JP2005041727A

JP2005041727A - Dielectric ceramic composition for high frequency, dielectric resonator, dielectric filter, dielectric duplexer, and communication apparatus

Info

Publication number: JP2005041727A
Application number: JP2003201978A
Authority: JP
Inventors: Tatsuya Ishikawa; 石川　　達也; Mizuki Kono; 瑞希河野
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2003-07-25
Filing date: 2003-07-25
Publication date: 2005-02-17
Anticipated expiration: 2023-07-25
Also published as: JP4691876B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a dielectric ceramic composition for high frequency which has dielectric constant ε<SB>r</SB>of ≥40, a high Q value, a small primary temperature coefficient τ<SB>f</SB>of a resonance frequency and a small absolute value of secondary temperature coefficient (β). <P>SOLUTION: The dielectric ceramic composition has a composition expressed by a composition formula, xCaTi<SB>a</SB>O<SB>1+2a</SB>-yCaS<SB>nb</SB>O<SB>1+2b</SB>-zLaAl<SB>c</SB>O<SB>(3+3c)/2</SB>and (x), (y), (z), (a), (b) and (C) are respectively in a range of 0.47≤x≤0.665, 0.03≤y≤0.265, 0.25≤z≤0.35, x+y+z=1.000, 0.9≤a≤1.05, 0.98≤b≤1.1 and 0.9≤c≤1.1. In the composition formula, the absolute value of the secondary temperature coefficient (β) is made lower by controlling (y) to be in a range of 0.067≤y≤0.265 or replacing ≤80 atom% of La by Ho. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、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誘電体磁器組成物、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、要求される誘電特性としては、（１）誘電体中では電磁波の波長が１／（ε_ｒ）^１／２に短縮されるので、小型化の要求への対応として比誘電率ε_ｒが高いこと、（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τ_ｆが０ｐｐｍ／℃付近であること等が挙げられる。
【０００４】
ここで、共振周波数の１次温度係数τ_ｆ［ｐｐｍ／℃］は、２５℃における共振周波数ｆ_２５と、５５℃における共振周波数ｆ_５５の値とを用いて、共振周波数温度曲線を直線近似したときの傾き（１次微係数）を表わすものであり、τ_ｆ＝（ｆ_５５−ｆ_２５）／（ｆ_２５・（５５−２５））×１０^６の式によって求められる。
【０００５】
従来、上述したような要求を満たし得る高周波用誘電体磁器組成物として、例えばＲｅ_２Ｏ_３−Ａｌ_２Ｏ_３−ＭＯ−ＴｉＯ_２（Ｒｅは希土類元素、ＭはＣａまたはＳｒ）系のものが提案されている（例えば特許文献１および２参照）。この高周波用誘電体磁器組成物によれば、４５付近の比誘電率ε_ｒが得られ、またＱ値が高く、共振周波数の温度係数τ_ｆを０ｐｐｍ／℃付近とすることができるとされている。
【０００６】
【特許文献１】
特許第２６２５０７４号公報
【特許文献２】
特開２００３−３４５７３号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
近年の通信技術の進歩により、前述したように要求される誘電特性に関して、より優れたものが必要とされるようになっている。特に最近では、より高い温度安定性に対する要求が高まっている。例えば共振周波数の温度安定性に関して、前述した温度係数（１次温度係数）τ_ｆが０ｐｐｍ／℃付近であることだけでなく、２次温度係数βも重要なパラメータとして注目されるようになってきており、この２次温度係数βの絶対値が小さいことが要求されるようになってきている。
