特許 6490526 アイソレーター／サーキュレータージャンクション、アイソレーター／サーキュレータージャンクションを形成する方法、および分割型アイソレーター／サーキュレーター

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6490526

(24)【登録日】2019年3月8日

(45)【発行日】2019年3月27日

(54)【発明の名称】アイソレーター／サーキュレータージャンクション、アイソレーター／サーキュレータージャンクションを形成する方法、および分割型アイソレーター／サーキュレーター

(51)【国際特許分類】

   H01P 1/387 20060101AFI20190318BHJP

   H01P 11/00 20060101ALI20190318BHJP

【ＦＩ】

   H01P1/387

   H01P11/00

【請求項の数】20

【外国語出願】

【全頁数】34

(21)【出願番号】特願2015-144747(P2015-144747)

(22)【出願日】2015年7月22日

(65)【公開番号】特開2016-25664(P2016-25664A)

(43)【公開日】2016年2月8日

【審査請求日】2018年7月17日

(31)【優先権主張番号】62/028,125

(32)【優先日】2014年7月23日

(33)【優先権主張国】US

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】503031330

【氏名又は名称】スカイワークス ソリューションズ，インコーポレイテッド

【氏名又は名称原語表記】ＳＫＹＷＯＲＫＳ ＳＯＬＵＴＩＯＮＳ，ＩＮＣ．

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】特許業務法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】デイビッド・ボウイ・クルイックシャンク

(72)【発明者】

【氏名】マイケル・デビッド・ヒル

(72)【発明者】

【氏名】イアン・アレクサンダー・マクファーレーン

【審査官】 岸田 伸太郎

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭６１−１２５２０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５１−１４６１５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１２／０２４９２７３（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｐ １／００−１１／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

サーキュレーター／アイソレータージャンクションであって、
一対のフェライトディスクを備え、前記一対のフェライトディスクの各々は、外周縁を有し、
複合誘電体を備え、前記複合誘電体は、前記一対のフェライトディスクの各々の外周縁を取囲み、
前記一対のフェライトディスクの間に配置された中心導体を備え、前記中心導体は、その中心から離れて延在する複数の伝送線路を含み、前記複合誘電体は、第１誘電率を有する第１誘電セグメントおよび第２誘電率を有する第２誘電セグメントを含み、前記第１誘電セグメントは、前記複数の伝送線路の各々の上方に配置され、前記第２誘電セグメントの誘電率よりも低い誘電率を有する、サーキュレーター／アイソレータージャンクション。

【請求項2】

前記複合誘電体は、概ね環状である、請求項１に記載のサーキュレーター／アイソレータージャンクション。

【請求項3】

前記第１誘電率材料の誘電率は、前記伝送線路の製造公差の範囲以下の前記伝送線路の幅を可能にするのに十分である、請求項１に記載のサーキュレーター／アイソレータージャンクション。

【請求項4】

前記中心導体は、約１２０°の角度をもって配置された３つの伝送線路を含み、
前記複合誘電体は、前記伝送線路の直上および真下に配置された３つの第１誘電セグメントを含む、請求項１に記載のサーキュレーター／アイソレータージャンクション。

【請求項5】

前記一対のフェライトディスクの外表面上に配置された一対の接地板をさらに含む、請求項１に記載のサーキュレーター／アイソレータージャンクション。

【請求項6】

前記第２誘電体は、３０以上の誘電率を有する、請求項１に記載のサーキュレーター／アイソレータージャンクション。

【請求項7】

前記第１誘電体は、３０未満の誘電率を有する、請求項１に記載のサーキュレーター／
アイソレータージャンクション。

【請求項8】

前記複合誘電体は、１．８〜２．７ＧＨｚの周波数範囲に対応できる２５ｍｍ以下の直径を有する、請求項１に記載のサーキュレーター／アイソレータージャンクション。

【請求項9】

前記ジャンクションは、４つのポートと４つの伝送線路とを有する、請求項１に記載のサーキュレーター／アイソレータージャンクション。

【請求項10】

前記ジャンクションは、６つのポートと６つの伝送線路とを有する、請求項１に記載のサーキュレーター／アイソレータージャンクション。

【請求項11】

前記中心導体と前記伝送線路とは、マイクロストリップ構成に構成されている、請求項１に記載のサーキュレーター／アイソレータージャンクション。

【請求項12】

分割型サーキュレーター／アイソレーターであって、
外周縁を有するフェライトディスクと、
前記フェライトディスクの前記外周縁を取囲む複数の第１誘電セグメントとを備え、隣接する第１誘電セグメントの間には、ギャップが存在し、
前記フェライトディスクの前記外周縁を取囲み、前記ギャップに配置された複数の第２誘電セグメントを備え、前記複数の第２誘電セグメントは、前記複数の第１誘電セグメントよりも高い誘電率を有し、前記複数の第１誘電セグメントと前記複数の第２誘電セグメントとは、合わせて前記フェライトディスクの前記外周縁の周りにリングを形成する、分割型サーキュレーター／アイソレーター。

【請求項13】

前記フェライトディスクは、異なる誘電率を有する２種の材料を含む、請求項１２に記載の分割型サーキュレーター／アイソレーター。

【請求項14】

前記複数の第１誘電セグメントの各々の幅は、伝送線路の製造公差の範囲を超える前記伝送線路の幅を可能にするのに十分である、請求項１２に記載の分割型サーキュレーター／アイソレーター。

【請求項15】

前記分割型サーキュレーター／アイソレーターは、約１２０°の角度をもって配置された３つの伝送線路を含む中心導体をさらに備え、
前記複数の第１誘電セグメントは、前記伝送線路の直上および真下に配置されている、請求項１２に記載の分割型サーキュレーター／アイソレーター。

【請求項16】

前記ディスクの外表面上に配置された一対の接地板をさらに備える、請求項１２に記載の分割型サーキュレーター／アイソレーター。

【請求項17】

サーキュレーター／アイソレータージャンクションを形成する方法であって、
フェライトロッドを単一部品の第１誘電率を有する誘電チューブに挿入ステップと、
前記第１誘電率を有する誘電チューブに溝を切出すことによって、第１誘電セグメントを形成するステップと、
前記溝に第２誘電率を有する第２誘電セグメントを挿入して取付けるによって、交互に存在する第１誘電セグメントおよび第２誘電セグメントからなる組立体を形成するステップとを備え、前記第１誘電率と前記第２誘電率とは異なり、
前記交互に存在する第１誘電体および第２誘電体からなる組立体をスライスすることによって、前記交互に存在する第１誘電体および第２誘電体により取囲まれたフェライトロッドを備えたディスクを形成するステップを備える、方法。

【請求項18】

前記溝は、前記チューブの直径を完全に貫通して延在する、請求項１７に記載の方法。

【請求項19】

前記溝は、約１２０°の角度をもって配置される、請求項１７に記載の方法。

【請求項20】

前記第１誘電チューブは、２５ｍｍ以下の直径を有する、請求項１７に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

優先権出願の相互参照
本願は、２０１４年７月２３日に出願され、「非常に高誘電率のアイソレーター／サーキュレータージャンクションにおけるインピーダンス整合」と題された米国仮出願第６２／０２８１２５号に基づく優先権を主張し、その開示全体が引用により本願明細書に援用される。

【0002】

背景
分野
本開示は、一般に、電子設備に有用な組成物および材料を作製する方法に関し、特に、アイソレーター／サーキュレータージャンクションにおけるインピーダンス整合に有用な組成物および材料を作製する方法に関する。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0003】

概要
本願明細書は、サーキュレーター／アイソレータージャンクションの実施形態を開示している。サーキュレーター／アイソレータージャンクションは、一対のフェライトディスクを備え、一対のフェライトディスクの各々は、外周縁を有する。サーキュレーター／アイソレータージャンクションは、複合誘電体を備え、複合誘電体は、一対のフェライトディスクの各々の外周縁を取囲む。サーキュレーター／アイソレータージャンクションは、一対のフェライトディスクの間に配置された中心導体を備え、中心導体は、その中心から離れて延在する複数の伝送線路を含む。複合誘電体は、第１誘電率を有する第１誘電セグメントおよび第２誘電率を有する第２誘電セグメントを含み、第１誘電セグメントは、複数の伝送線路の各々の上方に配置され、第２誘電セグメントの誘電率よりも低い誘電率を有する。

【0004】

いくつかの実施形態において、複合誘電体は、概ね環状であってもよい。いくつかの実施形態において、第１誘電体は、伝送線路の製造公差の範囲以下の伝送線路の幅を可能にするのに十分であってもよい。

【0005】

いくつかの実施形態において、中心導体は、約１２０°の角度をもって配置された３つの伝送線路を含んでもよく、複合誘電体は、伝送線路の直上および真下に配置された３つの第１誘電セグメントを含んでもよい。いくつかの実施形態において、ジャンクションは、一対のフェライトディスクの外表面上に配置された一対の接地板をさらに含んでもよい。

【0006】

いくつかの実施形態において、第２誘電体は、３０以上の誘電率を有してもよい。いくつかの実施形態において、第１誘電体は、３０未満の誘電率を有してもよい。いくつかの態様において、複合誘電体は、１．８〜２．７ＧＨｚの周波数範囲に対応できる２５ｍｍ以下の直径を有してもよい。

【0007】

いくつかの実施形態において、ジャンクションは、４つのポートと４つの伝送線路とを有してもよい。いくつかの実施形態において、ジャンクションは、６つのポートと６つの伝送線路とを有してもよい。いくつかの実施形態において、中心導体と伝送線路とは、マイクロストリップ構成に構成されててもよい。

【0008】

また、本願明細書は、サーキュレーター／アイソレータージャンクションを形成する方法の実施形態を開示している。方法は、フェライトロッドを単一部品の第１誘電率を有する誘電チューブに挿入するステップと、第１誘電率を有する誘電チューブに溝を切出すことによって、第１誘電セグメントを形成するステップと、溝に第２誘電率を有する第２誘電セグメントを挿入して取付けることによって、交互に存在する第１誘電セグメントおよび第２誘電セグメントからなる組立体を形成するステップとを備え、第１誘電率と第２誘電率とは異なる。方法は、交互に存在する第１誘電体および第２誘電体からなる組立体をスライスすることによって、交互に存在する第１誘電体および第２誘電体により取囲まれたフェライトロッドを備えたディスクを形成するステップを備える。

【0009】

いくつかの実施形態において、溝は、チューブの直径を完全に貫通して延在してもよい。いくつかの実施形態において、溝は、約１２０°の角度をもって配置されてもよい。いくつかの実施形態において、第１誘電チューブは、２５ｍｍ以下の直径を有してもよい。

【0010】

また、本願明細書は、分割型アイソレーター／サーキュレーターの実施形態を開示している。分割型アイソレーター／サーキュレーターは、外周縁を有するフェライトディスクと、フェライトディスクの外周縁を取囲む複数の第１誘電セグメントとを備え、隣接する第１誘電セグメントの間には、ギャップが存在する。分割型アイソレーター／サーキュレーターは、フェライトディスクの外周縁を取囲み、ギャップに配置された複数の第２誘電セグメントを備え、複数の第２誘電セグメントは、複数の第１誘電セグメントよりも高い誘電率を有し、複数の第１誘電セグメントと複数の第２誘電セグメントとは、合わせてフェライトディスクの外周縁の周りにリングを形成する。

