專利名稱：多層微波環行器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于微波頻帶的無線電裝置，例如便攜式電話一類的移動通信裝置中的多層環行器。
傳統的集總元件型環行器采用具有圓形平面狀的組裝式環行器元件，它具有如
圖1部件分解斜視圖所示的基本結構。圖中，參照號10表示由非磁性材料，諸如玻璃增強環氧樹脂制成的圓形基板。在非磁性材料基板10的頂面和底面上分別形成線圈導體(內導體)11和12。通過穿過基板10的通孔13，把這些線圈導體11和12相互在電氣上連接起來。由鐵磁材料制成的圓形部件14和15貼近放在具有線圈導體11和12的非磁性材料基板10的兩面，這樣，由于射頻功率加到線圈導體11和12上，故在這些鐵磁部件14和15中感應出旋轉的射頻(RF)磁通。如前所述，環行器中傳統的環行器元件采用圓形的平面形狀，并通過組裝，即將鐵磁部件14和15堆疊并粘接于非磁材料基板10的兩面而構成。
然后，如圖2中部件分解斜視圖所示那樣，通過依次將接地導體電極16和17，勵磁用永磁體18和19以及可分離為上部和底部20和21的金屬殼體分別堆疊并固定在兩個鐵磁部件14和15上，構成該環形器。殼體20和21為出入勵磁永磁體18和19的磁通形成一條磁路。
如果射頻功率通過輸入/輸出端(未圖示)加到線圈導體11和12上，則將在鐵磁部件14和15中產生繞線圈導體11和12旋轉的射頻磁通。在此情況下，如果由永磁體18和19施加一個與射頻磁通正交的一個直流磁場，則鐵磁部件14和15將根據射頻磁通的旋轉方向呈現不同的磁導率μ+和μ-，如圖3中所示。一個環行器利用了不同的旋轉方向具有不同的磁導率。即，環形器元件中的射頻信號的傳播速率根據旋轉方向而不同，這樣，傳輸到相反方向的信號將相互抵消，由此防止信號傳播到某個特定的端口。由于鐵磁部件的磁導率μ+和μ-，非傳播端口取決于其相對于驅動端口的角度。例如，如果端口A、B和C按此順序沿某一旋轉方向設置，則端口B將確定為相對于驅動端口A的非傳播端口，端口C將確定為相對于驅動端口B的非傳播端口。
環行器作為一種有效元件已經廣泛使用來防止諸如便攜式電話機一類移動通信裝置中的各個放大器之間的干擾，也用來保護移動無線電傳輸裝置中的功率放大器免遭反射功率的破壞。隨著目前無線電傳輸裝置的普及和體積減小，要求環行器本身能做得成本更低、體積更小，并具有更低的損耗和更寬的頻帶。為了滿足這些要求，必須使環行器的磁導率μ+和μ-之間有較大的差值，并具有低損耗的驅動電路。
然而，根據圖1所示的傳統環行器，由于驅動線11和12在非磁性材料基板10上形成，而且這些線和基板設置在兩個分離的鐵磁部件14和15之間，故環行器的磁路將受到非磁材料基板10的阻塞。這樣，將在非磁性材料基板10與鐵磁部件14和15之間的界面上產生一個退磁場，造成磁導率降低。因此，傳統的環行器無法滿足上述近來的要求。
為了用減小在基板10相對于鐵磁部件14和15界面上所產生的退磁場的辦法來獲得一個緊湊尺寸的環行器，該申請的發明人在實驗的基礎上，使該基板10復合上一層鐵磁材料。盡管此種結構能夠稍微減小界面上的退磁場，但仍遠遠不能滿足前述的要求。
此外，由于按照傳統環行器，環行器元件制成圓形平面狀，如果將諸如諧振電容器或終端一類分立電路元件另外加到其側面上的端子處，那么，環行器的總尺寸將由此變大。
而且，按照傳統的環行器，由于構成磁軛的外殼通過機械方式將分離的頂部和底部20和21組合在一起，故勵磁場中磁路的磁阻將變得非常高，使環行器的裝配變得非常復雜。
在有些常見的環行器結構中，通過將線圈線繞在鐵磁材料部件上，或采用帶狀環形電極的方法來提高其電感器，以降低其諧振頻率。然而，采用上述結構將線繞在鐵磁材料部件上的環行器，由于其難以大批量生產，故沒有一種能夠實際使用。此外，盡管后一種結構采用帶狀環形電極的小尺寸環形器已有開發，但這種環行器存在以下問題(1)由于線圈外露，環行器容易受到外界電磁場的影響。這樣，外殼和磁體必須相互分開設置，而實際減小環行器的尺寸將極難。
(2)由于鐵磁材料部件僅制作在帶狀環的一面上，這樣，鐵磁材料部件的體積將不夠，由此將無法實際獲得足夠的磁導率μ+與μ-之差。
因此，本發明的目的在于提供一種能做成小尺寸的環行器。
本發明的另一目的在于提供一種能以低成本生產的環行器。
本發明的還有一個目的在于提供一種能工作在較寬頻率范圍的環行器。
本發明的再一個目的在于提供一種能以較低功耗工作的環行器。
根據本發明，裝有環行器元件的一種多層環行器包括具有預定圖形、由導電材料制成的內導體，以及緊密繞著該內導體的絕緣鐵磁材料體。該絕緣鐵磁材料體是由經過焙燒多層鐵磁材料而成的單一連續層。
由于緊密繞著內導體的絕緣鐵磁材料體繞結在單一連續層內，故在該鐵磁材料體內沒有非連續部分。這樣，射頻磁通將在環行器元件內部閉合，于是不會產生退磁場，而磁導率μ+與μ-之間的差值也將變大。結果，就可以用較小尺寸的環行器獲得更寬的工作頻率范圍和更低的損耗。
最好，絕緣鐵磁材料體由焙燒完成溫度高于內導體導電材料的熔點的一種鐵磁材料構成。
在此情況下，內導體可以由一種曾一度轉變為熔化狀態的金屬制成。
內導體可以由熔點高于膨脹鐵磁材料體中鐵磁材料的焙燒完成溫度的一種導電材料構成。
絕緣鐵磁材料體可以由燒結了一個上鐵磁材料層，至少一個中鐵磁材料層，以及一個下鐵磁材料層的一個單一連續層形成，環行器元件可以包括一些線圈導體，這些導體的圖形中至少有一匝纏繞在至少一個中鐵磁材料層上。上述內導體構成了線圈導體的一部分。采用此種結構，由于磁導率μ+和μ-較大，而且線圈的匝數也較大(線圈導體的長度較長)，故用一種緊湊的尺寸即可獲得必需的電感量。
最好，線圈導體包括在中鐵磁材料層和下鐵磁材料層頂面上形成的內導體，以及用以把內導體端部相互連接起來的跨接導體。
最好，環行器元件還包括分別在上鐵磁材料層的頂面和下鐵磁材料層的底面上形成的接地導體。
總之，根據本發明的多層環行器包括由導電材料制成、具有一預定圖形的內導體和緊密包圍內導體以及通過焙燒多層鐵磁材料而成一單一連續層構成的環行器元件;在環行器元件的側面上形成并在電氣上連接到內導體一端的多個端電極;在電氣上連接到該端電極的多個電路元件;以及用以將一個直流磁場加到環行器元件上的勵磁用永磁體。
根據本發明，整體上多層環行器也可包括由導電材料制成，具有一預定圖形的內導體和緊密圍繞該內導體，通過焙燒一個上鐵磁材料層，至少一個中鐵磁材料層以及一個下鐵磁材料層，而形成一單一連續層的一個環行器元件;其圖形中至少有一匝繞在至少一個中鐵磁材料層上、內導體由此構成所述線圈導體一部分的線圈導體;在環行器元件的側面上形成，并在電氣上連接到內導體一端的多個端電極;在電氣上連接到該端電極的多個電路元件;以及用以將一個直流磁場加到環行器元件上的勵磁用永磁體。
電路元件最好是在電氣上連接到相應端電極上的多個電容器，用以與所加的頻率諧振。
電路元件也可以是附加并在電氣上連接到相應端電極的分立的電路元件，或者，也可以是與環行器元件整體形成的內部電路元件。
環形器最好進一步包括緊貼地固定到勵磁用永磁體上的一個金屬外殼。該金屬外殼具有一個連續的磁路。由于磁勵磁路是連續的，故可獲得一更小的磁阻，從而使其性能大大改善。
環行器元件可以采用多邊形平面狀，最好是六邊形平面狀。由于采用多邊形平面狀的環行器元件，在環行器元件的側面上將留有用以附接諧振電容器或終端電阻器一類分立的電路元件的空間。
因此，如果這種分立的電路元件附加到環行器元件上，環行器的總體尺寸仍可做得很小。
內導體最好具有由平面上多條條帶組成的圖形，這些條帶可分別延伸到多個對稱的輻射方向上。
在此情況下，該條帶可以包括直條帶。
而且，內導體最好具有由平面上至少一條直條帶組成的圖形，該直條帶可延伸到一個預定的方向。
從以下結合附圖對本發明幾個較佳實施例所作的描述中，將可以發現本發明進一步的目的和優點。
圖1是傳統集總元件型環行器的示出上述環行器元件的部件分解斜視圖;
圖2是表示上述傳統環行器組裝方式的部件分解斜視圖;
圖3表示鐵磁材料旋磁磁導率特性;
圖4是示意性表示根據本發明的一個較佳實施例的三端口環行器的一個環行器元件的帶部分剖面的斜視圖;
圖5是表示采用圖4所示環行器元件的一個環行器的部件分解斜視圖;
圖6是表示圖5所示環行器的一個等效電路;
圖7a、7b和7c表示圖4所示環行器元件的部分制造過程;