【０００８】
より詳細には、誘電体共振器を用いて発振器やフィルタなどのデバイスを設計する場合、通常デバイスとしての共振周波数の温度係数を０にするために、デバイスの構成素子である、例えばＦＥＴ（電界効果トランジスタ）、基板、金属筐体などの共振周波数の温度係数を、誘電体磁器自身の共振周波数の温度係数τ_ｆによって保証することが行われている。上記で温度係数τ_ｆが０ｐｐｍ／℃ではなく、０ｐｐｍ／℃付近で任意に調整できなくてはならない理由は、この補償を行わなければならないためである。
【０００９】
しかし、１次温度係数τ_ｆの調整だけでは、デバイス全体の温度係数を０にすることは厳密には不可能である。なぜなら、１次温度係数τ_ｆは誘電体共振器の温度特性を直線近似したものに過ぎず、正確な共振周波数の温度変化率を表していないからである。つまり、一般に誘電体共振器の温度特性は、曲線でしか表わせないものであるため、１次温度係数τ_ｆのみでは、この曲線の曲がり方の大きさによる温度変化率を考慮することができない。
【００１０】
従来のデバイスでは、温度変化率の曲線性について考慮しなくても、実質的な支障を来すことはなかった。しかしながら最近では、共振周波数に対して、更に高い温度安定性が求められるようになり、１次温度係数τ_ｆが０ｐｐｍ／℃付近で小さい値を持つことだけでなく、２次温度係数βの絶対値についても、これが小さい値であることが要求されるようになってきている。このようなことから、共振周波数の温度特性曲線をより正確に把握するため、これを２次曲線で近似することによって求められた２次温度係数β（曲線の曲がり方の大きさを示すパラメータ）を用いた評価が重要となってきている。
【００１１】
ここで、共振周波数の２次温度係数β［ｐｐｍ／℃^２］は、２５℃における共振周波数ｆ_２５と、温度がＴ℃に変化したときの共振周波数の変動幅Δｆとを用いて、共振周波数温度曲線をΔｆ／ｆ_２５＝α（Ｔ−２５）＋β（Ｔ−２５）^２の式によって２次曲線で近似した場合の２次微係数として表わされる。
【００１２】
なお、共振周波数の温度特性曲線については、その曲がり方が小さい、すなわち直線性が優れている方が好ましいので、２次温度係数βは０ｐｐｍ／℃^２であることが理想的である。
【００１３】
しかしながら、前述した特許文献１および２に記載された組成系を有する誘電体磁器にあっては、高いＱ値を保ちながら、０ｐｐｍ／℃付近で小さい１次温度係数τ_ｆを示すものが存在するものの、その一方で２次温度係数βの絶対値を小さく制御することができないことがわかった。
【００１４】
そこで、この発明の目的は、上述のような問題を解決し得る、すなわち高い比誘電率ε_ｒおよび高いＱ値を有すること、ならびに共振周波数の１次温度係数τ_ｆが０ｐｐｍ／℃付近で小さいことに加えて、共振周波数の２次温度係数βの絶対値が小さいことといった要求を同時に満たし得る、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。
【００１５】
また、この発明の他の目的は、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。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上述した技術的課題を解決するため、この発明の高周波用誘電体磁器組成物は、組成式：ｘＣａＴｉ_ａＯ_１＋２ａ−ｙＣａＳｎ_ｂＯ_１＋２ｂ−ｚＬａＡｌ_ｃＯ_{（３＋３ｃ）／２}で表わされる組成を有し、上記組成式におけるｘ、ｙ、ｚ、ａ、ｂ、およびｃ（ただしｘ、ｙ、ｚはモル比である）は、０．４７≦ｘ≦０．６６５、０．０３≦ｙ≦０．２６５、０．２５≦ｚ≦０．３５、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１．０００、０．９≦ａ≦１．０５、０．９８≦ｂ≦１．１、０．９≦ｃ≦１．１の範囲内にある。
【００１７】
また、前記ｙが、０．０６７≦ｙ≦０．２６５の範囲内にあることが好ましい。
【００１８】
さらに、前記組成式中のＬａの８０原子％以下がＨｏで置換されていることが好ましい。
【００１９】
また、この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、前記誘電体磁器は上述したこの発明の高周波用誘電体磁器組成物からなる。
【００２０】
また、この発明の誘電体フィルタは、上述した誘電体共振器と、この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。
【００２１】
また、この発明の誘電体デュプレクサは、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つが上述したこの発明に係る誘電体フィルタである。
【００２２】
さらに、この発明の通信機装置は、上述の誘電体デュプレクサと、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つの入手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。
【００２３】
【発明の実施の形態】
まず、この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。
【００２４】
図１は、この発明の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。
