(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
組成式：ｘＣａＴｉaＯ1+2a−ｙＣａＳｎbＯ1+2b−ｚＬａＡｌcＯ(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
の範囲内にあり、前記組成式中のＬａの８０原子％以下（０を含む）がＨｏで置換されている、高周波用誘電体磁器組成物。
【請求項２】
前記ｙが０．０６７≦ｙ≦０．２６５の範囲内にある、請求項１に記載の高周波用誘電体磁器組成物。
【請求項３】
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、請求項１または請求項２に記載の高周波用誘電体磁器組成物からなる、誘電体共振器。
【請求項４】
請求項３に記載の誘電体共振器と、前記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、誘電体フィルタ。
【請求項５】
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つが請求項４に記載の誘電体フィルタである、誘電体デュプレクサ。
【請求項６】
請求項５に記載の誘電体デュプレクサと、前記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、前記送信用回路に接続される前記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、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備える、通信機装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
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／（εr）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εr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τf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τf［ｐｐｍ／℃］は、２５℃における共振周波数ｆ25と、５５℃における共振周波数ｆ55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、τf＝（ｆ55−ｆ25）／（ｆ25・（５５−２５））×１０6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Ｒｅ2Ｏ3−Ａｌ2Ｏ3−ＭＯ−ＴｉＯ2（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εrが得られ、またＱ値が高く、共振周波数の温度係数τf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）τf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τfによって保証することが行われている。上記で温度係数τf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τf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τf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τf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τf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ｆ25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／ｆ25＝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τf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εr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τf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：ｘＣａＴｉaＯ1+2a−ｙＣａＳｎbＯ1+2b−ｚＬａＡｌcＯ(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の範囲内にあり、前記組成式中のＬａの８０原子％以下（０を含む）がＨｏで置換されている。
【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。
【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：ｘＣａＴｉaＯ1+2a−ｙＣａＳｎbＯ1+2b−ｚＬａＡｌcＯ(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、前記組成式中のＬａの８０原子％以下（０を含む）がＨｏで置換されている。
【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。
【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（Ｌａ2Ｏ3）、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ3）、酸化チタン（ＴｉＯ2）、および酸化スズ（ＳｎＯ2）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：ｘＣａＴｉaＯ1+2a−ｙＣａＳｎbＯ1+2b−ｚＬａＡｌcＯ(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、０．９８×１０2〜１．９６×１０2ＭＰａ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（εr）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τf（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εr、Ｑ値（１ＧＨｚ）、τf、およびβが表１、および表２に示されている。
【００４６】
【表１】
0004691876.tif 000002
【００４７】
【表２】
0004691876.tif 000003
【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、εrを４０以上と大きく、Ｑ値（１ＧＨｚ）を４００００以上と大きく、τf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、εrが４０未満となり、またτf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、τf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、εr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τf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、εr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（Ｌａ2Ｏ3）、酸化ホルミウム（Ｈｏ2Ｏ3）、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ3）、酸化チタン（ＴｉＯ2）、および酸化スズ（ＳｎＯ2）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、εr、Ｑ値（１ＧＨｚ）、τf、およびβをそれぞれ求めた。
【００６２】
【表３】
0004691876.tif 000004
【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、εrを４０以上と大きく、Ｑ値（１ＧＨｚ）を４００００以上と大きく、τf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：ｘＣａＴｉaＯ1+2a−ｙＣａＳｎbＯ1+2b−ｚＬａＡｌcＯ(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の範囲内とし、前記組成式中のＬａの８０原子％以下（０を含む）がＨｏで置換されているようにしているので、比誘電率εｒ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τｆ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。
【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
【図１】
0004691876.tif 000005
【図２】
0004691876.tif 000006