圖8是表示在數個鐵磁材料層上一環行器元件設置例的部件分解斜視圖;
圖9是表示在數個鐵磁材料層上，另一環行器元件設置例的部件分解斜視圖;
圖10a和10b是表示在一鐵磁材料層上環行器元件的一種切割工藝的平面設置圖;
圖11a、11b和11c是表示外殼結構以及在外殼內裝有環行器元件和勵磁用永磁體的環行器結構的數幅部件分解斜視圖和一幅斜視圖;
圖12表示圖4所示環行器和傳統環行器的插入損耗特性;
圖13是示意性地表示根據本發明的另一個實施例的一個三端口環行器的環行器元件的部件分解斜視圖;
圖14是示意性地表示根據本發明的又一個實施例的一個三端口環行器元件的部件分解斜視圖;
圖15a、15b、15c、15d和15e是示意性地表示根據本發明再一個環行器實施例的一個環行器元件、一個三端口環形器以及附接到環行器的一種諧振電容器結構的數幅部件分解斜視圖和數幅斜視圖;
圖16是示意性表示根據本發明的另一個三端口環行器實施例的一個環行器元件的部件分解斜視圖;
圖17是示意性地表示根據本發明的又一個三端口環行器實施例的一個環行器元件的部件分解斜視圖;
圖18是示意性地表示根據本發明的另一個三端口環行器的一個環行器元件的部件分解斜視圖;
圖19是示意性地表示根據本發明的另一個實施例的一個三端口環行器一部分的部件分解斜視圖;
圖20是示意性地表示根據本發明的再一個實施例的一個三端口環行器一部分的部件分解斜視圖;
圖21是圖20所示環行器的一個等效電路圖;
圖22是示意性地表示根據本發明的另一個實施例的一個三端口環行器的一個環行器元件的部分作了剖視的斜視圖;
圖23是表示圖22所示環行器的部件分解斜視圖;
圖24是表示采用圖22所示環行器元件的一個環行器的部件分解斜視圖;
圖25a，25b和25c表示如圖22所示環行器元件的部分制造工藝;
圖26是表示在多個鐵磁材料層上環行器元件設置例的部件分解斜視圖;
圖27是示意性地表示根據本發明的另一個三端口環行器實施例的環行器元件的部件分解斜視圖;
圖28是示意性地表示根據本發明的另一個三端口環行器實施例的一個環行器元件的部件分解斜視圖;
圖29是示意性地表示根據本發明的另一個三端口環行器實施例的一個環行器元件的部件分解斜視圖;
圖30是示意性地表示根據本發明的再一個三端口環行器實施例的一個環行器元件的斜視圖;
圖31a，31b和31c是示意性地表示根據本發明的又一個環行器實施例的一個環行器元件，以及附接到該環行器的一個諧振電容器結構的一幅斜視圖、一幅分解斜視圖和一幅側視圖;
圖32是示意性地表示根據本發明的另一個三端口環行器實施例的一個環行器元的部件分解斜視圖。
圖4示意性地表示根據本發明的一個較佳實施例的一個三端口環行器的環行器元件，圖5表示采用該環行器元件的環行器，圖6表示該環行器的一種等效電路，圖7a、7b和7c表示該環行器元件的一部分制造工藝。
從這些圖中可見，該實施例的環行器是一種三端口環行器，其環行器元件采用正六邊形平面狀來構成。然而，該平面狀的元件也可以采用任何六邊形或任何多邊形，只要能產生一種對稱的旋轉磁場即可。幸好，多邊形平面狀的環行器元件在環行器元件的側面上將留有附接分立的電路元件，諸如諧振電容器或終端電阻器的空間。因此，如果將此類分立的電路元件附接到環行器元件上，環行器總的體積仍可維持很小。
圖4中，參照號40表示燒結成單一連續層的一個完整的鐵磁材料體。這樣來構成具有一預定圖形的內導體(中心導體)41使得被鐵磁材料體40包圍。如圖4所示，該實施例中的內導體41是在兩個層疊鐵磁材料層上形成的。內導體在每一層(平面)上，以三對延伸到對稱輻射方向(垂直于六邊形至少一邊的方向)的條帶成形。在兩層上沿同一方向延伸的條帶線圈圖形，分別通過通孔導體相互作電氣上的連接。采用此種結構，鐵磁材料層也可用作絕緣層。內導體41的一端分別在電氣上連接到在鐵磁材料體40的每隔一個側面上形成的端電極42。接地導體(接地電極)43在鐵磁材料體40的頂面和底面以及余下的側面上形成。內導體41的其它端分別在電氣上連接到側面上的接地導體43。
如圖5中所示，環行器具有諧振電容器51a、51b和51c，它們分別在電氣上連接到在環行器元件50側面上形成的三個端電極(42)。這些電容器51a、51b和51c可以是具有較高自諧振頻率的高頻聯通電容器，由本申請同一申請人(受讓人)提交的第5-251262號日本待審專利申請中對此作了描述。該高頻電容器具有經依次層疊至少兩個多層單元、一個接地導體以及介質層所構成的一種多層三板帶狀線結構。每個多層單元均通過依次層疊接地導體、介質層、內導體以及介質層而形成。采用具有較寬工作頻率范圍的這種聯通電容器，不會減小Q值。圖6表示具有這些聯通諧振電容器51a、51b和51c的環行器的一種等效電路。
在環行器元件50的上下分別裝有勵磁用永磁體52和53，用以將一個直流磁場41(見圖4)加到該環行器元件50。圖5中未示出外殼的安裝，后面將詳細描述永磁體52和53連同環行器元件50。
接下來，將描述根據該實施例的環行器的制造工藝。
如圖7a所示，上鐵磁材料層70制成約有1mm的厚度，中鐵磁材料層71制成約有160μm的厚度，下鐵磁材料層72制成約有1mm的厚度。上、下鐵磁材料層70和72都是通過層疊厚度一般為100至200μm(較佳的為160μm)的多層形成。這些鐵磁材料層由相同的絕緣鐵磁材料制成。該鐵磁材料可以是釔鐵石榴石(以下稱為YIG)，而鐵磁材料層將由YIG、粘合劑和溶劑按以下的成分比例制成YIG粉61.8重量%粘合劑5.9重量%溶劑32.3重量%穿過中層71的通孔73a、73b和73c在該層71的預定位置上形成。在每個通孔位置上，通過印刷或轉印形成其直徑大于通孔的通孔導體。
在中層71和下層72的頂面上，形成上內導體74a、74b和74c以及下內導體75a、75b和75c。這些內導體74a、74b和74c(75a、75b和75c)具有三對帶條圖形。每對帶條圖形避開另一帶條圖形的通孔，延伸到同一輻射方向(垂直于六邊形至少一邊的方向)。這些內導體可以通過印刷或轉印銀漿、鈀漿或銀-鈀漿形成。由此形成的上層70、中層71和下層72依次層疊，然后將層疊的幾層進行加熱壓制。由此可在中層71的前面和背面形成一個三角形的對稱線圈圖形，這樣，在三端口環行器的各端口之間，其傳播性能將是相互一致的。
接下來，以諸如1450℃的溫度燒結所層疊的上層70、中層71和下層73。例如，該溫度等于或高于內導體材料的熔化點(由銀制成的內導體其熔點約為960℃)。該燒結工序可以進行一次或一次以上。如果進行多次燒結工序的話，至少有一次燒結其溫度應等于或高于內導體材料的熔點。按照如此燒結，構成上層70、中層71和下層73的鐵磁材料層在整體上將形成一單一的連續層。
由于鐵磁材料YIG的燒結完成溫度等于或高于內導體材料(例如銀或銀-鈀)的熔點，因此在燒結過程中，內導體材料將首先熔化成氣密態，然后將YIG燒結。在由本申請同一申請人(受讓人)提交的第5-183314和5-315757號日本待審專利申請，以及第07/885，639號美國專利申請中，描述了用以制造一個有效微波電路元件的這種內導體熔化方法。根據此種內導體熔化方法，絕緣體和內導體以等于或高于該導體熔點的溫度一同焙燒，這樣，內導體曾一度轉化為熔化狀態而最終稠化，就可以實際消除可分散為所用導體粒子的晶界，由此減小傳播線損耗。用于內導體的漿狀導電粉末(銀粉末)可以等于或高于純導體材料(銀)重量的90%，最佳為99%。導電漿重量含量較佳的為導體粉末的60至95%，更佳的為70至90%。為了使導體熔化后的網絡結構設計減到最小程度，可以將等于或低于30摩爾%、其軟化溫度接近于導體粉末熔點的玻璃原料加到導體粉末。
至于通孔導體，盡管也可以采用與內導體所用相同的金屬漿(例如銀漿)，但最好采用其熔點高于內導體材料熔點的另一種導體材料。例如，當由銀制成內導體時，通孔導體可采用鈀漿。通過適當地選擇通孔導體材料和內導體材料，以及焙燒溫度，可以改善內導體的電氣性能。由本申請同一申請人(受讓人)提交的第5-327221號日本待審專利申請和第07/885，639號美國專利申請中已描述了這一技術。根據該技術，將熔點高于絕緣鐵磁材料燒結完成溫度(用YIG約為1450℃)的一種金屬(用純鈀約為1555℃)用作通孔導體材料，并將焙燒溫度設置在內導體材料的熔點之上、通孔導體材料的熔點之下(例如1450℃)。這樣，在焙燒該鐵磁材料層時，未在該溫度熔化的通孔導體將作為孔塞，阻止內導體材料從層間流失，由此可防止電性能因上述導體材料的流失而降低。