【００２５】
図１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磁器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する。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する。それぞれの端子は、外導体と金属ケース２とが電気的に接合された状態で、金属ケース２によって保持されている。
【００２６】
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。
【００２７】
このような誘電体共振器１に備える誘電体磁器４が、この発明の高周波用誘電体磁器組成物から構成される。
【００２８】
なお、図１に示した誘電体共振器１は、基地局等で用いられるＴＥ０１δモード共振器であるが、この発明の高周波用誘電体磁器組成物は、他のＴＥモード、ＴＭモード、およびＴＥＭモードなど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。
【００２９】
図２は、上述した誘電体共振器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。
【００３０】
図２に示した通信機装置１０は、誘電体デュプレクサ１２、送信回路１４、受信回路１６およびアンテナ１８を含む。
【００３１】
送信回路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。
【００３２】
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。
【００３３】
この誘電体デュプレクサ１２は、２つの誘電体フィルタ２６、２８を含む。誘電体フィルタ２６、２８は、この発明の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、例えば図１に示した誘電体共振器１の入出力端子にそれぞれ外部結合手段３０を接続して、誘電体フィルタ２６および２８のそれぞれが構成される。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。
【００３４】
次に、図１に示した誘電体共振器１に備える誘電体磁器４のように、高周波領域において有利に用いられる、この発明の高周波用誘電体磁器組成物について説明する。
【００３５】
この発明の高周波用誘電体磁器組成物は、組成式：ｘＣａＴｉ_ａＯ_１＋２ａ−ｙＣａＳｎ_ｂＯ_１＋２ｂ−ｚＬａＡｌ_ｃＯ_{（３＋３ｃ）／２}で表わされる組成を有している。ここで上記組成式におけるｘ、ｙ、ｚ、ａ、ｂ、およびｃ（ただしｘ、ｙ、ｚはモル比である）は、
０．４７≦ｘ≦０．６６５、
０．０３≦ｙ≦０．２６５、
０．２５≦ｚ≦０．３５、
ｘ＋ｙ＋ｚ＝１．０００、
０．９≦ａ≦１．０５、
０．９８≦ｂ≦１．１、
０．９≦ｃ≦１．１
の範囲内にあるように選ばれる。
【００３６】
そして、この発明の高周波用誘電体磁器組成物は、共振周波数の２次温度係数βの絶対値を更に小さくするため、前記ｙが、０．０６７≦ｙ≦０．２６５の範囲内にあるように選ばれる。
【００３７】
さらに、この発明の高周波用誘電体磁器組成物は、共振周波数の２次温度係数βの絶対値を更に小さくするため、前記組成式中のＬａの８０原子％以下がＨｏで置換されている。
【００３８】
この発明において、上述のような特定的な組成を選んだ根拠となる実験例について、以下に説明する。
【００３９】
【実験例１】
出発原料として、高純度の酸化ランタン（Ｌａ_２Ｏ_３）、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ_３）、酸化チタン（ＴｉＯ_２）、および酸化スズ（ＳｎＯ_２）の各粉末を準備した。
【００４０】
次に、表１に示すｘ、ｙ、ｚ、ａ、ｂ、およびｃにそれぞれ選ばれた、組成式：ｘＣａＴｉ_ａＯ_１＋２ａ−ｙＣａＳｎ_ｂＯ_１＋２ｂ−ｚＬａＡｌ_ｃＯ_{（３＋３ｃ）／２}で表わされる組成が得られるように、上述の各出発原料粉末を調合した。
【００４１】
次に、上記調合粉末を、ボールミルを用いて１６時間湿式混合し、均一に分散された混合粉末を得た後、脱水および乾燥処理を施した。
【００４２】
次に、上記混合粉末を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、焼成用粉末を得た。
【００４３】
そして、この焼成用粉末を、０．９８×１０^２〜１．９６×１０^２ＭＰａの圧力で円板状にプレス成形した後、１４００〜１６５０℃の温度で４時間、大気中において焼成し、直径１０ｍｍ、厚さ５ｍｍの円板状の焼結体を得た。
【００４４】
得られた各試料に係る焼結体について、測定周波数を６〜８ＧＨｚとして、比誘電率（ε_ｒ）を測定すると共に、Ｑ値を両端短絡型誘電体共振器法にて測定し、Ｑ×Ｆ（周波数）＝一定の式に基づき、Ｑ値（１ＧＨｚ）に換算した。またＴＥ０１δモードの共振周波数から、共振周波数の１次温度係数τ_ｆ（測定点：２５℃および５５℃）および２次温度係数β（測定範囲：−３０〜８０℃、測定間隔：１０℃）をそれぞれ測定した。
【００４５】
以上のε_ｒ、Ｑ値（１ＧＨｚ）、τ_ｆ、およびβが表１、および表２に示されている。
【００４６】
【表１】

