段(图2的情况下为4段)的共振器。
接下来，说明本发明者的石英玻璃的实施例。
图3是关于OH基浓度不同的多个石英玻璃表示频率与FQ值的关系的一例的图。实施例1～3的样品玻璃材料是本发明的石英玻璃的实施例，是利用VAD法制成的合成石英玻璃，分别具有不同的OH基浓度。实施例1～3的OH基浓度分别为5wtppm、34wtppm、82wtppm。比较例1的样品玻璃材料是利用直接法制成的合成石英玻璃。比较例1的OH基浓度为1122wtppm。
图3示出上述的样品玻璃材料的FQ值的评价结果的一例。可知实施例1～3的低OH基浓度的样品玻璃材料与比较例1相比，FQ值高且介质损耗小。而且，可知，OH基浓度越低，则介质损耗越小。此外，当将FQ值近似为频率的一次函数时，在实施例1～3的低OH基浓度的样品玻璃材料中，与比较例1相比，近似的一次函数的斜率大，越是高频带，则FQ值越显著地升高。因此，可知，特别是在高频带中，能够抑制介质损耗。需要说明的是，在图1中记载的近似一次函数中，“y”表示FQ值，“x”表示频率。
另外，实施例1～3的金属杂质的浓度为5ppb以下，在高频器件制造过程中可以良好地使用实施例1～3。
另外，设想使用本发明的石英玻璃而制成高频滤波器的情况，关于图4所示的SIW形式的带通滤波器10B，实施了作为S参数之一的通过特性S21的模拟。
以下，在说明模拟之前，说明带通滤波器10B的结构。
图4是表示本公开的第二实施方式的滤波器的立体图。图4所示的带通滤波器10B是图1的滤波器10的一例，具备在由导体壁包围的电介质上形成的波导。需要说明的是，第二实施方式中的关于与第一实施方式同样的结构及效果的说明通过援引上述的说明而省略。
带通滤波器10B具备由第一导体层、第二导体层、夹持在第一导体层与第二导体层之间的电介质层形成的SIW构造。在图4中，为了提高视觉辨认性，第一导体层和第二导体层的图示省略，仅图示长方体状的电介质层。该电介质层使用本发明的石英玻璃形成。X轴、Y轴、Z轴相互正交。
带通滤波器10B的电介质层具有沿Y轴方向排成二列的一对柱壁11、12。由一对柱壁11、12、第一导体层、第二导体层包围的电介质部分作为以将电磁波沿Y轴方向引导的方式沿Y轴方向延伸的波导发挥作用。一对柱壁11、12分别是呈栅栏状地排列的多个导体柱的集合。各导体柱是具有与第一导体层连接的上端和与第二导体层连接的下端的柱状导体，例如，是在沿Z轴方向贯通电介质层的贯通孔的孔壁面上形成的导体镀层。
另外，带通滤波器10B的电介质层在波导的内部具有多个控制壁13a、13b、14a、14b、15a、15b、16a、16b、17a、17b。上述的控制壁分别是呈栅栏状地排列的多个导体柱的集合。各导体柱是具有与第一导体层连接的上端和与第二导体层连接的下端的柱状导体，例如，是在沿Z轴方向贯通电介质层的贯通孔的孔壁面上形成的导体镀层。
另外，上述的控制壁以与平行于XY平面的第一导体层及第二导体层正交且与平行于YZ平面的一对柱壁11、12正交的方式形成(即，与ZX平面平行地形成)。控制壁13a、14a、15a、16a、17a在相邻的控制壁之间沿Y轴方向隔开间隔地形成，并从第一柱壁11侧朝向第二柱壁12突出地形成。控制壁13b、14b、15b、16b、17b在相邻的控制壁之间沿Y轴方向隔开间隔地形成，并从第二柱壁12侧朝向第一柱壁11突出地形成。
一对控制壁13a、13b形成在同一ZX平面内。同样，一对控制壁14a、14b、一对控制壁15a、15b、一对控制壁16a、16b及一对控制壁17a、17b也分别形成在同一ZX平面内。
控制壁13a的各导体柱以比在波导中传播的电磁波的波长充分短的间隔配置。控制壁13a的导体柱与第一柱壁11的导体柱的间隔也设定得比在波导中传播的电磁波的波长充分短。由此，控制壁13a作为对于在波导中传播的电磁波进行反射的柱壁发挥作用。关于其他的控制壁13b、14a、14b、15a、15b、16a、16b、17a、17b也同样。而且，将在波导管中传播的电磁波的波长设为λ时，一对柱壁11、12之间的间隔L4优选为与λ/2相同的程度。
这样，带通滤波器10B具备SIW构造，该SIW构造具有多段(在图4的情况下为4段)的共振器。
接下来，说明计算带通滤波器10B的通过特性S21的模拟。作为在模拟上使用的带通滤波器10B，使用有限元法设计了3个种类的滤波器A、B、C。滤波器A是包含28GHz的频带的带通滤波器，滤波器B是包含60GHz的频带的带通滤波器，滤波器C是包含80GHz的频带的带通滤波器。
图5示出使包含28GHz的频带的电磁波通过的滤波器A的通过特性S21的解析结果的一例。滤波器A的电介质层中使用的石英玻璃的介质物性值使用为了计算图3的33GHz附近的FQ值而测定的介质损耗角正切tanδ的测定值。在将单位设为mm时，滤波器A的电介质层的尺寸(参照图4)为
L1：4.2
L2：16.5
L3：0.5
L4：4.0
控制壁13a、13b的长度L13：0.9
控制壁14a、14b的长度L14：1.2
控制壁15a、15b的长度L15：1.25
控制壁16a、16b的长度L16：1.2
控制壁17a、17b的长度L17：0.9。
