JP5811831B2 - 磁性酸化物焼結体及びアンテナ、並びに無線通信機器 - Google Patents

Description

本発明は、ＧＨｚ帯で使用するアンテナに適した磁性酸化物焼結体、及びこの磁性酸化物焼結体を用いたアンテナ、並びにこのアンテナを用いた無線通信機器に関する。

近年、携帯電話機や携帯情報端末等の無線通信機器で使用される無線信号周波数の高域化が進行している。例えば、第一世代の携帯電話機では、使用周波数が８００ＭＨｚ帯であったのに対し、２００１年からサービスが開始された第三世代の携帯電話機では、使用周波数が２ＧＨｚ帯となっており、ＧＰＳやＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、無線ＬＡＮ用途を含めＧＨｚ帯域で使用できるアンテナが求められている。また、無線通信機器の多機能化に伴い、複数の無線方式に対応したマルチバンド・モード化が進展してきており、このような無線通信機器に用いられるアンテナに対しては、広い周波数帯域において使用可能であることも要求されている。さらに、近時、無線通信機器の小型化に伴って、アンテナ自体の更なる小型化も喫緊の課題となっている。このように、近年の無線通信機器に用いられるアンテナには、高周波数における広帯域化と小型化の両立が熱望されている。

かかる技術に関し、例えば、特許文献１には、放射電極と接地電極の形状を適宜選択することにより、小型低背化、高利得、及び広帯域特性を得ることを目的としたマイクロストリップ構造のチップ型アンテナ素子が記載されている。また、特許文献２には、Ｙ型フェライトを主相として含有する六方晶フェライト、及び、それを用いたアンテナが記載されている。さらに、特許文献３には、Ｙ型、Ｚ型、又はＭ型のフェライト化合物からなる酸化物系磁性材料で構成された絶縁体層を備えるアンテナ装置が記載されている。

特許第３６２５１９１号公報 特開２００９−１７０７０４号公報 特開２００５−２７８０６７号公報

ここで、アンテナの小型化に関しては、電磁波の波長短縮率が伝送媒体中の位相速度の低下率に等しく、その位相速度は、理論的に、媒体の比透磁率と比誘電率 の積の平方根に反比例することから、一般に、アンテナの基材やマトリックスとして、透磁率及び／又は誘電率が真空中のそれらに比してより大きな材料を用いることにより、そのアンテナ中を伝播する電磁波の波長が短縮され、その小型化が図られ得る。具体的には、磁性材料内を通過する電磁波（電波）の波長λは、λ∝１／√（μ´×ε´）で表される（波長短縮効果）。ここで、因子μ´は、磁性材料の複素透磁率μの実数部を示し、因子ε´は、磁性材料の複素誘電率εの実数部を示す。なお、ここでの「波長短縮率」とは、「伝送媒体を伝播する電磁波の波長／真空中の電磁波の波長」で表される値であり、この値が小さいほど、波長短縮効果が高いことを示す。

また、アンテナの使用可能な周波数帯域に関して、磁性材料を用いたアンテナは、磁気損失ｔａｎδ_μと誘電損失ｔａｎδ_εが共に放射効率に影響を及ぼすため、所定の放射効率以上となる周波数帯域（帯域幅）が狭められて使用可能な周波数帯域が制限されることのないよう、磁気損失ｔａｎδ_μと誘電損失ｔａｎδ_εを共に十分に小さい値としなければならない。

特許文献１には、比誘電率を高めることによるアンテナの小型化に関する記載がある。しかし、特許文献１記載のアンテナにおいて比誘電率が大きい基材を用いた場合、帯域幅が狭められてしまい、その結果、使用可能な周波数帯域が不都合な程度に制限されてしまう。

また、特許文献２に記載されたＹ型六方晶フェライトのような磁性材料を用いると、ＧＨｚ以上の高周波帯域における磁気損失ｔａｎδ_μが過大となってしまい、この場合にも、使用可能な周波数帯域が不都合な程度に制限されてしまう。さらに、誘電損失ｔａｎδ_εに関しては記載されていない。

またさらに、特許文献３には、上述の如く、アンテナの材料として種々の組成のフェライトが開示されているものの、それらの詳細な材料物性は不明であり、一般的には、かかる材料を用いたアンテナも、ＧＨｚ以上の高周波帯域における磁気損失ｔａｎδ_ε、及び誘電損失ｔａｎδ_εが不都合に大きいものと考えられる。このように、ＧＨｚ帯における磁気損失ｔａｎδ_μと誘電損失ｔａｎδ_εの両方について、十分には検討されていない。以上のように、従来技術においては、高周波数におけるアンテナの広帯域化と小型化とを同時に実現することが出来ないという課題がある。

