DE60032994T2

DE60032994T2 - Dielektrische keramische Zusammensetzung für Hochfrequenzanwendungen, dielektrischer Resonator, dielektrischer Filter, dielektrischer Duplexer und Kommunikationssystem

Info

Publication number: DE60032994T2
Application number: DE60032994T
Authority: DE
Inventors: c/o Wada (A170) Int. Property Department, Takaya, Nagaokakyo-shi; Sakai, (A170) Int. Property Department, Nobuyuki, Nagaokakyo-shi; Takagi, (A170) Int. Property Department, Hitoshi, Nagaokakyo-shi
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1999-10-28
Filing date: 2000-10-20
Publication date: 2007-05-24
Anticipated expiration: 2020-10-21
Also published as: JP3840869B2; CN1303106A; KR100406123B1; EP1095918A3; CN1205620C; KR20010071183A; EP1095918B1; DE60032994D1; JP2001192263A; US6429164B1; EP1095918A2

Description

Diese Erfindung betrifft eine dielektrische Keramikzusammensetzung für hohe Frequenzen und einen dielektrischen Resonator, ein dielektrisches Filter, einen dielektrischen Duplexer und ein Kommunikationssystem unter Verwendung der dielektrischen Keramikzusammensetzung.
Dielektrische Keramiken werden häufig als dielektrische Resonatoren und dielektrische Filter eingesetzt, die in elektronischen Vorrichtungen montiert sind, welche im Mikrowellen- und Millimeterwellenbereich und anderen hochfrequenten Bereichen, wie z.B. in Mobiltelefonen, Personal-Radios und Satellitenempfängern verwendet werden. Solche dielektrischen Hochfrequenzkeramiken müssen eine hohe Dielektrizitätskonstante und einen hohen Q-Wert und außerdem einen Temperaturkoeffizienten ihrer Resonanzfrequenz haben, der optional in der Nähe von 0 kontrolliert werden kann.
Für derartige dielektrische Keramikzusammensetzungen werden üblicherweise Zusammensetzungen vorgeschlagen, die z.B. auf BaO-Sm₂O₃-TiO₂ (japanische ungeprüfte veröffentlichte Patentanmeldung Nr. 57-15309), auf BaO-Sm₂O₃-TiO₂-MnO₂ (japanische ungeprüfte veröffentlichte Patentanmeldung Nr. 59-14214), auf BaO-Sm₂O₃-TiO₂-ZrO₂ (japanische ungeprüfte veröffentlichte Patentanmeldung Nr. 60-3801) und auf BaO-Sm₂O₃-TiO₂ (japanische ungeprüfte Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer 6-111624) beruhen.
Allerdings zeigen die auf BaO-Sm₂O₃-TiO₂, auf BaO-Sm₂O₃-TiO₂-MnO₂ und auf BaO-Sm₂O₃-TiO₂-ZrO₂ beruhenden Zusammensetzungen, die jeweils in den japanischen ungeprüften Patentanmeldungen mit den Veröffentlichungsnummern 57-15309, 59-14214 und 60-3801 beschrieben sind, sämtlich einen beträchtlich erhöhten Q-Wert, und ihr Temperaturkoeffizient der Resonanzfrequenz (τf) verschiebt sich beträchtlich zur positiven oder negativen Seite, wenn ihre relative Dielektrizitätskonstante (ε_r) annähernd 35 bis 55 beträgt. Deshalb haben diese Zusammensetzungen im praktischen Einsatz Nachteile.
Die in der japanischen ungeprüften Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer 6-111624 beschriebene Zusammensetzung erreicht einen hohen Q-Wert durch Begrenzen der Anteile der Einzelbestandteile BaO, Sm₂O₃ und TiO₂ in der Zusammensetzung. Das sich daraus ergebende keramische Bauteil neigt jedoch zu Mikrobrüchen, die von Wärmeschocks beim Löten kommen, und hat außerdem eine geringe Stabilität des Q-Werts. JP 02224523A und JP 02242516A beschreiben dielektrische Keramikzusammensetzungen, die einen Oxidkomplex aufweisen, der Ba, Ti, Sm und Nd enthält. JP 59014214A beschreibt eine Zusammensetzung, die BaO, Sm₂O₂ und TiO₂ aufweist.