通過上述焙燒過程，上層內導體74a、74b和74c的一端可分別通過通孔73a、73b和73c中的每個通孔導體，在電氣上連接到下層內導體75a、75b和75c的一端。
圖7a中，用已經將其與另一個環行器元件分離的一種正六邊形的層表示上鐵磁材料層70、中鐵磁材料層71、以及下鐵磁材料層72。實際上，對于批量生產來說，最好將包含多個環行器元件的各鐵磁材料層一起進行層疊和加熱壓制，每個元件中都具有印刷的內導體和通孔導體，然后在燒結(焙燒)之前或之后切割成每個環行器元件。如果在燒結前切割，那么將有如圖7a所示具有六邊形的大量切割好的環行器元件進行燒結。至于切割空間應當在燒結之前還是之后進行，將視用作內導體的金屬以及切割方式而定。例如，如果將銀用作內導體，則切割應當在燒結之后進行，以防止已熔化的銀流失。如果將鈀用作內導體，則切割可以在燒結之前進行。
圖8表示多個環行器元件在鐵磁材料層上的一例配置。如圖所示，預制上鐵磁材料層80，中鐵磁材料層81和下鐵磁材料層82，并分別在中層81和下層82的頂面印刷許多內導體84和85。然后將這些層80、81和82加以層疊并進行燒結，之后再切割成每個環行器元件。圖8所示環行器元件在這些層上的這種配置，其優點在于因可作直線切割，故其切割較為容易，這樣切割就可以在燒結之后進行，但其缺點在于各層被浪廢的區域不少。
圖9表示環行器元件在鐵磁材料層上的另一例配置。按照該配置，六邊形的各個環行器元件呈緊密排列，這樣，在相鄰的環行器元件之間就沒有空余，鐵磁材料層將由此得到充分利用而沒有浪費。圖9中，圓圈內表示的參照號表示切割順序。從圖中可見，如果按該順序切割，切割過程稍為復雜一些。
圖10a和10b表示一個鐵磁材料層的平面圖，為了說明環行器元件的切割過程，在層上安置了環行器元件。圖10a和10b中所示環行器在鐵磁材料層上的排列與圖9中所示排列相同。為了按照該實施例制造環行器元件，首先在鐵磁材料層上印刷各個環行器元件，使這些六邊形環行器元件緊密排列在一起，相鄰環行器元件之間不留空間，然后再層疊各層。沿六邊形的邊界在疊層上形成折斷槽。接著，通過一個沖壓操作沖壓該疊層，將圖10b所示的多個六邊形環行器元件部分a從疊層上分離出來。然后，通過另一個沖壓操作沖壓該疊層，將圖10b所示的多個六邊形環行器元件部分b從疊層上分離出來。經過上述兩個沖壓操作后，留下的多個六邊形環行器元件部分c也可以分離出來，這樣，所有的環行器元件都從疊層上切割下來。然后將這些切割下的環行器元件進行燒結。
在切割和燒結過程后，對每個環行器元件進行滾筒拋光，由此在環行器元件的側面上露出必需的內導體，如圖7b所示。然后，在燒結的環行器元件的角上倒角。接下來，如圖7c所示，通過間隔地焙烘環行器元件的側面，分別形成端電極76，并通過焙烘在環行器元件的頂面、底面和余下的側面上形成接地導體77。于是，露出于環行器元件側面上的頂部內導體74a、74b和74c的另一端，分別在電氣上連接到端電極76。而且，露出于環行器元件側面上的底部內導體75a、75b和75c的另一端，在電氣上連接到接地導體77。
這樣，所制造的環行器元件具有正六邊形的平面狀，其內切圓直徑為4mm，厚度為1mm。諧振電容器51a、51b和51c分別安裝并通過回流焊焊接到環行器元件的端電極76，如圖5所示。然后，將用以施加一個直流磁場的勵磁用永磁體和作為一個磁軛用的金屬外殼與該環行器元件組裝在一起，最終形成環行器。
圖11a、11b和11c表示一個外殼結構和在該外殼內的裝有環行器元件和勵磁用永磁體的環行器結構。在組裝圖11a所示的環行器時，分別將勵磁用永磁體112和113層疊在環行器元件110的上方和下方，該環行器元件具有附接到其側面上的諧振電容器111a。然后將環行器元件110以及永磁體112和113的層疊塊夾在并固定在由圖11b所示的一種絕緣材料做成的支承部件114和115之間。同時，帶有焊糊的彈性連接引線117a，分別在機械上鉤在絕緣支承部件114和115中形成的輸入/輸出端116a與附接到環行器元件110的諧振電容器111a或在環行器元件110側面上形成的端電極之間。連接引線117a例如可以由彎成U型的彈性薄銅條構成。絕緣支承部件114(115)由模壓陶瓷、玻璃增強樹脂或其它能夠抗高溫的塑料材料制成。
然后，由圖11b和11c可見，由層疊塊和絕緣支承部件114、115構成的組件118，緊密地插入一個金屬外殼119，并通過彎折外突的舌片部分120固定在外殼119內。這樣，金屬外殼119與永磁體112和113之間就形成了緊密接觸。金屬外殼119由能夠用作磁軛的金屬制成，且外殼表面由鎳或鉻鍍覆。金屬外殼119本身實際上是一種方柱形，其四個面完全封閉，有二個相對的面開口。
如此固定在外殼119中的組件118將經過一個回流焊爐并被焊牢，這樣，連接引線117a即分別在電氣上連接到輸入/輸出端116a與諧振電容器111a或端電極。圖11c表示完成了的環行器121。
環行器的工作頻率范圍和損耗主要取決于其環行器元件的性能。磁導率μ+與μ-之間較大的差值，以及較低的線圈阻抗和較低的磁損耗正切，將使環行器元件產生更寬的工作頻率范圍和更低的損耗。根據該實施例、采用內導體熔化方法的環行器可以獲得以下優點(1)由于多個鐵磁材料層被燒結成單一連續層，射頻磁通將在環行器元件內閉合。因此，將不會產生退磁場，于是，磁導率μ+與μ-之間的差值將變大。由此可獲得更高的電感，使環行器尺寸減小。
(2)由于多個鐵磁材料層被燒結成單一連續層，射頻磁通將在環行器元件內閉合。因此，將不會產生退磁場，于是，磁導率μ+與μ-之間的差值將增大，從而產生更寬的工作頻率范圍。
(3)通過內導體熔化方法形成內導體，因而其電阻將降低，可產生更低的損耗。
(4)由于環行器元件的結構適合于批量生產，預期其制造成本可明顯減低。
(5)由于由金屬外殼構成的磁軛是聯成一體不分開的，具有連續的磁路，并且磁軛能與勵磁用永磁體形成緊密接觸，故勵磁磁路連續不斷。這樣，磁路中的磁阻將變得極低，可得到性能優異的環行器。
圖12表示圖4所示環行器和具有相同尺寸的傳統環行器的插入損耗性能。圖中，橫軸表示頻率，縱軸表示非傳輸端口之間的插入損耗以及傳輸端口之間的插入損耗。由圖可見，根據圖4所示實施例的環行器(采用內導體熔化方法)比起傳統的環行器來具有更低的中心工作頻率和更低的損耗。
圖13示意性地表示根據本發明另一個實施例的一個三端口環行器的環行器元件。該實施例中，內導體(中心導體)的構造不同于圖4所示的實施例。從圖13中可見，它預制了一個上鐵磁材料層130、第一中鐵磁材料層131、第二中鐵磁材料層132以及一個下鐵磁材料層133。這些鐵磁材料層都由相同的絕緣鐵磁材料制成。
在第二中層132的頂面形成有三條筆直帶狀內導體(線圈導體)。這些帶狀導體延伸到對稱的輻射方向(垂直于六邊形至少一邊的方向)。在第一中層131和下層133的頂面，分別形成具有跨越圖形的內導體135和136。通孔137a和137b分別穿通第一和第二中層131和132，并形成于這些層的預定位置上。在每個通孔位置上，形成其直徑大于通孔的通孔導體。為了形成驅動線，在第二中層132上形成的帶狀內導體134，分別通過通孔導體137a和137b連接到對穿內導體135和136。
與如圖4所示的實施例一樣，按順序層疊由此形成的上層130、第一中層131、第二中層132以及下層133，然后燒結成一單一連續層。該實施例中的鐵磁材料和導體材料，以及該實施例的制造方法都與圖4所示的實施例中的相同。
根據圖13所示的實施例，由于內導體134是有三條筆直帶狀圖形，每條圖形延伸到各個方向，且大部分驅動線形成于同一平面上，故可獲得高頻對稱性極優的三端口。此外，更由于通孔數量的減少，使得環行器不僅制造更為容易，而且抑制了插入損耗的增加。
圖14示意性地顯示了作為本發明又一實施例3端口環行器的環行器元件。也是在這一實施例中，內部導體(中心導體)的構成不同于圖4實施例中的構成。按照圖14中所示，備有上鐵磁性材料層140、第一中鐵磁性材料層141、第二中鐵磁性材料層142和下鐵磁性材料層143。這些鐵磁性材料層由相同的絕緣鐵磁性材料組成。
在第一和第二中層141和142及下層143上分別形成有上層內導體(線圈導體)144、中層內導體145和下層內導體146。三層內導體144、145和146有成對的直條狀圖形，它們沿相互不同的對稱的輻射方向延伸(方向至少平行于六邊形的一個邊)。在這些層中不構成通孔。