上記課題を解決するために、本発明者らは、特定の結晶構造を有するフェライトの組成、格子定数、及び物性に着目して鋭意検討を重ねた結果、上記課題に対する有効な解決手段を見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明による磁性酸化物焼結体は、下記組成式（１）
Ｂａ（Ｔｉ_０．５Ｍｎ_０．５）_ｘＦｅ_１２−ｘＯ_１９・・・（１）
（式中のｘは、３．５≦ｘ≦７．０）で表されるＭ型六方晶フェライトを主相として９５％以上含む磁性酸化物焼結体であり、該磁性酸化物焼結体の磁化容易軸と直交するａ軸の格子定数（Å）が、下記関係式（２）
５．９２≦ａ≦０．０１２５×ｘ＋５．８９・・・（２）
を満たすことを特徴とする磁性酸化物焼結体とする。

本発明者らが、かかる構成を有するアンテナ用磁性酸化物焼結体の特性を測定したところ、その磁性酸化物焼結体の２ＧＨｚにおける磁気損失ｔａｎδ_μと誘電損失ｔａｎδ_εが共に０．０１以下と十分小さい値を取るのみならず、前記アンテナ用磁性酸化物焼結体を用いて作製したアンテナは、従来のものに比して、２ＧＨｚにおいて有効な帯域幅及び放射効率に優れることが確認された。このような有利な効果が奏される作用機構の詳細は、未だ明らかではないものの、例えば、以下のとおり推察される。但し、作用はそれらに限定されない（以下同様）。

上述した組成のフェライトを含むアンテナ用磁性酸化物焼結体においては、自然共鳴周波数が４ＧＨｚ以上となるＭ型六方晶フェライトを主相として９５％以上含むため、自然共鳴周波数未満の周波数における磁気損失ｔａｎδ_μは十分に抑えられることから、２ＧＨｚにおける磁気損失ｔａｎδ_μが０．０１以下になったものと推察される。一方、主相が９５％未満であると、Ｍ型六方晶フェライトよりも磁気損失ｔａｎδ_μの大きいＹ型、Ｚ型等の他の六方晶フェライトやＦｅ_３Ｏ_４等の異相の寄与が大きくなることから、磁気損失ｔａｎδ_μは０．０１よりも大きくなったものと推察される。さらに上述した格子定数のフェライトを含むアンテナ用磁性酸化物焼結体においては、主相のＭ型六方晶フェライト中で、誘電損失ｔａｎδ_ε増加の原因となるＦｅ^２＋の量が減少し、一方でＦｅ^２＋と比較してイオン半径が小さく、誘電損失ｔａｎδ_ε増加に寄与しないＦｅ^３＋の量が増加したことから、２ＧＨｚにおける誘電損失ｔａｎδ_εが０．０１以下になったものと推察される。

また、本発明によるアンテナは、本発明のアンテナ用磁性酸化物焼結体を用いて有効に製造可能なものであり、その磁性酸化物焼結体を含む基体と、その基体の表面又は内部に設けられた導体と、この導体に接続されており、且つ、その導体に電気エネルギーを供給するための給電端子とを備える。

さらに、本発明による無線通信機器は、本発明のアンテナを用いて有効に得られるものであって、上述した本発明のアンテナを備えることを特徴とする。

本発明によれば、磁性酸化物焼結体の複素透磁率の実部μ´と複素誘電率の実部ε´を２ＧＨｚの周波数において共に真空中のそれらに比してより大きい値にすることができ、そのため波長短縮効果が得られることから、前記磁性酸化物焼結体を用いてＧＨｚ帯を対象とするアンテナの小型化を実現することができ、且つ、磁気損失ｔａｎδ_μと誘電損失ｔａｎδ_εを２ＧＨｚの周波数において共に０．０１以下にすることができるため、前記アンテナが使用可能となる周波数帯域を十分に広く維持（すなわち広帯域化）することができる。

図１は、アンテナを構成する磁性材料の誘電損失と放射効率との関係を示す図である。 図２は、本実施形態に係る磁性酸化物焼結体の（Ｔｉ_０．５Ｍｎ_０．５）量と格子定数との関係を示す図である。 図３は、本実施形態に係る磁性酸化物焼結体を用いて構成されるアンテナの一例を示す概念図である。 図４は、本実施形態に係る磁性酸化物焼結体を用いたアンテナを備える携帯電話機を示す図である。 図５は、アンテナの特性を評価するためのモデルを示す概念図である。