Es ist Aufgabe der Erfindung, die oben beschriebenen Probleme zu lösen und eine dielektrische Keramikzusammensetzung für hohe Frequenzen zur Verfügung zu stellen, die im Mikrowellenbereich eine hohe relative Dielektrizitätskonstante (ε_r) und einen hohen Q-Wert hat, die den Temperaturkoeffizienten der Resonanzfrequenz (τf) in der Nähe von 0 (ppm/°C) kontrollieren kann und eine zufriedenstellende Widerstandsfähigkeit gegen Wärmeschocks hat. Des Weiteren ist es Aufgabe der Erfindung, einen dielektrischen Resonator, ein dielektrisches Filter, einen dielektrischen Duplexer und ein Kommunikationssystem jeweils unter Verwendung der dielektrischen Keramikzusammensetzung anzugeben.
Diese Aufgabe wird jeweils mit einer dielektrischen Keramikzusammensetzung für hohe Frequenzen mit den Merkmalen des Anspruchs 1, einem dielektrischen Resonator mit den Merkmalen des Anspruchs 3, einem dielektrischen Filter mit den Merkmalen des Anspruchs 5, einem dielektrischen Duplexer mit den Merkmalen des Anspruchs 6 sowie mit einem Kommunikationssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst. Die abhängigen Ansprüche richten sich auf bevorzugte Ausführungsbeispiele.
In einem anderen Aspekt stellt die Erfindung einen dielektrischen Resonator zur Verfügung, der durch elektromagnetische Kopplung einer dielektrischen Keramik mit einem Eingangs/Ausgangsanschluss aktiviert wird, bei dem die dielektrische Keramik eine erfindungsgemäße dielektrische Keramikzusammensetzung für hohe Frequenzen enthält.
In dem dielektrischen Resonator ist ein Leiter bevorzugt durch Kupferplattierung auf einer Oberfläche der dielektrischen Keramik gebildet.
Des Weiteren gibt die Erfindung ein dielektrisches Filter an, das einen erfindungsgemäßen dielektrischen Resonator und eine äußere Kopplungsvorrichtung enthält.
In einem weiteren Aspekt gibt diese Erfindung einen dielektrischen Duplexer an. Der dielektrische Duplexer enthält wenigstens zwei dielektrische Filter, Eingangs/Ausgangsverbindungsvorrichtungen, die jeweils mit dem einen und dem anderen der dielektrischen Filter verbunden sind, und eine Antennenverbindungsvorrichtung, die mit den dielektrischen Filtern gemeinsam verbunden ist, wobei wenigstens eines der dielektrischen Filter ein erfindungsgemäßes dielektrisches Filter ist.
Zusätzlich und vorteilhafterweise gibt diese Erfindung ein Kommunikationssystem an. Dieses Kommunikationssystem enthält einen erfindungsgemäßen dielektrischen Duplexer; eine Sendeschaltung, die mit wenigstens einer Eingangs/Ausgangsverbindungsvorrichtung des dielektrischen Duplexers verbunden ist; eine Empfangsschaltung, die mit wenigstens einer der Eingangs/Ausgangsverbindungsvorrichtung verbunden ist und die eine andere Eingangs/Ausgangsverbindungsvorrichtung ist, als die, mit der die Sendeschaltung verbunden ist; und eine Antenne, die mit einer Antennenverbindungsvorrichtung des dielektrischen Duplexers verbunden ist.
1 ist eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen dielektrischen Resonators;
2 ist eine geschnittene Ansicht des in 1 gezeigten dielektrischen Resonators entlang der Ebene a-b;
3 ist eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen dielektrischen Filters;
4 ist eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines dielektrischen Duplexers gemäß der Erfindung; und
5 ist ein Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Kommunikationssystems.