【0011】

いくつかの実施形態において、フェライトディスクは、異なる誘電率を有する２種の材料を含んでもよい。いくつかの実施形態において、複数の第１誘電セグメントの各々の幅は、伝送線路の製造公差の範囲を超える伝送線路の幅を可能にするのに十分であってもよい。

【0012】

いくつかの実施形態において、分割型サーキュレーター／アイソレーターは、約１２０°の角度をもって配置された３つの伝送線路を含む中心導体を備える第２分割型サーキュレーター／アイソレーターをさらに含んでもよく、複数の第１誘電セグメントは、伝送線路の直上および真下に配置されてもよい。いくつかの実施形態において、分割型サーキュレーター／アイソレーターは、ディスクの外表面上に配置された一対の接地板を含んでもよい。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本願明細書に記載の１つ以上の特徴を有する材料を設計、作製および使用することのできる方法を概略に示す図である。

【図2】イットリウム系ガーネットの結晶格子構造を示す図である。

【図3】化学式Ｙ_{２．１５−２ｘ}Ｂｉ_０．５Ｃａ_{０．３５＋２ｘ}Ｚｒ_０．３５Ｖ_ｘＦｅ_{４．６５−ｘ}Ｏ_１２（式中、ｘ＝０．１〜０．８）により表される結晶性組成物中のバナジウムレベルの変化に対して材料特性の変化を表すグラフ例である。

【図4】化学式Ｂｉ_０．９Ｃａ_０．９ｘＹ_{２．１−０．９ｘ}（Ｚｒ_０．７Ｎｂ_０．１）_ｘＦｅ_{５−０．８ｘ}Ｏ_１２（式中、ｘ＝０．５〜１．０）により表される結晶性組成物中の（Ｚｒ，Ｎｂ）レベルの変化に対して材料特性の変化を表すグラフ例である。

【図5A】化学式Ｂｉ_０．９Ｃａ_{０．９＋２ｘ}Ｙ_{１．２−２ｘ}Ｚｒ_０．７Ｎｂ_０．１Ｖ_ｘＦｅ_{４．２−ｘ}Ｏ_１２（式中、ｘ＝０）により表される結晶性組成物中のバナジウムの変化しているレベルにおける焼成温度とさまざまな特性との関係を示すグラフ例である。

【図5B】化学式Ｂｉ_０．９Ｃａ_{０．９＋２ｘ}Ｙ_{１．２−２ｘ}Ｚｒ_０．７Ｎｂ_０．１Ｖ_ｘＦｅ_{４．２−ｘ}Ｏ_１２（式中、ｘ＝０．１）により表される結晶性組成物中のバナジウムの変化しているレベルにおける焼成温度とさまざまな特性との関係を示すグラフ例である。

【図5C】化学式Ｂｉ_０．９Ｃａ_{０．９＋２ｘ}Ｙ_{１．２−２ｘ}Ｚｒ_０．７Ｎｂ_０．１Ｖ_ｘＦｅ_{４．２−ｘ}Ｏ_１２（式中、ｘ＝０．２）により表される結晶性組成物中のバナジウムの変化しているレベルにおける焼成温度とさまざまな特性との関係を示すグラフ例である。

【図5D】化学式Ｂｉ_０．９Ｃａ_{０．９＋２ｘ}Ｙ_{１．２−２ｘ}Ｚｒ_０．７Ｎｂ_０．１Ｖ_ｘＦｅ_{４．２−ｘ}Ｏ_１２（式中、ｘ＝０．３）により表される結晶性組成物中のバナジウムの変化しているレベルにおける焼成温度とさまざまな特性との関係を示すグラフ例である。

【図5E】化学式Ｂｉ_０．９Ｃａ_{０．９＋２ｘ}Ｙ_{１．２−２ｘ}Ｚｒ_０．７Ｎｂ_０．１Ｖ_ｘＦｅ_{４．２−ｘ}Ｏ_１２（式中、ｘ＝０．４）により表される結晶性組成物中のバナジウムの変化しているレベルにおける焼成温度とさまざまな特性との関係を示すグラフ例である。

【図5F】化学式Ｂｉ_０．９Ｃａ_{０．９＋２ｘ}Ｙ_{１．２−２ｘ}Ｚｒ_０．７Ｎｂ_０．１Ｖ_ｘＦｅ_{４．２−ｘ}Ｏ_１２（式中、ｘ＝０．５）により表される結晶性組成物中のバナジウムの変化しているレベルにおける焼成温度とさまざまな特性との関係を示すグラフ例である。

【図5G】化学式Ｂｉ_０．９Ｃａ_{０．９＋２ｘ}Ｙ_{１．２−２ｘ}Ｚｒ_０．７Ｎｂ_０．１Ｖ_ｘＦｅ_{４．２−ｘ}Ｏ_１２（式中、ｘ＝０．６）により表される結晶性組成物中のバナジウムの変化しているレベルにおける焼成温度とさまざまな特性との関係を示すグラフ例である。

【図6】化学式Ｂｉ_０．９Ｃａ_{０．９＋２ｘ}Ｙ_{１．２−２ｘ}Ｚｒ_０．７Ｎｂ_０．１Ｖ_ｘＦｅ_{４．２−ｘ}Ｏ_１２（ｘ＝０〜０．６）により表される結晶性組成物中のバナジウム含有量を変化させた組成物に対して最良線幅を表すグラフ例である。

【図7】化学式Ｂｉ_１．４Ｃａ_{１．０５−２ｘ}Ｚｒ_０．５５Ｖ_ｘＦｅ_{４．４５−ｘ}Ｏ_１２（ｘ＝０〜０．５２５）により表される結晶性組成物の特性を示すグラフ例である。

【図8】本願明細書に記載される１つ以上の特徴を有する改質された合成ガーネットを製造するための処理フロー例を示す図である。

【図9】本願明細書に記載の１つ以上のガーネット特徴を有するフェライト装置の例を示す図である。

【図10】組成物例Ｂｉ_０．５Ｙ_{２．５−ｘ}Ｃａ_ｘＺｒ_ｘＦｅ_５−ｘＯ_１２中のＺｒ含有量（Ｂｉ^３＋の含有量が実質的に約０．５に固定され、Ｚｒ^４＋の含有量が０〜０．３５に変化されること）に応じて変化するさまざまな特性を示す図である。

【図11】組成物例Ｂｉ_ｘＹ_{２．６５−ｘ}Ｃａ_０．３５Ｚｒ_０．３５Ｆｅ_４．６５Ｏ_１２中のＢｉ含有量（Ｚｒ^４＋の含有量が実質的に約０．３５に固定され、Ｂｉ^３＋の含有量が変化されること）に応じて変化するさまざまな特性を示す図である。

【図12】図１１の組成物例のＢｉ含有量に応じて変化する誘電率および密度を示す図である。

【図13】図１０の組成物例の０．３５限界を超えるＺｒ含有量に応じて変化するさまざまな特性の曲線を示す図である。

【図14】図１３の組成物例のＢｉ含有量が約１．４であり、Ｚｒ含有量が約０．５５であるときに、Ｖ^５＋含有量に応じて変化するさまざまな特性の曲線を示す図である。

【図15A】本願明細書に記載の１つ以上の特徴を有するフェライト装置のサイズ縮小を実現できる一例を示す図である。

【図15B】本願明細書に記載の１つ以上の特徴を有するフェライト装置のサイズ縮小を実現できる別の例を示す図である。

【図16A】本願明細書に記載のフェライト装置を有する例示的なサーキュレーター／アイソレーターの組立前の様子を示す図である。

【図16B】本願明細書に記載のフェライト装置を有する例示的なサーキュレーター／アイソレーターの組立後の様子を示す図である。

【図17】１４．４の誘電率を有するＹＣａＺｒＶＦｅガーネット系列をベースにした一例の２５ｍｍサーキュレーターと、２６．７３の誘電率を有するイットリウムを含まないＢｉＣａＺｒＶＦｅガーネット系列をベースにした他の例の２５ｍｍサーキュレーターとの各々の挿入損失曲線および戻り損失曲線を示す図である。

【図18A】図１７に示された高誘電率のイットリウムを含まないＢｉＣａＺｒＶＦｅガーネット系列を有する例示的な１０ｍｍサーキュレーター装置のＳパラメータデータを示す図である。

【図18B】図１７に示された高誘電率のイットリウムを含まないＢｉＣａＺｒＶＦｅガーネット系列を有する例示的な１０ｍｍサーキュレーター装置のＳパラメータデータを示す図である。

【図19】パッケージ化されたサーキュレーターモジュールの例を示す図である。

【図20】本願明細書に記載された１つ以上のサーキュレーター／アイソレーター装置を実装することができるＲＦシステムの例を示す図である。

【図21】サーキュレーター／アイソレータージャンクションの概略を示す図である。

【図22】従来のサーキュレーター／アイソレータージャンクションの実施形態を示す図である。

【図23】一実施形態に従った中心導体と伝送線路とを有するサーキュレーター／アイソレータージャンクションを示す分解図である。

【図24】一実施形態に従ったサーキュレーター／アイソレータージャンクションを示す側面図である。

【図25】一実施形態に従ったエッチング工程中の伝送線路を示す図である。

【図26A】本開示の一実施形態に従った高誘電率材料および低誘電率材料の両方を有する本開示のサーキュレーター／アイソレータージャンクションを示す図である。

【図26B】本開示の一実施形態に従った高誘電率材料および低誘電率材料の両方を有する本開示のサーキュレーター／アイソレータージャンクションを示す図である。

【図26C】本開示の一実施形態に従った高誘電率材料および低誘電率材料の両方を有する本開示のサーキュレーター／アイソレータージャンクションを示す図である。

【図26D】本開示の一実施形態に従った高誘電率材料および低誘電率材料の両方を有する本開示のサーキュレーター／アイソレータージャンクションを示す図である。

【図27】本開示の一実施形態に従った高誘電率材料および低誘電率材料の両方を有するサーキュレーター／アイソレータージャンクションを形成する方法を示す図である。

【図28A】本開示の一実施形態に従ったサーキュレーター／アイソレータージャンクションを用いた低共鳴帯域装置のＳパラメータデータを示す図である。

【図28B】本開示の一実施形態に従ったサーキュレーター／アイソレータージャンクションを用いた低共鳴帯域装置のＳパラメータデータを示す図である。

【図28C】本開示の一実施形態に従ったサーキュレーター／アイソレータージャンクションを用いた低共鳴帯域装置のＳパラメータデータを示す図である。

【図28D】本開示の一実施形態に従ったサーキュレーター／アイソレータージャンクションを用いた低共鳴帯域装置のＳパラメータデータを示す図である。

【図29】本願明細書に記載の１つ以上の特徴を有するセラミック材料を製造するように実施することができる工程を示す図である。

【図30】本願明細書に記載の粉末材料から成形物を形成するように実施することができる工程を示す図である。

【図31】図３０の工程のさまざまな段階の例を示す図である。

【図32】図３０および３１の例により形成された成形物を焼結するように実施することができる工程を示す図である。

【図33】図３２の工程のさまざまな段階の例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

詳細な説明
本願明細書の見出しは、いずれも便宜のために提供されたものであり、必ずしも本開示の範囲または意味を影響しない。

【0015】

高周波（ＲＦ）設備に有用な高誘電体を製造するための装置およびその方法に関する実施形態は、開示されている。具体的には、本願明細書に開示された装置は、高ＲＦ特性を維持しながらより小型化することができるため、電子部品における使用に有利であり得る。たとえば、特定の材料を選択することによって、改良されたＲＦ特性を有する部品を形成することができる。また、部品の特定構造は、装置のＲＦ特性に有利であり得る。また、構造および材料の組合わせは、特に有利であり得る。

