JP3098763B2 - Dielectric resonator - Google Patents

Dielectric resonator

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JP3098763B2
JP3098763B2 JP02176007A JP17600790A JP3098763B2 JP 3098763 B2 JP3098763 B2 JP 3098763B2 JP 02176007 A JP02176007 A JP 02176007A JP 17600790 A JP17600790 A JP 17600790A JP 3098763 B2 JP3098763 B2 JP 3098763B2
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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、誘電体磁器で構成される誘電体共振器に関
する。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a dielectric resonator composed of dielectric porcelain.

従来の技術 近年、自動車電話,可搬型電話,衛星放送など、マイ
クロ波領域の電磁波を利用する通信の進展にともない、
機器の小型化が要求されている。このためには、機器を
構成する個々の部品が小型化される必要がある。
2. Description of the Related Art In recent years, with the development of communications using electromagnetic waves in the microwave region, such as automobile telephones, portable telephones, and satellite broadcasting,
There is a demand for miniaturization of equipment. For this purpose, it is necessary to reduce the size of individual components constituting the device.

誘電体はこれらの機器において、フィルタ素子や発振
素子に誘電体共振器として組み込まれている。誘電体共
振器の大きさは同じ共振モードを利用する場合、誘電体
材料の持つ誘電率の平方根に逆比例するため、小型の誘
電体共振器を作製するには、高い比誘電率を有する材料
が必要である。また誘電体に求められる他の特性は、マ
イクロ波領域で低損失であること、すなわち無負荷Q値
が高いこと、さらに共振周波数の温度変化が小さいこ
と、すなわち比誘電率の温度変化が小さいことである。
In these devices, a dielectric is incorporated in a filter element or an oscillation element as a dielectric resonator. When using the same resonance mode, the size of the dielectric resonator is inversely proportional to the square root of the dielectric constant of the dielectric material. is necessary. Other characteristics required for the dielectric are low loss in the microwave region, that is, a high unloaded Q value, and a small temperature change in the resonance frequency, that is, a small temperature change in the relative permittivity. It is.

従来、この分野で利用されてきた誘電体としては、Ba
(Zn1/3Ta2/3)O3,BaO−TiO2系の組成およびその一部を
他の元素で置換した組成などが知られていた。これらは
いずれも比誘電率が30程度であり、共振器を小型化する
には、比誘電率が低すぎる。より比誘電率の大きい材料
として、BaO−TiO2−Sm2O3系が特開昭57−15309号公報
に開示されている。この系は80程度の比誘電率と、2〜
4GHzで3000程度の高い無負荷Q値、および小さい比誘電
率の温度係数を有している。
Conventionally, dielectrics used in this field include Ba
The composition of (Zn 1/3 Ta 2/3 ) O 3 , BaO—TiO 2 system and the composition in which a part of the composition is replaced by another element are known. Each of these has a relative dielectric constant of about 30 and is too low to reduce the size of the resonator. As a large material more dielectric constant, BaO-TiO 2 -Sm 2 O 3 system is disclosed in JP-A-57-15309. This system has a relative dielectric constant of about 80,
It has a high no-load Q factor of about 3000 at 4 GHz and a small temperature coefficient of relative permittivity.

しかしながら共振器をさらに小型化するため、より高
い比誘電率の材料が求められているが、高い無負荷Q値
と小さい温度係数を有する材料は知られていない。一
方、誘電体の温度係数は比誘電率が高くなると一般に負
であるが、PbZrO3のように正の値を有するものがある。
したがって、正と負の値を有する材料を組合せ、温度係
数を小さくする試みもなされている。負の温度係数を有
する材料としては、TiO2やSrTiO3が知られており、正の
温度係数を有する材料としては、PbO−ZrO2にランタニ
ド酸化物を添加した系として、特開昭61−156602号公報
に開示されたPbO−Tb2O3−ZrO2などがある。これらの材
料では、比誘電率が100以上と大きく共振器の小型化に
寄与するところは大であるが、共振周波数の温度係数τ
は−1000ppm/℃程度の大きな温度変化を示す。
However, in order to further reduce the size of the resonator, a material having a higher relative dielectric constant is required, but a material having a high unloaded Q value and a small temperature coefficient is not known. On the other hand, the temperature coefficient of the dielectric is generally negative as the relative dielectric constant increases, but there are some such as PbZrO 3 having a positive value.
Therefore, attempts have been made to reduce the temperature coefficient by combining materials having positive and negative values. As materials having a negative temperature coefficient, TiO 2 and SrTiO 3 are known, and as a material having a positive temperature coefficient, a system obtained by adding a lanthanide oxide to PbO-ZrO 2 is disclosed in disclosed in 156602 JP been the like PbO-Tb 2 O 3 -ZrO 2 . In these materials, the relative permittivity is as large as 100 or more, which greatly contributes to the miniaturization of the resonator.
f indicates a large temperature change of about -1000 ppm / ° C.