以下、本発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、下記の発明を実施するための形態（以下実施形態という）により本発明が限定されるものではない。また、下記の実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。

［磁性酸化物焼結体］
本実施形態の磁性酸化物焼結体は、Ｍ型六方晶フェライト単相であることが好ましい。しかしながら、製造過程のばらつき等により、Ｙ型、Ｚ型等、他の六方晶フェライト、Ｆｅ_３Ｏ_４、ＢａＴｉＯ_３、及びＢａＦｅ_２Ｏ_４等の異相が磁性酸化物焼結体に生成する場合がある。したがって、本実施形態に係る磁性酸化物焼結体は、Ｍ型六方晶フェライトを主相とするが、上述したような異相を含むことも許容する。ただし、アンテナの小型化を実現しつつ、使用可能となる周波数帯域を十分に広く維持するため、Ｍ型六方晶フェライトの比率は９５％以上とする。ここでＭ型六方晶フェライトの比率とは、本実施形態に係る磁性酸化物焼結体を構成する各相のＸ線回折におけるメインピーク（強度が最も強いピーク）の強度の和に対するＭ型フェライトのメインピ−ク強度の割合である。

磁気損失ｔａｎδ_μと誘電損失ｔａｎδ_εに関して、アンテナを構成する磁性材料の誘電損失ｔａｎδ_εと放射効率との関係を示した図１によると、例えば、アンテナの基体に用いられる磁性材料の２ＧＨｚにおける誘電損失ｔａｎδ_εが０．０１から０．０２、０．０５と大きくなるにしたがって、所定の放射効率、例えば６０％、以上となる帯域幅が狭まるため、所定の帯域幅、例えば２ＧＨｚを中心として２００ＭＨｚ、を所望する場合、２ＧＨｚにおける誘電損失ｔａｎδ_εは０．０１以下でなければならない。これに関し、放射効率と磁気損失ｔａｎδ_μについても、同様の傾向を示す。ここで放射効率は、「電磁波へ変換されるエネルギー／アンテナへ供給される電気エネルギー」で表される。

本実施形態では、磁性酸化物焼結体としてＧＨｚ帯において磁気損失ｔａｎδ_μが十分に小さいＭ型六方晶フェライトＢａ（Ｔｉ_０．５Ｍｎ_０．５）_ｘＦｅ_１２−ｘＯ_１９を用いる。そして、前記Ｍ型六方晶フェライトの（Ｔｉ_０．５Ｍｎ_０．５）量ｘを３．５≦ｘ≦７．０の範囲とし、且つ、磁化容易軸と直交するａ軸の格子定数（Å）を５．９２≦ａ≦０．０１２５×ｘ＋５．８９の範囲に調整することで、２ＧＨｚにおいて低磁気損失ｔａｎδ_μ、且つ、低誘電損失ｔａｎδ_εの前記Ｍ型六方晶フェライトを主相として９５％以上含ませることにより、磁性酸化物焼結体の２ＧＨｚにおける磁気損失ｔａｎδ_μと誘電損失ｔａｎδ_εを共に０．０１以下にする。このようにして作製した本実施形態に係る磁性酸化物焼結体を、高周波数を対象とするアンテナの基体に用いれば、前記アンテナの小型化を実現しつつ、前記アンテナが使用可能となる周波数帯域を十分に広く維持することができる。

本実施形態の磁性酸化物焼結体として用いるＭ型六方晶フェライトＢａ（Ｔｉ_０．５Ｍｎ_０．５）_ｘＦｅ_１２−ｘＯ_１９のｘ及び磁化容易軸と直交するａ軸の格子定数の範囲は、次のように決定される。ｘが３．０以上８．０以下の範囲でＭ型六方晶フェライト粉を作製し、各ｘのＭ型六方晶フェライト粉について１２００℃から１４００℃の範囲で焼成してＭ型六方晶フェライトの焼結体を得る。得られた各焼結体について、格子定数ａ、及び２ＧＨｚにおける誘電損失ｔａｎδ_εを測定する。誘電損失ｔａｎδ_εが０．０１以下となり得るＭ型六方晶フェライト焼結体の組成の範囲をｘの範囲とする。各ｘに対して誘電損失ｔａｎδ_εが０．０１となるａをプロットすることで、各ｘに対して誘電損失ｔａｎδ_εが０．０１以下となるａの範囲を決定する（図２）。この時、ａが５．９２Å未満の小さい値では、誘電損失ｔａｎδ_εが０．０２となる。したがって、ａの値は５．９２Åを下限とする。