【００４７】
【表２】

【００４８】
表１、および表２において、試料番号に＊を付したものは、この発明の範囲外の試料である。
【００４９】
表１、および表２に示すように、この発明の範囲内にある試料１０、１１、１６〜１８、２１〜２３、２７〜２９、３３〜３５、４５、４６、４９、５０、５３、および５４に係る誘電体磁器組成物によれば、ε_ｒを４０以上と大きく、Ｑ値（１ＧＨｚ）を４００００以上と大きく、τ_ｆの絶対値を１５ｐｐｍ／℃以内と小さく、かつβの絶対値を０．０３０ｐｐｍ／℃^２以内と小さくすることができ、優れたマイクロ波誘電特性を得ることができる。
【００５０】
特に、前記ｙが０．０６７≦ｙ≦０．２６５の範囲内にある試料１０、１１、１６〜１８、２２、２３、２８、２９、３５、４５、４６、４９、５０、５３、および５４に係る誘電体磁器組成物によれば、βの絶対値が０．０１５ｐｐｍ／℃^２以内と更に小さくすることができ、更に高い共振周波数の温度安定性を得ることができる。
【００５１】
これらに対して、この発明の範囲外にある試料について考察する。
【００５２】
まず、ｘ＜０．４７の場合は、試料２４、３０、３６、および３７に示すように、ε_ｒが４０未満となり、またτ_ｆの絶対値が１５ｐｐｍ／℃を超える。他方、ｘ＞０．６６５の場合は、試料８、９、および１５に示すように、τ_ｆの絶対値が１５ｐｐｍ／℃を超える。
【００５３】
次に、ｙ＜０．０３の場合は、試料２６、および３２に示すように、βの絶対値が３０ｐｐｍ／℃^２を超える。他方、ｙ＞０．２６５の場合は、試料１２に示すように、ε_ｒが４０未満となる。
【００５４】
次に、ｚ＜０．２５の場合は、試料４に示すように、Ｑ値（１ＧＨｚ）が４００００未満となり、またτ_ｆの絶対値が１５ｐｐｍ／℃を超える。他方、ｚ＞０．３５の場合は、試料４０、および４１に示すように、ε_ｒが４０未満となる。
【００５５】
次に、ａ＜０．９の場合は、試料４４に示すように、Ｑ値（１ＧＨｚ）が４００００未満となる。他方ａ＞１．０５の場合は、試料４７に示すように、Ｑ値（１ＧＨｚ）が４００００未満となる。
【００５６】
次に、ｂ＜０．９８の場合は、試料４８に示すように、Ｑ値（１ＧＨｚ）が４００００未満となる。他方ｂ＞１．１の場合は、試料５１に示すように、Ｑ値（１ＧＨｚ）が４００００未満となる。
【００５７】
次に、ｃ＜０．９の場合は、試料５２に示すように、Ｑ値（１ＧＨｚ）が４００００未満となる。他方ｃ＞１．１の場合は、試料５５に示すように、Ｑ値（１ＧＨｚ）が４００００未満となる。
【００５８】
【実験例２】
実験例２は、Ｌａの一部をＨｏで置換することにより及ぼされる影響について調査するために実施したものである。
【００５９】
出発原料として、高純度の酸化ランタン（Ｌａ_２Ｏ_３）、酸化ホルミウム（Ｈｏ_２Ｏ_３）、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ_３）、酸化チタン（ＴｉＯ_２）、および酸化スズ（ＳｎＯ_２）の各粉末を準備した。
【００６０】
次に、表３に示すｘ、ｙ、ｚ、ａ、ｂ、ｃ、およびＨｏ置換量で表わされる組成が得られるように、上述の各出発原料粉末を調合した。
【００６１】
その後、実験例１の場合と同様の方法によって、試料となる円板状の焼結体を得、得られた各試料に係る焼結体について、ε_ｒ、Ｑ値（１ＧＨｚ）、τ_ｆ、およびβをそれぞれ求めた。
【００６２】
【表３】