発明が解決しようとする課題 このような従来の誘電体磁器組成物では、比誘電率お
よび無負荷Q値が大きくて、比誘電率の温度変化が小さ
いという条件を兼ね備えていないという課題があった。
Problems to be Solved by the Invention In such a conventional dielectric ceramic composition, there is a problem that the relative dielectric constant and the unloaded Q value are large, and the condition that the temperature change of the relative dielectric constant is small is not satisfied. .

本発明は上記課題を解決するもので、比誘電率が大き
くて、マイクロ波領域で低損失であり、さらに比誘電率
の温度変化率が小さい誘電体磁器組成物を用いた誘電体
共振器を提供することを目的とする。
The present invention solves the above-mentioned problems, and provides a dielectric resonator using a dielectric ceramic composition having a large relative dielectric constant, low loss in a microwave region, and a small temperature change rate of the relative dielectric constant. The purpose is to provide.

課題を解決するための手段 本発明は上記目的を達成するために、xPbO−y(Mg
1/3Nb2/3)O2−zCaOの組成式で表わされる酸化鉛,酸化
マグネシウム,酸化ニオブおよび酸化カルシウムよりな
る組成物で構成され、x,y,zがモル百分率で、 0.05≦x≦0.45 0.4 ≦y≦0.55 0.15≦z≦0.4 ただし、x+y+z=1の条件を満たす磁器組成物を用
いた誘電体共振器である。
Means for Solving the Problems The present invention provides xPbO-y (Mg
1/3 Nb 2/3 ) O 2 —Consists of a composition composed of lead oxide, magnesium oxide, niobium oxide and calcium oxide represented by the composition formula of CaO, where x, y, and z are mol percentages and 0.05 ≦ x ≦ 0.45 0.4 ≦ y ≦ 0.55 0.15 ≦ z ≦ 0.4 Note that the dielectric resonator uses a ceramic composition satisfying the condition of x + y + z = 1.

作用 本発明は上記した構成により、マグネシウムニオブ酸
鉛(Pb(Mg1/3Nb2/3)O3)のPbの一部がCaが置換された
磁器組成物を用いることにより、小型で高いQ値と優れ
た温度特性を有する誘電体共振器が作成される。
Action The present invention has a small size and high efficiency by using a porcelain composition in which a part of Pb of lead magnesium niobate (Pb (Mg 1/3 Nb 2/3 ) O 3 ) is substituted for Ca by the above-described configuration. A dielectric resonator having a Q value and excellent temperature characteristics is produced.

実施例 以下、本発明の一実施例について説明する。Example Hereinafter, an example of the present invention will be described.