【0016】

以下、アイソレーターおよびサーキュレーターを詳細に説明するが、理解すべきことは、本開示は、これらの特定の設備に限定されず、高周波設備に応用される任意の部品に有用であり得ることである。

【0017】

図１は、１つ以上の化学元素（ブロック１）、化合物（ブロック２）、化学材料（ブロック３）および／または化学混合物（ブロック４）を処理して、本願明細書に記載の１以上の特徴を有する１つ以上の材料（ブロック５）を得ることができる方法を概略的に示している。いくつかの実施形態において、これらの材料を、望ましい誘電特性（ブロック７）、磁気特性（ブロック８）および／または先進材料特性（ブロック９）を含むように構成されたセラミック材料（ブロック６）に形成することができる。

【0018】

いくつかの実施形態において、１つ以上の前述特性を有する材料は、高周波（ＲＦ）設備などの設備（ブロック１０）に実装することができる。このような設備は、本願明細書に記載された１つ以上の特徴を有する実装を装置１２に含ませることができる。いくつかの設備において、これらの装置をさらに製品１１に実装することができる。このような装置および／または製品の例は、本願明細書において説明する。

【0019】

改質された合成ガーネット組成物
本願明細書において、合成ガーネット組成物中の希土類金属の使用を減らすまたはなくすように、イットリウム鉄ガーネット（ＹＩＧ）のような合成ガーネット組成物を改質する方法が開示されている。合成ガーネットは、一般的に式量単位Ａ_３Ｂ_５Ｏ_１２（ＡおよびＢが三価の金属イオンである）を有する。イットリウム鉄ガーネット（ＹＩＧ）は、３^＋酸化状態であるイットリウム（Ｙ）および３^＋酸化状態である鉄（Ｆｅ）を含む式量単位Ｙ_３Ｆｅ_５Ｏ_１２を有する合成ガーネットである。ＹＩＧの式量単位の結晶構造は、図２に示されている。いくつかの実施形態において、合成ガーネット組成物の改質は、得られた材料がマイクロ波設備に望ましい磁気特性を維持するように、イットリウム鉄ガーネット（ＹＩＧ）におけるイットリウム（Ｙ）の一部または全部を他のイオンの組合わせにより置換するステップを含む。

【0020】

一実現例において、改質された合成ガーネット組成物は、一般式Ｉ（Ｂｉ_ｘＣａ_ｙ＋２ｘＹ_{３−ｘ−ｙ−２ｚ}Ｆｅ_{５−ｙ−ｚ}Ｚｒ_ｙＶ_ｚＯ_１２）で表すことができる。式中、ｘ＝０〜３，ｙ＝０〜１，ｚ＝０〜１．５、より好ましくはｘ＝０．５〜１．４，ｙ＝０．３〜０．５５，ｚ＝０〜０．６。別の実現例において、改質された合成ガーネット組成物は、一般式ＩＩ（Ｂｉ_ｘＹ_{３−ｘ−０．３５}Ｃａ_０．３５Ｚｒ_０．３５Ｆｅ_４．６５Ｏ_１２）で表すことができる。式中、ｘ＝０．５〜１．０、好ましくはｘ＝０．６〜０．８、より好ましくはｘ＝０．５。別の実現例において、改質された合成ガーネット組成物は、一般式ＩＩＩ（Ｂｉ（Ｙ，Ｃａ）_２Ｆｅ_４．２Ｍ^Ｉ_０．４Ｍ^ＩＩ_０．４Ｏ_１２）で表すことができる。式中、Ｍ^Ｉは、八面体部位上のＦｅの置換物であり、１つ以上の元素Ｉｎ，Ｚｎ，Ｍｇ，Ｚｒ，Ｓｎ，Ｔａ，Ｎｂ，Ｆｅ，ＴｉおよびＳｂから選択することができ、Ｍ^ＩＩは、四面体部位上のＦｅの置換物であり、１つ以上の元素Ｇａ，Ｗ，Ｍｏ，Ｇｅ，ＶおよびＳｉから選択することができる。

【0021】

別の実現例において、改質された合成ガーネット組成物は、一般式ＩＶ（Ｙ_{２．１５−２ｘ}Ｂｉ_０．５Ｃａ_{０．３５＋２ｘ}Ｚｒ_０．３５Ｖ_ｘＦｅ_{４．６５−ｘ}Ｏ_１２）で表すことができる。式中、ｘ＝０．１〜０．８。図３は、バナジウムレベルの変化に関連した材料特性の変化を示す図である。別の実現例において、改質された合成ガーネット組成物は、一般式Ｖ（Ｂｉ_０．９Ｃａ_０．９ｘＹ_{２．１−０．９ｘ}（Ｚｒ_０．７Ｎｂ_０．１）_ｘＦｅ_{５−０．８ｘ}Ｏ_１２）で表すことができる。式中、ｘ＝０．５〜１．０。この実現例において、Ｂｉを０．９に固定しながら、Ｚｒ^４＋とＮｂ^５＋との２つの高原子価イオンを用いて八面体部位の置換を行う。図４は、（Ｚｒ，Ｎｂ）レベルの変化に関連して材料特性の変化を示す図である。別の実現例において、改質された合成ガーネット組成物は、一般式ＶＩ（Ｂｉ_０．９Ｃａ_{０．９＋２ｘ}Ｙ_{２．１−０．９−２ｘ}Ｚｒ_０．７Ｎｂ_０．１Ｖ_ｘＦｅ_{４．２−ｘ}Ｏ_１２）で表すことができる。式中、Ｖ＝０〜０．６。この実現例において、ＺｒおよびＮｂに加えて、バナジウムは、八面体部位に導入される。Ｖ＝０．６のとき、Ｙが完全に置換される。図５Ａ〜５Ｇは、バナジウムのレベルが０から０．６まで増加するときに、焼成温度とさまざまな材料特性との関係を示す図である。図６は、好ましい一実施形態に従い、バナジウムのレベルが変化している組成物に対し、変化している焼成温度における最良線幅を示している。別の実現例において、改質された合成ガーネット組成物は、一般式ＶＩ（Ｂｉ_１．４Ｃａ_{０．５５＋２ｘ}Ｙ_{１．０５−２ｘ}Ｚｒ_０．５５Ｖ_ｘＦｅ_{４．４５−ｘ}Ｏ_１２）で表すことができる。式中、ｘ＝０〜０．５２５。図７は、バナジウムの量が変化しているときの材料の特性を示す図である。

【0022】

別の実現例において、改質された合成ガーネット組成物は、化学式ＶＩＩ（Ｙ_２ＣａＦｅ_４．４Ｚｒ_０．４Ｍｏ_０．２Ｏ_１２）で表すことができる。他の実現例において、改質合成ガーネット組成物は、ＢｉＹ_２Ｆｅ_４．６Ｉｎ_０．４Ｏ_１２、ＢｉＣａ_０．４Ｙ_１．６Ｆｅ_４．６Ｚｒ_０．４Ｏ_１２、ＢｉＣａ_０．４Ｙ_１．６Ｆｅ_４．６Ｔｉ_０．４Ｏ_１２、ＢｉＣａ_０．８Ｙ_１．２Ｆｅ_４．６Ｓｂ_０．４Ｏ_１２、ＢｉＹ_２Ｆｅ_４．６Ｇａ_０．４Ｏ_１２、ＢｉＣａ_１．２Ｙ_０．８Ｆｅ_４．２Ｉｎ_０．４Ｍｏ_０．４Ｏ_１２、ＢｉＹ_１．２Ｃａ_０．８Ｆｅ_４．２Ｚｎ_０．４Ｍｏ_０．４Ｏ_１２、ＢｉＹ_１．２Ｃａ_０．８Ｆｅ_４．２Ｍｇ_０．４Ｍｏ_０．４Ｏ_１２、ＢｉＹ_０．４Ｃａ_１．６Ｆｅ_４．２Ｚｒ_０．４Ｍｏ_０．４Ｏ_１２、ＢｉＹ_０．４Ｃａ_１．６Ｆｅ_４．２Ｓｎ_０．４Ｍｏ_０．４Ｏ_１２、ＢｉＣａ_２Ｆｅ_４．２Ｔａ_０．４Ｍｏ_０．４Ｏ_１２、ＢｉＣａ_２Ｆｅ_４．２Ｎｂ_０．４Ｍｏ_０．４Ｏ_１２、ＢｉＹ_０．８Ｃａ_１．２Ｆｅ_４．６Ｍｏ_０．４Ｏ_１２、およびＢｉＹ_０．４Ｃａ_１．６Ｆｅ_４．２Ｔｉ_０．４Ｍｏ_０．４Ｏ_１２からなる群から選択される化学式で表すことができる。

【0023】

別の実現例において、改質された合成ガーネット組成物は、一般式ＶＩ（Ｂｉ_１．４Ｃａ_{０．５５＋２ｘ}Ｙ_{１．０５−２ｘ}Ｚｒ_０．５５Ｖ_ｘＦｅ_{４．４５−ｘ}Ｏ_１２）で表すことができる。式中、ｘ＝０〜０．５２５。図７は、バナジウムの量が変化しているときの材料の特性を示す図である。

【0024】

改質された合成ガーネット組成物の作製
改質された合成ガーネット材料の作製は、既知のセラミック技術を用いて達成することができる。処理フローの具体例は、図８に示されている。

【0025】

図８に示すように、処理は、原料を称量するステップ１０６から始まる。また、エトキシドおよび／またはアクリレートを得るために、ゾル−ゲル法において、有機系材料を使用してもよく、クエン酸塩に基づく技術を使用してもよい。また、水酸化物の共沈などの当技術分野における他の既知の方法は、材料を得るための方法として用いることができる。原料の選択およびその用量は、特定の製剤に依存する。原料を秤量した後、ステップ１０８において、混合プロペラを使用する水性混合若しくは鋼またはジルコニア媒体を有する振動ミルを使用する水性混合を含む、セラミック分野の最近技術に相応する方法を用いて、混合される。いくつかの実施形態において、原料を混合すると同時に反応させるために、グリシン硝酸塩または噴霧熱分解法を使用することができる。

【0026】

混合した酸化物は、その後、ステップ１１０において乾燥される。乾燥は、スラリーをペインに注入してからオーブンに入れて好ましくは１００〜４００℃の温度で行うことができ、または噴霧乾燥または当該分野における他の既知技術によって達成することができる。乾燥した酸化物混合物は、ステップ１１２において篩過処理される。この篩過処理は、焼成時高密度粒子の形成につながる可能性のある柔らかい凝集塊を砕き、粉末を均質化する。