【００６３】
表３において、試料番号に＊を付したものは、この発明の範囲外の試料である。
【００６４】
表３に示すように、この発明の範囲内にある試料５６〜５８、６０〜６２、および６４〜６６に係る誘電体磁器組成物によれば、ε_ｒを４０以上と大きく、Ｑ値（１ＧＨｚ）を４００００以上と大きく、τ_ｆの絶対値を１５ｐｐｍ／℃以内と小さく、βの絶対値を０．０３０ｐｐｍ／℃^２以内と小さく、かつβの絶対値をＨｏ置換量で制御することができ、優れたマイクロ波誘電特性を得ることができる。
【００６５】
これらに対して、この発明の範囲外にある試料について考察する。
【００６６】
Ｈｏ置換量が８０原子％を超える場合、試料５９、６３、および６７に示すように、βの絶対値が３０ｐｐｍ／℃^２を超える。
【００６７】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、組成式：ｘＣａＴｉ_ａＯ_１＋２ａ−ｙＣａＳｎ_ｂＯ_１＋２ｂ−ｚＬａＡｌ_ｃＯ_{（３＋３ｃ）／２}で表わされる組成を有し、上記組成式におけるｘ、ｙ、ｚ、ａ、ｂ、およびｃ（ただしｘ、ｙ、ｚはモル比である）が、０．４７≦ｘ≦０．６６５、０．０３≦ｙ≦０．２６５、０．２５≦ｚ≦０．３５、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１．０００、０．９０≦ａ≦１．０５、０．９８≦ｂ≦１．１、および０．９≦ｃ≦１．１の範囲内にあるようにしているので、比誘電率ε_ｒが４０以上であって、高いＱ値を示し、また、共振周波数の１次温度係数τ_ｆが小さいばかりでなく、２次温度係数βの絶対値も小さい、優れた温度安定性を示す、高周波用誘電体磁器組成物を得ることができる。
【００６８】
そして、この発明の高周波用誘電体磁器組成物において、前記ｙを０．０６７≦ｙ≦０．２６５の範囲内にあるようにすることにより、共振周波数の２次温度係数βの絶対値を更に小さくすることができる。
【００６９】
さらに、この発明の高周波用誘電体磁器組成物において、前記組成式中のＬａの８０原子％以下をＨｏで置換することにより、共振周波数の２次温度係数βの絶対値を更に小さくすることができる。
【００７０】
したがって、例えば基地局、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有利に構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の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２】図１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
３支持台
４誘電体磁器
５、６結合ループ
７、８同軸ケーブル
１０通信機装置
１２誘電体デュプレクサ
１４送信回路
１６受信回路
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外部結合手段[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a high-frequency dielectric ceramic composition used in a high-frequency region such as a microwave and a millimeter wave, and a dielectric resonator, a dielectric filter, a dielectric duplexer, and a communication device configured using the same About.
[0002]
[Prior art]
In high frequency regions such as microwaves and millimeter waves, dielectric ceramics are widely used as materials constituting dielectric resonators and circuit boards.
[0003]
When such a high-frequency dielectric ceramic is particularly intended for applications such as dielectric resonators and dielectric filters, the required dielectric characteristics are as follows: (1) the wavelength of electromagnetic waves in the dielectric is 1 / (ε _r ) Since it is shortened to ^½ , the dielectric constant ε _r is high as a response to the demand for miniaturization, (2) the dielectric loss is small, that is, the Q value is high, and (3) the temperature of the resonance frequency. The stability is excellent, that is, the temperature coefficient τ _{f of the} resonance frequency is around 0 ppm / ° C.
[0004]
Here, the first-order temperature coefficient τ _f [ppm / ° C.] of the resonance frequency is a linear approximation of the resonance frequency temperature curve using the resonance frequency f _{25 at} 25 ° C. and the value of the resonance frequency f ₅₅ at 55 ° C. It represents the slope of the time (first derivative), and is obtained by the equation of τ _f = (f ₅₅ −f ₂₅ ) / (f ₂₅ · (55−25)) × 10 ⁶ .
[0005]
Conventionally, as a high frequency dielectric ceramic composition capable of satisfying the above-described requirements, for example, a Re ₂ O ₃ —Al ₂ O ₃ —MO—TiO ₂ (Re is a rare earth element, M is Ca or Sr) type one is used. It has been proposed (see, for example, Patent Documents 1 and 2). According to this high frequency dielectric ceramic composition, a relative dielectric constant ε _{r of} around 45 is obtained, the Q value is high, and the temperature coefficient τ _f of the resonance frequency can be made around 0 ppm / ° C. Yes.
[0006]
[Patent Document 1]
Japanese Patent No. 2625074 [Patent Document 2]
JP 2003-34573 A
[Problems to be solved by the invention]
With recent advances in communication technology, more excellent dielectric properties are required as described above. Particularly recently, there has been an increasing demand for higher temperature stability. For example, regarding the temperature stability of the resonance frequency, not only the above-described temperature coefficient (first-order temperature coefficient) τ _f is close to 0 ppm / ° C., but also the second-order temperature coefficient β is attracting attention as an important parameter. Therefore, the absolute value of the secondary temperature coefficient β is required to be small.
[0008]
More specifically, when designing a device such as an oscillator or a filter using a dielectric resonator, in order to set the temperature coefficient of the resonance frequency as a normal device to 0, for example, an FET (electric field) The temperature coefficient of the resonance frequency of the effect transistor), the substrate, the metal casing, etc. is guaranteed by the temperature coefficient τ _f of the resonance frequency of the dielectric ceramic itself. The reason why the temperature coefficient τ _f must be arbitrarily adjusted in the vicinity of 0 ppm / ° C. instead of 0 ppm / ° C. is that this compensation must be performed.
[0009]
However, only the adjustment of the primary temperature coefficient tau _f, to the temperature coefficient of the entire device 0 is strictly impossible. This is because the first-order temperature coefficient τ _f is merely a linear approximation of the temperature characteristics of the dielectric resonator and does not represent an accurate temperature change rate of the resonance frequency. In other words, the temperature characteristics of the general dielectric resonator, since those can not be represented only by a curve, with only a primary temperature coefficient tau _f, it is not possible to consider the temperature change rate due to the size of the bending way of the curve.
[0010]
Conventional devices have not caused any substantial trouble without considering the curve of temperature change rate. Recently, however, higher temperature stability has been demanded with respect to the resonance frequency, and not only the primary temperature coefficient τ _f has a small value near 0 ppm / ° C. but also the absolute value of the secondary temperature coefficient β. The value is also required to be a small value. For this reason, in order to grasp the temperature characteristic curve of the resonance frequency more accurately, a secondary temperature coefficient β obtained by approximating it with a quadratic curve (a parameter indicating the magnitude of the curve bending) Evaluation using is becoming important.
[0011]
Here, the secondary temperature coefficient β [ppm / ° C. ² ] of the resonance frequency is obtained by using the resonance frequency f _{25 at} 25 ° C. and the fluctuation width Δf of the resonance frequency when the temperature changes to T ° C. A temperature curve is expressed as a second derivative when a quadratic curve is approximated by an equation of Δf / f ₂₅ = α (T−25) + β (T−25) ² .
[0012]
The temperature characteristic curve of the resonance frequency is preferably less bent, that is, more excellent in linearity, so that the secondary temperature coefficient β is ideally 0 ppm / ° C. ² .
[0013]
However, in the dielectric ceramics having the composition system described in