1 ist eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen dielektrischen Resonators und 2 eine Schnittansicht des in 1 gezeigten dielektrischen Resonators entlang der Ebene a-b. Wie die 1 und 2 zeigen, enthält ein dielektrischer Resonator 1 eine prismatische dielektrische Keramik 2 mit einer Durchgangsbohrung. Ein Innenleiter 3a ist innerhalb der Durchgangsbohrung und ein Außenleiter 3b um den dielektrischen Resonator gebildet. Durch elektromagnetische Kopplung der dielektrischen Keramik mit einem Eingangs/Ausgangsanschluss, d.h. mit einem externen Kopplungsmittel, wirkt der dielektrische Resonator als ein dielektrischer Resonator. Die den dielektrischen Resonator 1 bildende dielektrische Keramik 2 besteht aus der erfindungsgemäßen dielektrischen Keramikzusammensetzung für hohe Frequenzen.
Der Innenleiter 3a und der Außenleiter 3b, der auf einer Oberfläche der dielektrischen Keramik 2 gebildet ist, können aus plattiertem Kupfer bestehen. Durch diese Anordnung lassen sich die Herstellungsausbeute steigern und damit die Herstellungskosten senken.
Ein prismatischer dielektrischer Resonator, der im transversalen elektromagnetischen Schwingungsmodus schwingt (TEM-Modus) ist in 1 dargestellt, wobei diese Erfindung aber nicht auf diesen dielektrischen Resonatortyp beschränkt ist. Natürlich kann die erfindungsgemäße dielektrische Keramikzusammensetzung für hohe Frequenzen auch bei dielektrischen Resonatoren angewendet werden, die einen anderen Aufbau haben und die in einem anderen TEM-Modus, im transversalen magnetischen Schwingungsmodus (TM-Modus), im transversalen elektrischen Schwingungsmodus (TE-Modus) und in anderen Schwingungsmoden schwingen.
3 ist eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen dielektrischen Filters. Wie in 3 gezeigt, enthält ein dielektrisches Filter 4 einen dielektrischen Resonator und ein darauf gebildetes äußeres Kopplungsmittel 5, und der dielektrische Resonator enthält eine dielektrische Keramik 2 mit einer Durchgangsbohrung und einem Innenleiter 3a und einem auf der dielektrischen Keramik 2 gebildeten Außenleiter 3b. In 3 ist ein dielektrischer Filterblock gezeigt, aber das erfindungsgemäße dielektrische Filter kann auch ein diskretes dielektrisches Filter sein.
4 ist eine perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen dielektrischen Duplexers. Gemäß 4 enthält ein dielektrischer Duplexer 6 zwei dielektrische Filter, ein mit dem einen dielektrischen Filter verbundenes Eingangsverbindungsmittel 7, ein mit dem anderen dielektrischen Filter verbundenes Ausgangsverbindungsmittel 8 und ein Antennenverbindungsmittel 9, das gemeinsam mit diesen dielektrischen Filtern verbunden ist. Jedes dielektrische Filter enthält einen dielektrischen Resonator, der eine dielektrische Keramik 2 mit einer Durchgangsbohrung und einem Innenleiter 3a und einem auf der dielektrischen Keramik 2 gebildeten Außenleiter 3b aufweist. In 4 ist ein dielektrischer Blockduplexer veranschaulicht, aber der erfindungsgemäße dielektrische Duplexer kann auch ein diskreter dielektrischer Duplexer sein.
5 zeigt ein Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Kommunikationssystems. Das Kommunikationssystem 10 enthält einen dielektrischen Duplexer 12, eine Sendeschaltung 14, eine Empfangsschaltung 16 und eine Antenne 18. Die Sendeschaltung 14 ist mit einem Eingangsverbindungsmittel 20 des dielektrischen Duplexers 12 und die Empfangsschaltung 16 mit einem Ausgangsverbindungsmittel 22 des dielektrischen Duplexers 12 verbunden. Die Antenne 18 ist mit einem Antennenverbindungsmittel 24 des dielektrischen Duplexers 12 verbunden. Der dielektrische Duplexer 12 enthält zwei dielektrische Filter 26 und 28, die jeweils den erfindungsgemäßen dielektrischen Resonator und ein mit dem dielektrischen Resonator verbundenes äußeres Kopplungsmittel enthalten. In diesem Ausführungsbeispiel ist das dielektrische Filter z.B. durch die Verbindung eines äußeren Kopplungsmittels 30 mit einem dielektrischen Resonator 1 gebildet. Das eine dielektrische Filter 26 ist zwischen dem Eingangsverbindungsmittel 20 und dem Antennenverbindungsmittel 24 und das andere dielektrische Filter 28 zwischen dem Antennenverbindungsmittel 24 und dem Ausgangsverbindungsmittel 22 verbunden.