［アンテナ］
図３は、本実施形態に係る磁性酸化物焼結体を用いて構成されるアンテナの一例を示す概念図である。アンテナ１は、基体２の表面に導体３が設けられ、この導体３と電気的に接続される給電端子４とで構成される。導体３は、例えば、銅や銅合金を印刷、蒸着、貼り合わせ、あるいはメッキによって基体２の表面に設けられる。導体３の形状は、図３に示すものに限定されるものではなく、ミアンダ状、ヘリカル状等様々な形状を用いることができる。給電端子４は、導体３と給電線とを電気的に接続する端子であり、給電線から供給される電圧又は電流を導体３に印加する。基体２は、本実施形態に係る磁性酸化物焼結体で構成される。基体２の形状は、図３に示すような直方体が好ましいが、これに限定されるものではなく、無線通信機器に実装する際には様々な形状を用いることができる。次に、本実施形態に係る磁性酸化物焼結体の作製方法について説明する。

本実施形態に係る磁性酸化物焼結体は、例えば、次のように作製される。まず、Ｍ型六方晶フェライト粉を作製する。これは、原料となるＦｅ_２Ｏ_３、ＢａＣＯ_３、Ｍｎ_３Ｏ_４、ＴｉＯ_２等をボールミル等の混合手段によって配合し、配合が終了した配合粉について電気炉などを用いて所定温度で所定時間仮焼する。そして、仮焼終了後の仮焼粉を振動ミルやボールミル等の粉末作製手段で粉砕して粉末とすることで、Ｍ型六方晶フェライト粉が完成する。

次に、このＭ型六方晶フェライトの焼結体を作製する。まず、作製したＭ型六方晶フェライト粉にＰＶＡなどのバインダーを添加した後、スプレイドライヤー等によって造粒することにより造粒粉を得る。この造粒粉をプレス機により成形した後、電気炉などを用いて所定時間焼成を行い、焼結体を得る。焼成時の酸素分圧が大気中よりも低いと、２価のＦｅイオン量が増加し、比抵抗が減少することから、誘電損失ｔａｎδ_εは増加する。したがって、焼成は大気中よりも酸素分圧の高い焼成雰囲気、好ましくは酸素中で行う。

焼成温度は１２００℃以下の低い温度では、十分に反応が進行せずに単相にならないため、誘電損失ｔａｎδ_εが０．０２以上となる。一方、１４００℃以上の高温で焼成を行った場合、格子定数が大きくなり、この場合も誘電損失ｔａｎδ_εが０．０２以上となる。したがって焼成温度の範囲は１２００℃以上１４００℃以下とする。また、透磁率を大きくして小型化率を高める観点から、密度を高くするため、焼成温度は１４００℃以下でできるだけ高い温度、好ましくは１３４０℃以上１４００℃以下とする。

このようして作製した本実施形態の磁性酸化物焼結体は、組成式Ｂａ（Ｔｉ_０．５Ｍｎ_０．５）_ｘＦｅ_１２−ｘＯ_１９で表され、３．５≦ｘ≦７．０で、且つ、磁化容易軸と直交するａ軸の格子定数（Å）が５．９２≦ａ≦０．０１２５×ｘ＋５．８９を満たすＭ型六方晶フェライト焼結体である。

［無線通信機器］
次に、無線通信機器に本実施形態に係る磁性酸化物焼結体を用いたアンテナを搭載した例を説明する。図４は、本実施形態に係る磁性酸化物焼結体を用いたアンテナを備える携帯電話機を示す図である。無線通信機器である携帯電話機１０は、第１筐体１０ＣＡと第２筐体１０ＣＢとがヒンジ１３で連結された折り畳み式の携帯通信機器である。第２筐体１０ＣＢの内部であって、ヒンジ１３とは反対側における端部には、第１アンテナ１１が配置される。第１アンテナ１１は、携帯電話機１０の無線通信に用いる送受信アンテナであり、携帯電話機１０と基地局との間で、通話や電子メール等に係る電波の送受信に用いられる。ここで、携帯電話機１０の使用周波数帯域は、２ＧＨｚ帯である。