也是如圖4實施例所示，于是所形成的上層140、第一中層141、第二中層142和下層143以這種順序堆疊起來，然后燒結成一個單一連續層。該實施例的鐵磁材料和導體材料和該實施例中的另一制造方法也與圖4實施例的那些相同。
按照圖14的這一實施例，由于驅動線由形成在三個各自的層上而不帶通孔的內導體構成，所以環行器能較方便制作且能有效地抑制插入損耗的增加。然而，由于為三層結構，所以各端口的輸入阻抗相互可不同且于是很容易出現傳播特性的降級，例如由于反射使插入損耗增加，或隔離減小。因此，在這種三層結構中，上層和下層內導體144和146的寬度值最好與中層內導體145的寬度值不同以便各端口的輸入阻抗相互相等。
在圖14中，雖然每層上的內導體由一對平行延伸的直條狀圖形構成，但這種內導體也能用一單一的直條狀圖形構成。在后面結構中，上、下層內導體的寬度最好也與中層的導體寬度不同，便于阻抗匹配。
圖15至15e圖示說明了一種環行器元件，它作為本發明的再一實施例的三端口環行器和附于該環行器的諧振電容的結構。在這一實施例中，內導體(中心導體)的結構，除了該實施例中的內導體沿至少平行于六邊形的一邊的方向延伸的條狀圖形外，基本上與圖4實施例相同。
如圖15a所示，在中鐵磁性材料層151的上、下表面上分別形成上內導體(線圈導體154a、154b和154c和下內導體155a、155b和155c。在每一面上，內導體的圖形為三對沿對稱輻射方向(至少平行于六邊形的一個邊的方向)延伸的條帶。穿通中層151的通孔153a、153b和153c在該層的預定位置上形成。
也如圖4實施例，一個上鐵磁性材料層150、中層151和一個下鐵磁性材料層152以這樣的順序堆疊，然后燒結成一單一的連續層。通過這種燒結工藝，上內導體154a、154b和154c的一端通過通孔153a、153b和153c中的通孔導體分別在電氣上連接于下內導體155a、155b和155c的一端。燒結后的環行器元件表示在圖15b中。該實施例的鐵磁材料和導體材料和該實施例的另一制造方法也與圖4實施例的那些相同。
然后如圖15c中所示，端電極156分別通過熔烘到環行器元件的一部分側表面上形成。通過焙烘，接地導體157，除了靠近端電極156的部分外，形成在頂表面和底表面的絕大部分上且也形成在環行器元件的部分側表面上。結果是，上內導體154a、154b和154c的其它端，它們顯露于環行器元件的側表面上，被電氣上連接到接地導體(157)。同樣，顯露于環行器元件的側面上的下內導體155a、155b和155c的其它端分別在電氣上連接到端電極(156)。
于是所制造的環行器元件呈正六邊形平面狀，正六邊形內接于具有直徑為4mm的圓中，且其厚度為1mm。諧振電容器159a、159b和159c如圖15c中所示分別安裝且用回流焊的辦法焊接到環行器元件的側面上的端電極(156)和接地導體(157)，于是通過組裝用于提供直流磁場的勵磁用永磁體158a和158c和同樣作為磁軛的金屬殼體構成一個環行器，這種殼體與涉及圖11a至11c的已描述的帶有環行器元件的金屬殼體相同。圖15d顯示了具有勵磁用永磁體158a和158b和具有諧振電容器159a、159b和159c的環行器元件的組件。
如圖15e中所示，每個諧振電容器159a、159b和159c是一種聯通電容器，它由一電介質材料塊159a1(159b1，159c1)、一接地電極159a2(159b2，159c2)和一輸入/輸出電極159a3(159b3，159c3)構成，所述接地電極形成在該電介質塊的后面和側面，所述輸入/輸出電極形成在該電介質塊的前面、后面和側面。電容器159a、159b和159c如此連接到環行器元件的側表面以致它們的輸入/輸出電極159a3、159b3和159c3如圖15d所示朝環行器元件的輻射方向突出。因此，用于將這些輸入/輸出電極159a3、159b3和159c3與形成在絕緣支承件(114和115)中的輸入/輸出端相連的如圖11a中所示的連接導線(117a)安裝起來很方便。
圖16示意性地顯示了作為本發明的另一實施例的三端口環行器的一種環行器元件。在該實施例中，介質材料層和具有與鐵磁材料層相同形狀的電容器電極被疊放到環行器元件上以便使諧振電容器與環行器元件形成一體。
該實施例中的環行器元件部分由三個基本上被絕緣的鐵磁材料體包圍的雙匝(two turned)線圈導體構成。即如圖16中所示，環行器元件部分有一上鐵磁材料層160、一中鐵磁材料層161、一下磁鐵材料層162和具有內導體的鐵磁材料基片層163a、163b、163c、164a、164b、和164c。由同樣的絕緣鐵磁材料構成的這些鐵磁性材料層被堆疊并燒結成一個單一連續層。
在基片163a、163b、163c、164a、164b和164c的上表面分別形成上內導體(線圈導體部分)和下內導體166a、166b和166c。每個內導體具有沿預定方向(一個幾乎垂直于六邊形的至少一個邊的方向)延伸的直條狀，該直條帶的數目對應于線圈的匝數。每條上內導體165a和每條下內導體166a用線圈的跳線導體(未圖示)進行電氣連接，以便構成上述的雙匝線圈導體，這種跳線導體用于連接燒結后突出于環形器元件的側表面的直條的端部，另兩個雙匝線圈導體將由上內導體165b和下內導體166b，及上內導體165c和下內導體166c構成，且也未顯示線圈跳線導體。在上層160的上表面和下層162的下表面上分別構成環行器元件的接地導體。
在各層中沒形成通孔。該實施例中的鐵磁材料和導體材料和該實施例中的環行器元件部分的另一種制造方法也與圖4實施例那些相同。環行器元件部分可按圖4、圖13、圖14或圖15a中所示的另一結構來制作。
該實施例中的諧振電容器部分由形成于上層160的上表面上的用于環行器元件的接地導體160a;具有與環行器元件部分相同的正六邊形，疊放其上的第一介質材料層167;形成在該介質層167的上表面上的電容器電極168;以具有與環行器元件部分相同的正六邊形，疊放其上的第二介質材料層169;和形成在該介質層169的上表面上的電容器接地電極169a，組成。電容器電極168用形成在環行器元件側面上的電容器跳線導體(未圖示)與線圈導體的一端分別相連。一部分環行器元件的接地導體160a被去除以便防止電容器跳線導體與之短路。這種接地導體160a也作為電容器的接地電極工作。于是，在電容器電極168和電容器接地電極169a之間及在電容器電極168和接地電極160a之間分別構成電容器。然而，如果電容器的電容值足以應付工作，則第二介質材料層169和電容器接地電極169a可以省略。在這種情況下，電容器電極168可用作各端口的輸出端子。
在該實施例中，環行器元件部分和諧振電容器部分在把它們堆疊在一起后進行燒結。然而，如果由于介質的燒結特性不同于鐵磁材料而使兩部難以共同燒結時，最好是將環行器元件部分和諧振電容器部分各自單獨燒結，之后相互之間用焊接的辦法進行互相連接。在這后一種情況下，能夠設計一種修改過的結構，其中電容器電極168替代接地電極制作在上層160的上表面上，且去除介質材料層167以使電容器接地電極169a也用作環行器元件的接地導體。然而由于這種修改結構包含在環行器元件層中的介質層會使導磁率下降，因此是不希望的。
按照圖16的這種實施例，由于諧振電容器與環行器元件構成一個整體，所以不需要附加連接分立的諧振電容器。其結果，使制造工藝大大簡化且也使環行器能夠縮小尺寸。
圖17示意性地顯示了作為本發明又一實施例的三端口環行器的環行器元件。在該實施例中，通過將環行器元件的鐵磁材料用作電容器的介質材料而將諧振電容作為整體制作在環行器元件中。
該實施例中的環行器元件部分用基本上由絕緣的鐵磁材料體包圍的三對雙匝線圈導體構成。即如圖17中所示，環行器元件部分有一頂部鐵磁材料層178;一上鐵磁材料層170;一中鐵磁材料層171;一下鐵磁材料層172和帶有內導體的鐵磁材料基片層173a、173b、173c、174a、174b和174c。這些由相同的絕緣鐵磁材料制成的鐵磁性材料層被堆疊并燒結成一單一連續層。