出発原料には化学的に高純度であるMgO,Nb2O5を、モ
ル比で等量になるよう純度補正を行なった後秤量し、安
定化ジルコニア製の玉石を用いたポリエチレン製のボー
ルミルに入れ、純粋を混合媒体に加えて17時間混合す
る。混合後、スラリーを乾燥し、アルミナ製の坩堝に入
れ、1000℃で2時間仮焼し、MgNb2O6を合成する。これ
にやはり化学的に高純度であるPbOとCaCo3を純度補正を
行なったのち、次の表に示した配合量にしたがって所定
量秤量する。これらの粉体を前述のボールミルに入れ、
前記と同様に混合する。混合後、スラリーを乾燥し、ア
ルミナ製の坩堝に入れ、750〜850℃で2時間仮焼する。
仮焼体は、ライカイ機で解砕した後、前述したボールミ
ルで17時間粉砕し、乾燥させ、原料粉体とする。この粉
体にバインダとしてポリビニルアルコールの5%水溶液
を6重量%加えて混合後、32メッシュのふるいを通して
造粒し、100MPaで直径13mm,厚み約5mmの円柱状にプレス
成形する。成形体は600℃で2時間加熱してバインダを
焼却後、マグネシアの容器に入れ、周囲に同一組成の仮
焼粉を配してPbOの蒸発を防ぎながら、組成に応じて110
0〜1400℃で2時間保持して焼成する。得られた焼結体
から誘電体共振器を作成し、その共振周波数と無負荷Q
値を求めた。また焼結体の寸法と共振周波数より比誘電
率を算出した。共振周波数は、2〜6GHzであった。また
−25℃および85℃における共振周波数を測定し、20℃の
値を基準として、温度変化率(τ)を算出した。これ
らの結果を表に示す。
MgO is a starting material is chemically pure, and Nb 2 O 5, were weighed after performing the purity correction so that an equal amount in a molar ratio, a polyethylene ball mill using stabilized zirconia cobblestone Add the pure to the mixing medium and mix for 17 hours. After mixing, the slurry is dried, put into a crucible made of alumina, and calcined at 1000 ° C. for 2 hours to synthesize MgNb 2 O 6 . After correcting the purity of PbO and CaCo 3 , which are also chemically highly pure, a predetermined amount is weighed according to the blending amount shown in the following table. Put these powders into the above-mentioned ball mill,
Mix as before. After mixing, the slurry is dried, put into a crucible made of alumina, and calcined at 750 to 850 ° C. for 2 hours.
The calcined body is pulverized by a raikai machine, then pulverized by the above-mentioned ball mill for 17 hours, and dried to obtain a raw material powder. 6% by weight of a 5% aqueous solution of polyvinyl alcohol as a binder is added to this powder, mixed, and then granulated through a 32 mesh sieve, and pressed into a column having a diameter of 13 mm and a thickness of about 5 mm at 100 MPa. The molded body is heated at 600 ° C. for 2 hours to incinerate the binder, put in a magnesia container, and place a calcined powder of the same composition around to prevent evaporation of PbO.
It is kept at 0 to 1400 ° C. for 2 hours for firing. A dielectric resonator is prepared from the obtained sintered body, and its resonance frequency and unloaded Q
The value was determined. The relative permittivity was calculated from the dimensions of the sintered body and the resonance frequency. The resonance frequency was between 2 and 6 GHz. Further, the resonance frequencies at −25 ° C. and 85 ° C. were measured, and the temperature change rate (τ f ) was calculated based on the value at 20 ° C. The results are shown in the table.

表より明らかなように酸化鉛,酸化マグネシウム,酸
化ニオブおよび酸化カルシウムよりなる組成物を組成式 xPbO−y(Mg1/3Nb2/3)O2−zCaO と表したとき、x,y,zがモル百分率で、 0.05≦x≦0.45 0.4 ≦y≦0.55 0.15≦z≦0.4 ただし、x+y+z=1なる関係を満たす組成では、比
誘電率が35〜107と高く、無負荷Q値が300以上の値を有
しており、かつ共振周波数の温度変化が200ppm/℃以上
である。特に試料番号7,8,12では、80以上の比誘電率を
有し、400以上の無負荷Q値と共振周波数の温度変化が2
00ppm/℃以下の優れた特性を示した。
Lead oxide As is apparent from Table, magnesium oxide, composition a composition consisting of niobium oxide and calcium oxide formula xPbO-y (Mg 1/3 Nb 2/3 ) when expressed as O 2 -zCaO, x, y, where z is a mole percentage and 0.05 ≦ x ≦ 0.45 0.4 ≦ y ≦ 0.55 0.15 ≦ z ≦ 0.4 However, in a composition satisfying the relationship of x + y + z = 1, the relative dielectric constant is as high as 35 to 107 and the unloaded Q value is 300 or more. And the temperature change of the resonance frequency is 200 ppm / ° C. or more. In particular, sample numbers 7, 8, and 12 have a relative dielectric constant of 80 or more, a no-load Q value of 400 or more and a
It exhibited excellent characteristics of not more than 00 ppm / ° C.