【0027】

その後、材料は、ステップ１１４において事前焼結により焼成処理される。材料は、アルミナまたはコージェライトからなる焼成容器に投入され、好ましくは約８００〜１０００℃、より好ましくは約９００〜９５０℃の温度範囲で熱処理される。より高い焼成温度が線幅に悪影響を与えるため、焼成温度が低い方が好ましい。

【0028】

焼成後、材料は、ステップ１１６において粉砕され、好ましくは振動ミル、アトリッションミル、ジェットミルまたは他の標準粉砕技術により、平均粒径を約０．５〜１０ミクロンの範囲に減少するように粉砕される。粉砕は、好ましくは水性のスラリーで行われるが、エチルアルコールまたは他の有機系溶媒中で行うことも可能である。その後、材料は、ステップ１１８において噴霧乾燥される。噴霧乾燥処理の間、結合剤および可塑剤のような有機添加剤を当技術分野に既知の技術を用いてスラリーに添加することができる。噴霧乾燥された後、材料は、加圧に適する顆粒に、好ましくは粒径が約１０〜１５０ミクロン範囲の顆粒に形成される。

【0029】

噴霧乾燥した顆粒は、その後、ステップ１２０において加圧され、好ましくは、加圧後の密度を可能な限りＸ線理論密度の６０％に近づくように、単軸加圧または等方静的加圧によって加圧される。また、未焼成体を形成するために、テープ成形、テープカレンダーまたはテープ押出などの他の既知の方法を使用することもできる。加圧した材料は、その後、ステップ１２２において焼成処理により処理される。好ましくは、加圧した材料は、ガーネット材料と反応し難いアルミナのような材料から作られたセッター板上に置かれる。高密度のセラミック成形体を得るために、セッター板は、空気または高圧酸素環境の単独窯あるいはトンネル窯中において、約８５０〜１０００℃に加熱される。このステップにおいて、誘導加熱などの他の既知の処理技術を使用することもできる。この高密度のセラミック成形体は、特定の設備に適切な寸法を達成するために、ステップ１２４において加工される。

【0030】

図９は、ガーネット構造および化学性質を有し、したがって複数の十二面体構造、八面体構造および四面体構造を有する高周波（ＲＦ）装置２００を示す図である。装置２００は、十二面体構造２１２、八面体構造２０８および四面体構造２０４から形成されたガーネット構造（たとえば、ガーネット構造２２０）を含むことができる。

【0031】

多結晶ガーネット中のＢｉ置換
八面体部位上のＢｉ^３＋および十二面体部位上のＺｒ^４＋の組合わせにより生じ得る効果（たとえば低磁気結晶異方性およびそれによって生じた低磁気損失）を検証するために、以下の手法が行われた。図１０は、第１構造式（Ｂｉ_０．５Ｙ_{２．５−ｘ}Ｃａ_ｘＺｒ_ｘＦｅ_５−ｘＯ_１２）中のＺｒ含有量（Ｂｉ^３＋の含有量が約０．５に固定され、Ｚｒ^４＋の含有量が０〜０．３５に変化された）に応じて変化するさまざまな特性を示す図である。図１１は、第２構造式（Ｂｉ_ｘＹ_{２．６５−ｘ}Ｃａ_０．３５Ｚｒ_０．３５Ｆｅ_４．６５Ｏ_１２）中のＢｉ含有量（Ｚｒ^４＋の含有量が約０．３５に固定され、Ｂｉ^３＋の含有量が変化された）に応じて変化するさまざまな特性を示す図である。図１２は、同一構造式中のＢｉ含有量に応じて変化する誘電率および密度を示す図である。図１３は、図１０を参照して説明した０．３５限界を超えるＺｒ含有量に応じて変化するさまざまな特性の曲線を示す図である。図１４は、Ｖ^５＋含有量に応じて変化するさまざまな特性の曲線を示す図である。

【0032】

希土類を減らしたまたは希土類を含まないガーネットを備える装置の例
本開示における好ましい実施形態に従って作られた改質された合成ガーネット組成物は、フェライト材料として、磁気マイクロ波設備に利用される多くの異なる装置、たとえばフェライト系アイソレーター、フェライト系サーキュレーターおよびフェライト系共振器などに利用することができる。アイソレーターおよびサーキュレーターは、すべての移動通信基地局において、ＲＦエネルギーの誘導およびエネルギーの逆流による回路部品の破壊を防ぐために必要とされる。共振器は、移動通信基地局において、信号をフィルタリングするために使用することができる。本願明細書に開示された改質された合成ガーネット材料は、磁気共鳴線幅を減らすとともに、サーキュレーターおよびアイソレーターにおけるフェライトの誘電率を高めるように設計され、望まれたサーキュレーター部材の小型化を可能にする。

【0033】

たとえば、偏光分離横電磁波（ＴＭ）モードで動作する（ガーネットディスクのような）フェライト装置の中心周波数が1/(ε)^1/2に比例するため、誘電率（ε）を２倍にすれば、周波数を２の平方根（約１．４１４）に小さくすることができる。本願明細書において詳細に説明するように、たとえば、誘電率を２倍に大きくすれば、フェライトディスクの横寸法（たとえば、直径）を２の平方根に小さくすることができる。よって、フェライトディスクの面積を２倍に小さくすることができる。このようなサイズの縮小は、ＲＦ回路基板上の装置の設置面積を小さくすることができるため（たとえば、誘電率を２倍に大きくした場合、設置面積が２倍に小さくなる）、有利であり得る。例において、２倍に大きくすることに関連して説明したが、３倍以上に大きくする構成でも、同様な利点を実現することができる。

【0034】

高誘電率のフェライトを備える小型サーキュレーター／アイソレーター
いくつかの実現例において、フェライト装置のサイズと誘電率と動作周波数との関係は、以下のように表すことができる。異なる式を用いて、異なる伝送線路の表現を特徴付けることができる。たとえば、高共鳴ストリップライン構成において、フェライトディスクの半径Ｒは、次のように特徴付けることができる。

【0035】

Ｒ＝１．８４／［２π（実効透磁率）×（誘電率）］^１／２ （１）
式中、（実効透磁率）＝Ｈ_ｄｃ＋４πＭ_ｓ／Ｈ_ｄｃ。Ｈ_ｄｃは、バイアス磁界である。式１は、周波数およびバイアス磁界が固定された場合、半径Ｒが誘電率の平方根に反比例することを示している。

【0036】

別の例では、低共鳴ストリップライン構成において、式１と同く、フェライトディスクの半径Ｒの関係は、低いバイアス磁界に対応する低共振で動作する弱結合１／４波長のサーキュレーターに利用することができる。（たとえば、ディスクまたはロッド導波路における）低共振導波路の構成に対し、フェライトの横寸法（たとえば、半径Ｒ）および厚さｄの両方は、周波数に影響を与えることができる。それでも、半径Ｒは、Ｒおよび誘電率の関係を表す式１と同じく、次のように表すことができる。

【0037】

Ｒ＝λ／［２π（誘電率）^１／２］［（（πＲ）／（２ｄ））^２＋（１．８４）^２］^１／２ （２）
式２の例示的な関係は、円盤形のフェライトに関連する。同様の導波路の表現が三角形の共振器に使用することができるが、この場合、円盤形のフェライトの半径の代わりに、３．６３×λ／２πに等しい（三角形の高さ）Ａを使用する。

【0038】

前述したすべての例において、誘電率を（たとえば２倍に）大きくすることにすると、（たとえば、円盤形または三角形）フェライトのサイズを２の平方根に小さくすることができ、よって、フェライトの面積を２倍に小さくすることができることを期待することができる。式２を参照して説明されるように、フェライトの厚さを小さくすることもできる。

【0039】

また、フェライト装置をＲＦ装置として使用する実現例において、これらのＲＦ装置のサイズを小さくすることもできる。たとえば、ストリップライン装置において、装置の設置面積は、使用されるフェライト装置の面積により決められる。したがって、同様の装置サイズの低減を達成することが期待できる。導波路装置において、使用されるフェライト装置の直径は、導波路装置のサイズを制限する要因である。しかしながら、フェライト装置の直径の低減は、導波路に関連するジャンクションの金属部品の寸法を保持する需要により相殺される可能性がある。

【0040】

イットリウムを含まないガーネットを備える小型フェライトの例
本願明細書に記載したように、フェライトのサイズは、ガーネット構造に関連している誘電率を大きくすることによって大幅に縮小することができる。また、本願明細書に記載したように、イットリウムの含有量および／または非イットリウム希土類の含有量を減らしたガーネットは、適切なビスマス置換によって形成することができる。いくつかの実施形態において、このようなガーネットは、イットリウムまたは他の希土類を含まないガーネットを含むことができる。増加した誘電率およびイットリウムを含まないガーネットを有するフェライト装置を備えるＲＦ装置の例は、図１５〜１７を参照して説明する。

【0041】

図１５Ａおよび１５Ｂは、本願明細書に記載されたフェライトのサイズ縮小例をまとめている。本願明細書に記載されかつ図１５Ａに示すように、フェライト装置２００は、縮小した直径２Ｒ′および厚さｄ′を有する円盤状のディスクであってもよい。厚さは、縮小されてもよく縮小されなくてもよい。式１を参照して説明したように、円盤状のフェライトディスクの半径Ｒは、フェライトの誘電率の平方根に反比例することができる。したがって、図示されたフェライト装置２００の誘電率が増加すると、直径２Ｒ′が縮小することになる。本開示の１つ以上の特徴は、円盤状および三角形のフェライト例に関連して説明したが、他の形状のフェライトで実現することもできる。

【0042】

上述した誘電率が動作周波数（いくつかの実現例においてサイズ）に対する影響を実証するために、サーキュレーター装置（アイソレーターとして呼ばれることもある）が構築された。１つのサーキュレーターは、トランステック社の製品ＴＴＶＧ−１２００（直径１７．５６ｍｍ、厚さ１ｍｍ）として入手できる現行のフェライトを備えるように構築された。別のサーキュレーターは、イットリウムを含まないフェライトを備えるように、同じ寸法で構築された。説明のため、イットリウムを含まないフェライトは、「ＴＴＨｉＥ−１２００」と称される。２つのサーキュレーター例の各々は、約２５ｍｍ直径を有する。

【0043】

ＴＴＶＧ−１２００フェライトは、イットリウム−カルシウム−ジルコニウム−バナジウム−鉄ガーネットの構成および約１４．４という典型的な誘電率を有する。イットリウムを含まないフェライト（ＴＴＨｉＥ−１２００）は、約１％以下の希土類酸化物を含有するビスマス−カルシウム−ジルコニウム−バナジウム−鉄ガーネットの構成および約２６．７３の誘電率を有する。

【0044】

前述したサーキュレーター例に関するさらなる詳細は、図１６Ａおよび１６Ｂを参照して説明される。説明に言及された「フェライト」は、第１種のフェライト（ＴＴＶＧ−１２００）であってもよく、第２種のフェライト（ＴＴＨｉＥ−１２００）であってもよい。

