JP2003238244A - 高周波用誘電体磁器、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、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Info
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Abstract
が高く、共振周波数の温度係数τf を0ppm/℃付近
で任意に制御でき、さらに、めっき膜の密着強度を高め
ることができる、誘電体共振器に備える誘電体磁器とし
て用いるのに適した高周波用誘電体磁器を提供する。 【解決手段】 Mg、Ba、Re(Reは、La、C
e、Pr、Nd、Sm、Eu、DyおよびErの少なく
とも1種)、TiおよびOを含む酸化物磁器であって、
組成式をaMgO−bBaO−cRe2 On −(100
−a−b−c)TiO2 (ReがLa、Nd、Sm、E
u、DyおよびErの各場合は、n=3、ReがPrの
場合は、n=11/3、ReがCeの場合は、n=4)
で表わしたとき、a、bおよびcは、モル%で表わし
て、10.0≦a≦62.0、0<b≦14.0、およ
び0<c≦16.5の条件を満たす、高周波用誘電体磁
器。
Description
リ波等の高周波領域において利用される高周波用誘電体
磁器、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
装置に関するものである。
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。
いられる誘電体磁器としては、このような移動体通信端
末機器の小型化を実現するため、比誘電率εr が高く、
また、めっき膜の密着強度の高いものが主として用いら
れている。より具体的には、この用途に向けられる誘電
体磁器として、BaO−Nd2 O3 −TiO2 −PbO
系やBaO−Nd2 O3 −TiO2 −Bi2 O3 系のε
r が90のもの、あるいは、BaO−Nd2 O3 −Ti
O2 −PbO−Bi2 O3 系のεr が110のものなど
が主に用いられている。
伴い、利用周波数帯域が高周波側にシフトし、波長が短
くなったため、共振器の軸長が短くなり過ぎ、無負荷Q
が低下するという新たな問題に遭遇し始めている。
し、共振周波数の温度係数τf が0ppm/℃にできる
だけ近く、さらに、めっき膜の密着強度の高い誘電体磁
器の実現が望まれている。また、τf を0ppm/℃付
近に保ちながら、εr を調節できる材料は、素子設計の
自由度を大幅に向上させることができるので、このよう
な誘電体磁器の実現も望まれている。
ような誘電体磁器が提案されている。
aO,MgO)−Re2 O3 −TiO2 系の材料(Re
はランタニド系希土類元素)であって、BaOの50モ
ル%以下をMgOで置換した誘電体磁器が提案されてい
る(第1の従来技術)。このように、BaOをMgOで
置換することにより、εr やQ値を大きく変えることな
く、τf 特性を向上させることができる。
は、BaO−TiO2 −Y2 O3 −Sm2 O3 −MnO
2 −MgOの組成を有する誘電体磁器が提案されている
(第2の従来技術)。この誘電体磁器によれば、εr が
39から44であって、良好な誘電特性を得ている。
は、ZrO−SnO2 −TiO2 系の組成を有する誘電
体磁器が提案されている(第3の従来技術)。この誘電
体磁器によれば、εr が30から40であって、良好な
誘電特性を得ている。
た第1ないし第3の従来技術には、それぞれ、以下のよ
うな解決されるべき課題がある。
Oが少なく、Re2 O3 が多いため、Q値が十分に高く
なく、τf も実用上問題となる特性である。
m/℃付近であるという特性を実現しているが、組成中
のMgOが少なく(1モル%以下)、εr が40前後と
いうように実質的に固定されてしまう。
好であるが、めっき膜の密着強度が低いという問題があ
る。
な種々の問題を解決し得る高周波用誘電体磁器を提供し
ようとすることである。
周波用誘電体磁器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。