在基片173a、173b、173c、174a、174b和174c的上表面，分別形成有上內導體(線圈導體部分)175a、175b和175c，和下內導體176a、176b和176c。每個這樣的內導體有在一預定方向(幾乎垂直于六邊形的至少一側邊的方向)上延伸的直條帶，直條帶的數目對應于線圈的匝數。每個直條帶的上內導體175a和下內導體176a將依次用跳線導體(未圖示)在電氣上連接起來，在燒結后這些內導體的端部會顯露于環行器元件側面，由此構成上述雙匝線圈導體。另外兩個雙匝線圈導體將由上內導體175b和下內導體176，及上內導體175c和下內導體176c構成，且沒有顯示線圈跳線導體。在頂層178的上面和在底層172的下面分別構成環行器構件的接地導體。
在各層中不構成通孔。該實施例的鐵磁材料和導體材料及該實施例中的環行器元件部分的另一制造方法也與圖4實施例的那些相同。環行器元件部分也可以按圖4、圖13、圖14或圖15a中所示的另一結構構成。
該實施例中的諧振電容器部分用形成于上層170的上表面的電容器電極177;疊置其上的頂片178;和形成于頂片178的上表面的電容器接地電極179(也用作環行器元件的接地導體)構成。電容器電極177分別用形成在環行器元件側表面上的各電容器跳線導體(未圖示)連接至線圈導體的一端。鐵磁材料的頂層用作環行器元件層的一部分，同時也用作電容器電極177和電容器接地電極179之間的介質層。電容器電極177在這樣的位置處形成，使環行器的工作將不受這些電極的影響。該實施例的環行器將用于允許用小容量電容器的場合。
按照圖17的這一實施例，由于諧振電容器作為整體部分制作在環行器元件內，所以不需要附加連接分立的諧振電容器。其結果是制造工藝將會大大簡化且也能縮小環行器的尺寸。
圖18示意性地顯示了作為本發明又一實施例的三端口環行器的環行器元件。在這實施例中，環行器元件呈矩形平面狀。如圖中所示，它備有矩形平面狀的上鐵磁材料層180、中層181和下鐵磁性標層182。這些鐵磁材料層由相同的絕緣鐵磁材料組成。在中鐵磁材料層181的上、下表面上分別形成上內導體(線圈導體)184a、184b和184c和下內導體185a、185b和185c。在每一表面上，內導體呈三對沿輻射方向延伸的條帶狀。穿過中層181的通孔183a、183b和183c形成在該層181的預定位置處。
也如圖4實施例，上鐵磁材料層180、中層181和下鐵磁材料層182按此順序堆疊，然后燒結成一單一連續層。用這種燒結工藝，上內導體184a、184b和184c的一端通過通孔183a、183b和183c中的通孔導體分別連接到下導體185a、185b和185c的一端，以構成驅動線。除了平面形狀外，該實施例的鐵磁材料和導體材料和該實施例中的另一制造方法也與圖4實施例的那些相同。
按照圖18這一實施例，由于驅動線不具有三角形對稱性，所以它的端口之間的傳播特性互相不同。所以難以將這種結構作為良好的環行器應用。然而，這種結構由于它的相對于中心線的對角線對稱形狀能用作極好的隔離器。若它用作隔離器，則內導體184a和185a的一端將連接到一終端，而內導體184b和185b的一端和內導體184c和185c的一端將用作輸入/輸出端子。內導體184a和185a的另一端、184b和185b的另一端和184c和185c的另一端必然連接地導體。
圖19示意性地顯示了作為本發明又一實施例的三端口環行器的環行器元件。在這實施例中，當諧振電容器51a、51b和51c被焊到環行器元件50時，這些電容器和環行器元件首先安裝到基板190上，然后進行回流焊接。除了應用基板190外，該實施例的結構、功能和優點與圖4實施例的那些相同。
圖20示意性地顯示了作為本發明又一實施例的三端口環行器的環行器元件，圖21是其等效電路圖。在這實施例中，環行器通過插入一個集總元件LC串聯諧振電路或一半波長諧振器使其浮置(不接地)，以便該環行器的工作頻率范圍變得更寬。通過在其外導體和地之間相對于環行器的中心軸對稱地接入多個串聯諧振電路來加寬環行器的帶寬由公開號為52(1977)-32713日本專利公開。
在圖20中，參照號200表示如類似于上述任一實施例形成的環行器元件。在環行器元件200的下面疊置有一形狀與環行器構件200相同的三板線諧振器201(triplate line resonator)。三板線諧振器201由具有約“90”的高導磁率并能與其內導體共同燒結的介質材料層202;共軸形成于該介質層202上表面上的圓形電容器電極203;堆放在介質層202下面的介質基板204;形成在介質基板204的上表面上并在其一端和在介質基板204的中心位置處設有電容器電極205a的螺旋線導體205;和在基板204的下表面上的接地導體(未圖示)組成。一電容器將在電容器電極203和螺線導體205的中心電極205a之間形成，而一電感器將由螺旋線導體205的螺旋線部分構成。螺旋線導體205的另一端205b，通過在該三板線諧振器201的側面形成的連線，連接于基板204下面的接地導體。
三板線諧振器201是通過將具有電容器電極203的介質層202與具螺旋線導體205的介質基板204疊置并通過共同燒結介質材料和內導體制成的。通過使用回流焊接方法在接地導體的電中心位置處將諧振器201的電容器電極203連接到形成在環行器元件200的底表面上的接地導體來進行將單獨制成的三板線諧振器201與環行器元件200相耦連。
上述三板線諧振器由一LC串聯諧振電路構成。為了用半波長諧振器構成三板線諧振器，螺旋線導體的長度被調整到半波長，并在介質層(202)的中心制做通孔和在孔中的通孔導體來代替電容器電極(203)。位于介質基板(204)的中心的螺旋線導體的一端連接到通孔導體，且螺旋線導體的另一端通過在三板線諧振器的側表面上形成的連接線連接到基板(204)下面的接地導體。
三板線諧振器的制作是通過將具有通孔和通孔導體的介質層(202)與具有螺旋線導體的介質基板(204)疊置在一起并通過共同燒結介質材料和內導體進行的。通過使用回流焊接的方法在接地導體的電中心位置上將諧振器的通孔導體連接到在環行器元件的底表面上形成的接地導體，將單獨制成的三板線諧振器與環行器元件相耦連。
根據該實施例，由于三板線諧振器與相互堆疊共同燒結的環行器相耦連，所以諧振器能容易和精確地以相對于環行器的中心軸對稱地進行裝配。其結果定能容易地制做小型化和帶寬寬的環行器。
圖22示意性地顯示了作為本發明再一實施例的三端口環行器的環形器元件，圖23表明該環行器元件的部件分解圖，圖24顯示使用該環行器元件的環行器，和圖25a、25b和25c表明該環行器元件的部分制造方法。
如這些圖中所示，該實施例的環行器是三端口環行器且它的環行器元件構成一個平板狀的正六邊形。然而，就產生對稱旋轉磁場而言，該元件的平板形可構成任意六邊形或另一多邊形。由于環行器元件的正多邊形平面狀結構，在環行器元件的側面將保留了用于連接如諧振電容器或終端電阻等的分立的電路元件的一些空間。因此，如果這類分立的電路元件附加裝到環行器元件上，那么仍能保持環行器的總尺寸很小。
在圖22中，參照號220表示一基本上由絕緣鐵磁材料體包圍的兩匝線圈導體。該絕緣材料體由上絕緣鐵磁材料層221、中絕緣鐵磁材料層222、和下絕緣鐵磁材料層223，經疊置并整體燒結成一個單一連續層構成。該線圈導體，也如圖23中所示，分別由形成在中鐵磁材料層224和下鐵磁材料層225的上表面上的具有預定圖形的內導體224和225，及用于連接燒結后會露出環行器元件的側表面的內導體224和225的端部的線圈跳線導體226組成，以便形成先前所述的雙匝線圈導體。每個內導體224和225為在預定方向(幾乎垂直于六邊形的至少一個邊的一方向)延伸的直條帶，該直條帶的數量對應于線圈的匝數。
線圈導體220的一端在電氣上連接到形成于環行器元件側面的端電極。接地導體(接地電極)227分別形成在環行器元件的上表面和下表面上。這些接地導體227和線圈導體224的另一端用形成于環行器元件的側面的接地跳線導體228進行電氣上的連接。在圖22和23中，僅顯示了用于端口A的線圈導體220。然而，實際上對端口B和C制做同樣的線圈導體。
如圖24中所示，環行器有諧振電容器241a、241b、和241c，它們分別連接到形成于環行器元件240的側面上的三個端電極。這些電容器241a、241b、和241c與圖4實施例中的諧振電容器相同。
在環行器元件240的上面和下面分別設有將直流磁場加給該環行器元件240的勵磁用永磁體242和243。圖24中未顯示的殼體和永磁體242和243與環行器元件240的組件與圖4實施例的那些相同。
