(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属元素としてＡｌ、ＴｉおよびＭｎを含み、組成式を（１００−ｘ−ｙ）ＡｌＯ３／２−ｘＴｉＯ２−ｙＭｎＯ（ただし、ｘ、ｙはモル％）で表したとき、ｘおよびｙが、
３．０≦ｘ≦７．０
０．１≦ｙ≦０．２５
の範囲内にあり、かつ、１０ＧＨｚにおけるＱ値が１５０００以上である高周波用磁器であって、
該高周波用磁器の製造で、Ａｌ原料として比表面積４ｍ２／ｇ以上のアルミナ粉末が用いられ、Ｔｉ原料として比表面積が３ｍ２／ｇ以上の酸化チタン粉末が用いられたものであることを特徴とする、高周波用磁器。
【請求項２】
Ａｌ原料として比表面積４〜５ｍ２／ｇのアルミナ粉末が用いられたものであることを特徴とする、請求項１に記載の高周波用磁器。
【請求項３】
誘電体磁器と、該誘電体磁器の表面に設けられた放射電極およびグランド電極とを備えた誘電体アンテナにおいて、前記誘電体磁器は、請求項１または２に記載の高周波用磁器からなることを特徴とする、誘電体アンテナ。
【請求項４】
誘電体磁器が入出力端子に電磁界結合して作動する、誘電体共振器において、前記誘電体磁器を支持する支持台が、請求項１または２に記載の高周波用磁器からなることを特徴とする、支持台。
【請求項５】
誘電体磁器が入出力端子に電磁界結合して作動する、誘電体共振器において、前記誘電体磁器は、請求項１または２に記載の高周波用磁器からなることを特徴とする、誘電体共振器。
【請求項６】
請求項５に記載の誘電体共振器に外部結合手段を含んでなることを特徴とする、誘電体フィルタ。
【請求項７】
少なくとも２つの誘電体フィルタと、該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含んでな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６に記載の誘電体フィルタであることを特徴とする、誘電体デュプレクサ。
【請求項８】
請求項７に記載の誘電体デュプレクサと、該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、該送信用回路に接続される前記入出力接続手段と異なる少なくとも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含んでなることを特徴とする、通信機装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロ波やミリ波などの高周波領域において利用される高周波用磁器に関する。また、本発明は、例えば、携帯電話、パ−ソナル無線機、衛星放送受信機、無線ＬＡＮ、ミリ波レーダなどに搭載される、誘電体アンテナ、誘電体共振器用などの支持台、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、並びに回路基板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来からマイクロ波やミリ波などの高周波領域において、アンテナ、誘電体共振器、回路基板などに磁器が広く利用されている。
【０００３】
このような高周波用磁器に要求される特性としては（１）誘電損失が小さい、即ちＱ値が高いこと、（２）共振周波数の温度安定性が優れている、即ち共振周波数の温度係数（τｆ）が０（ｐｐｍ／℃）付近で制御できることなどが挙げられる。比誘電率（εｒ）については、誘電体中では電磁波の波長が１／（εｒ）１／２に短縮されるので、小型化要求への対応として大きいことが望ましいが、使用周波数が高い場合、誘電体素子が小さくなるため加工面から比誘電率の小さい材料も望まれている。
【０００４】
従来、この種の高周波用磁器としては、例えば、Ｂａ（Ｓｎ，Ｍｇ，Ｔａ）Ｏ３系（特公平３−３４１６４号公報）、ＭｇＯ−ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３系（特公平６−１０３６０３号公報、特開平８−６９７１５号公報）、などの磁器が知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、Ｂａ（Ｓｎ，Ｍｇ，Ｔａ）Ｏ３系材料は、共振周波数の温度係数（τｆ）を０ｐｐｍ／℃付近に制御でき、Ｑ値も２００００〜３００００（１０ＧＨｚにおいて）と高い値を有する材料であるが、比誘電率（εｒ）が２４と大きいためマイクロ波やミリ波用途では素子サイズが小さくなりすぎ、加工面で問題となっていた。
【０００６】