【0045】

図１６Ａおよび１６Ｂは、一対の円筒状の磁石３０６，３１６の間に配置された一対のフェライトディスク３０２，３１２を備えるサーキュレーター３００の一例を示す図である。フェライトディスク３０２，３１２の各々は、本願明細書に記載された１つ以上の特徴を有するフェライトディスクであってもよい。図１６Ａは、組立前の例示サーキュレーター３００の一部を示す図である。図１６Ｂは、組立後の例示サーキュレーター３００の側面図を示す図である。

【0046】

図示の例において、第１フェライトディスク３０２は、第１接地面３０４の下面に取付けられている。第１接地面３０４の上面は、第１磁石３０６を収納かつ保持するような寸法にされた凹部を規定する。同様に、第２フェライトディスク３１２は、第２接地面３１４の上面に取付けられている。第２接地面３１４の下面は、第２磁石３１６を収納かつ保持するような寸法にされた凹部を規定する。

【0047】

上記のように配置された磁石３０６，３１６は、フェライトディスク３０２，３１２を通過する概ね軸方向の磁力線を生成することができる。フェライトディスクは、１１Ｏｅ以下の磁気共鳴線幅を有することができる。フェライトディスク３０２，３１２を通過する磁場の磁束は、部品３２０，３１８，３０８および３１０により形成された戻り経路を介して回路を完成させることによって、フェライトディスク３０２，３１２に適用される磁場を強化することができる。いくつかの実施形態において、戻り経路の部品３２０，３１０は、磁石３０６，３１６の直径よりも大きい直径を有するディスクであってもよく、戻り経路の部品３１８，３０８は、戻り経路を形成するディスク３２０，３１０の直径と概ね一致する内径を有する中空円筒であってもよい。上述した戻り経路の部品は、単一部品または複数の部品からなる組立品として、形成されることができる。

【0048】

例示のサーキュレーター装置３００はさらに、２つのフェライトディスク３０２，３１２の間に配置された内部磁束導体（本願明細書において、中心導体とも称する）３２２を含むことができる。このような内部磁束導体は、ネットワークをポート（図示せず）にマッチングさせる共振器として機能するように構成することができる。

【0049】

図１７は、上述した２つの２５ｍｍサーキュレーター（ＴＴＶＧ−１２００フェライト（１４．４の誘電率を有するＹＣａＺｒＶＦｅガーネット）に基づいたサーキュレーターと、イットリウムを含まないＴＴＨｉＥ−１２００フェライト（２６．７３の誘電率を有するＢｉＣａＺｒＶＦｅガーネット）に基づいたサーキュレーターと）の挿入損失曲線および戻り損失曲線を示す図である。

【0050】

本願明細書に記載されたＴＴＨｉＥ−１２００フェライトをさらに特徴付けるために、ＴＴＨｉＥ−１２００フェライトディスク（半径約７．００ｍｍ、厚さ約０．７６ｍｍ）を用いて、より小さい１０ｍｍサーキュレーターを製作した。図１８Ａおよび１８Ｂは、各々２５℃および１００℃の動作温度における１０ｍｍサーキュレーターのＳパラメータデータを示す図である。１０ｍｍサーキュレーターの相互変調も２５℃で測定した。図１８Ａおよび１８Ｂに基づき、Ｓパラメータデータが一般的に正数であることが分かる。表４に基づき、ＩＭＤ性能がこのサイズのパッケージに一般的に期待されているものである。たとえば、２０ｍｍサーキュレーター装置の典型的なＩＭＤ性能は、約−７０ｄＢｃであり、１５ｍｍサーキュレーター装置の典型的なＩＭＤ性能は、約−６０ｄＢｃである。

【0051】

いくつかの実施形態において、本願明細書に記載された１つ以上の特徴を有するフェライト系サーキュレーター装置は、パッケージ化されたモジュール式装置として実装することができる。図１９は、パッケージ化された装置例４００を示す図である。パッケージ化された装置４００は、パッケージングプラットフォーム４０４に搭載され、ハウジング構造４０２に囲まれたサーキュレーター装置３００を有する。図示されたプラットフォーム４０４は、パッケージ化された装置４００の取付けを可能にする寸法を有する複数の穴４０８を備える。図示されたパッケージ化された装置４００は、電気接続を容易にするように構成された例示的端子４０６ａ〜４０６ｃをさらに含む。

【0052】

いくつかの実施形態において、図１９の例のようなパッケージ化されたサーキュレーター／アイソレーターは、回路基板またはモジュールに実装することができる。このような回路基板は、１つ以上の高周波（ＲＦ）に関連する操作を実行するように構成された複数の回路を含むことができる。回路基板は、回路基板と回路基板の外部部品との間にＲＦ信号および電力の転送を可能にするように構成された複数の接続特徴を含むことができる。

【0053】

いくつかの実施形態において、前述した例示の回路基板は、ＲＦ装置の前置モジュールに接続されたたＲＦ回路を含むことができる。図２０に示すように、ＲＦ装置は、ＲＦ信号の送信および／または受信を容易にするように構成されたアンテナ４１２を含むことができる。ＲＦ信号は、送受信機４１４によって生成されおよび／または処理されることができる。送信の場合、送受信機４１４は、送信信号を生成して、この送信信号が電力増幅器（ＰＡ）により増幅され、（Ｔｘフィルタにより）フィルタされ、アンテナ４１２により送信される。受信の場合、アンテナ４１２により受信した信号は、送受信機４１４に伝送される前に、（Ｒｘフィルタにより）フィルタされ、低雑音増幅器（ＬＮＡ）により増幅される。図示されたＴｘ径路およびＲｘ径路の場合、本願明細書に記載の１つ以上の特徴を有するサーキュレーターおよび／またはアイソレーター４００は、たとえば、ＰＡ回路およびＬＮＡ回路に実装されまたはそれらに連結されることができる。いくつかの実施形態において、本願明細書に記載された１つ以上の特徴を有する回路および装置は、無線通信基地局などのＲＦ設備に実装することができる。

【0054】

インピーダンス整合を有するアイソレーター／サーキュレータージャンクション
本願明細書に記載したように、希土類含有量が減らされたまたは希土類を含まないガーネットを備えるフェライト装置は、高誘電率特性を有するように構成することができる。以下、誘電率をＲＦ設備に適用する際に、さまざまな設計上の考慮事項を説明する。いくつかの実現例において、高誘電率を有するガーネットを利用する設計は、上記の希土類を含まない構成を含んでもよく、含まなくてもよい。したがって、開示されたインピーダンス整合設計に係るいくつかの実施形態は、従来技術に公知の標準的なＲＦ材料を使用してもよい。

【0055】

上述したように、アイソレーターおよびサーキュレータージャンクションは、他の設備にも使用することができるが、一般的にマイクロ波および／または高周波信号伝達と併せて使用される。典型的には、ジャンクションは、３つまたは４つの非可逆ポートを有する受動装置である。ポートの数は、特に制限されていない。図２１は、ポート１、ポート２およびポート３を有するジャンクションの基本例を示している。これらのポートは、上記の図１６Ａを参照して説明したように、外部導波路または伝送線路が装置と接続する点である。いくつかの実施形態において、信号がサーキュレーターまたはアイソレーターのポートのいずれか１つに入射した場合、この信号は、隣接するポートから出射するように案内される。

【0056】

一般的に、アイソレーターおよびサーキュレータージャンクションは、同様の物理的な外観を有してもよいが、ＲＦ設備において異なる目的のために使用される。典型的には、アイソレーターとサーキュレータージャンクションとの間の区別は、開放または閉塞されたポートの数にある。たとえば、図２１に示された３つのポートの構成を有するジャンクションの場合、すべてのポートが開放されると、このジャンクションは、サーキュレーターと見なされる。よって、信号は、ポートを介してサーキュレーターに入射した場合、隣接するポートから出射する。たとえば、図２１の構成では、信号は、ポート２に入射した場合、ポート３から出射する。

【0057】

本願明細書に記載された用語「サーキュレーター」および「アイソレーター」は、一般に理解されるように、設備に応じて互換できるまたは別々に使用することができる。たとえば、サーキュレーターは、ＲＦ信号をアンテナ、送信機および受信機の間に選択的案内するように、ＲＦ設備に用いられる受動装置であってもよい。信号が送信機とアンテナとの間に案内される場合、受信機は、好ましくは単離されるべきである。したがって、このようなサーキュレーターは、アイソレーターと呼ばれる場合がある。単離性能は、サーキュレーターの性能を表すことができる。

【0058】

一方、１つのポート（たとえば、図２１のポート３）が閉塞された３ポート構成の場合、信号が残りのポート間のに一方向しか移動できないため、このジャンクションは、アイソレータージャンクションであると考えられる。典型的には、アイソレータージャンクションは、たとえば入力側の機器を出力側の条件の影響から防ぐために使用することができ、マイクロ波源を整合していない負荷により離調されないように保護する。

【0059】

図２２は、従来技術によく使用されるジャンクション２３０２の構成を示している。図示のように、ジャンクション２３０２は、一般に、２つの異なる部分、すなわち、内側のフェライトディスク２２０２および外側の単一誘電材料のリング２２０４から構成されている。誘電リング２２０４の機能は、ジャンクションの種類に依存する。たとえば、誘電リング２２０４は、１）共振周波数を維持しながら、相互変調を改善するために、アイソレーター／サーキュレーターの本体からフェライト２２０２を磁気的に隔離するように使用されてもよく、２）整合回路の一部として、中心導体およびその周囲の誘電体により形成されたインピーダンス転換体を保持するように使用されてもよく、または３）（以下で説明する）中心導体とともに、フェライト装置のジャンクションを有する外部回路、典型的には５０オームの外部回路に接続するように使用されてもよい。しかしながら、誘電体の上記用途は、例示のみであり、これらの例示に限定されない。

【0060】

図２３は、トリプレート式ストリップ線路の構成を示している。この構成において、図２２を参照して説明した２つのジャンクション２３０２は、中心導体２３０４を挟んでいる。ジャンクション２３０２および導体２３０４の組立体は、その後、一対の接地板２３０６の間に挿入される。よって、接地板２３０６は、（図２５の側面図に示されているように）組立体の両側に位置する。中心導体２３０４は、組立体の中心から離れて延在する伝送線路２３０８を有する。伝送線路２３０８は、ジャンクション２３０２のポート内に信号の入射およびポートから信号の出射を案内するように構成されている。ジャンクション２３０２の誘電リング２２０４は、伝送線路２３０８と整合したインピーダンスおよび転換体を提供することができる。いくつかの実施形態において、開示された装置は、マイクロストリップ伝送線路とともに使用することができる。これらのマイクロストリップ伝送線路は、増幅器に容易に一体化することができる。

【0061】

図２４は、中心導体２３０４を備えるアイソレーター／サーキュレータージャンクション構成の側面図を示している。図示のように、このアイソレーター／サーキュレータージャンクションは、接地板２３０６、ジャンクション２３０２、導体２３０４、ジャンクション２３０２、接地板２３０６の順に構成される。