下面將描述該實施例的環行器的制造方法。如圖25a所示，備有一上鐵磁材料層250，它具有約0.5mm的厚度;一中鐵磁材料層251，具有約1mm的厚度;一下鐵磁材料層252，具有約0.5mm的厚度;和帶有內導體的鐵磁材料基片253a、253b、253c、254a、254b和254c，具有約160μm的厚度。通過疊壓具有約100至200μm(最好160μ)厚的多層構成上下鐵磁材料層250和252。這些鐵磁材料層由相同的絕緣鐵磁材料制成。這種鐵磁材料可為釔鐵石榴石(下面稱為YIG)，且鐵磁材料層將由YIG、粘合劑和溶劑按下面組份比率制做。
YIG粉61.8重量%粘合劑5.9重量%溶劑32.3重量%在基片253a、253b、253c、254a、254b和254c的上表面，分別形成上內導體(線圈導體)255a、255b和255c和下內導體256a、256b和256c。這些內導體有向對稱預定方向(幾乎垂直于六邊形的至少一個邊的方向)延伸的直條帶，直條帶的個數對應于線圈的匝數。這些內導體可通過印刷或轉移銀漿、鈀漿或銀-鈀漿制成。于是，所形成的上層250、基片層253c、基片層253b、基片層253a、中間層251、基片層254c、基片層254b、基片層254a和下層252以這種順序疊置，然后對所疊置的這些層進行加熱壓制。其結果是，在中間層251的前后側上形成三角形對稱的線圈圖形以便三端口環行器的端口之間的傳播特性相互一致。
此后，在如約1450℃的溫度上對所疊置的層進行燒結，這一溫度等于或高于內導體材料的熔點溫度(當內導體材料為銀時約960℃)。這種燒結過程可進行一次或多次。如果進行多次燒結過程，則至少有一次燒結必須在等于或高于內導體材料的熔點的溫度上進行。根據這種燒結，構成上述層的鐵磁材料層整個形成一單一連續層。
由于鐵磁材料YIG的燒結完成溫度等于或高于內導體材料(如銀或銀-鈀)的熔點，所以在燒結期間，內導體材料將先于氣密狀態下熔化，然后YIG被燒結。于是也如同圖4實施例，能減小傳播線損耗。
在圖25a中，以從另一環行器元件分離的正六邊形層的形式圖示說明了每個上鐵磁材料層250、中鐵磁材料層251、下鐵磁材料層252、和鐵磁材料基片253a、253b、253c、254a、254b和254c。事實上，對于大量生產，最好是，對其每個已印刷有用于多個環行器元件的內導體的被疊置和加熱壓制的鐵磁材料層在燒結前后將其后將其切割成每個環行器元件。如果在燒結前進行切割，則對具有如圖25a中所示的六邊形的許多被切割的環形器元件進行燒結。這種切割是在燒結前還是在燒結后進行，將取決于用作內導體的金屬和切割方法。例如，如果用銀作內導體，則切割將在燒結后進行以便防止熔化銀的損失。如果用鈀作內導體，則切割可在燒結前進行。
圖26顯示了環行器元件關于鐵磁材料層的排列示例。如該圖中所示，備有上鐵磁材料層250，鐵磁材料基片層253c、253b和253a，中鐵磁材料層251，鐵磁材料基片層254c、254b和254a，和下鐵磁材料層252，且許多內導體分別印刷到各基片層的上表面上。這些層被疊置和燒結，此后被切割成每個環行器元件。圖26中所示的關于環行器元件的層的排列所具有的優點是，由于直線切割使切割很容易且切割能在燒結后進行，但其缺點是層面積的浪費不小。還可使用如圖9中所示的環行器元件的鐵磁材料層的另一種排列和環行器元件的另一種切割方法。
在切割和燒結處理之后，每個環行器元件進行滾筒拋光以使必要的內導體如圖25b中所示顯露于環行器元件的側面。然后對環行器元件進行倒角處理。此后，如圖25c中所示，通過熔烘在環行器元件的側面上形成線圈跳線導體、接地跳線導體和端電極，且通過熔烘在環行器元件的頂面和底面上形成接地導體。例如，在環行器元件的前側面(圖24中所示A端口的側面)上形成有一線圈跳線導體258a用于相互在電氣上連接顯露于該側面上的內導體255a和256a，一接地跳線導體259a用于將顯露于該側面上的內導體255a(線圈導體的一端)在電氣上連接到形成于環行器元件的頂面和底面上的接地導體257，和一端電極260a用于連接到顯露于該側面上的內導體(線圈導體的另一端)256a。在處于上述側面的右面的側面(與圖24中所示端口(相對的側面)上，形成有線圈跳線導體261c和262c，用于彼此分別在電氣上連接顯露于該側面上的內導體254c和255c。于是形成3個線圈導體，其每一個起始于端電極、在鐵磁材料中繞兩匝、并終止于接地導體。
于是所制成的環行器元件具有內接于一4mm直徑圓內的正六邊形的板狀，且厚度為1mm。諧振電容器241a、241b和214c，如圖24中所示，分別用回流焊安裝和焊接到環行器元件的端電極(260a)。然后通過將提供直流磁場的勵磁用永磁體和也用作磁軛的金屬殼體與環行器元件組裝成為一個環行器。殼體結構和環行器元件和勵磁用永磁體與殼體的組裝與圖11a至11c所涉及的描述相同。
環行器的工作頻率范圍和損耗主要取決于該環行器元件的性能。導磁率μ+和μ-之間的大的差別，還有小的線圈電阻和小的磁損耗角正切(magnetic tangent)會使環行器元件產生寬的工作頻率范圍和低損耗。而且，如果導磁率μ+和μ-大和線圈匝數多(長的線圈導體長度)，則用小尺寸能獲得必要的電感。使用內導體熔化方法的該實施例的環行器能獲得如下優點。
(1)因為各鐵磁材料層燒結成一單一連續層，所以RF磁通將閉合在環行器元件中。因此，不會產生退磁場且導磁率μ+和μ-之間的差變大。結果能獲得更大的電感，使環行器體積縮小。
(2)因為各鐵磁材料層燒結成單一連續層，所以RF磁通將閉合在環行器元件內。因此，不會出現退磁場且導磁率μ+和μ-之間的差變大，導致更寬的工作頻率范圍。
(3)由于通過熔化內導體方法形成線圈導體，因此，它的電阻低，導致損耗小。
(4)因為環行器元件的結構適合于大量生產，所以可期望制造成本猛跌。
(5)因為在三層中形成各驅動線且不形成通孔，所以不僅因制造過程被簡化而降低制造成本，而且能有效地抑制插入損耗的增大。
(6)因為用金屬殼體構成磁軛為一體的而不是分開的，且有連續的磁路，而磁軛還與勵磁用永磁體緊密接觸，所以勵磁通路連續而不斷開。于是，磁路中的磁阻變得極低，導致優良的環行器特性。
圖27示意性地顯示了作為本發明又一實施例的三端口環行器的環行器元件，該實施例中，利用一個上單元和一個下單元，每個線圈導體繞一匝且每個內導體有一直條帶圖形，以便構成一種發夾形線圈導體。該實施例中的另一結構、制造方法、和鐵磁材料和導電材料與圖22實施例中的那些相同。
如圖27中所示，該實施例中的環行器元件有鐵磁材料基片層270a和270b、中鐵磁材料層271、和鐵磁材料基片層272a和272b。這些鐵磁材料層由同樣的絕緣鐵磁材料制做，以上述順序疊置并燒結成單一連續層。事實上，由與上述各層相同的絕緣鐵磁材料制成的上下層分別疊置到基片層270a的上表面和基片層272b的下表面，且整個燒結成單一連續層。
在上單元中的基片層270b和下單元中的基片層272b的上表面上，分別形成內導體(線圈導體部分)273a、273b和273c，和內導體(線圈導體部分)274a、274b和274c。每個內導體有在三個對稱輻射方向(至少垂直于六邊形一個邊的方向)之一中延伸的直條帶。而且，在這些基片層270b和272b的底面上，還有在基片層270a和272a的上表面，分別形成具有跨越圖形的內導體275b、275d、275a和275c。在這些層的各自的預定位置上構成通過各基片層270a、270b、272a和272b的通孔276、277、278和279。在每個通孔位置上，形成一直徑大于該通孔的通孔導體。為了構成線圈導體，每個內導體273a、273b、274a和274b的直條帶用這些通孔導體分別連到跨越內導體275b、275d、275a和275c，且上下單元相互用形成在環行器元件側面上的線圈跳線導體(未顯示)進行連接。即，內導體273a、273b和273c的一端和內導體274a、274b和274c的一端彼此用線圈跳線導體連接。
如圖27中所示，一線圈導體的一通路如下。一端電極→內導體274b的一端→通孔278→跨越內導體275c→通孔278→內導體274b的另一端→線圈跳線導體→內導體273b的一端→通孔276→跨越內導體275a→通孔276→內導體273b的另一端→接地導體。在未圖示的上層的上表面和未圖示的下層的下表面上分別形成接地導體。