Patent Documents

1 and 2 described above, there are those showing a small first-order temperature coefficient τ _f in the vicinity of 0 ppm / ° C. while maintaining a high Q value. However, on the other hand, it has been found that the absolute value of the secondary temperature coefficient β cannot be controlled to be small.
[0014]
Therefore, an object of the present invention is to solve the above-described problems, that is, to have a high relative dielectric constant ε _r and a high Q value, and to have a small primary temperature coefficient τ _{f of the} resonance frequency near 0 ppm / ° C. In addition, an object is to provide a high-frequency dielectric ceramic composition that can simultaneously satisfy the requirement that the absolute value of the secondary temperature coefficient β of the resonance frequency is small.
[0015]
Another object of the present invention is to provide a dielectric resonator, a dielectric filter, a dielectric duplexer, and a communication device configured using the above-described high frequency dielectric ceramic composition. It is.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the technical problem described above, the dielectric ceramic composition for high frequency of the present invention has a composition represented by a composition formula: xCaTi _a O _{1 + 2a} -yCaSn _b O _{1 + 2b} -zLaAl _c O _{(3 + 3c) / 2.} , X, y, z, a, b, and c (where x, y, and z are molar ratios) in the above composition formula are 0.47 ≦ x ≦ 0.665, 0.03 ≦ y ≦ 0. 265, 0.25 ≦ z ≦ 0.35, x + y + z = 1.000, 0.9 ≦ a ≦ 1.05, 0.98 ≦ b ≦ 1.1, 0.9 ≦ c ≦ 1.1 It is in.
[0017]
The y is preferably in the range of 0.067 ≦ y ≦ 0.265.
[0018]
Furthermore, it is preferable that 80 atomic% or less of La in the composition formula is substituted with Ho.
[0019]
The dielectric resonator according to the present invention is a dielectric resonator in which a dielectric ceramic is operated by electromagnetic coupling to an input / output terminal. The dielectric ceramic is the above-described high frequency dielectric according to the present invention. It consists of a body porcelain composition.
[0020]
The dielectric filter of the present invention includes the above-described dielectric resonator and external coupling means connected to the input / output terminal of the dielectric resonator.
[0021]
The dielectric duplexer of the present invention includes at least two dielectric filters, input / output connection means connected to each of the dielectric filters, and antenna connection means commonly connected to the dielectric filter. A dielectric duplexer, wherein at least one of the dielectric filters is the above-described dielectric filter according to the present invention.
[0022]
Furthermore, the communication device of the present invention includes the above-described dielectric duplexer, a transmission circuit connected to at least one input / output connection means of the dielectric duplexer, and the input / output described above connected to the transmission circuit. A receiving circuit connected to at least one availability connecting means different from the means, and an antenna connected to the antenna connecting means of the dielectric duplexer.
[0023]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
First, a dielectric resonator, a dielectric filter, a dielectric duplexer, and a communication device to which the high frequency dielectric ceramic composition of the present invention is applied will be described.
[0024]
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing the basic structure of a dielectric resonator 1 constructed using the high frequency dielectric ceramic composition of the present invention.
[0025]
Referring to FIG. 1, a dielectric resonator 1 includes a metal case 2, and a columnar dielectric ceramic 4 supported by a support base 3 is disposed in a space inside the metal case 2. A coupling loop 5 is formed between the center conductor and the outer conductor of the coaxial cable 7 to serve as an input terminal. Further, a coupling loop 6 is formed between the central conductor and the outer conductor of the coaxial cable 8 to serve as an output terminal. Each terminal is held by the metal case 2 in a state where the outer conductor and the metal case 2 are electrically joined.
[0026]
The dielectric porcelain 4 operates by electromagnetic coupling to the input terminal and the output terminal, and only a signal having a predetermined frequency input from the input terminal is output from the output terminal.
[0027]
The dielectric ceramic 4 provided in such a dielectric resonator 1 is composed of the high frequency dielectric ceramic composition of the present invention.
[0028]
The dielectric resonator 1 shown in FIG. 1 is a TE01δ mode resonator used in a base station or the like, but the high-frequency dielectric ceramic composition of the present invention has other TE modes, TM modes, and TEMs. The same can be applied to a dielectric resonator using a mode or the like.
[0029]
FIG. 2 is a block diagram illustrating an example of a communication device configured using the dielectric resonator 1 described above.
[0030]
The communication device 10 shown in FIG. 2 includes a dielectric duplexer 12, a transmission circuit 14, a reception circuit 16, and an antenna 18.
[0031]
The transmission circuit 14 is connected to the input connection means 20 of the dielectric duplexer 12, and the reception circuit 16 is connected to the output connection means 22 of the dielectric duplexer 12.
[0032]
The antenna 18 is connected to the antenna connection means 24 of the dielectric duplexer 12.
[0033]
The dielectric duplexer 12 includes two

dielectric filters

26 and 28. The dielectric filters 26 and 28 are configured by connecting an external coupling means to the dielectric resonator of the present invention. In the illustrated embodiment, for example, each of the