第１アンテナ１１を構成する基体は、本実施形態に係る磁性酸化物焼結体で構成される。このため、第１アンテナ１１を小型化できるとともに、携帯電話機１０の無線通信に用いる周波数帯域（２ＧＨｚ帯）において、第１アンテナ１１を広帯域（２００ＭＨｚ程度）で使用できる。そして、第１アンテナ１１が小型化できるため、携帯電話機１０が備える内部機器の配置の自由度が向上する。また、第１アンテナ１１が小型化されることにより、携帯電話機１０の筐体を小型化できる。

図４に示す携帯電話機１０は、第２筐体１０ＣＢの内部であってヒンジ１３側に、第２アンテナ１２が配置される。第２アンテナ１２は、例えば、ＧＰＳ受信に用いられる受信アンテナであり、ＧＰＳ衛星から発信される電波の受信に用いられる。第２アンテナ１２の対象とする周波数帯域は、本実施形態においては１．５ＧＨｚ帯である。第２アンテナ１２の基体にも本実施形態に係る磁性酸化物焼結体を用いることで、１．５ＧＨｚ帯という高周波の電波を対象とする第２アンテナ１２を小型化できるとともに、ＧＰＳ受信に用いる周波数帯域において、第２アンテナ１２を広帯域（２００ＭＨｚ程度）で使用できる。第２アンテナ１２は、携帯電話機１０の筐体内で配置できる場所が限られるが、本実施形態に係る磁性酸化物焼結体を用いることで第２アンテナ１２を小型化できるので、筐体内における配置の自由度が向上する。

なお、本実施形態に係る磁性酸化物焼結体の適用対象は、携帯電話機１０のアンテナに限定されるものではなく、ＧＨｚ帯を使用する無線通信機器全般に対して適用できる。また、本実施形態に係る磁性酸化物焼結体は、アンテナを小型化できるという効果があるので、特に、携帯電話機やＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄａｔａ Ａｓｓｉｓｔａｎｔ）、あるいはパーソナルコンピュータ等に装着されてデータ通信等に用いられる情報通信用カード等の小型化が要求される携帯通信機器に対して好適である。

さらに、無線通信機器であれば、携帯され持ち運ばれる頻度の高いものに限らず、本実施形態に係る磁性酸化物焼結体は適用できる。例えば、本実施形態に係る磁性酸化物焼結体は、携帯電話機の室内アンテナや室内に配置される無線ＬＡＮ用の送受信機等のようなものであっても適用でき、このようなものの中でも、特に小型化が要求されるものに対して好適である。

次に、上述した実施形態をより具体的に実施した実施例を説明するが、本発明は、これらの実施例に限定されるものではない。表１に、実施例及び比較例に係る磁性酸化物焼結体を構成するＭ型フェライトＢａ（Ｔｉ_０．５Ｍｎ_０．５）_ｘＦｅ_１２−ｘＯ_１９における（Ｔｉ_０．５Ｍｎ_０．５）量ｘ、焼成温度、格子定数ａ、２ＧＨｚにおける複素透磁率の実部μ´、磁気損失ｔａｎδ_μ、複素誘電率の実部ε´、誘電損失ｔａｎδ_ε、及びアンテナの特性として放射効率が６０％以上となる帯域幅の評価結果を示す。

実施例として、酸化鉄（Ｆｅ_２Ｏ_３）、炭酸バリウム（ＢａＣＯ_３）、酸化マンガン（Ｍｎ_３Ｏ_４）、酸化チタン（ＴｉＯ_２）を原料とし、これらを表１に示す実施例１〜実施例１０それぞれに対応する所定の組成となるように秤量した。そして、秤量後の原料を湿式ボールミルで水を媒体として１６時間配合した後、大気中において１１５０℃で仮焼した。これによって得られた磁性酸化物を振動ミルで１０分間乾式粉砕した後、湿式ボールミルで水を媒体として２４時間粉砕し、粉砕後の磁性酸化物を１５０℃で２４時間乾燥させて、磁性酸化物の粉末を作製した。この磁性酸化物は、Ｍ型六方晶フェライトＢａ（Ｔｉ_０．５Ｍｎ_０．５）_ｘＦｅ_１２−ｘＯ_１９（３．５≦ｘ≦７．０）を主成分とする。