按照圖27的這一實施例，由于內導體有三個直條帶圖形，其每一條帶在不同方向上延伸且絕大多數驅動線制做在相同平面上，所以能期望獲得極好的三端口高頻對稱特性。同樣，由于少量的通孔，不僅使環行器的制造容易，而且插入損耗的增長獲得了抑制。參看多層電感器的數據可知，如果它的線圈的一端剛好位于該線圈的另一端之后以便線圈完全閉合，則它的電感會增大。因此，在該實施例中，其中每個線圈導體以完全閉合狀態纏繞一匝，而能以緊湊的尺寸獲得高電感。該實施例的另一些優點與圖22實施例中的那些相同。
圖28示意性地顯示了作為本發明又一實施例的三端口環行器的環行器元件。在該實施例中，每個線圈導體纏繞一匝半，一上單元有三對條帶形圖形的內導體、其每一對通過避開另一條帶形的通孔沿相同輻射方向延伸，而一下單元具有呈直條帶形的內導體。該實施例中的其它結構、制造方法、和鐵磁材料和導電材料與圖22實施例中的那些相同。
如圖28中所示，該實施例中的環行器元件有一鐵磁材料基片層280、一中鐵磁材料層281、和鐵磁材料基片層282a和282b。這些由相同的絕緣鐵磁材料制成的鐵磁材料層以上述順序堆置并燒結成一單一連續層。事實上，由與上述各層相同的絕緣鐵磁材料制成的各上、下層分別疊置于基片層280的上表面和基片層282b的下表面，并一起燒結成一單一連續層。
在上單元中的基片層280的上下表面上，分別形成有上內導體(線圈導體部分)283a、283b和283c和下內導體284a、284b和284c。在每一面上，內導體呈沿對稱輻射方向(至少平行于六邊形的一邊的方向)延伸的三對條帶形圖形。在該層280的預定位置上構成穿過基片層280的通孔285a、285b和285c。在每個通孔位置上，形成一其直徑大于該通孔的通孔導體。上內導體283a、283b和283c的一端，通過通孔285a、285b和285c中的通孔導體分別連接于下內導體284a、284b和284c的一端。
在下單元中的基片層282b的上表面，形成有內導體(線圈導體部分)286a、286b和286c。每個內導體有一沿三對稱輻射方向(至少平行于六邊形一邊的方向)之一延伸的直條帶形。而且，在基片層282b的下表面上，還有在基片層282a的上表面上，分別形成具有跨越圖形的內導體287a和287b。在這些各自層的預定位置處形成有穿過各基片282a和282b的通孔288和289。在每個通孔位置上，形成有其直徑大于該通孔的通孔導體。利用這些通孔導體，內導體286a和286b的每根條帶分別連接到跨越內導體287a和287b。
通過形成在環行器元件側面上的線圈跳線導體(未圖示)將上下單元相互連接起來以便構成線圈導體。即，用線圈跳線導體將內導體283a、283b和283c的一端與內導體286a、286b和286c的一端彼此分別連接起來，還有用線圈跳線導體將內導體286a、286b和286c的另一端與內導體284a、286b和284c的一端相互分別連接起來。
如圖28中所示，一線圈導體的一通路如下。一端電極→內導體284c的一條帶→通孔285c→內導體283c的一條帶→線圈跳線導體→內導體286c的一端→內導體286c的另一端→線圈跳線導體→內導體284c的另一條帶→通孔285c→內導體283c的另一條帶→接地導體。在未圖示的上層的上表面和未圖示的下層的下表面上，分別形成接地導體。
根據圖28的這一實施例，由于每個線圈導體以完全閉合狀態纏繞一匝半，所以能用小尺寸獲得大電感。該實施例的其它優點與圖22實施例中的那些相同。
圖29示意性地顯示了作為本發明又一實施例的三端口環行器的環行器元件。在該實施例中，每個線圈導體繞兩匝，且每個上、下單元具有呈三對條帶形圖形的內導體，其中每對通過避開另一條帶的通孔在相同輻射方向上延伸。該實施例中的其它結構、制造方法、和鐵磁材料和導電材料與圖22實施例中的那些相同。
如圖29中所示，該實施例中的環行器元件具有一鐵磁材料基片層290a、一中鐵磁材料層291、一鐵磁材料基片層290b、和一下鐵磁材料層292。這些由相同的絕緣鐵磁材料制成的鐵磁材料層以上面的順序疊置并燒結成單一連續層。事實上，由與上述各層相同的絕緣鐵磁材料制作的一上層被疊置在基片層290a的上表面，并整個燒結成一單一連續層。
在上單元中的基片層290a和中間層291的上表面，分別形成有上內導體(線圈導體部分)293a、293b和293c和下內導體294a、294b和294c。在每一表面上，各內導體具有三對沿對稱的輻射方向(至少平行于六邊形一側邊的方向)延伸的條帶形圖形。在該層290a的預定位置上形成有穿過基片層290a的通孔295a、295b和295c。在每個通孔位置上形成有其直徑大于該通孔直徑的通孔導體。通過通孔295a、295b和295c中的通孔導體，上內導體293a、293b和293c的一端分別與下內導體294a、294b和294c的一端相連。
同樣在下單元中的基片層290b和下層292的上表面上，分別形成上內導體(線圈導體部分)296a、296b和296c和下內導體297a、297b和297c。在每個表面上，內導體呈3對條帶形，其中每對在相同的輻射方向(至少平行于六邊形的一邊的方向)上延伸。在該層290b的預定位置上形成有穿過基片層290b的通孔298a、298b和298c。在每個通孔位置上形成一直徑大于該通孔直徑的通孔導體。通過通孔298a、298b和298c中的通孔導體，上內導體296a、296b和296c的一端分別與下內導體297a、297b和297c的一端在電氣上連接。
通過形成在環行器元件側面上的線圈跳線導體(未圖示)將上下單元相互連接起來以便構成線圈導體。即，用線圈跳線導體將內導體293a、293b和293c的一端彼此分別與內導體296a、296b和296c的一端相連，并用線圈跳線導體將內導體297a、297b和297c的一條帶的一端相互分別與內導體294a、294b和294c的一條帶的一端相連。
如圖29中所示，一線圈導體的一通路如下。一端電極→內導體294b的一條帶→通孔295b→內導體293b的一條帶→線圈跳線導體→內導體296b的一條帶→通孔298b→內導體297b的一條帶→線圈跳線導體→內導體294b的另一條帶→通孔295b→內導體293b的另一條帶→線圈跳線導體→內導體296b的另一條帶→通孔298b→內導體297b的另一條帶→接地導體。在未圖示的上層的上表面和下層292的下表面上，分別形成接地導體。
按照圖29這一實施例，由于每個線圈導體以完全閉合狀態繞兩匝，所以能以小尺寸獲得大電感。該實施例中的其它優點與圖22的實施例中的那些相同。
圖30示意性地圖示了作為本發明又一實施例的三端口環行器的環行器元件。在該實施例中，用印刷形成在環行器元件300的各側面上的每個線圈跳線導體301有一斜條帶圖形。除了使用這種傾斜的線圈跳線導體301外，該實施例的結構、功能和優點與圖22實施例的那些相同。
圖31a至31c圖示了作為本發明環行器又一實施例的環行器元件和與該環行器元件相連的諧振電容器的結構。在該實施例中，在環行器元件310的側面，用印刷僅形成連接端311a、311b、311c和311d，而用于輸入和輸出信號的端電極和跳線導體形成于帶有諧振電容的分立的連接端基片312中，這些基片附加裝在環行器元件的側面。
如圖31b中所示，連接端基片312由具有第一介質層312a和第二介質層312b的多層介質基片構成。在第一介質層312a的前面和側面，用印刷形成具有斜條帶形的線圈跳線導體312c、一輸入/輸出端電極312d和接地導體312e。在第二介質層312b的前面，用印刷形成電容器電極312f，且在其后面，用印刷形成電容器接地電極312g。在電容器電極312f和電容器接地電極312g之間構成一諧振電容器。
在該連接基片312連接于環行器元件310的側面情況中，如圖31c清楚可見，線圈跳線導體312c相互連接環行器元件310的端子311b和311c。與電容器電極312f相連的輸入/輸出端電極被連到環行器元件310的端子311a。接地導體312e被連到端子311d并也連到形成在環行器元件310的上表面上的接地導體310a。電容器接地電極312g也連到接地導體310a。
該實施例的環行器元件310的結構與圖22實施例的相同。按照圖31a至31c的該實施例，由于包括一諧振電容器并附加裝在環行器元件的側面的分立的連接端基片312具有輸入和輸出信號的端電極和一跳線導體，所以所有接線過程，只要通過執行與將諧振電容器連接到環行器元件的連接過程相同的過程，就能完成，而不需要在環行器元件的側面印刷跳線導體和接地導體。于是，制造方法將變得容易，使制造成本下降。