Die erfindungsgemäße dielektrische Keramikzusammensetzung für hohe Frequenzen hat, wie oben erwähnt, als Hauptkomponente einen Oxidkomplex, der Ba, Ti, Zr und Sm enthält und als Sekundärkomponenten eine Mn-Verbindung und eine Ta-Verbindung.
Die Keramikzusammensetzung enthält 100 Gewichtsteile der Hauptkomponente, die durch folgende Formel angegeben ist: xBaO-ySm₂O-z{(1 – m)TiO₂-mZrO₂}, worin worin x, y und z Molprozente sind und die folgenden Bedingungen erfüllen:
17,0 ≤ x ≤ 19,0; 1,0 ≤ y ≤ 6,0; 77,0 ≤ z ≤ 81,0; x + y + z = 100; und 0 < m ≤ 0,015; und
als Sekundärkomponenten mehr als 0 und gleich oder weniger als 0,3 Gewichtsteile einer Mn-Verbindung in Größen von MnO und mehr als 0 und gleich oder weniger als 1,0 Gewichtsteile einer Ta-Verbindung in Größen von Ta₂O₅.
Durch die Kontrolle der proportionalen Zusammensetzung der dielektrischen Keramikzusammensetzung innerhalb des obigen Bereichs hat die sich ergebende dielektrische Keramikzusammensetzung für hohe Frequenzen im Mikrowellenbereich eine hohe relative Dielektrizitätskonstante (ε_r) und einen hohen Q-Wert, ohne dass der Q-Wert wesentlich beeinträchtigt würde, wenn die relative Dielektrizitätskonstante (ε_r) 40 überschreitet und annähernd 55 wird, und außerdem kann die sich ergebende dielektrische Keramikzusammensetzung für hohe Frequenzen den Temperaturkoeffizienten der Resonanzfrequenz (τf) in der Nähe von 0 (ppm/°C) kontrollieren. Die gleichzeitige Zugabe einer Mn-Verbindung und einer Ta-Verbindung als Sekundärkomponenten kann den Q-Wert im Vergleich, wo nur eine Mn-Verbindung enthalten ist, weiter verbessern.
Die erfindungsgemäße dielektrische Keramikzusammensetzung für hohe Frequenzen hat des Weiteren eine befriedigende Widerstandsfähigkeit gegen Wärmeschocks, was sich bei der Erfindung durch den Ersatz von 1,5 Molprozente oder weniger des Ti-Elements in dem Hauptbestandteil durch Zr erreichen lässt. Diese Erfindung wird des Weiteren in Einzelheiten bezogen auf einige nachstehende Beispiele veranschaulicht, die den Umfang der Erfindung nicht beschränken sollen.
Beispiel 1, das zum Verständnis einiger der beanspruchten Merkmale nützlich ist
Zu Anfang wurden Keramikzusammensetzungen vorbereitet. Als Anfangsmaterialien wurden Bariumcarbonat (BaCO₃), Samariumoxid (Sm₂O₃), Neodymoxid (Nd₂O₃), Titanoxid (TiO₂), Mangancarbonat (MnCO₃) und Tantaloxid (Ta₂O₅) gewogen und miteinander vermischt, und ergaben Zusammensetzungen, die jeweils 100 Gewichtsteile einer Hauptkomponente, dargestellt durch die Formel: xBaO-y{(1 – α)Sm₂O₃-αNd₂O₃}-zTiO₂ enthielten, worin x, y, z und a so waren, wie sie in Tabelle 1 angegeben sind, und als Sekundärkomponenten eine Mn-Verbindung und eine Ta-Verbindung in den in Tabelle 1 angegebenen Zusammensetzungsverhältnissen jeweils in Größen von MnO und in Größen von Ta₂O₅ enthielten.
