JP2790179B2 - 誘電体同軸共振器 - Google Patents

誘電体同軸共振器

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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は誘電体共振器、特に、小型で高いQ値を有す
る誘電体共振器に関する。 (従来の技術) 近年、マイクロ波などの高周波を扱う電子回路の共振
系を小型化するため、共振器の材料として誘電体を用い
た誘電体共振器が汎用されている。これらの誘電体共振
器は、誘電体中では電磁波の波長が自由空間に比べ (εrは比誘電率)に短縮されることを利用したもの
で、TE,TM,TEMモードなど各種の共振モードで使用され
るが、通常、電磁エネルギーの散逸を防止するため、金
属ケースの中に収納されている。従って、共振系の小型
化を図るためには、誘電体磁器材料としては、できるだ
け比誘電率の高い材料を使用することが望ましい。 このような観点から、従来、比誘電率の高い誘電体共
振器材料の開発に重点がおかれ、例えば、特公昭60ー24
070号公報にてεr=20のMgTiO3−(Ca,Me)TiO3系磁器
組成物が、特公昭60ー54899号公報にてεr=30のBa(Z
r,Zn,Ta)O3系磁器組成物が、特公昭55ー34526号公報に
てεr=38の(Zn,Sn)TiO4系磁器組成物が、特公昭60
ー18083号公報にてεr=88のBaO−PbO−Nd2O3−TiO2
磁器組成物が、それぞれ開発されている。 (発明が解決しようとする課題) しかしながら、この種の共振系では、その無負荷Q
(Q0)が誘電体自体のQ(Qd=1/tanδ)のみならず、
金属表面の電流によって引き起こされる導体損によるQ
(Qc)にも存在し、その値Q0は式: で与えられるため、誘電率の高い誘電体磁器を用いるだ
けでは、高い無負荷Qを得ることができないという問題
があった。 即ち、誘電体磁器材料としてεr=38の材料を用い、
外径10mm、内径3mm、長さl=12mmの寸法を有するTEMモ
ードの共振器(第1図参照)を形成した場合、1GHzの共
振周波数が得られ、Qdは20000程度の高い値となるが、
電極を誘電率6×107(1/Ωm)の銀電極にすると、Qc
が1100となるため、共振系のQ0は1040となり、せっかく
の誘電体材料自体の高いQ値が効果的に生かされないと
いう問題があった。 (問題点を解決する手段) 本発明は、前記問題点を解決する手段として、誘電体
磁器の表面に超電導体からなる焼付け電極を直接形成し
てなることを特徴とする誘電体同軸共振器を提供するも
のである。 誘電体磁器の材料としては、従来公知の任意の高周波
用誘電体磁器組成物を採用できるが、比誘電率の大きな
材料が好適である。具体的には、 一般式: (1−x)MgTiO3+(Ca1-yMey)TiO3 (但し、0.03≦x≦0.14、0.001≦y≦0.05、MeはLa、C
e、Pr、Nd、Smのうち少なくとも一種である)で表され
る誘電体磁器組成物: 一般式: Ba(ZrxZnyTaz)O7/2−x/2−3y/2 (但し、0.02≦x≦0.13、0.28≦y≦0.33、0.59≦z≦
0.65、x+y+z=1.00)で示される誘電体磁器組成
物; 一般式: xBaO−yTiO2−z(Nd1-mMem)O3/2 (但し、x+y+z=1.00、Meは少なくとも一種のラン
タニド系元素、0≦m≦1.0)で表され、前記x、y、
zが三元図において下記のモル比を有する点a,b,c,dで
囲まれた範囲内のモル比を有する誘電体磁器組成物; x y z a 0.20 0.70 0.10 b 0.20 0.40 0.40 c 0.02 0.70 0.28 d 0.02 0.40 0.58 もしくは前記誘電体磁器組成物を主成分とし、さらにPb
Oを17重量%含有する誘電体磁器組成物:および TiO2 22〜43重量%、ZrO2 38〜58重量%およびSnO2