誘電体磁器は、上述した技術的課題を解決するため、元
素としてMg、Ba、Re(ただし、Reは、La、C
e、Pr、Nd、Sm、Eu、DyおよびErから選ば
れた少なくとも1種)、TiおよびOを含む酸化物磁器
であって、組成式をaMgO−bBaO−cRe2 On
−(100−a−b−c)TiO2 (ただし、ReがL
a、Nd、Sm、Eu、DyおよびErの各場合は、n
=3であり、ReがPrの場合は、n=11/3であ
り、ReがCeの場合は、n=4である。)で表わした
とき、a、bおよびcは、モル%で表わして、10.0
≦a≦62.0、0<b≦14.0、および0<c≦1
6.5の条件を満たすことを特徴としている。
%で表わしたとき、14.3≦a≦57.0、0.7<
b≦9.0、および0.7<c≦10.0の条件を満た
すようにされる。
子に電磁界結合して作動する、誘電体共振器にも向けら
れる。この発明に係る誘電体共振器において、誘電体磁
器が、上述したこの発明に係る高周波用誘電体磁器から
なることを特徴としている。
は、銅めっき導体が形成される。
と、この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、誘電体フィルタにも向けられる。
体フィルタと、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、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にも
向けられる。この発明に係る誘電体デュプレクサにおい
て、誘電体フィルタの少なくとも1つが上述したこの発
明に係る誘電体フィルタであることを特徴としている。
レクサと、この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、この送信用
回路に接続される上述の入出力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、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、通信機装置にも向けられる。
電体磁器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。
器を用いて構成される誘電体共振器の一例を示す斜視図
であり、図2は、図1に示した誘電体共振器1の中央縦
断正面図である。
状の誘電体磁器3を備えている。誘電体磁器3の貫通孔
2の内面上には、内導体4が形成され、他方、誘電体磁
器3の外面上には、外導体5が形成されている。
合手段を電磁界結合させることにより、誘電体共振器1
は共振器として作動する。
磁器3が、この発明に係る高周波用誘電体磁器から構成
される。
き膜によって形成される。これによって、生産性を高
め、かつ生産コストの低減を図ることができる。
きによって形成される。後述する実験例から明らかにな
るように、この発明に係る高周波用誘電体磁器は、この
ような銅めっき膜に対して、高い密着強度を与えること
ができる。より具体的には、めっき膜の密着強度を、J
IS H 8504の「めっきの密着性試験方法」に基
づいて求めた場合、この発明に係る高周波用誘電体磁器
は、銅めっき膜に対して、実用上十分な70N/2mm
□以上の密着強度を与えることができる。
柱状の誘電体磁器3を備え、TEMモードの誘電体共振
器の一例であったが、他の形状や、他のTEMモードや
TMモード、TEモードなどの誘電体共振器において
も、そこに備える誘電体磁器として、この発明に係る高
周波用誘電体磁器を同様に用いることができる。
器を用いて構成される誘電体フィルタの一例を示す斜視
図である。
孔12を有する誘電体磁器13を備えている。誘電体磁
器13の貫通孔12の内面上には、銅めっき膜からなる
内導体14が形成され、誘電体磁器13の外面上には、
同じく銅めっき膜からなる外導体15が形成されてい
る。
および外導体15をもって、誘電体共振器が構成され、
この誘電体共振器には、外部結合手段16が形成され、
それによって、誘電体フィルタ11が構成される。
誘電体磁器13が、この発明に係る高周波用誘電体磁器
から構成される。
は、ブロックタイプのものであったが、ディスクリート