一方、比誘電率（εｒ）が７〜１０と小さく、Ｑ値も６０００〜２９０００（１０ＧＨｚにおいて）と高い材料として、ＭｇＯ−ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３系材料やアルミナがあるが、共振周波数の温度係数（τｆ）が−３０〜−５０ｐｐｍ／℃と絶対値の大きな値をもつため、マイクロ波やミリ波用誘電体材料としてはその用途が制限されていた。
【０００７】
このアルミナの共振周波数の温度係数（τｆ）を制御する方法として、τｆがプラスをもつＴｉＯ２と組み合わせる方法がある。しかし、焼結させるには１３５０℃以上で焼成する必要があり、このような高温焼成の場合にはＡｌ２ＴｉＯ５が生成し、特性が低下するという問題点を有していた。
【０００８】
本発明の目的は、上記問題点を解決して、比誘電率（εｒ）が２０以下、Ｑ値が１００００（１０ＧＨｚ）以上、共振周波数の温度係数（τｆ）を０（ｐｐｍ／℃）を中心に任意に制御できる高周波用磁器を提供することにある。また、それを用いた誘電体アンテナ、誘電体共振器用などの支持台、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することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の高周波用磁器は、金属元素としてＡｌ、ＴｉおよびＭｎを含み、組成式を（１００−ｘ−ｙ）ＡｌＯ３／２−ｘＴｉＯ２−ｙＭｎＯ（ただし、ｘ、ｙはモル％）で表したとき、ｘおよびｙが、３．０≦ｘ≦７．０、０．１≦ｙ≦０．２５の範囲内にあり、かつ、１０ＧＨｚにおけるＱ値が１５０００以上である高周波用磁器であって、
該高周波用磁器の製造で、Ａｌ原料として比表面積４ｍ２／ｇ以上のアルミナ粉末が用いられ、Ｔｉ原料として比表面積が３ｍ２／ｇ以上の酸化チタン粉末が用いられたものであることを特徴とする。なお、本発明で言う比表面積とは、ＢＥＴ法による比表面積のことである。
【００１４】
そして、Ａｌ原料として比表面積４〜５ｍ２／ｇのアルミナ粉末が用いられたものであることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の誘電体アンテナは、誘電体磁器と、該誘電体磁器の表面に設けられた放射電極およびグランド電極とを備えた誘電体アンテナにおいて、前記誘電体磁器は、上述の高周波用磁器からなることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の支持台は、誘電体磁器が入出力端子に電磁界結合して作動する、誘電体共振器において、前記誘電体磁器を支持する支持台が、上述の高周波用磁器からなることを特徴とする。
【００１７】
また、本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、誘電体共振器において、前記誘電体磁器は、上述の高周波用磁器からなることを特徴とする。
【００１８】
また、本発明の誘電体フィルタは、上述の誘電体共振器に外部結合手段を含んでなることを特徴とする。
【００１９】
また、本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、該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含んでな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つが上述の誘電体フィルタであることを特徴とする。
【００２０】
さらに、本発明の通信機装置は、上述の誘電体デュプレクサと、該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、該送信用回路に接続される前記入出力接続手段と異なる少なくとも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含んでなることを特徴とする。
【００２１】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の誘電体アンテナの一例を示す斜視図である。図１を参照して、誘電体アンテナ１は、直方体形状のアンテナ基体２からなり、アンテナ基体２の手前側端部に入力電極３が形成され、アンテナ基体２の上面中央部に入力電極３と所定の間隔をおいて直線状に放射電極４が形成され、アンテナ基体２の略下面全面にグランド電極５が形成され、グランド電極５は放射電極４に電気的に接続されたものである。このような誘電体アンテナ１を構成するアンテナ基体２が、本発明に係る高周波用磁器で形成される。