次に、この磁性酸化物粉末にバインダーとしてＰＶＡを添加して造粒することにより造粒粉を得た。この造粒粉をプレス機により所定の圧力（１００ＭＰａ）で成形してから、酸素雰囲気中において所定の温度（１３００℃及び１３５０℃）で所定の時間（２時間）焼成して磁性酸化物焼結体を作製した。

比較例として、Ｍ型六方晶フェライトＢａ（Ｔｉ_０．５Ｍｎ_０．５）_ｘＦｅ_１２−ｘＯ_１９を主成分としながら、（Ｔｉ_０．５Ｍｎ_０．５）量ｘの範囲が３．５≦ｘ≦７．０から逸脱する磁性酸化物焼結体（比較例１〜比較例７）、さらに、ｘの範囲は３．５≦ｘ≦７．０の範囲内にあるものの、焼成温度を変更することにより、主相のＭ型六方晶フェライトＢａ（Ｔｉ_０．５Ｍｎ_０．５）_ｘＦｅ_１２−ｘＯ_１９の比率が９５％未満となる磁性酸化物焼結体（比較例８〜比較例１２）、またさらに、磁性酸化物焼結体の磁化容易軸と直交するａ軸の格子定数（Å）がａ＞０．０１２５×ｘ＋５．８９となるように調整した磁性酸化物焼結体（比較例１３〜比較例１７）を作製した。

表１に示す比較例１〜比較例３は、上述した実施例において、（Ｔｉ_０．５Ｍｎ_０．５）量ｘの値がｘ＝３．０となるように作製したものである。

表１に示す比較例４〜比較例７は、上述した実施例において、（Ｔｉ_０．５Ｍｎ_０．５）量ｘの値がｘ＝８．０となるように作製したものである。

表１に示す比較例８〜比較例１２は、上述した実施例において、焼成温度を１２００℃以下とすることにより、異相を含ませ、主相のＭ型六方晶フェライトＢａ（Ｔｉ_０．５Ｍｎ_０．５）_ｘＦｅ_１２−ｘＯ_１９の構成比が９５％未満となるように作製したものである。

表１に示す比較例１３〜比較例１７は、上述した実施例において、焼成温度を１４００℃以上とすることにより、磁性酸化物焼結体の磁化容易軸と直交するａ軸の格子定数（Å）がａ＞０．０１２５×ｘ＋５．８９となるとなるように作製したものである。

上記手順によって作製した実施例１〜実施例１０及び比較例１〜比較例１７それぞれに対応する磁性酸化物焼結体を粉砕して粉末状にし、粉末Ｘ線回折法により回折ピークの位置を求め、これによりＭ型フェライトの磁化容易軸と直交するａ軸の格子定数を計算した。粉末Ｘ線回折法にはＸ線回折装置（リガク（株）製、ＲＩＮＴ−２５００）を用いた。

次に、上記手順によって作製した実施例１〜実施例１０及び比較例１〜比較例１７それぞれに対応する磁性酸化物焼結体を切断して、複素透磁率の実部μ´、磁気損失ｔａｎδ_μ、複素誘電率の実部ε´、及び誘電損失ｔａｎδ_ε測定用の試験片を得た。複素透磁率の実部μ´と磁気損失ｔａｎδ_μの測定に供する試験片は、外径７ｍｍ、内径３ｍｍ、厚さ２ｍｍの環状の試験片であり、複素誘電率の実部ε´と誘電損失ｔａｎδ_εの測定に供する試験片は、１ｍｍ×１ｍｍ×６０ｍｍの棒状の試験片である。

複素透磁率の実部μ´、磁気損失ｔａｎδ_μ、複素誘電率の実部ε´、及び誘電損失ｔａｎδ_εは、ネットワークアナライザ（アジレント・テクノロジー（株）製、ＨＰ８５１０Ｃ）を用いて測定した。２ＧＨｚでの複素透磁率の実部μ´、磁気損失ｔａｎδ_μは、上述した複素透磁率測定用の環状の試験片を使用して同軸型Ｓパラメーター法により測定した。２ＧＨｚでの複素誘電率の実部ε´と誘電損失ｔａｎδ_εは上述した複素誘電率測定用の棒状の試験片を使用して空洞共振器摂動法により測定した。