タイプの誘電体フィルタにおいても、この発明に係る高
周波用誘電体磁器を同様に用いることができる。
器を用いて構成される誘電体デュプレクサの一例を示す
斜視図である。
貫通孔22を有する誘電体磁器23を備えている。誘電
体磁器23における貫通孔22の内面上には、銅めっき
膜からなる内導体24が形成され、他方、誘電体磁器2
3の外面上には、同じく銅めっき膜からなる外導体25
が形成されている。
および外導体25によって、誘電体共振器を備えた2つ
の誘電体フィルタが構成される。そして、誘電体デュプ
レクサ21は、一方の誘電体フィルタに接続される入力
接続手段26と、他方の誘電体フィルタに接続される出
力接続手段27と、これら誘電体フィルタに共通に接続
されるアンテナ接続手段28とをさらに備えている。
て、誘電体磁器23は、この発明に係る高周波用誘電体
磁器から構成される。
1は、ブロックタイプのものであったが、ディスクリー
トタイプの誘電体デュプレクサにおいても、この発明に
係る高周波用誘電体磁器を用いることができる。ディス
クリートタイプの誘電体デュプレクサの場合には、そこ
に構成される複数の誘電体フィルタのすべてにおいて、
この発明に係る高周波用誘電体磁器を用いる必要はな
い。すなわち、少なくとも1つの誘電体フィルタにおい
て、この発明に係る高周波用誘電体磁器を用いればよ
い。
体デュプレクサ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。
ュプレクサ32、送信用回路33、受信用回路34およ
びアンテナ35を含む。
2の入力接続手段36に接続され、受信用回路34は、
誘電体デュプレクサ32の出力接続手段37に接続され
る。また、アンテナ35は、誘電体デュプレクサ32の
アンテナ接続手段38に接続される。
フィルタ39および40を含む。誘電体フィルタ39お
よび40は、誘電体共振器に外部結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1に示した誘電体共振器1にそれぞれ外部結合手段4
1を接続して、誘電体フィルタ39および40の各々が
構成される。そして、一方の誘電体フィルタ39は、入
力接続手段36と他方の誘電体フィルタ40との間に接
続され、他方の誘電体フィルタ40は、一方の誘電体フ
ィルタ39と出力接続手段37との間に接続される。
示した誘電体磁器13および図4に示した誘電体磁器2
3などにおいて、それらを構成するために有利に用いら
れる、この発明に係る高周波用誘電体磁器について説明
する。
素としてMg、Ba、Re(ただし、Reは、La、C
e、Pr、Nd、Sm、Eu、DyおよびErから選ば
れた少なくとも1種)、TiおよびOを含む酸化物磁器
であって、組成式をaMgO−bBaO−cRe2 On
−(100−a−b−c)TiO2 (ただし、ReがL
a、Nd、Sm、Eu、DyおよびErの各場合は、n
=3であり、ReがPrの場合は、n=11/3であ
り、ReがCeの場合は、n=4である。)で表わした
とき、a、bおよびcは、モル%で表わして、10.0
≦a≦62.0、0<b≦14.0、および0<c≦1
6.5の条件を満たすことを特徴としている。
0.0≦a≦62.0としたのは、aが62.0モル%
を超えると、τf が負側に大きくなり過ぎ、他方、aが
10.0モル%未満では、Q値が低下するためである。
4.0としたのは、bが14.0モル%を超えると、Q
値が低下し、他方、bが0モル%では、τf が負側に大
きくなり過ぎるためである。
16.5としたのは、cが16.5モル%を超えると、
Q値が大幅に低下し、実用上問題となり、他方、cが0
モル%では、τf が負側に大きくなり過ぎるためであ
る。
土類元素としてのReを、La、Ce、Pr、Nd、S
m、Eu、DyおよびErに限定したのは、これらのラ
ンタニド系希土類元素のいずれかを適当な組成比で含有
させることにより、εr を17から75の範囲としなが
ら、τf を0ppm/℃付近で任意に制御できるからで
ある。
体磁器によれば、εr を17から75の範囲としなが
ら、高いQ値を得ることができ、かつτf を小さくする
ことができ、さらに、密着強度の高いめっき膜を形成す
ることができる。
a、bおよびc(モル%)は、14.3≦a≦57.