【0062】

中心導体２３０４は、銅または他の類似の高導電性材料から、板状または箔状に形成することができる。材料の種類および材料の一般的な形状は、限定されない。中心導体２３０４は、約０．１〜約０．２５ｍｍの厚さを有してもよい。中心導体の厚さは、限定されておらず、異なる目的のために異なる厚さを採用してもよい。所定のインピーダンスの場合、中心導体２３０４の伝送線路２３０８の幅は、接地板２３０６の間隔および導体２３０４を取囲むジャンクション２３０２の誘電率によって決定される。間隔およびインピーダンスが一定の場合、伝送線路２３０８の幅は、誘電リング２２０４の誘電率の逆数の平方根に比例する。したがって、誘電リング２２０４の誘電率が増加すると、十分なインピーダンスと転換体とのバランス（すなわち、インピーダンス整合）を得るために、伝送線路２３０８の幅を減少しなければならない。このことは、小型化のときに重要である。その理由は、伝送線路２３０８の寸法における小さな変化がジャンクションの性能を大きく影響することができるからである。以下に説明するように、従来の技術を使用して適切な小型化を達成することは、不可能ではないが、製造上の制約によって困難である。

【0063】

トリプレート装置内の中心導体２３０４は、具体的な方法に限定されないが、一般的にはフォトリソグラフィ、従来の切削工具を用いたＮＣミリング、水圧ジェット、またはレーザー切断によって形成される。しかしながら、フォトリソグラフィは、ＲＦ部品を小型化するために使用された最も一般的な処理方法である。一般的には、図２５に示された両面リソグラフィ方法が使用される。一般的に、中心導体２３０４の両側にエッチング液を適用することによって、特徴的なエッチング角を作成する。このエッチング角によって、リソグラフィ処理は、銅製シートの厚さに依存して、得られた銅製シートの線形寸法の精度に制限される。図２５に示すように、銅製シートが技術的に必要な幅まで延在する間に、エッチング角は、一箇所でまたはごく一部の箇所で発生する。小型化したサイズの部品を使用する場合、エッチング角は、最終製品の中心導体２３０４の整合性に大きな影響を与えることができる。また、寸法の精度は、銅製シートを必要な幅に切断する時点で、エッチング処理を停止することにも依存する。エッチング処理の停止時間を長くすると、銅製シートの幅が減少する。エッチング処理の停止時間は、銅製シートの幅がミリサイズまたはサブミリサイズの場合に重要である。よって、リソグラフィ処理において、機械公差を設けることによって、銅導体がさらに小型になることを防ぐ。

【0064】

図２１のジャンクション２３０２を使用する場合、より大きなサーキュレーター／アイソレータージャンクションに適切な性能を提供することができるが、装置を小さくすることに連れて、主に中心導体２３０４の形成に起因する機械的な制約によって、従来技術のジャンクション２３０２を使用することができなくなる。したがって、図２２に示され、従来技術に使用されたジャンクションは、小型化工程に適切ではない。アイソレーター／サーキュレーター設備の場合、サイズの縮小は、高誘電率の誘電材料／フェライト材料を使用することによって、実現することができる。上述したように、材料の誘電率が増加すると、伝送線路の幅を減少する必要がある。しかしながら、リソグラフィ処理によって、伝送線路の幅をさらに減少することが大きく制約され、エッチング工程が必要な機械的精度ひいてはインピーダンス精度を実現するのに困難であるため、ミリサイズまたはサブミリサイズの幅の伝送線路を実現することが技術的に不可能である。基本的に、このような小さい幅は、エッチング工程の許容誤差に非常に近く、したがって、結果として生じたインピーダンスの許容誤差に非常に近い。よって、従来技術のジャンクションは、一般的に最大３０の誘電率を有する。その原因は、対応寸法を有する中心導体があまりにも脆弱であり、一般的に使用されたインピーダンスおよび接地面／フェライトの厚さに必要されたインピーダンス精度まで加工できないからである。したがって、従来技術のジャンクションは、低誘電率を必要とするため、小型化には適していない。

【0065】

図２６Ａ〜２６Ｄは、現行のものよりも有利な改良を提供することができるサーキュレーター／アイソレータージャンクションの実施形態を示している。一般的に、上記に詳細に説明したような高誘電体は、伝送線路の幅をフォトリソグラフィなどの現行処理技術の誤差許容範囲内に維持するとともに、サーキュレーター／アイソレータージャンクションの実施形態に組込むことができる。したがって、開示されたジャンクションの実施形態は、適切なインピーダンスおよび転換体整合を維持しながら、ＲＦおよび電子部品をさらに小型化するために使用することができる。これにより、電力伝達を最大化することができおよび／または信号反射を最小化することができる。

【0066】

いくつかの実施形態において、分割型複合誘電リングは、フェライトディスクを取囲むために使用することができるため、従来技術のアイソレーター／サーキュレータージャンクション（図２２に示す）を形成するためによく使用されたフェライト中心ディスクの周りに設けられた単一材料からなるリング構造を置換することができる。具体的には、低誘電材料のセグメントは、伝送線路の上方に形成することができる一方、高誘電材料のセグメントは、低誘電材料のセグメントの間に形成することができる。低誘電材料のみを中心導体の伝送線路の周りに使用する場合、伝送線路の導体幅をより広くすることができるが、フェライトの他の場所の周りに非常に高誘電率の誘電材料を使用すると、フェライトおよび低誘電率の誘電材料のみからなる組立体に比べて、複合式のフェライト／誘電体組立体の全体的なサイズをより小さくすることができる。よって、電子装置のサイズをさらに小さくすることができる小型化が達成され、フェライトおよび低誘電率の誘電材料のみを用いた場合に生じることができなかった偉業を達成することができる。また、低誘電セグメントを含むことは、高誘電率領域の面積に対する低誘電セグメントの面積によって、ジャンクションの周波数に変化を殆ど引起さない。したがって、高周波特性に大きな損失を引起さないように、小型化をすることができる。

【0067】

図２６Ａは、このような分割型ジャンクションの実施形態を示している。図２６Ａに示すように、ジャンクションは、高誘電率のフェライト中心ディスク２６０２を含むことができる。従来公知の他の磁性材料を用いることもできるが、ディスク２６０２は、たとえばフェライトから構成される。ディスク２６０２は、環状構造を有し且つディスク２６０２を概ね取囲むように構成された複合組立体２６０４により取囲まれる。複合組立体２６０４は、図２２に示された従来技術のものと概ね同一の形状を有することができる。組立体の概ね形状は、限定されない。

【0068】

いくつかの実施形態において、図２６Ａに示すように、組立体２６０４（たとえば、ジャンクション）は、複数の異なる誘電率のセグメントから形成することができる。たとえば、組立体２６０４は、高誘電セグメント２６０６および低誘電セグメント２６０８を有するように形成することができる。いくつかの実施形態において、低誘電セグメント２６０８を並べて、図２２に示された中心導体の伝送線路を覆うように配置することができる。いくつかの実施形態において、低誘電セグメント２６０８は、伝送線路と実質的に同一の幅を有することができる。いくつかの実施形態において、低誘電セグメント２６０８は、伝送線路の幅よりも小さい幅を有することができる。いくつかの実施形態において、低誘電セグメント２６０８は、伝送線路の幅よりも大きい幅を有することができる。高誘電セグメント２６０６は、組立体２６０４の残りの部分を形成することができる。特に明記しない限り、セグメントのサイズおよび形状は限定されていない。いくつかの実施形態において、低誘電セグメント２６０８の数は、開放ポートの数に等しくすることができる。たとえば、サーキュレータージャンクションは、２つの低誘電セグメント２６０８を有する一方に、アイソレータージャンクションは、３つの低誘電セグメント２６０８を有する。しかしながら、低誘電セグメント２６０８および高誘電セグメントの数は、限定されず、任意の数にすることができる。いくつかの実施形態において、ディスク２６０２の周りに、３種以上の異なる誘電率の材料からなるセグメントを使用することができる。

【0069】

図２６Ｂは、組立体２６０４の切欠図を示している。組立体２６０４において、伝送線路２３０８は、低誘電セグメント２６０８を通過して、導体２３０４に達している。図示のように、低誘電セグメント２６０８は、伝送線路２３０８を覆うことができる。高誘電セグメント２６０６は、伝送線路２３０８から離れて形成されている。

【0070】

図２６Ｃは、フェライトディスク２６０２および外側のフェライトリング２６０３を備える実施形態を示している。ディスク２６０２およびリング２６０３は、異なる材料から形成されてもよく、同一の材料から形成されてもよい。図２６Ｃに示すように、類似の分割型リング構造を本実施形態に適用することができる。中心部に異なる材料を設けることは、材料の誘電率をさらに調整することができる。

【0071】

図２６Ｄは、外側リングに比べて大幅に大きくしたフェライトディスク２６０２を有するジャンクション２６０４の別の実施形態を示している。各部の寸法は、特に限定されていない。

【0072】

いくつかの実施形態において、低誘電セグメント２６０８の幅は、伝送線路の幅の約０．５％、１％、２％、３％、５％、１０％、１５％、または２０％に広くすることができる。いくつかの実施形態において、低誘電セグメント２６０８の幅は、伝送線路の幅の約０．５％、１％、２％、３％、５％、１０％、１５％、または２０％を超えて広くすることができる。いくつかの実施形態において、低誘電セグメント２６０８の幅は、伝送線路の幅よりも小さくすることができる。

【0073】

いくつかの実施形態において、低誘電セグメント２６０８の厚さは、伝送線路の厚さの約０．５％、１％、２％、３％、５％、１０％、１５％、または２０％に薄くすることができる。いくつかの実施形態において、低誘電セグメント２６０８の厚さは、伝送線路の厚さの約０．５％、１％、２％、３％、５％、１０％、１５％、または２０％を超えて薄くすることができる。いくつかの実施形態において、低誘電セグメント２６０８の厚さは、伝送線路の厚さの約０．５％、１％、２％、３％、５％、１０％、１５％、または２０％未満に薄くすることができる。

【0074】

いくつかの実施形態において、組立体２６０４は、１つ、２つ、３つ、４つ、５つ、または６つの低誘電セグメント２６０８を含むことができる。低誘電セグメントの数は、限定されていない。好ましくは、低誘電セグメント２６０８は、ディスク２６０２の周りに対称的に配置される。たとえば、３つの低誘電セグメント２６０８を使用する場合、概ね１２０°の角度をもって低誘電セグメント２６０８を配置することができる。しかしながら、いくつかの実施形態において、低誘電セグメント２６０８を対称的に配置しなくてもよい。いくつかの実施形態において、たとえば、低誘電セグメント２６０８は、アイソレータージャンクションに使用された場合、閉塞されたポートを覆う必要がない。いくつかの実施形態において、たとえば、低誘電セグメント２６０８は、アイソレータージャンクションに使用された場合、閉塞されたポートを覆ってもよい。

【0075】

使用することができる低誘電材料の例は、チタン酸マグネシウム／チタン酸カルシウムを混合したセラミック誘電材料を挙げることができる。混合物中のチタン酸カルシウムの含有百分率を増加することにより、これらのセラミック誘電材料の誘電率を変更することができる。このようなセラミック誘電材料、たとえばトランステック社のＭＣＴ系誘電材料は、市販されている。他のケイ酸塩、アルミン酸塩、チタン酸塩、スズ酸塩、ジルコン酸塩、モリブデン酸塩、タングステン酸塩、ニオブ酸塩およびタンタル酸塩またはそれらの組合わせを周期表グループ１、グループ２またはグループ３の元素と併せて使用して、類似の誘電材料を作ることができる。また、上記セラミック組成物およびそれらの元素の酸化物、窒化物、または弗化物のいずれかをポリマー複合体に組込むことによって、任意の同様の誘電率を有する誘電体たとえばエマーソンおよびカミング社のＨＩＥ系複合誘電体、または印刷回路材料として使用された複合積層体を形成することができる。しかしながら、誘電材料の種類は、限定されていない。