そして、上記手順によって作製した実施例１〜実施例１０及び比較例１〜比較例１７それぞれに対応する磁性酸化物焼結体を用いてアンテナを作製し、その特性を評価した。本発明においては、帯域幅が狭まらないことに重点を置いているため、アンテナの特性として評価する項目は帯域幅のみである。ここで、帯域幅は、２ＧＨｚを中心とした放射効率が６０％以上となる周波数の範囲のことである。小型化率については特別に評価していないものの、本実施例においては、複素透磁率の実部μ´と複素誘電率の実部ε´が共に１．１以上であることから、前述した波長短縮効果により、磁性酸化物焼結体の寸法を小さくできるため、これを用いたアンテナを小型化することができることは明らかである。

図５に、無線通信機器への実装を想定してアンテナの特性を評価するためのモデルを示す。アンテナ１は、基体２に導体３及び導体３と電気的に接続される給電端子４とを設けて構成される。基体２は、実施例１〜実施例１０及び比較例１〜比較例１７それぞれに対応する磁性酸化物焼結体を用いて作製される。そして、それぞれの基体２に導体３及び給電端子４が設けられて、実施例１〜実施例１０及び比較例１〜比較例１７それぞれに対応したアンテナが作製される。

アンテナ１の形状は立方体であり、矩形形状をした基板５上の短辺側端部側に配置されて、給電端子４を介して導体３に電気エネルギーが供給される。放射効率は小型３Ｄ放射指向性測定機（ＳＡＴＩＭＯ社製、ＳＴＡＲＬＡＢ）を用いて測定した。本実施例において、アンテナ１の特性として評価する帯域幅は、放射効率が６０％以上となる２ＧＨｚを中心とした周波数の範囲である。

上述した手法によって得た、Ｍ型フェライトの磁化容易軸と直交するａ軸の格子定数、２ＧＨｚでの複素透磁率の実部μ´、磁気損失ｔａｎδ_μ、複素誘電率の実部ε´、誘電損失ｔａｎδ_ε、及び放射効率が６０％以上となる帯域幅の評価結果を表１に示す。帯域幅は評価した値を用いて○（許容；２００ＭＨｚ以上）、×（許容できない；２００ＭＨｚ未満）の評価とした。

表１の結果から分かるように、実施例１〜実施例１０に係る磁性酸化物焼結体は、いずれも２ＧＨｚにおいて２００ＭＨｚ以上の十分な帯域幅を有している。これらの磁性酸化物焼結体は、２ＧＨｚにおいて磁気損失ｔａｎδ_μと誘電損失ｔａｎδ_εが共に０．０１以下であるため、２ＧＨｚを中心とした広い周波数の範囲で、アンテナに供給されるエネルギーを効率的に電磁波へ変換できると考えられる。

実施例６〜実施例１０に係る磁性酸化物焼結体は、いずれも焼成温度を１３５０℃としており、焼成温度を１３００℃とした実施例１〜実施例５に係る磁性酸化物焼結体よりも、同一の（Ｔｉ_０．５Ｍｎ_０．５）量ｘで比較した場合、複素透磁率の実部μ´が０．１だけ大きくなっている。これは焼成温度が高い方が、密度が大きくなることが原因であると考えられる。したがって、焼成温度を１３００℃とした実施例１〜実施例５に係る磁性酸化物焼結体よりも、焼成温度を１３５０℃とした実施例６〜実施例１０に係る磁性酸化物焼結体の方が、小型化の効果は顕著になる。

さらに、（Ｔｉ_０．５Ｍｎ_０．５）量ｘを４．０、焼成温度を１３５０℃とした実施例４に係る磁性酸化物焼結体は、２ＧＨｚにおける複素透磁率の実部μ´が１．５となっており、小型化の効果が最も顕著になる。

比較例１〜比較例７に係る磁性酸化物焼結体は、いずれも帯域幅の評価が２００ＭＨｚに達しておらず、帯域幅が狭められている。これらの磁性酸化物焼結体は、磁気損失ｔａｎδ_μは０．０１以下と小さいものの、誘電損失ｔａｎδ_εが０．０２以上と大きいため、アンテナに供給されるエネルギーを効率的に電磁波へ変換できる周波数の範囲が狭くなっていると予想される。比較例１〜比較例３に係る磁性酸化物焼結体は、いずれも（Ｔｉ_０．５Ｍｎ_０．５）量ｘの値が３．０であり、比較例４〜比較例７に係る磁性酸化物焼結体は、いずれも（Ｔｉ_０．５Ｍｎ_０．５）量ｘの値が８．０である。これらの磁性酸化物焼結体で誘電損失ｔａｎδ_εが大きくなったのは、いずれもＭ型六方晶フェライトＢａ（Ｔｉ_０．５Ｍｎ_０．５）_ｘＦｅ_１２−ｘＯ_１９の（Ｔｉ_０．５Ｍｎ_０．５）量ｘの範囲が３．５≦ｘ≦７．０から逸脱することが原因である。これに対して、実施例１〜実施例１０に係る磁性酸化物焼結体は、ｘの範囲が３．５≦ｘ≦７．０であるので、磁気損失ｔａｎδ_μと誘電損失ｔａｎδ_εが共に０．０１以下となり、帯域幅を十分に広く維持できると考えられる。