dielectric filters

26 and 28 is configured by connecting external coupling means 30 to the input / output terminals of the dielectric resonator 1 shown in FIG. One dielectric filter 26 is connected between the input connection means 20 and the other dielectric filter 28, and the other dielectric filter 28 is connected between the one dielectric filter 26 and the output connection means 22. Connected to.
[0034]
Next, the dielectric ceramic composition for high frequency of the present invention that is advantageously used in the high frequency region, such as the dielectric ceramic 4 provided in the dielectric resonator 1 shown in FIG. 1, will be described.
[0035]
The high frequency dielectric ceramic composition of the present invention has a composition represented by a composition formula: xCaTi _a O _{1 + 2a} −yCaSn _b O _{1 + 2b} −zLaAl _c O _{(3 + 3c) / 2} . Here, x, y, z, a, b, and c (where x, y, and z are molar ratios) in the above composition formula are:
0.47 ≦ x ≦ 0.665,
0.03 ≦ y ≦ 0.265,
0.25 ≦ z ≦ 0.35,
x + y + z = 1.000,
0.9 ≦ a ≦ 1.05,
0.98 ≦ b ≦ 1.1,
0.9 ≦ c ≦ 1.1
Is selected to be within the range.
[0036]
In the high frequency dielectric ceramic composition of the present invention, in order to further reduce the absolute value of the secondary temperature coefficient β of the resonance frequency, the y is in the range of 0.067 ≦ y ≦ 0.265. Chosen.
[0037]
Furthermore, in the high frequency dielectric ceramic composition of the present invention, in order to further reduce the absolute value of the secondary temperature coefficient β of the resonance frequency, 80 atomic% or less of La in the composition formula is replaced with Ho.
[0038]
In the present invention, an experimental example as a basis for selecting the specific composition as described above will be described below.
[0039]
[Experiment 1]
As starting materials, high purity lanthanum oxide (La ₂ O ₃ ), alumina (Al ₂ O ₃ ), calcium carbonate (CaCO ₃ ), titanium oxide (TiO ₂ ), and tin oxide (SnO ₂ ) powders are prepared. did.
[0040]
Next, the composition represented by the composition formula: xCaTi _a O _{1 + 2a} −yCaSn _b O _{1 + 2b} −zLaAl _c O _{(3 + 3c) / 2} selected for x, y, z, a, b, and c shown in Table 1, respectively. Each of the above starting material powders was prepared so that
[0041]
Next, the above prepared powder was wet-mixed for 16 hours using a ball mill to obtain a uniformly dispersed mixed powder, and then subjected to dehydration and drying.
[0042]
Next, the mixed powder is calcined at a temperature of 1000 to 1300 ° C. for 3 hours, an appropriate amount of binder is added to the obtained calcined powder, and wet pulverized again using a ball mill for 16 hours to obtain a powder for firing. Got.
[0043]
Then, the powder for burning, after press-molded into a disk shape at a pressure of ^{^{0.98 × 10 2 ~1.96 × 10 2}} MPa, and calcined at 4 hours in air at a temperature of from 1,400 to 1,650 ° C., A disk-shaped sintered body having a diameter of 10 mm and a thickness of 5 mm was obtained.
[0044]
About the obtained sintered compact concerning each sample, while setting a measurement frequency to 6-8 GHz, while measuring a dielectric constant ((epsilon) _r ), Q value is measured by a both-ends short-circuit type dielectric resonator method, Q * F (frequency) = converted to a Q value (1 GHz) based on a constant formula. Further, from the resonance frequency of the TE01δ mode, the primary temperature coefficient τ _f (measurement points: 25 ° C. and 55 ° C.) and the secondary temperature coefficient β (measurement range: −30 to 80 ° C., measurement interval: 10 ° C.) of the resonance frequency are obtained. Each was measured.
[0045]
The above ε _r , Q value (1 GHz), τ _f , and β are shown in Table 1 and Table 2.
[0046]
[Table 1]

[0047]
[Table 2]

[0048]
In Table 1 and Table 2, the sample numbers marked with * are samples outside the scope of the present invention.
[0049]
As shown in Table 1 and Table 2, Samples 10, 11, 16-18, 21-23, 27-29, 33-35, 45, 46, 49, 50, 53, and within the scope of this invention, and according to the dielectric porcelain composition according to 54, the epsilon _r increased to 40 or more, large Q value (1 GHz) and 40,000 or more, the absolute value as small as within 15 ppm / ° C. of tau _f, and the absolute value of β can be reduced to 0.030ppm / ℃ ² within, it is possible to obtain an excellent microwave dielectric properties.
[0050]
In particular, samples 10, 11, 16-18, 22, 23, 28, 29, 35, 45, 46, 49, 50, 53, and 54 in which y is in the range of 0.067 ≦ y ≦ 0.265. According to the dielectric ceramic composition according to the present invention, the absolute value of β can be further reduced to 0.015 ppm / ° C. ^{2 or} less, and temperature stability at a higher resonance frequency can be obtained.
[0051]
In contrast, samples that are outside the scope of this invention are considered.
[0052]
First, in the case of x <0.47, as shown in the

sample

24,30,36, and 37, the absolute value of epsilon _r is less than 40, also tau _f exceeds 15 ppm / ° C.. On the other hand, when x> 0.665, as shown in Samples 8, 9, and 15, the absolute value of τ _f exceeds 15 ppm / ° C.
[0053]
Next, when y <0.03, as shown in samples 26 and 32, the absolute value of β exceeds 30 ppm / ° C. ² . On the other hand, in the case of y> 0.265, as shown in the sample 12, epsilon _r is less than 40.
[0054]
Then, in the case of z <0.25, as shown in the sample 4, Q value (1 GHz) is less than 40000, also the absolute value of tau _f is more than 15 ppm / ° C.. On the other hand, when z> 0.35, as shown in samples 40 and 41, ε _r is less than 40.
[0055]
Next, when a <0.9, as shown in the sample 44, the Q value (1 GHz) is less than 40000. On the other hand, when a> 1.05, as shown in the sample 47, the Q value (1 GHz) is less than 40000.
[0056]
Next, when b <0.98, as shown in the sample 48, the Q value (1 GHz) is less than 40000. On the other hand, when b> 1.1, as shown in the sample 51, the Q value (1 GHz) is less than 40000.
[0057]
Next, when c <0.9, as shown in the sample 52, the Q value (1 GHz) is less than 40000. On the other hand, when c> 1.1, as shown in the sample 55, the Q value (1 GHz) is less than 40000.
[0058]
[Experimental example 2]
Experimental Example 2 was conducted to investigate the influence exerted by replacing a part of La with Ho.
[0059]
As starting materials, high-purity lanthanum oxide (La ₂ O ₃ ), holmium oxide (Ho ₂ O ₃ ), alumina (Al ₂ O ₃ ), calcium carbonate (CaCO ₃ ), titanium oxide (TiO ₂ ), and tin oxide Each powder of (SnO ₂ ) was prepared.
[0060]
Next, each of the above starting raw material powders was prepared so as to obtain a composition represented by x, y, z, a, b, c, and Ho substitution amount shown in Table 3.
[0061]
Thereafter, a disk-shaped sintered body to be a sample is obtained by the same method as in Experimental Example 1, and ε _r , Q value (1 GHz), τ _f , And β were determined, respectively.
[0062]
[Table 3]