【0076】

使用することができるいくつかの高誘電材料の例は、上記開示ならびに国際特許出願ＷＯ２０１２０８２６４２、ＷＯ２０１２１７０２５９およびＷＯ２０１１０７５１２３に記載される。これらの国際特許出願の全体が本願明細書中に参考として援用される。具体的には、これらの材料は、チタン酸マグネシウム／チタン酸カルシウムを混合したセラミック誘電材料であってもよい。混合物中のチタン酸カルシウムの含有百分率を増加することにより、これらのセラミック誘電材料の誘電率を変更することができる。このようなセラミック誘電材料、たとえばトランステック社のＭＣＴ系誘電材料は、市販されている。他のケイ酸塩、アルミン酸塩、チタン酸塩、スズ酸塩、ジルコン酸塩、モリブデン酸塩、タングステン酸塩、ニオブ酸塩およびタンタル酸塩またはそれらの組合わせを周期表グループ１、グループ２またはグループ３の元素と希土類（１４ｆ）からの任意の希少元素とイットリウムと併せて使用して、類似の誘電材料を作ることができる。また、上記セラミック組成物およびそれらの元素の酸化物、窒化物、または弗化物のいずれかをポリマー複合体に組込むことによって、任意の同様の誘電率を有する誘電体たとえばエマーソンおよびカミング社のＨＩＥ系複合誘電体、または印刷回路材料として使用された複合積層体を形成することができる。しかしながら、誘電材料の種類は、限定されていない。

【0077】

いくつかの実施形態において、異なる誘電率のセグメント２５０６／２５０８は、必要に応じて内側および外側に交換することができる。いくつかの実施形態において、、組立体２６０４は、セグメント２５０６／２５０８を取外すおよび交換することができないように、形成されている。セグメント２５０６／２５０８を接合する手段の種類は、限定されていない。いくつかの実施形態において、たとえば接着剤または膠を使用して、セグメント２５０６／２５０８を接合してもよい。いくつかの実施形態において、セグメント２５０６／２５０８の間の摩擦力または嵌合片などによる他の機械力によって、組立体２６０４を一体に保持してもよい。いくつかの実施形態において、同時焼成を使用してもよい。同時焼成中に、誘電材料および／またはフェライトの機械的な収縮および／または相互拡散によって、セグメント２５０６／２５０８を互いに接合することができる。その全体が参照により本願明細書に組込まれる米国特許第７６８７０１４号および第８２８２７６３号は、同時焼成および／または膠接着を介してセグメントを接合するためのいくつかの非限定的な実施例を開示している。

【0078】

いくつかの実施形態において、低誘電セグメント２６０８は、組立体２６０４の外部に露出できるように、高誘電セグメント２６０６の厚さを完全に貫通するように、形成されることができる。いくつかの実施形態において、低誘電セグメント２６０８は、高誘電セグメント２６０６の厚さを部分的に貫通するように形成されることができる。よって、低誘電セグメント２６０８は、たとえば、上部側、底部側または両側において、高誘電セグメント２６０６の内部に封入されることができる。いくつかの実施形態において、低誘電セグメント２６０８は、高誘電セグメント２６０６の幅を完全に貫通するように、形成されることができる。いくつかの実施形態において、低誘電セグメント２６０８は、高誘電セグメント２６０６の幅を部分的に貫通するように形成されることができる。従って、低誘電セグメント２６０４の内径または外径のいずれかの上面に、高誘電セグメント２６０８が存在することになる。

【0079】

いくつかの実施形態において、リングの全体は、高誘電材料から形成することができる。しかしながら、低誘電材料をリング周りの一部に塗布することによって、図２６Ａに示された同様の構造を形成することができる。たとえば、低誘電材料は、液体または固体として塗布され、硬化により高誘電材料に付着させられてもよく、低誘電材料は、高誘電材料に焼結することができる組成物であってもよい。低誘電材料を塗布する方法は、限定されていない。

【0080】

いくつかの実施形態において、組立体２６０４は、図２６Ａに示されたような別個のセグメントから形成されなくてもよい。たとえば、組立体２６０４は、図２６Ａに示されたものと同様に、高誘電材料と低誘電材料とが遷移できる一体構造に形成することができる。いくつかの実施形態において、組立体２６０４は、低誘電材料から高誘電材料に徐々に遷移することができる。したがって、組立体２６０４の全体に勾配を形成する。

【0081】

いくつかの実施形態において、低誘電材料は、高誘電材料の全体にチェッカーボードのようなパターンをもって遍在してもよい。したがって、低誘電材料は、図２６Ａに示すようにバンドを形成しないが、その代わりに組立体２６０４の全体に遍在する。チェッカーボードは、ランダムに形成されてもよく、特定のパターンに形成されてもよい。低誘電セグメントは、チェッカーボードに類似した円または三角形などの異なる形状およびサイズに形成されてもよい。また、セグメントのサイズは、組立体２６０４の全体を通して変化してもよい。

【0082】

いくつかの実施形態において、４つまたは６つの中心導体「アーム」に応じて、４または６ポートの循環モードを使用することができ、したがって、４つまたは６つの低誘電セグメントは使用されるであろう。

【0083】

いくつかの実施形態において、伝送線路は、１つ以上の転換体を含むことができる。いくつかの実施形態において、中心導体に第２転換体を追加することができる。この第２フェライト体は、第１フェライト体よりも低いインピーダンスを有することができる。いくつかの実施形態において、第２フェライト体は、フェライト界面により近付くように設けることができ、よってより大きな帯域幅を与える。いくつかの実施形態において、この第２フェライト体は、高誘電セグメントまたは低誘電セグメントのいずれかの内部に挿入することができる。

【0084】

いくつかの実施形態において、組立体２６０４は、約５、１０、１５、２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、１００、１５０、または２００ｍｍの外径を有することができる。いくつかの実施形態において、組立体２６０４は、約５、１０、１５、２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、１００、１５０、または２００ｍｍ未満の外径を有することができる。いくつかの実施形態において、フェライトディスク２５０２は、約１、３、５、１０、１５、２０、２５、または３０ｍｍの外径を有することができる。

【0085】

いくつかの実施形態において、低誘電セグメント２５０８は、約０．１、０．３、０．５、０．７、１．０、１．５、２．０、または２．５ｍｍの幅を有することができる。いくつかの実施形態において、低誘電セグメント２５０８は、約０．１、０．３、０．５、０．７、１．０、１．５、２．０、または２．５ｍｍ未満の幅を有することができる。いくつかの実施形態において、低誘電セグメント２５０８は、約３、４、５、６、７、７．５、８、９、１０、１１、１２、１３、または１５ｍｍ^２の上面面積を有することができる。いくつかの実施形態において、低誘電セグメント２５０８は、約３、４、５、６、７、７．５、８、９、１０、１１、１２、１３、または１５ｍｍ^２未満の上面面積を有することができる。

【0086】

上記に開示された寸法は、開示された装置の実施形態に使用することができるが、本発明の装置は、これらの特定の寸法に限定されるものではなく、特に異なる周波数範囲に対応する他の寸法を使用することもできる。

【0087】

いくつかの実施形態において、低誘電材料は、約１０、１４、１５、２０、または３０の誘電率を有することができる。いくつかの実施形態において、低誘電材料は、約３０、２０、１５、１４、または１０未満の誘電率を有することができる。いくつかの実施形態において、低誘電材料は、約１４〜３０よりも大きい誘電率を有することができる。

【0088】

いくつかの実施形態において、高誘電材料は、約３０、５０、１００、１５０、２００、２５０、または３００の誘電率を有することができる。いくつかの実施形態において、高誘電材料は、約３０、５０、１００、１５０、２００、２５０、または３００よりも大きい誘電率を有することができる。いくつかの実施形態において、高誘電材料は、約３０、５０、１００、１５０、２００、２５０、または３００よりも小さい誘電率を有することができる。

【0089】

いくつかの実施形態において、低誘電セグメント２６０８を高誘電セグメント２６０６に追加することは、組立体２６０４の物理的特性に最小限の影響を与えることができる。いくつかの実施形態において、静電容量における実際の変化は、一体の誘電リングと実施形態に開示されたリングとの間の比として示す場合、約１．０００、１．００５、１．０１０、１．０１４１、１．０２０、または１．０３０である。いくつかの実施形態において、静電容量における実際の変化は、一体の誘電リングと実施形態に開示されたリングとの間の比として示す場合、約１．０００、１．００５、１．０１０、１．０１４１、１．０２０、または１．０３０未満である。いくつかの実施形態において、周波数における実際の変化は、一体の誘電リングと実施形態に開示されたリングとの間の比として示す場合、約１．００１、１．００２、１．００３、１．００４、１．００５、１．００６、１．００７、１．００８、１．００９、または１．０１０である。いくつかの実施形態において、周波数における実際の変化は、一体の誘電リングと実施形態に開示されたリングとの間の比として示す場合、約１．００１、１．００２、１．００３、１．００４、１．００５、１．００６、１．００７、１．００８、１．００９、または１．０１０未満である。

【0090】

従来に使用されたものに比べて、実施形態に開示されたジャンクションは有利である。よって、得られた装置は、インピーダンス整合を維持しながら、構造をはるかに小さくすることができる。これらの装置は、第４世代またはより高世代の生成伝送隔離設備に使用されるブロードバンド装置に特に有用である。既存の高共振装置は、必要な帯域幅を有していない。一方、既存の低共振装置は、十分な帯域幅を有しても、現在検討されているトランシーバに対して大き過ぎる。

【0091】

いくつかの実施形態において、開示されたサーキュレーター／アイソレータージャンクションを異なるＲＦ部品に組込むことができる。たとえば、このジャンクションをトランシーバに組込むことができる。いくつかの実施形態において、このジャンクションをトランシーバに組込むことによって、より大きな伝送隔離を可能にすることができるため、より大きな帯域幅を使用可能にする。いくつかの実施形態において、１．８〜２．７ＧＨｚの帯域幅を使用することができる。さらに、実施形態に開示されたジャンクションは、高共振技術に使用することができる。いくつかの実施形態において、サーキュレーター／アイソレータージャンクションは、増幅器の前に配置され、信号の反射を防止する。他の実施形態において、サーキュレーター／アイソレータージャンクションは、増幅器の間に使用されてもよい。トランシーバ内の配置位置は、限定されていない。