0、0.7<b≦9.0、および0.7<c≦10.0
といった、より限定的な条件を満たすようにされる。
より限定すれば、Q値をより高めることができるととも
に、τf をより小さくすることができる。
定の組成を有する仮焼物を焼成して得られた焼結体であ
るが、この仮焼物を得るにあたっては、高周波用誘電体
磁器のための出発原料をすべて一括して混合した状態で
仮焼を行なっても、あるいは、高周波用誘電体磁器のた
めの出発原料の一部のみ、たとえば、MgOとTiO 2
の少なくとも一部とを調合しかつ混合した状態で仮焼
し、第1の仮焼物を得、他方、残りの出発原料を調合し
かつ混合した状態で仮焼し、第2の仮焼物を得、これら
第1および第2の仮焼物を粉砕・混合したものを仮焼物
としてもよい。いずれの場合でも、同様の良好な特性を
得ることができる。
した組成物を主成分としながら、これに、Ca、Sr、
Ta、Nb、Zr、Mn、Fe、Si、Cu、Zn、A
l、Bi、Y、Pb、Bの各成分が添加されてもよい。
これらは、その添加成分の種類にもよるが、CaO、S
rO、Ta2 O5 、Nb2 O5 、ZrO2 、MnO、F
e2 O3 、SiO2 、CuO、ZnO、Al2 O3 、B
i2 O3 、Y2 O3 、PbO、B2 O3 の各々に換算し
て、ほぼ5重量%以下の割合で添加することができる。
たとえば、SiO2 を0.5重量部以下添加すると、無
添加の場合よりも焼結温度を低下させることができるた
め、誘電体磁器の製造が容易になる。
は、酸化物の他に、水酸化物、炭酸塩、蓚酸塩、アルコ
キシド等を用いても、同様の特性を得ることができる。
によって得られる効果を確認するために実施した実験例
について説明する。
て、MgO、BaCO3 、La2 O3 、CeO2 、Pr
6 O11、Nd2 O3 、Sm2 O3 、Eu2 O3 、Gd2
O3 、Dy2 O3 、Er2 O3 およびTiO2 の各粉末
を準備した。
する各試料に係る誘電体磁器が得られるように、上述の
出発原料粉末を調合し、混合した後、大気中において、
1000〜1200℃の温度で1時間以上仮焼した。次
いで、各仮焼物を粉砕し混合し、これに有機バインダを
加えた。
の欄にあるMgO、BaO、Re2On およびTiO2
の組成比率はモル%で示し、「Re」の欄には、用いた
Reの元素が示されるとともに、2種類以上のReを用
いた試料については、その混合割合がモル比で示されて
いる。
を、直径15mmおよび厚さ7.5mmの円柱状に成形
加工した後、大気中において、1200〜1400℃の
温度で焼成し、円柱状の焼結体を得た。
状の焼結体を適当な大きさに切り出し、各試料につい
て、25℃の温度かつ測定周波数3〜7GHz付近にお
ける比誘電率εr およびQをそれぞれ求めるとともに、
25〜55℃の温度における共振周波数の温度係数τf
を求めた。これらの結果が、表1ないし表3に示されて
いる。
付したものは、この発明の範囲外の試料であり、試料番
号に△を付したものは、この発明の範囲内にあるが、よ
り好ましい範囲から外れた試料である。
a>62.0モル%では、試料39のように、τf が負
側に大きくなり過ぎている。他方、a<10.0モル%
では、試料43のように、Q値が低下している。
のように、Q値が低下している。他方、b=0モル%で
は、試料41のように、τf が負側に大きくなり過ぎて
いる。
2のように、Q値が、実用上問題となるほど大幅に低下
している。他方、c=0モル%では、試料40のよう
に、τ f が負側に大きくなり過ぎている。
試料1〜38によれば、aMgO−bBaO−cRe2
On −(100−a−b−c)TiO2 の組成におい
て、a、bおよびcの各々のモル%で表わした範囲が、
10.0≦a≦62.0、0<b≦14.0、および0
<c≦16.5の条件を満たしているので、εr が17
から75の範囲にあり、6000以上の比較的高いQ値
を与え、かつτf が±30ppm/℃以内であり、実用
上優れた誘電体磁器を実現することができる。
e2 On におけるReの選択およびRe2 On の組成比
の選択により、τf を、0ppm/℃付近で任意に制御
できることがわかる。
に関して、より限定的に、14.3≦a≦57.0、
0.7≦b≦9.0、および0.7≦c≦10.0の条
件を満たす試料5〜25および27〜31によれば、ε