比較例８〜比較例１２に係る磁性酸化物焼結体は、いずれも帯域幅の評価が２００ＭＨｚに達しておらず、広帯域化ができていない。これらの磁性酸化物焼結体は、磁気損失ｔａｎδ_μは０．０１以下と小さいものの、誘電損失ｔａｎδ_εが０．０２と大きいため、アンテナに供給されるエネルギーを効率的に電磁波へ変換できる周波数の範囲が狭くなっていると予想される。これらの磁性酸化物焼結体で誘電損失ｔａｎδ_εが大きくなったのは、いずれも焼成温度が低く十分に反応が進行していないため、主相のＭ型六方晶フェライトＢａ（Ｔｉ_０．５Ｍｎ_０．５）_ｘＦｅ_１２−ｘＯ_１９の比率が９５％未満となったことが原因である。これに対して、実施例１〜実施例１０に係る磁性酸化物焼結体は、主相のＭ型六方晶フェライトの比率は９５％以上であるので、磁気損失ｔａｎδ_μと誘電損失ｔａｎδ_εが共に０．０１以下となり、帯域幅を十分に広く維持できると考えられる。

比較例１３〜比較例１７に係る磁性酸化物焼結体は、いずれも帯域幅の評価が２００ＭＨｚに達しておらず、広帯域化ができていない。これらの磁性酸化物焼結体は、磁気損失ｔａｎδ_μは０．０１以下と小さいものの、誘電損失ｔａｎδ_εが０．０２と大きいため、アンテナに供給されるエネルギーを効率的に電磁波へ変換できる周波数の範囲が狭くなっていると予想される。これらの磁性酸化物焼結体で誘電損失ｔａｎδ_εが大きくなったのは、いずれもＭ型六方晶フェライトＢａ（Ｔｉ_０．５Ｍｎ_０．５）_ｘＦｅ_１２−ｘＯ_１９の磁化容易軸と直交するａ軸の格子定数（Å）の範囲が５．９２≦ａ≦０．０１２５×ｘ＋５．８９から逸脱することが原因である。これに対して、実施例１〜実施例１０に係る磁性酸化物焼結体は、ａの範囲が５．９２≦ａ≦０．０１２５×ｘ＋５．８９であるので、磁気損失ｔａｎδ_μと誘電損失ｔａｎδ_εが共に０．０１以下となり、帯域幅を十分に広く維持できると考えられる。

以上のように、本発明に係る磁性酸化物焼結体及びアンテナ、並びに無線通信機器は、高周波を対象とするアンテナに有用であり、このようなアンテナの小型化を実現しつつ、前記アンテナが使用可能となる周波数帯域が狭まることを抑制することができる。

１ アンテナ
２ 基体
３ 導体
４ 給電端子
５ 基板
１０ 携帯電話機
１０ＣＡ 第１筐体
１０ＣＢ 第２筐体
１１ 第１アンテナ
１２ 第２アンテナ
１３ ヒンジ

Claims (3)

1. 下記組成式（１）
   Ｂａ（Ｔｉ_０．５Ｍｎ_０．５）_ｘＦｅ_１２−ｘＯ_１９・・・（１）
   （式中のｘは、３．５≦ｘ≦７．０）で表されるＭ型六方晶フェライトを主相として９５％以上含む磁性酸化物焼結体であり、
   該磁性酸化物焼結体の磁化容易軸と直交するａ軸の格子定数（Å）が、下記関係式（２）
   ５．９２≦ａ≦０．０１２５×ｘ＋５．８９・・・（２）
   を満たすことを特徴とする磁性酸化物焼結体。
2. 請求項１記載の磁性酸化物焼結体により構成される基体と、前記基体の表面又は内部に設けられた導体と、前記導体と電気的に接続されており、且つ、該導体に電気エネルギーを供給する給電端子と、を備えるアンテナ。
3. 請求項２に記載のアンテナを備える、無線通信機器。

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