しかしながら、前述の範囲外のx,y,zの組成では、マ
イクロ波用誘電体として望ましくない。すなわち、CaO
が0.15より少ない組成(表の試料番号6)では、無負荷
Q値が100以下であり、またCaOが0.4より多い組成(表
の試料番号11)では、比誘電率が35以下となるため使用
不適である。また(Mg1/3Nb2/3)O2が0.4未満の組成
(表の試料番号18)では、無負荷Q値が200以下とな
り、0.55を超える組成(表の試料番号1)では1400℃以
下の温度では緻密に焼結しないので使用不適である。
However, a composition of x, y, and z outside the above range is not desirable as a microwave dielectric. That is, CaO
When the composition is less than 0.15 (sample No. 6 in the table), the unloaded Q value is 100 or less. In the composition where CaO is more than 0.4 (sample No. 11 in the table), the relative dielectric constant is 35 or less. Not suitable. In the case of a composition in which (Mg 1/3 Nb 2/3 ) O 2 is less than 0.4 (sample No. 18 in the table), the unloaded Q value is 200 or less, and 1400 ° C. in a composition exceeding 0.55 (sample No. 1 in the table). At the following temperatures, it is not suitable for use because it does not densely sinter.

発明の効果 以上の実施例から明らかなように本発明によれば、酸
化鉛,酸化マグネシウム,酸化ニオブおよび酸化カルシ
ウムで構成された誘電体磁器組成物よりなるので、無負
荷Q値およびマイクロ波領域における比誘電率が高く、
共振周波数の温度変化が小さい誘電体共振器を提供でき
る。したがってマイクロ波領域における比誘電率が改善
されるので誘電体共振器を小型にすることが可能とな
り、自動車電話や可搬型電話などのマイクロ波用機器の
小型化に寄与するところが大である。また誘電体共振器
のみならず、マイクロ波回路基板上に作成されるストリ
ップライン共振器にも利用でき、工業的価値が大きいも
のである。
Effect of the Invention As is apparent from the above embodiments, according to the present invention, since the dielectric ceramic composition is composed of lead oxide, magnesium oxide, niobium oxide and calcium oxide, the unloaded Q value and the microwave region Has a high relative dielectric constant,
A dielectric resonator having a small change in the resonance frequency with temperature can be provided. Therefore, the relative permittivity in the microwave region is improved, so that the dielectric resonator can be reduced in size, which greatly contributes to miniaturization of microwave devices such as a mobile phone and a portable phone. Further, the present invention can be used not only for a dielectric resonator but also for a stripline resonator formed on a microwave circuit board, and has great industrial value.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭55−10447(JP,A) 特開 昭63−25261(JP,A) 特開 昭55−51758(JP,A) 特開 昭55−121959(JP,A) 特開 平3−285864(JP,A) (株)東京化学同人、「リー無機化 学」(1982年4月15日)、P.328〜329 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-55-1047 (JP, A) JP-A-63-25261 (JP, A) JP-A-55-51758 (JP, A) JP-A-55-51758 121959 (JP, A) JP-A-3-285864 (JP, A) Tokyo Chemical Industry Co., Ltd., “Lee Inorganic Chemistry” (April 15, 1982); 328-329

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】酸化鉛、酸化マグネシウム、酸化ニオブお
よび酸化カルシウムよりなる組成物を組成式 xPbO−y(Mg1/3Nb2/3)O2−zCaOと表したとき、x,y,z
がモル百分率で 0.05≦x≦0.45 0.4 ≦y≦0.55 0.15≦z≦0.4 ただし、x+y+z=1の条件を満たし、かつ、共振周
波数が2〜6GHzで300以上の無負荷Q値を有する磁器組
成物を用いた誘電体共振器。
A composition comprising lead oxide, magnesium oxide, niobium oxide and calcium oxide is represented by the composition formula xPbO-y (Mg 1/3 Nb 2/3 ) O 2 -zCaO, where x, y, z
Is a molar percentage of 0.05 ≦ x ≦ 0.45 0.4 ≦ y ≦ 0.55 0.15 ≦ z ≦ 0.4, where x + y + z = 1, and a resonance frequency of 2 to 6 GHz and a no-load Q value of 300 or more. Dielectric resonator using.
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JPS6469522A (en) * 1987-09-11 1989-03-15 Ube Industries Low-temperature perovskite-type capacitor material
JPH03285864A (en) * 1990-03-30 1991-12-17 Toshiba Corp Thin dielectric film

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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(株)東京化学同人、「リー無機化学」(1982年4月15日)、P.328〜329

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