Tabelle 1
Danach wurden diese pulverförmigen Materialien mittels einer Kugelmühle nass vermischt und entwässert, getrocknet und dann bei 1000°C bis 1200°C in Luft eine Stunde lang oder länger kalziniert, so dass man einen kalzinierten Klotz erhielt. Der kalzinierte Klotz wurde dann zerkleinert und mit einem organischen Bindemittel in eine einen Durchmesser von 15 mm und eine Dicke von 7,5 mm aufweisende Form gebracht und dann bei 1200 bis 1400°C in der Luft gebrannt, wodurch man gesinterte Scheiben erhielt.
Jede der so bereiteten gesinterten Scheiben wurde in eine geeignete Größe geschnitten und daran die relative Dielektrizitätskonstante (ε_r) und der Q-Wert bei der Temperatur 25°C und einer Frequenz von 3 bis 7 GHz unter Verwendung eines an beiden Enden kurzgeschlossenen dielektrischen Resonators gemessen. Zusätzlich wurde der Temperaturkoeffizient der Resonanzfrequenz (τf) im Temperaturbereich von 25°C bis 55°C basierend auf einer Resonatorfrequenz im TE-Schwingungsmodus bestimmt. Die Ergebnisse dieser Tests sind in Tabelle 1 gezeigt.
Tabelle 1 zeigt, dass die Proben 1, 2, 5, 7, 15 bis 20 und 22 bis 32 eine hohe relative Dielektrizitätskonstante (ε_r) und einen hohen Q-Wert haben und den Temperaturkoeffizienten der Resonanzfrequenz (τf) in der Nähe von 0 (ppm/°C) kontrollieren können.
In der obigen Formel liegt x in einem Bereich von annähernd 13,0 bis annähernd einschließlich 23,0. Wenn x kleiner als 13,0 ist, kann die daraus resultierende Zusammensetzung nicht ausreichend gesintert werden, wie bei Probe 4, wohingegen, wenn x 23,0 überschreitet der Temperaturkoeffizient der Resonanzfrequenz (τf) zur positiven Seite erhöht ist, wie bei der Probe 3.
Die Proportion y liegt in einem Bereich über 0 und ist gleich oder kleiner als 12,0. Ist y gleich 0, erhöht sich der Temperaturkoeffizient der Resonanzfrequenz (τf) zur positiven Seite, wie bei Probe 6, wohingegen, wenn y 12,0 übersteigt, sich der Q-Wert verringert und der Temperaturkoeffizient der Resonanzfrequenz (τf) zur positiven Seite erhöht ist, wie bei Probe 8.
Die Proportion z liegt in einem Bereich von annähernd 75,0 bis annähernd einschließlich 83,0. Ist z kleiner als 75,0, verringert sich der Q-Wert und der Temperaturkoeffizient der Resonanzfrequenz (τf) erhöht sich zur positiven Seite, wie bei Probe 8, wohingegen die sich ergebende Zusammensetzung, wenn z 83,0 übersteigt, nicht ausreichend sinterbar ist, wie bei Probe 10.
Ein Vergleich zwischen den Proben 1 und 22 bis 25 zeigt, dass sich eine hohe relative Dielektrizitätskonstante (ε_r) und ein hoher Q-Wert innerhalb des Gesamtbereichs 0 ≤ α ≤ 1 erzielen lässt, obwohl der Temperaturkoeffizient der Resonanzfrequenz mit sich erhöhendem α leicht anwächst.
Die Menge der Sekundärkomponente der Mn-Verbindung liegt über 0 und ist gleich oder kleiner als 0,3 Gewichtsteile in Größen von MnO bezogen auf 100 Gewichtsteile der Hauptkomponente. Wenn die Menge 0 Gewichtsteile beträgt, wie in Probe 11, und wenn sie 0,3 Gewichtsteile übersteigt, wie in Probe 12, verringert sich der Q-Wert.
Die Menge der Sekundärkomponente der Ta-Verbindung liegt über 0 und beträgt gleich oder weniger als 1,0 Gewichtsteile bezogen auf 100 Gewichtsteile der Hauptkomponente. Wenn die Menge 0 Gewichtsteile beträgt, verringert sich der Q-Wert, wie in Probe 13, wohingegen, wenn die Menge 1,0 Gewichtsteile übersteigt, der Q-Wert verringert ist und sich der Temperaturkoeffizient der Resonanzfrequenz (τf) zur positiven Seite erhöht, wie in Probe 21.