圖32示意性地圖示了作為本發明再一實施例的三端口環行器的環行器元件。在該實施例中，當諧振電容器241a、241b和241c被焊接到環行器元件240時，這些電容器和環行器元件首先被安裝到一基片320上，然后進行回流焊接。除了使用基片320外，該實施例的結構、功能和優點與圖22實施例的相同。
根據圖20和21的有關描述，前面所述的圖22、27、28、29、30、31a至31c和32的實施例中的環行器元件能與一個集總元件LC串聯諧振電路或一半波長諧振器組合，以便環行形器的工作頻率范圍變得更寬。
雖然各內導體按前面所述實施例用印刷銀漿、鈀漿或銀-鈀槳構成，但這些內導體也能用制作出圖形的銀箔來構成。該內圖形可由金、鈀、銀-鈀或它們的合金來制作，在這種條件下，其電阻損耗不那么大且隨著應用鐵磁材料而不會產生固體熔解作用。
對于鐵磁材料，除了YIG外可應用任何絕緣鐵磁材料，其條件是，對于內導體材料而言，將不會出現固體熔解作用。
本發明的一種環行器能用具有熔化點高于絕緣鐵磁材料的燒結溫度的內導體材料來構成，以便燒結鐵磁材料而不熔化內導體。
線圈導體的匝數不限于兩匝，而可自由確定。匝數越大，它的電感就越大。
上述各實施例是對于三端口環行器進行描述的，然而，顯而易見本發明能用于具有三端口以上的環行器。除了集總元件的環行器外，本發明也能用于具有與電容器電路構成整體的環行器元件和具有連接于其終端電路中用于加寬工作頻帶的阻抗變換器的分布元件的環行器。而且，很顯然，由本發明的任一環行器可很容易構成一個如隔離器的不可逆電路元件。
在不脫離本發明的精神實質和范圍內可構成許多種差別相當大的本發明的各種實施例，應當理解，本發明不局限于說明書中描述的具體實施例，而應當由所附權利要求書加以限定。
權利要求
1.一種設有環行器元件的多層環行器，它包含具有預定圖形的內導體，所述內導體由導電材料構成；和緊緊包圍所述內導體的絕緣鐵磁材料體，所述絕緣鐵磁材料體通過燒結多個鐵磁材料層為單一連續層構成。
2.如權利要求1所述多層環行器，其特征在于，其中所述絕緣鐵磁材料體由其燒結溫度高于所述內導體的導電材料的熔點的鐵磁材料構成。
3.如權利要求2所述多層環行器，其特征在于，所述內導體由在曾一度被變為熔化狀態的金屬制成。
4.如權利要求1所述多層環行器，其特征在于，其中所述內導體由其熔點大于所述絕緣鐵磁材料體的鐵磁材料的燒結溫度的導電材料構成。
5.如權利要求1所述多層環行器，其特征在于，所述環行器元件具有多邊形平面狀。
6.如權利要求5所述多層環行器，其特征在于，所述環行器元件具有六邊形平面狀。
7.如權利要求1所述多層環行器，其特征在于，其中所述內導體具在一平面中分別沿多個對稱的輻射方向延伸的多個條帶圖形。
8.如權利要求7所述多層環行器，其特征在于，其中所述條帶包括直條帶。
9.如權利要求1所述多層環行器，其特征在于，其中所述內導體具有在一平面中沿預定方向延伸的至少一根直條帶的圖形。
10.如權利要求1所述多層環行器，其特征在于，其中所述絕緣鐵磁材料體通過燒結一上鐵磁材料層、至少一中鐵磁材料層和一下鐵磁材料層為一單一連續層構成，且其中所述環行器元件包括圍繞至少一個中鐵磁材料層至少繞一匝的圖形的線圈導體，所述內導體構成所述線圈導體的部分。
11.如權利要求10所述多層環行器，其特征在于，其中所述至少一中鐵磁材料層和所述下鐵磁材料層有上表面，且其中所述線圈導體包括形成在所述中鐵磁材料層和所述下鐵磁材料層的上表面上的內導體，且跳線導體用來相互連接所述內導體的各端。
12.如權利要求10所述多層環行器，其特征在于，其中所述絕緣鐵磁材料體由其燒結溫度高于所述內導體的導電材料的熔點的鐵磁材料構成。
13.如權利要求12所述多層環行器，其特征在于，其中所述內導體由曾一度被變為熔化狀態的金屬制成。
14.如權利要求10所述多層環行器，其特征在于，其中所述內導體由其熔化點高于所述絕緣鐵磁材料體的鐵磁材料的燒結溫度的導電材料構成。
15.如權利要求10所述多層環行器，其特征在于，其中所述上鐵磁材料層有一上表面和所述下鐵磁材料層有一下表面，且其中所述環行器元件包括分別形成在所述上鐵磁材料層的上表面和所述下鐵磁材料層的下表面上的接地導體。
16.一種多層環行器，包含一環行器元件，包括具有預定圖形的內導體、所述內導體由導電材料制成，和一緊緊包圍所述內導體的絕緣鐵磁材料體，通過燒結多個鐵磁材料層形成一單一連續層構成所述絕緣鐵磁材料體，所述環行器元件有多個側表面;多個端電極形成在環行器元件的側表面上，并在電氣上連接于所述內導體的一端;多個電路元件在電氣上連接到端電極;和將直流磁場加給所述環行器元件的勵磁用永磁體。
17.如權利要求16所述多層環行器，其特征在于，其中所述電路元件為多個在電氣上連接于所述各端電極的電容器，它用于對所加頻率諧振。
18.如權利要求16所述多層環行器，其特征在于，其中所述電路元件為附加裝在所述各端電極上并在電氣上與之連接的分立的電路元件。
19.如權利要求16所述多層環行器，其特征在于，其中所述電路元件是與所述環行器元件形成一體的內部電路元件。
20.如權利要求16所述多層環行器，其特征在于，其中所述環行器可進一步包括把所述勵磁永磁體緊密地安裝于其中的一金屬殼體，所述金屬殼體具有一連續的磁通。
21.如權利要求16所述多層環行器，其特征在于，其中所述環行器元件具有一多邊形平面狀。
22.如權利要求21所述多層環行器，其特征在于，其中所述環行器元件具有六邊形平面狀。
23.如權利要求16所述多層環行器，其特征在于，其中所述內導體具有在一平面中分別沿多個對稱的輻射方向延伸的多個條帶的圖形。
24.如權利要求23所述多層環行器，其特征在于，其中所述條帶包括直條帶。
25.如權利要求16所述多層環行器，其特征在于，其中所述內導體具有在一平面中延一預定方向延伸的至少一個直條帶的圖形。
26.一種多層環行器，包含一環行器元件，包括具有預定圖形的內導體，所述內導體由導電材料制成，和一緊緊包圍所述內導體的絕緣鐵磁材料體，通過燒結多個鐵磁材料層形成一單一連續層構成所述絕緣鐵磁材料體，至少一個中鐵磁材料層和一個下鐵磁材料層，所述環行器元件進一步包括圍繞所述至少一中鐵磁材料層至少繞一匝的圖形的線圈導體，和多個側表面，所述內導體構成所述線圈導體的一部分;形成在環行器元件側表面上并在電氣上連接于所述內導體的一端的多個端電極;在電氣上連接于端電極的多個電路元件;和將直流磁場加給所述環行器元件的勵磁用永磁體。
27.如權利要求26所述多層環行器，其特征在于，其中所述電路元件是多個在電氣上連接于各端電極的電容器，它對所加頻率諧振。
28.如權利要求26所述多層環行器，其特征在于，所述電路元件是附加安裝于并在電氣上連接于所述各端電極的分立電路元件。
29.如權利要求26所述多層環行器，其特征在于，其中所述電路元件是與所述環行器元件形成一體的內部電路元件。
30.如權利要求26所述多層環行器，其特征在于，其中所述環行器可進一步包括一個將所述勵磁用永磁體緊密安裝于其中的金屬殼體，所述金屬殼體具有一個連續的磁通路。
31.如權利要求26所述多層環行器，其特征在于，其中所述環行器元件有一多邊形平面狀。
32.如權利要求31所述多層環行器，其特征在于，其中所述環行器元件有一六邊形平面狀。
33.如權利要求26所述多層環行器，其特征在于，其中所述內導體具有在一平面中分別沿多個對稱的輻射方向延伸的多個條帶的圖形。
34.如權利要求33所述多層環行器，其特征在于，其中所述條帶包括直條。
35.如權利要求26所述多層環行器，其特征在于，其中所述內導體具有在一平面中沿一預定方向延伸的至少一直條帶的圖形。
全文摘要
一種多層環行器包括具有預定圖形的內導體的環行器元件和緊緊包圍內導體的絕緣鐵磁材料體。通過燒結多個鐵磁材料層為單一連續層來構成絕緣鐵磁材料體。該環行器還包括多個形成于環行器元件側面并在電氣上連于內導體一端的端電極，多個在電氣上連于端電極的電路元件，和將直流磁場加給環行器元件的勵磁用永磁體。
文檔編號H01P1/387GK1098561SQ94103839
公開日1995年2月8日 申請日期1994年3月31日 優先權日1993年3月31日
發明者三浦太郎, 古林真, 鈴木和明, 藤井忠雄 申請人:Tdk株式會社