[0063]
In Table 3, the sample number with * is a sample outside the scope of the present invention.
[0064]
As shown in Table 3, according to the dielectric ceramic composition according to the sample 56～58,60～62, and 64 to 66 are within the scope of the invention, the epsilon _r increased to 40 or more, Q value (1 GHz ) and as large as 40,000 or more, tau absolute value of _f as small as within 15 ppm / ° C., and the absolute value of β 0.030ppm / ℃ ² within the small and the absolute value of beta can be controlled by Ho substitution amount Excellent microwave dielectric properties can be obtained.
[0065]
In contrast, samples that are outside the scope of this invention are considered.
[0066]
When the Ho substitution amount exceeds 80 atomic%, the absolute value of β exceeds 30 ppm / ° C. ² as shown in Samples 59, 63, and 67.
[0067]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the composition formula: xCaTi _a O _{1 + 2a} −yCaSn _b O _{1 + 2b} −zLaAl _c O _{(3 + 3c) / 2} has a composition represented by x, y, z, a, b, and c (where x, y, and z are molar ratios) are 0.47 ≦ x ≦ 0.665, 0.03 ≦ y ≦ 0.265, 0.25 ≦ z ≦ 0.35 , X + y + z = 1.000, 0.90 ≦ a ≦ 1.05, 0.98 ≦ b ≦ 1.1, and 0.9 ≦ c ≦ 1.1. The ratio ε _r is 40 or more, exhibits a high Q value, has not only a small primary temperature coefficient τ _{f of} the resonance frequency, but also a small absolute value of the secondary temperature coefficient β, and has excellent temperature stability. The high frequency dielectric ceramic composition shown can be obtained.
[0068]
In the dielectric ceramic composition for high frequency according to the present invention, the absolute value of the secondary temperature coefficient β of the resonance frequency is further increased by making y in the range of 0.067 ≦ y ≦ 0.265. Can be small.
[0069]
Further, in the high frequency dielectric ceramic composition of the present invention, the absolute value of the secondary temperature coefficient β of the resonance frequency can be further reduced by replacing 80 atomic% or less of La in the composition formula with Ho. it can.
[0070]
Therefore, for example, a dielectric resonator mounted in a base station, a mobile phone, a personal radio, a satellite broadcast receiver, etc. is downsized, the dielectric loss is reduced, and the temperature stability of the resonance frequency is excellent. be able to. As a result, if such a dielectric resonator is used, a dielectric filter, a dielectric duplexer, and a communication device that are downsized and have excellent characteristics can be advantageously configured.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a basic structure of a dielectric resonator 1 constituted by using a high frequency dielectric ceramic composition of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing an example of a communication device configured using the dielectric resonator 1 shown in FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Dielectric resonator 2 Metal case 3 Support stand 4 Dielectric porcelain 5, 6 Coupling loop 7, 8 Coaxial cable 10 Communication apparatus 12 Dielectric duplexer 14 Transmission circuit 16 Reception circuit 18 Antenna 20 Input connection means 22 Output connection means 24 Antenna connection means 26, 28 Dielectric filter 30 External coupling means

Claims

Composition formula: xCaTi _a O _{1 + 2a} −yCaSn _b O _{1 + 2b} −zLaAl _c O _{(3 + 3c) / 2} , and x, y, z, a, b, and c in the above composition formula (where x, y , Z is a molar ratio)
0.47 ≦ x ≦ 0.665,
0.03 ≦ y ≦ 0.265,
0.25 ≦ z ≦ 0.35,
x + y + z = 1.000,
0.9 ≦ a ≦ 1.05,
0.98 ≦ b ≦ 1.1,
0.9 ≦ c ≦ 1.1
A dielectric ceramic composition for high frequency within the range of

2. The dielectric ceramic composition for high frequency according to claim 1, wherein y is in a range of 0.067 ≦ y ≦ 0.265.

The dielectric ceramic composition for high frequency according to claim 1, wherein 80 atomic% or less of La in the composition formula is substituted with Ho.

A high frequency dielectric according to any one of claims 1 to 3, wherein the dielectric ceramic is a dielectric resonator that operates by being electromagnetically coupled to an input / output terminal. A dielectric resonator comprising a body ceramic composition.

5. A dielectric filter comprising: the dielectric resonator according to claim 4; and external coupling means connected to an input / output terminal of the dielectric resonator.

A dielectric duplexer comprising at least two dielectric filters, input / output connection means connected to each of the dielectric filters, and antenna connection means commonly connected to the dielectric filter, wherein the dielectric A dielectric duplexer, wherein at least one of the filters is a dielectric filter according to claim 5.

7. The dielectric duplexer according to claim 6, a transmission circuit connected to at least one input / output connection means of the dielectric duplexer, and at least one different from the input / output means connected to the transmission circuit A communication apparatus comprising: a receiving circuit connected to an obtaining power connecting means; and an antenna connected to an antenna connecting means of the dielectric duplexer.