Falls die dielektrische Keramikzusammensetzung eine Hauptkomponente enthält, die durch die folgende Formel: xBaO-ySm₂O₃-zTiO₂ angegeben ist, worin x, y und z Molprozente sind und die folgenden Bedingungen erfüllen, 17,0 ≤ x ≤ 19,0; 1,0 ≤ y ≤ 6,0; 77,0 ≤ z ≤ 81,0; und x + y + z = 100, wie in den Proben 1, 7, 15 bis 18 und 28 bis 30, lässt sich der Temperaturkoeffizient der Resonanzfrequenz (τf) auf gleich oder kleiner als 10 ppm/°C reduzieren.
Beispiel 2 gemäß der Erfindung
Zu Anfang wurden Keramikzusammensetzungen bereitet. Als Anfangsmaterialien wurden Bariumcarbonat (BaCO₃), Samariumoxid (Sm₂O₃), Zirkonoxid (ZrO₂), Titanoxid (TiO₂), Mangancarbonat (MnCO₃) und Tantaloxid (Ta₂O₅) gewogen und miteinander vermischt, wodurch sich Zusammensetzungen ergaben, die jeweils 100 Gewichtsteile einer Hauptkomponente, dargestellt durch die Formel: xBaO-Sm₂O₃-z{(1 – m)TiO₂-mZrO₂}, worin x, y, z und m in Tabelle 2 angegeben sind, und als Sekundärkomponenten eine Mn-Verbindung und eine Ta-Verbindung enthielten, deren Zusammensetzungsverhältnisse in Tabelle 2 jeweils in Größen von MnO und in Größen von Ta₂O₂ angegeben sind.
Tabelle 2
Danach wurden gesinterte Scheiben in derselben Weise wie in Beispiel 1 bereitet. Die so erhaltenen gesinterten Scheiben wurden in eine geeignete Größe geschnitten und jede Probe einem Wärmeschocktest bei Temperaturen zwischen –55°C bis 85°C in 100 Zyklen und dann einer mikroskopischen Untersuchung unterworfen, um festzustellen, ob Mikrobrüche auftraten oder nicht. Dann wurden die relative Dielektrizitätskonstante (ε_r), der Q-Wert und der Temperaturkoeffizient der Resonanzfrequenz (τf) dieser Proben in derselben Weise wie in Beispiel 1 ermittelt. Die Resultate sind in Tabelle 2 gezeigt. Die in den Tabellen 2 und 3 mit dem Symbol * markierten Proben stimmen mit der Erfindung überein.
Wenn m über 0 und gleich oder weniger als 0,015 eingestellt wird, d.h. wenn 1,5 Molprozente oder weniger des Ti-Elements durch das Element Zr ersetzt werden, wie bei den in der Tabelle 2 angegebenen Proben 34 und 35, ergab sich eine dielektrische Keramikzusammensetzung für hohe Frequenzen mit einer zufriedenstellenden Widerstandsfähigkeit gegen Wärmeschocks, und die hohe relative Dielektrizitätskonstante (ε_r) und ein hoher Q-Wert blieben erhalten.
Die wie oben bereiteten gesinterten Scheiben der Proben 33 bis 36 wurden mit einem Röntgenstrahlbeugungsverfahren einer quantitativen Kristallanalyse unterworfen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 gezeigt.
Tabelle 3
Tabelle 3 zeigt, dass der Volumenprozentsatz einer BaTi₄O₉-Phase in dem gesinterten Körper auf gleich oder kleiner als 20% durch Ersetzen einer bestimmten Menge des Ti-Elements durch das Zr-Element verringert werden kann. Es ist anzunehmen, dass Ba₂Ti₉O₂₀- und BaSm₂Ti₄O₁₂-Phasen mit einem äquivalenten mittleren Wärmedehnungskoeffizienten als Kristallphasen in der Keramik vorherrschen und dadurch die Widerstandsfähigkeit gegen Wärmeschocks der dielektrischen Keramikzusammensetzung verbessern. In diesem Zusammenhang haben die Ba₂Ti₉O₂₀- und BaSm₂Ti₄O₁₂-Phasen einen mittleren Wärmedehnungskoeffizienten von 10 ppm/°C und die BaTi₄O₉-Phase einen mittleren Wärmedehnungskoeffizienten von 8 ppm/°C.