【００２２】
なお、図１には、直方体形状であてストリップライン構成からなる誘電体アンテナの一例を示したが、本発明はこれに限定されるものではない。本発明の高周波用磁器は、他の形状の誘電体アンテナにも同様に用いることができる。
【００２３】
図２は、本発明の誘電体共振器用の支持台の一例を示す、ＴＥ０１δモードの誘電体共振器の図解的断面図である。図２を参照して、誘電体共振器１１は、金属ケース１２を備え、金属ケース１２内の空間には、支持台１３によって支持された柱状の誘電体磁器１４が配置されている。また、入力端子１５および出力端子１６が、金属ケース１２によって保持されている。このような誘電体共振器１１において、誘電体磁器１４を支持する支持台１３が、本発明の高周波用磁器で形成される。
【００２４】
図３は、本発明の誘電体共振器の一例を示す斜視図であり、図４は、図３に示す誘電体共振器２１のａ−ｂ面に沿う断面図である。図３、４を参照して、誘電体共振器２１は、貫通孔を有する角柱状の誘電体磁器２２からなり、その貫通孔内に内導体２３ａが形成され、周囲に外導体２３ｂが形成されたものである。そして、誘電体磁器２２に入出力端子すなわち外部結合手段を電磁界結合させることにより、誘電体共振器として作動する。このような誘電体共振器２１を構成する誘電体磁器２２が、本発明に係る高周波用磁器で形成される。
【００２５】
なお、図３には、角柱形状であってＴＥＭモードの誘電体共振器の一例を示したが、本発明はこれに限定されるものではない。本発明の高周波用磁器は、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も同様に用いることができる。
【００２６】
次に、図５は、本発明の誘電体フィルタの一例を示す斜視図である。図５を参照して、誘電体フィルタ２４は、貫通孔を有する誘電体磁器２２に内導体２３ａおよび外導体２３ｂが形成された誘電体共振器に外部結合手段２５が形成されたものである。なお、図５にはブロックタイプの誘電体フィルタを示したが、本発明の誘電体フィルタは、デスクリートタイプの誘電体フィルタとすることもできる。
【００２７】
次に、図６は、本発明の誘電体デュプレクサの一例を示す斜視図である。図６を参照して、誘電体デュプレクサ２６は、貫通孔を有する誘電体磁器２２に内導体２３ａおよび外導体２３ｂが形成された誘電体共振器を備えた２つの誘電体フィルタと、一方の誘電体フィルタに接続される入力接続手段２７と、他方の誘電体フィルタに接続される出力接続手段２８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２９とを含むものである。なお、図６にはブロックタイプの誘電体デュプレクサを示したが、本発明の誘電体デュプレクサは、デスクリートタイプの誘電体デュプレクサとすることもできる。
【００２８】
次に、図７は、本発明の通信機装置の一例を示すブロック図である。この通信機装置３０は、誘電体デュプレクサ３２、送信用回路３４、受信用回路３６およびアンテナ３８を含む。送信用回路３４は、誘電体デュプレクサ３２の入力接続手段４０に接続され、受信用回路３６は、誘電体デュプレクサ３２の出力接続手段４２に接続される。また、アンテナ３８は、誘電体デュプレクサ３２のアンテナ接続手段４４に接続される。この誘電体デュプレクサ３２は、２つの誘電体フィルタ４６、４８を含む。誘電体フィルタ４６、４８は、本発明の誘電体共振器に外部結合手段を接続してなるものである。この実施例では、たとえば、誘電体共振器２１の入出力端子にそれぞれ外部結合手段５０を接続して形成される。そして、一方の誘電体フィルタ４６は入力接続手段４０と他方の誘電体フィルタ４８との間に接続され、他方の誘電体フィルタ４８は、一方の誘電体フィルタ４６と出力接続手段４２との間に接続される。
【００２９】
なお、本発明の高周波用磁器は、上記誘電体アンテナ、誘電体共振器などのデバイスに限定されることなく、マイクロ波・ミリ波帯で用いられる回路基板などの高周波用デバイスに広く用いることができる。
【００３０】
【実施例】
（実施例１）
出発原料として、高純度のアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、酸化チタン（ＴｉＯ２）、炭酸マンガン（ＭｎＣＯ３）の各粉末を準備した。なお、Ａｌ２Ｏ３粉末として、純度９９．９％以上、比表面積４ｍ２／ｇのものを使用し、ＴｉＯ２粉末として、純度９９．８％以上、比表面積３ｍ２／ｇのものを使用した。
【００３１】
次に、表１に示す組成比率のものが得られるように、これら原料を調合した。