图6示出使包含60GHz的频带的电磁波通过的滤波器B的通过特性S21的解析结果的一例。滤波器B的电介质层中使用的石英玻璃的介质物性值使用为了计算图3的65GHz附近的FQ值而测定的介质损耗角正切tanδ的测定值。在将单位设为mm时，滤波器B的电介质层的尺寸(参照图4)为L1：2.0
L2：8.3
L3：0.5
L4：1.8
控制壁13a、13b的长度L13：0.25
控制壁14a、14b的长度L14：0.45
控制壁15a、15b的长度L15：0.55
控制壁16a、16b的长度L16：0.45
控制壁17a、17b的长度L17：0.25。
图7示出使包含80GHz的频带的电磁波通过的滤波器C的通过特性S21的解析结果的一例。滤波器C的电介质层中使用的石英玻璃的介质物性值使用为了计算图3的85GHz附近的FQ值而测定的介质损耗角正切tanδ的测定值。在将单位设为mm时，滤波器C的电介质层的尺寸(参照图4)为
L1：1.45
L2：6.85
L3：0.5
L4：1.25
控制壁13a、13b的长度L13：0.32
控制壁14a、14b的长度L14：0.415
控制壁15a、15b的长度L15：0.425
控制壁16a、16b的长度L16：0.415
控制壁17a、17b的长度L17：0.32。
在图5～7中，S21越大(越接近于零)，则表示电介质层的介质损耗越低。εr表示相对介电常数。如图5～7所示可知，OH基浓度越少，则由通过特性S21表示的通过损失越少。而且，可知，越是高频带的带通滤波器，则OH基浓度的差异引起的通过损失的差异越大，越是低OH基浓度的石英玻璃则越表现出良好的通过特性。
以上，根据本发明，能够提供一种与以往的石英玻璃相比高FQ值的石英玻璃。而且，能够提供一种与频率的增加相对应而FQ值升高，特别是在高频带中成为低损失的石英玻璃。
以上，通过实施方式说明了高频器件用石英玻璃及高频器件，但是本发明没有限定为上述的实施方式。与其他的实施方式的一部分或全部的组合或置换等各种变形及改良在本发明的范围内也是可能的。
本国际申请主张基于在2017年11月7日提出申请的日本国专利申请第2017-215119号及在2018年1月15日提出申请的日本国专利申请第2018-004232号的优先权，并将日本国专利申请第2017-215119号及日本国专利申请第2018-004232号的全部内容援引于本国际申请。
标号说明
10 滤波器
10A、10B 带通滤波器
11、12 柱壁
13a、13b、14a、14b、15a、15b、16a、16b、17a、17b 控制壁
21 第一导体层
22 第二导体层
23 电介质
41、42 侧面导体壁。

Claims (10)

1.一种高频器件用石英玻璃，其中，
OH基浓度为300wtppm以下，频率25GHz以上且30GHz以下的FQ值为90000GHz以上，在20GHz以上且100GHz以下的频带中将FQ值近似为频率的一次函数时的斜率为1000以上。
2.一种高频器件用石英玻璃，其中，
OH基浓度为100wtppm以下，频率25GHz以上且30GHz以下的FQ值为100000GHz以上，在20GHz以上且100GHz以下的频带中将FQ值近似为频率的一次函数时的斜率为1000以上。
3.一种高频器件用石英玻璃，其中，
OH基浓度为40wtppm以下，频率25GHz以上且30GHz以下的FQ值为160000GHz以上，在20GHz以上且100GHz以下的频带中将FQ值近似为频率的一次函数时的斜率为1000以上。
4.一种高频器件用石英玻璃，其中，
OH基浓度为10wtppm以下，频率25GHz以上且30GHz以下的FQ值为160000GHz以上，在20GHz以上且100GHz以下的频带中将FQ值近似为频率的一次函数时的斜率为1250以上。
5.根据权利要求3所述的高频器件用石英玻璃，其中，
OH基浓度为40wtppm以下，频率20GHz以上且小于40GHz的FQ值为125000GHz以上，频率40GHz以上且小于70GHz的FQ值为175000GHz以上，频率70GHz以上且100GHz以下的FQ值为200000GHz以上。
6.根据权利要求4所述的高频器件用石英玻璃，其中，
OH基浓度为10wtppm以下，频率20GHz以上且小于40GHz的FQ值为150000GHz以上，频率40GHz以上且小于70GHz的FQ值为200000GHz以上，频率70GHz以上且100GHz以下的FQ值为225000GHz以上。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的高频器件用石英玻璃，其中，
金属杂质的浓度为100ppb以下。
8.一种高频器件，使用权利要求1～7中任一项所述的高频器件用石英玻璃而形成。
9.一种无源器件，使用权利要求1～7中任一项所述的高频器件用石英玻璃而形成。
10.一种滤波器，使用权利要求1～7中任一项所述的高频器件用石英玻璃而形成。
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