Beispiel 3 – nützlich zum Verständnis der Erfindung
Zu Beginn wurden Keramikzusammensetzungen bereitet. Die Anfangsmaterialien Bariumcarbonat (BaCO₃), Samariumoxid (Sm₂O₃), Präsodymoxid (Pr₆O₁₁), Ceroxid (CeO₂), Lanthanoxid (La₂O₃), Zirkonoxid (ZrO₂), Titanoxid (TiO₂), Mangancarbonat (MnCO₃), Tantaloxid (Ta₂O₅) und Nioboxid (Nb₂O₅) wurden gewogen und miteinander vermischt, wodurch man Zusammensetzungen bekam, die jeweils 100 Gewichtsteile einer Hauptkomponente enthielten, dargestellt durch die Formel: xBaO-y{(1 – n)Sm₂O₃-nRe₂O₃}-z{(1 – m)TiO₂-mZrO₂}, worin Re wenigstens ein aus Pr, Ce und La, wie sie in Tabelle 4 angegeben sind, gewählter Bestandteil ist; und x, y, z, n und m so sind, wie in Tabelle 4 angegeben, und die als Sekundärbestandteile eine Mn-Verbindung, eine Ta-Verbindung und eine Nb-Verbindung in den in Tabelle 4 angegebenen Zusammensetzungsverhältnissen enthielten, die jeweils in Größen von MnO, Ta₂O₅ und Nb₂O₅ angegeben sind.
Tabelle 4
Danach wurden in derselben Weise wie in Beispiel 1 gesinterte Scheiben bereitet. Dann wurden in derselben Weise wie in Beispiel 1 die relative Dielektrizitätskonstante (ε_r), der Q-Wert und der Temperaturkoeffizient der Resonanzfrequenz (τf) dieser Proben ermittelt, und die Ergebnisse sind in Tabelle 4 gezeigt.
Wenn n über 0 und gleich oder kleiner als 0,5 betrug, d.h., dass 50 Molprozent oder weniger des Sm-Elements durch wenigstens ein Element gewählt aus La, Ce und Pr ersetzt sind, wie bei den Proben 38 bis 41 in Tabelle 4, kann die sich ergebende dielektrische Keramikzusammensetzung für hohe Frequenzen den Temperaturkoeffizienten der Resonanzfrequenz (τf) nahe 0 (ppm/°C) kontrollieren und hat eine hohe relative Dielektrizitätskonstante (ε_r) und einen hohen Q-Wert.
Wie ein Vergleich zwischen den Proben 40 und 43 bis 45 in Tabelle 4 zeigt, kann ein höherer Q-Wert durch Zugabe von 0,5 Gewichtsteilen oder weniger einer Nb-Verbindung in Größen von Nb₂O₅ relative zu 100 Gewichtsteilen der Hauptkomponente erreicht werden.
Die dielektrische Keramikzusammensetzung für hohe Frequenzen kann außerdem Zusätze, wie z.B. Sb₂O₅, CuO, ZnO, Al₂O₃, Fe₂O₃, Bi₂O₃, PbO, SiO₂ und B₂O₃ enthalten. Diese zusätzlichen Komponenten können in einer Menge von annähernd 5 Gewichtsprozente oder weniger zugegeben werden, und die Menge hängt von der Art der Zusatzkomponente ab. Z.B. verringert der Zusatz von SiO₂ in einer Menge von 0,5 Gewichtsteilen oder weniger bezogen auf 100 Gewichtsteile der Hauptkomponente im Vergleich mit dem Fall, wo kein SiO₂ zugegeben wird, die Sintertemperatur, und die Abhängigkeit der elektrischen Eigenschaften der resultierenden Keramikzusammensetzung, insbesondere des Temperaturkoeffizienten der Resonanzfrequenz (τf) von der Sintertemperatur ist geringer, und deshalb kann diese Keramikzusammensetzung leichter hergestellt werden.