【００３２】
【表１】
0003562454.tif 000002
【００３３】
次に、この調合粉末を、適量のバインダ−を加えて、１６時間ボールミルで湿式混合粉砕した。乾燥して得た調整粉末を１０００〜２０００（ｋｇ／ｃｍ２）の圧力で円板状にプレス成形した後、大気中で表１に示す条件で焼成して円柱状の焼結体を得た。その後、直径１０ｍｍ、厚み５ｍｍに研磨加工して測定用試料とした。
【００３４】
なお、成形方法としては、上記プレス成形法以外に、シート成形法、冷間静水圧プレス法（ＣＩＰ）、湿式成形法、加圧鋳込み法などを適宜使用しても、任意の形状に成形できるならかまわない。
【００３５】
得られた試料について、測定周波数１０〜１４ＧＨｚにおける比誘電率（εｒ）およびＱ値を両端短絡型誘電体共振器法にて測定し、Ｑ×ｆ＝一定則にしたがって、１０ＧＨｚのＱ値に換算した。また、共振周波数の温度係数（τｆ、２５℃〜５５℃）を、ＴＥ０１δモ−ド共振周波数の温度変化から算出した。また、試料３、９、１６、３１、３７については、その結晶相を、波長λ＝１．５４１８ÅのＣｕＫα線によるＸ線回折で同定した。
【００３６】
これらの測定結果を表１に示す。なお、表１において、試料番号に＊印を付したものは本発明の範囲外のものであり、それ以外はすべて本発明の範囲内のものである。
【００３７】
表１から明らかなように、本発明の高周波用磁器は、マイクロ波帯において小さい比誘電率を保ちながら高いＱ値を示す。
【００３８】
ここで、表１を参照しながら、本発明の組成式：（１００−ｘ−ｙ）ＡｌＯ３／２−ｘＴｉＯ２−ｙＭｎＯ（ただし、ｘ、ｙはモル％）で表される高周波用磁器の限定理由を以下に説明する。
【００３９】
まず、ｘについて、ｘがｘ＜３．０場合（試料６，１３，２０，２７，３４，４１）やｘ＞９．０の場合（試料１２，１９，２６，３３）には、共振周波数の温度特係数（τｆ）が−３０ｐｐｍ／℃よりマイナス側に大きくなったり、＋５０ｐｐｍ／℃より大きくなってしまい、本発明の目的を達成することができない。
【００４０】
ｙについて、ｙ＜０．１の場合（試料４）には、１３１０℃以下の焼成温度では十分に焼結せず、Ｑ値が低くなる。また、ｙ＞１．０の場合（試料４２）には、１３１０℃以下の温度で焼結するが、Ｑ値が低くなってしまい本発明の目的を達成することができない。
【００４１】
そして、ｘの範囲を３．０≦ｘ≦７．０とし、ｙの範囲を０．１≦ｙ≦０．２５とすることにより（試料７〜１０，１４〜１７）、共振周波数の温度係数（τｆ）を０±３０ｐｐｍ／℃の範囲で、かつＱ値が１５０００（１０ＧＨｚ）以上の優れた特性を得ることができる。
【００４２】
また、試料３と、試料９、１６との比較で明らかなように、本発明の高周波用磁器には、Ａｌ２ＴｉＯ５相の生成は認められず、高いＱ値を得ることができる。
【００４３】
（実施例２）
出発素材として、高純度のアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、酸化チタン（ＴｉＯ２）、炭酸マンガン（ＭｎＣＯ３）の各粉末を準備した。なお、Ａｌ２Ｏ３粉末としては、純度が９９．９％以上であって、比表面積が３ｍ２／ｇ、４ｍ２／ｇおよび１３ｍ２／ｇのものを使用した。また、ＴｉＯ２粉末としては、純度が９９．８％以上であって、比表面積が１ｍ２／ｇ、３ｍ２／ｇ、７ｍ２／ｇおよび３０ｍ２／ｇのものを使用した。
【００４４】
次に、表２に示す組成比率のものが得られるように、これら原料を調合した。
【００４５】
【表２】
0003562454.tif 000003
【００４６】
次に、実施例１と同様にして、焼成温度は表２に示す温度で、試料を作製した。その後、実施例１と同様にして、比誘電率（εｒ）、Ｑ値および共振周波数の温度係数（τｆ）を求めた。これらの結果を表２に示す。なお、表２において、試料番号に＊印を付したものは本発明の範囲外のものであり、それ以外はすべて本発明の範囲内のものである。
【００４７】
表２から明らかなように、本発明の組成範囲では、低温での焼結性を高めるために、アルミナや酸化チタンの粉末の粒子径を小さくすることがよく、アルミナ粉末の比表面積を４ｍ２／ｇ以上とし、酸化チタン粉末の比表面積を３ｍ２／ｇ以上とすることにより、１３００℃未満で焼成することができる。
【００４８】
たとえば、試料５１と、試料４４および４５の比較で明らかなように、比表面積１３ｍ２／ｇのアルミナ粉末と、比表面積が３０ｍ２／ｇの酸化チタン粉末を使用した場合は、比表面積４ｍ２／ｇ未満のアルミナ粉末と、比表面積が３ｍ２／ｇ未満の酸化チタン粉末を使用した場合と比較して、特性を劣化させずに焼成温度を６０〜８０℃程度下げることができる。