【0092】

図２７は、高誘電体に挿入された低誘電セグメントを有する上記実施形態のアイソレーター／サーキュレータージャンクションを製造する方法を示している。いくつかの実施形態において、フェライトロッドは、高誘電材料からなるチューブの内側に固定することができる（２７０２）。その後、フェライトロッドまで貫通するように、誘電チューブに溝を切出すことができる（２７０４）。溝の切出は、たとえば、水切断、レーザー切断、機械的切断、ワイヤ切断、または他の切断方法によって行うことができる。溝を切出す方法は、これらに限定されていない。また、上述したように、チューブに任意数の溝を形成することができる。溝を形成した後、低誘電材料からなるセグメントを溝に固定することができる（２７０６）。一体に固定した後、組立体の全体を任意の所望の外径に研磨して、任意の所望の厚さにスライスする（２７０８）。いくつかの方法において、セグメントは、チューブまたはリングを用いてセグメントに切断することによって、フェライトとは別々に作られ、その後、同一の誘電率または異なる誘電率を有する他のセグメントと組合わられ、チューブまたはリングを形成する。得られたチューブまたはリングを所望の厚さに最終的に研磨またはスライスする前に、フェライトディスクまたはチューブを挿入することができる。いくつかの実施形態において、異なる別個のセグメントをたとえば接着によりフェライトロッドに取付けることによって、ロッドの周りにリングを形成することができる。いくつかの実施形態において、異なる誘電材料からなる２つの異なるチューブ（たとえば、一方が高誘電率を有し、他方が低誘電率を有する）は、たとえばワイヤ鋸を使用して長さ方向に沿ってセグメントに切断され、切断された長さのセグメントをガーネットロッドに交互に取付けることによって、リングを形成することができる。

【0093】

図２８Ａ〜２８Ｄは、上記の実施形態に開示された分割型ジャンクションの１．８〜２．７ＧＨｚにおけるＳパラメータデータを示している。図示のように、分割型ジャンクションは、有利な高周波特性を有することができる。たとえば、図２８Ａ〜２８Ｄに示すように、分割型ジャンクションは、２．７ＧＨｚ付近の有利な範囲を含む広範囲の共振周波数を有することができる。よって、ジャンクションが高周波設備に使用することができる。

【0094】

工程
図２９〜３３は、本願明細書に記載された１つまたは複数の特徴を有するフェライト装置を製造するための工程を示している。図２９は、前述した特性の１つ以上を有するセラミック材料を製造するために実施することができる工程２０を示している。ブロック２１において、粉末を作製することができる。ブロック２２において、作製した粉末から成形物を形成することができる。ブロック２３において、形成された成形物を焼結することができる。ブロック２４において、焼結体は、仕上げられ、１つ以上の所望の特性を有するセラミック仕上げ品を得ることができる。

【0095】

セラミック仕上げ品が装置の一部である実現例では、ブロック２５において、この装置を組立てることができる。装置またはセラミック仕上げ品が製品の一部である実現例では、ブロック２６において、この製品を組立てることができる。

【0096】

図２９は、例示プロセス２０の一部のステップまたは全てのステップが設計仕様などにより決められてもよいことをさらに示している。同様に、一部のステップまたは全てのステップは、検査、品質管理などを含んでもよく、検査、品質管理などを受けてもよい。

【0097】

いくつかの実現例において、図２９の粉末作製ステップ（ブロック２１）は、図８を参照して説明した例示処理により行うことができる。このように作製された粉末は、本願明細書に記載の１つ以上の特性を含むことができ、および／または本願明細書に記載の１つ以上の特性を有するセラミック体の形成を容易にすることができる。

【0098】

いくつかの実現例において、本願明細書に記載したように作製された粉末は、異なる形成技術によって異なる形状に形成されることができる。例として、図３０は、本願明細書に記載したように作製された粉末材料を加圧することによって成形物を形成することができる処理５０を示している。ブロック５２において、所望の量の粉末を成形金型に充填することができる。図３１において、配置図６０は、成形金型６１を示している。金型６１は、粉末６３を収納しかつ粉末を加圧することを可能にするように寸法された容積６２を画定する。ブロック５３は、金型内の粉末を加圧することによって、成形物を形成するができる。配置図６４は、ピストン６５が（矢印６６の方向に沿って）金型６１によって画定される容積６２に押圧することにより、粉末を中間圧縮形態６７に形成することを示している。ブロック５４において、金型から圧力を解除することができる。ブロック５５において、金型６１からピストン６５を取出すことにより、容積６２を開放することができる。配置図６８は、開放された金型６１の容積６２を示している。金型が開放され、金型から成形物６９を取出すことを可能にする。ブロック５６において、金型６１から成形物６９を取出すことができる。ブロック５７において、今後の処理のために、成形物を保存することができる。

【0099】

いくつかの実現例において、本願明細書に記載したように製造された成形物は、セラミック装置として望ましい物理的特性を得るために、焼結することができる。図３２は、成形物を焼結するために実施することができる処理７０を示している。ブロック７１において、成形物を提供することができる。ブロック７２において、成形物を窯内に導入することができる。図３３は、焼結トレイ８０に装入された複数の成形物６９を示している。図示の焼結トレイ８０は、これらの成形物６９を表面８２上に支持し、トレイの上縁が成形物６９の上部よりも高くなるように寸法された凹部８３を画定する。このような構成は、焼結処理の間に、装入済みのトレイを堆積することを可能にする。トレイが堆積された場合においても、凹部８３内の高温ガスの循環を改善することを可能にするために、図示のトレイ８０は、側壁に切欠き８３をさらに画定している。図３６は、複数の装入済みトレイ８０からなるスタック８４を示している。一番上部のトレイに装入された成形物が下部トレイに装入された成形物とほぼ同様の焼結条件を受けるように、一番上部のトレイにトップカバー８５を設けることができる。

【0100】

ブロック７３において、焼結物を得るために、成形物に熱を適用することができる。このような熱の適用は、窯を使用することによって達成することができる。ブロック７４において、窯から焼結物を取出すことができる。図３６は、複数の装入済みトレイを含むスタック８４を窯８７に導入すること（段階８６ａ）を示している。所望の時間および温度プロファイルに基づいて、スタックを窯の内部で移動させること（段階８６ｂおよび８６ｃ）ができる。段階８６ｄは、スタック８４を冷却するために窯から取出すことを示している。

【0101】

ブロック７５において、焼結物を冷却することができる。冷却は、所望の時間および温度プロファイルにより決めることができる。ブロック７６において、冷却された焼結物は、１つ以上の仕上げ作業を受けることができる。ブロック７７において、１つ以上の検査を行うことができる。

【0102】

さまざまな形態の粉末およびさまざまな形状の成形物に対する熱処理は、軽焼き（calcining）、焼成（firing）、焼鈍（annealing）、および／または焼結（sintering）として本願明細書に記載される。これらの用語は、適切な状況または特定の内容において交換可能に使用してもよく、それらの組合せで交換可能に使用してもよいことが理解されるべきである。

【0103】

以上の説明から、創意のある共振器が開示されていることが理解されるであろう。いくつかの構成要素、技術および局面をある程度の詳細をもって説明してきたが、本開示の精神および範囲から逸脱することなく、本願明細書に記載の具体的設計、構造および方法に対する多くの変更ができるということは、明らかである。

【0104】

別々の実現例に関連して本開示において記載された特定の特徴は、組合わせて単一の実現例において実施することもできる。逆に、単一の実現例に関連して説明されたさまざまな特徴は、別々でまたは任意の適切な部分組合せで複数の実現例において実施することができる。さらに、上記の特徴が特定の組合わせで作用してもよいが、場合によって、特許請求された組合わせから１つ以上の特徴をその組合わせから除外することができ、その組合わせを任意の部分組合せとしてまたは任意の部分組合せの変形として請求することができる。

【0105】

また、方法は、特定の順序で図面に図示されまたは明細書に記載されたが、これらの方法は、示された特定の順序または順番で行う必要がなく、望ましい結果を達成するために、すべての方法を実行する必要がない。図示されていないまたは記載されていない他の方法は、例示の方法および処理に組込むことができる。たとえば、１つ以上の追加の方法は、記載された方法の前でまたは後で行うことができ、記載された方法と同時に行うことができ、または記載された方法の間に行うことができる。さらに、方法は、他の実現例において再配列するまたは順序を変えることができる。また、上述の実現例においてさまざまなシステム構成要素の分離は、すべての実現例において構成要素を分離する必要があると理解されるべきではなく、一般的に、記載の構成要素およびシステムは、単一の製品に統合されるかまたは複数の製品にパッケージ化されることができるように理解すべきである。さらに、他の実現例は、本開示の範囲内に含まれる。

【0106】

「できる」または「可能である」などの条件付き表現は、特に明記しない限りまたは使用される文脈の理解に反しない限り、一般的に、特定の実施形態が、特定の特徴、要素および／またはステップを含んでもよく含まなくてもよいということを意図している。したがって、このような条件付き表現は、一般的に、これらの特徴、要素および／またはステップが１つ以上の実施形態に必要されると意味していない。

【0107】

「Ｘ、ＹおよびＺのうち少なくとも１つ」などの接続表現は、特に明記しない限りまたは使用される文脈の理解に反しない限り、一般的に、そのアイテムまたはタームなどがＸ、ＹまたはＺのいずれであってもよいということを意図している。したがって、そのような接続表現は、一般的に、特定の実施形態において少なくとも１つのＸ、少なくとも１つのＹ、および少なくとも１つのＺが存在する必要があると意味していない。

【0108】

本願明細書に使用された「およそ」、「約」、「一般的に」および「実質的に」などの程度を示す表現は、明記された値、量または特徴に近いであり、所望の機能を実行するまたは所望の結果を達成することができる特性、量または特徴を表す。たとえば、「およそ」、「約」、「一般的に」および「実質的に」という用語は、明記された量の１０％以下、５％以下、１％以下、０．１％以下、または０．０１％以下である量を意味してもよい。明記された量が０（すなわち、無しまたは含んでいない）である場合、上記の範囲は、特定の範囲にあり、特定パーセントの値に含まれておらず、たとえば、明記された量の１０重量％または１０体積％以下、５重量％または５体積％以下、１重量％または１体積％以下、０．１重量％または０．１体積％以下、または０．０１重量％または０．０１体積％以下である。

【0109】

いくつかの実施形態は、添付の図面に関連して説明されてきた。図面は一定の縮尺で描かれているが、縮尺が図面を限定するものではない。図示されているもの以外の寸法および比率が考えられ、開示された発明の範囲内に含まれる。距離および角度などは、単なる例示であり、必ずしも例示の装置の実際の寸法および配置の正確な関係を示すものではない。構成要素を追加、除外および／または再配置することができる。または、本願明細書において、さまざまな実施形態に関連して開示された任意の特定の特徴、局面、方法、特性、特徴、品質、属性および要素などは、本願明細書に記載されたすべての他の実施形態に使用することができる。さらに、本願明細書に記載された任意の方法は、記載されたステップを実行するのに適した任意の装置を使用して実施され得ることが認識されるであろう。

【0110】

複数の実施形態およびその変形は詳細に説明されてきたが、他の変更およびたの方法は当業者にとって明らかであろう。したがって、さまざまな応用、変更、材料および置換は、本願明細書の開示または特許請求の範囲から逸脱することなく、同等物であることが理解されるべきである。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5A】

【図5B】

【図5C】

【図5D】

【図5E】

【図5F】

【図5G】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15A】

【図15B】

【図16A】

【図16B】

【図17】

【図18A】

【図18B】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】

【図26A】

【図26B】

【図26C】

【図26D】

【図27】

【図28A】

【図28B】

【図28C】

【図28D】

【図29】

【図30】

【図31】

【図32】

【図33】