r が19から52の範囲で、9000以上といったより
高いQ値を与え、かつ±15ppm/℃以内のτf を与
えることができ、実用上さらに優れた誘電体磁器を得る
ことができる。
この発明の範囲内にある試料1〜38の各々に係る仮焼
物に、有機バインダを加えて、短辺長さ3mm、厚み3
mmおよび長辺長さ6mmの寸法の角筒状となるように
成形加工した後、大気中において、1200〜1400
℃の温度で焼成し、角筒状の焼結体を得た。
状の焼結体を、フッ酸および塩酸を含む、60℃の温度
のエッチング浴に、10〜20分間浸し、焼結体の表面
をエッチング処理し、その後、無電解銅めっきにより、
厚さ2〜5μmのめっき膜を形成した。
数となるようにチューニングを行ない、無負荷Qを求め
た。また、めっき膜の密着強度を求めるため、L字状に
屈曲されたワイヤの屈曲部を介して一方側を、めっき膜
に2mm□の面積で半田付けした後、ワイヤの屈曲部を
介して他方側を、めっき膜に対して垂直方向に引っ張
り、めっき膜が焼結体から引き剥がされた時点での力を
測定した。
〜38によれば、良好な無負荷Qを得ることができるば
かりでなく、70N/2mm□以上といった高い密着強
度を有するめっき膜を誘電体磁器表面に形成できること
を確認することができる。
誘電体磁器によれば、比誘電率εr を17から75の範
囲にしながら、比較的高いQ値を与えることができる。
また、共振周波数の温度係数τf を、0ppm/℃付近
で任意に制御することができる。
によれば、その表面上に形成される銅めっき膜等のめっ
き膜の密着強度を70N/2mm□以上に高めることが
できる。
されるべき内導体および外導体を、このような銅めっき
膜によって形成することができ、誘電体共振器の生産性
を高め、かつ生産コストの低減を図ることができる。
が高められると、誘電体磁器とめっき膜との界面の空隙
が減り、したがって、誘電体共振器、誘電体フィルタま
たは誘電体デュプレクサに適用された場合、エネルギー
ロスを少なくすることができ、それゆえ、無負荷Qを大
きくすることができる。
成される誘電体共振器1を示す斜視図である。
である。
成される誘電体フィルタ11を示す斜視図である。
成される誘電体デュプレクサ21を示す斜視図である。
る通信機装置31を示すブロック図である。
Claims (7)
- 【請求項1】 元素としてMg、Ba、Re(ただし、
Reは、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Dyお
よびErから選ばれた少なくとも1種)、TiおよびO
を含む酸化物磁器であって、組成式をaMgO−bBa
O−cRe2On −(100−a−b−c)TiO
2 (ただし、ReがLa、Nd、Sm、Eu、Dyおよ
びErの各場合は、n=3であり、ReがPrの場合
は、n=11/3であり、ReがCeの場合は、n=4
である。)で表わしたとき、a、bおよびcは、モル%
で表わして、10.0≦a≦62.0、0<b≦14.
0、および0<c≦16.5の条件を満たす、高周波用
誘電体磁器。 - 【請求項2】 a、bおよびcは、モル%で表わしたと
き、14.3≦a≦57.0、0.7<b≦9.0、お
よび0.7<c≦10.0の条件を満たす、請求項1に
記載の高周波用誘電体磁器。 - 【請求項3】 誘電体磁器が入出力端子に電磁界結合し
て作動する、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から
なる、誘電体共振器。 - 【請求項4】 前記誘電体磁器の表面に銅めっき導体が
形成されている、請求項3に記載の誘電体共振器。 - 【請求項5】 請求項3または4に記載の誘電体共振器
と、前記誘電体共振器の入出力端子に接続される外部結
合手段とを備える、誘電体フィルタ。 - 【請求項6】 少なくとも2つの誘電体フィルタと、前
記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5に記載の
誘電体フィルタである、誘電体デュプレクサ。 - 【請求項7】 請求項6に記載の誘電体デュプレクサ
と、前記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、通信機装置。
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