Wie oben, insbesondere bezogen auf Beispiel 2 beschrieben, erzielt diese Erfindung eine dielektrische Keramikzusammensetzung für hohe Frequenzen mit hoher relativer Dielektrizitätskonstante und hohem Q-Wert im Mikrowellenbereich ohne Beeinträchtigung des Q-Werts, auch wenn die relative Dielektrizitätskonstante (ε_r) 40 übersteigt und annähernd 55 wird, kann den Temperaturkoeffizient der Resonanzfrequenz (τf) nahe 0 (ppm/°C) kontrollieren und hat eine befriedigende Widerstandsfähigkeit gegen Wärmeschocks.
Demgemäß haben der dielektrische Resonator, das dielektrische Filter, der dielektrische Duplexer und das Kommunikationssystem jeweils zufriedenstellende Eigenschaften, wenn sie mit der die erfindungsgemäße Keramikzusammensetzung enthaltenden dielektrischen Keramik aufgebaut sind.
Weitere Ausführungsbeispiele und deren Varianten sind den auf diesem Gebiet erfahrenen Personen nahe gelegt, und diese Erfindung ist nicht auf die oben angeführten speziellen Sachverhalte beschränkt.
Tabelle 1
Tabelle 2
Tabelle 3
Tabelle 4

Claims

Dielektrische Keramikzusammensetzung für hohe Frequenzen, die aufweist: – 100 Gewichtsteile eines Hauptbestandteils, der Ba, Ti und Sm als Metallelemente enthält und durch folgende Formel angegeben ist: xBaO-ySm₂O₃-z{(1 – m)TiO₂-mZrO₂} worin x, y und z Molprozente und m ein Molverhältnis angeben und x, y, z und m folgende Bedingungen erfüllen: 17,0 ≤ x ≤ 19,0; 1,0 ≤ y ≤ 6,0; 77,0 ≤ z ≤ 81,0; 0 < m ≤ 0,015; und x + y + z = 100, und – als sekundäre Bestandteile mehr als 0 und gleich oder weniger als 0,3 Gewichtsteile einer Mn-Verbindung in Größen von MnO und mehr als 0 und gleich oder weniger als 1,0 Gewichtsteile einer Ta-Verbindung in Größen von Ta₂O₅.
Dielektrische Keramikzusammensetzung für hohe Frequenzen nach Anspruch 1, die als sekundären Bestandteil außerdem 0,5 Gewichtsteile oder weniger einer Nb-Verbindung in Größen von Nb₂O₅ bezogen auf 100 Gewichtsteile des Hauptbestandteils enthält.
Dielektrischer Resonator, der durch elektromagnetische Kopplung einer dielektrischen Keramik mit einem Eingang-Ausgangsanschluss aktiviert wird, wobei die dielektrische Keramik die dielektrische Keramikzusammensetzung für hohe Frequenzen nach einem der Ansprüche 1 oder 2 aufweist.
Dielektrischer Resonator nach Anspruch 3, bei dem auf einer Oberfläche der dielektrischen Keramik ein Leiter aus plattiertem Kupfer gebildet ist.
Dielektrisches Filter, das den dielektrischen Resonator nach einem der Ansprüche 3 oder 4 und ein äußeres Kopplungsmittel aufweist.
Dielektrischer Duplexer, der aufweist: wenigstens zwei dielektrische Filter; Eingangs/Ausgangsverbindungsmittel, die jeweils mit dem einen und dem anderen der dielektrischen Filter verbunden sind; und ein Antennenverbindungsmittel, das gemeinsam mit den dielektrischen Filtern verbunden ist, wobei wenigstens eines der dielektrischen Filter das dielektrische Filter von Anspruch 5 ist.
Kommunikationssystem, das aufweist: den dielektrischen Duplexer von Anspruch 6; eine Sendeschaltung, die mit wenigstens einem Eingangs/Ausgangsverbindungsmittel des dielektrischen Duplexers verbunden ist; eine Empfangsschaltung, die mit wenigstens einem Eingangs/Ausgangsverbindungsmittel verbunden ist, welches ein anderes Eingangs/Ausgangsverbindungsmittel ist, als das, mit dem die Sendeschaltung verbunden ist; und eine Antenne, die mit einem Antennenverbindungsmittel des dielektrischen Duplexers verbunden ist.