9〜26重量%を主成分とし、これにZrOを7重量%以
下、NiOを10重量%以下添加含有させてなる誘電体磁器
組成物など が好適である。 電極を形成する超電導体としては、一般式: Re−M−Cu−O (但し、Reは少なくとも一種の稀土類元素、Mは少なく
とも一種のアルカリ土金属である。)で示される従来公
知の任意の超電導体を使用でき、例えばLa−Ba−Cu−O
系、La−Sr−Cu−O系、Y−Ba−Cu−O系、La−(Sr+
Ca)−Cu−O系超電導体などが挙げられる。 (作用) 本発明は、電極によるQcの値は、導電率の平方根に比
例して大きくなることに着目し、電極を銀に比べ誘電率
が著しく大きな超電導体で形成し、電極での導体損を少
なくし、Qcを著しく向上させるようにしたものである。 以下、添付の図面を参照して説明する。 第1図は、本発明をTEMモードの誘電体共振器に適用
した場合を示し、1は円筒状に形成された誘電体磁器、
2は超電導体電極で、誘電体磁器1の貫通孔3を形成す
る壁面4、誘電体磁器の底面および外周面に直接形成さ
れている。 前記構造の誘電体共振器は、例えば、次のようにして
製造できる。まず、誘電体磁器の原料、例えば、TiO2,Z
rO2、SnO2、ZnO,NiO,Co2O3を秤量し、常方に従って湿式
混合した後、脱水、乾燥し、空気中900〜1000℃で1時
間以上仮焼して、粉砕する。この仮焼粉末に少量の有機
バインダを加えて造粒した後、2000〜2500Kg/cm2の圧力
で円筒状に成形し、これを空気中1320℃で4時間焼成し
て外径100mm、内径3mm、長さl=12mmの円筒状誘電体磁
器を得る。この円筒状誘電体磁器の一端面を除く表面に
スラリー状の超伝導材料を塗布し、900℃で焼成するこ
とによって超電導体電極を形成すれば良い。 ちなみに、TiO2 40重量部、ZrO2 40重量部、SnO2
16重量部の主成分原料混合物に対し、添加物としてZnO
1.0重量部,NiO 0.5重量部を加えた原料粉末を用い
て、前記方法で製造すると、εr=38の(Zr,Sn)TiO4
系誘電体磁器が得られる。 この誘電体磁器にYBa2Cu3Oxからなる超電導体電極を
形成した場合、この超電導体は導電率が100゜K以下の低
温で1026[1/Ωm]にも達するため、そのQcは理論上、 となり、電極上の損失が全くなくなる。従って、Q0≒Qd
となり、共振系の無負荷Qは誘電体磁器のQ値で決定さ
れることになる。 (発明の効果) 以下の説明から明らかなように、本発明によれば、誘
電体共振器の無負荷Qの誘電体磁器自体のQdにほぼ等し
くできるため、誘電体共振器の小型化と高Q化を同時に
達成できるという優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】 第1図は本発明に係る誘電体共振器の一実施例を示す斜
視図、第2図はその縦断面図である。 1は誘電体磁器、2は超電導体電極。

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 1.誘電体磁器の表面に超電導体からなる焼付け電極を
    直接形成してなることを特徴とする誘電体同軸共振器。 2.前記超電導体がRe−M−Cu−O系セラミックス(但
    し、Reは少なくとも一種の希土類元素、Mは少なくとも
    一種のアルカリ土金属である。)からなる超電導体であ
    る特許請求の範囲第1項記載の誘電体同軸共振器。 3.前記誘電体磁器がMgTiO3−(Ca,Me)TiO3系(但
    し、MeはLa,Ce,Pr,Nd,Smのうち少なくとも一種であ
    る。)、Ba(Zr,Zn,Ta)O3系、(Zr,Sn)TiO4系およびB
    aO−PbO−Nd2O3−TiO2系の誘電体磁器組成物からなる群
    から選ばれた一種である特許請求の範囲第1項または第
    2項記載の誘電体同軸共振器。
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