【００４９】
しかしながら、使用する原料粉末、特にアルミナ粉末の粒子径が小さくなると、粉末の価格が高くなったり、粉末が嵩高くなり取扱い性や生産性に悪影響を与え、工業的に必ずしも有効とはならない。したがって、性能、価格および生産性の面を総合的に判断して、より好ましい粉末の比表面積は、アルミナ粉末で４〜５ｍ２／ｇ、チタン粉末で３ｍ２／ｇ以上である。
【００５０】
以上の実施例においては、原料としてＡｌ酸化物、Ｔｉ酸化物、Ｍｎ炭酸塩を用いた場合を示したが、本発明はこれら原料に限定されず、焼成により酸化物を生成する炭酸塩、硝酸塩、水酸化物などの化合物を適宜用いることができる。
【００５１】
また、本発明の高周波用磁器は、本発明の目的を損なわない範囲で微量の添加物を加えた磁器とすることができる。たとえば、ＳｉＯ２、Ｂ２Ｏ３、Ｖ２Ｏ５、ＷＯ３などを１．０重量％以下程度添加することにより、特性の劣化を抑えながら、焼成温度を１０〜２０℃低下させることができる。
【００５２】
さらに、不可避不純物として、Ｎａ、Ｋ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｇａ、Ｃｌ、Ｃａ、Ｚｒなどが、酸化物換算で０．１重量％程度混入しても特性上問題ない。また、Ｚｒ元素は、酸化物換算で全量中１．０重量％以下になるように制御することが好ましい。
【００５３】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、金属元素としてＡｌ、ＴｉおよびＭｎを含む本発明の高周波用磁器は、Ｘ線回折分析によりＡｌ２ＴｉＯ５相が認められない。
【００５５】
したがって、本発明によれば、本発明の高周波用磁器中のＴｉ成分およびＭｎ成分の量を限定し、さらに高周波用磁器の製造で原料として用いるアルミナ粉末および酸化チタン粉末の比表面積の下限値を定めることにより、比誘電率（εｒ）が２０以下と小さく、共振周波数の温度係数（τｆ）を０±３０ｐｐｍ／℃の範囲で、かつＱ値が１５０００（１０ＧＨｚ）以上の優れた特性を得ることができる。
【００５６】
また、本発明の高周波用磁器のＡｌ原料として比表面積４ｍ２／ｇ以上のアルミナ粉末を用い、Ｔｉ原料として比表面積が３ｍ２／ｇ以上の酸化チタン粉末を用いることにより、材料価格の上昇を抑え、生産性を落とすことなく、低温での焼結性を高めることができる。
【００５７】
したがって、このような組成を有する誘電体磁器を用いて、誘電体アンテナ、誘電体共振器用などの支持台、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作製することにより、それぞれ良好な特性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の誘電体アンテナの一例を示す斜視図である。
【図２】本発明の誘電体共振器用の支持台の一例を示す、誘電体共振器の図解的断面図である。
【図３】本発明の誘電体共振器の一例を示す斜視図である。
【図４】図１に示す誘電体共振器のａ−ｂ面に沿う断面図である。
【図５】本発明の誘電体フィルタの一例を示す斜視図である。
【図６】本発明の誘電体デュプレクサの一例を示す斜視図である。
【図７】本発明の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        誘電体アンテナ
２        アンテナ基体
３        入力電極
４        放射電極
５        グランド電極
１１、２１      誘電体共振器
１２      金属ケース
１３      支持台
１４、２２      誘電体磁器
１５      入力端子
１６      出力端子
２３ａ    内導体
２３ｂ    外導体
２４、４６、４８    誘電体フィルタ
２５、５０    外部結合手段
２６、３２    誘電体デュプレクサ
２７、４０    入力接続手段
２８、４２    出力接続手段
２９、４４    アンテナ接続手段
３０    通信機装置
３４    送信用回路
３６    受信用回路
３８    アンテナ
【図１】
0003562454.tif 000004
【図２】
0003562454.tif 000005
【図３】
0003562454.tif 000006
【図４】
0003562454.tif 000007
【図５】
0003562454.tif 000008
【図６】
0003562454.tif 000009
【図７】
0003562454.tif 000010