微波环行器的制造方法

专利名称：微波环行器的制造方法
技术领域：
本发明涉及一种使用在微波波段无线电装置，例如携带式电话的移动通信装置中的环行器的制造方法。
一种具有圆形平面组装的环行器元件的通常集中参数型环行器及其基本结构，如

图1的部件分解图所示。在图中，标号10表示由诸如玻璃加强环氧树脂的非磁性材料制成的圆基片。线状导体(内导体)11和12分别形成在非磁性材料基片10的顶和底表面上。这些线状导体11和12由穿过基片10的通孔13相互电连接。由铁磁材料制成的圆形件14和15附在具有线状导体11和12的非磁材料基片10的两个表面，由于对线状导体11和12施加RF功率，在这些铁磁部件14和15中就感应旋转RF(射频)磁通量。如上所述，在环行器中通常环行器元件呈圆形平面，并且，通过把铁磁部件14和15装配，即叠放和粘结在非磁性材料基片10的两边上来构成的。
如图2的部件分解图所示，该环行器是通过把接地导体电极16和17，激励永久磁铁18和19，以及与顶和底部件20和21隔离的金属外壳顺次分别叠加固定在两个铁磁部件14和15上来构成的，外壳20和21形成从激励永久磁铁18到19的磁通磁路。虽然在图2中没有示出，环行器可以具有用于对输入频率谐振的谐振电容器和用于使环行器接到外部电路的终端电路。在分布参数型环行器中，环行器元件和谐振电容器可整体形成，并且在终端电路中可以设置阻抗变换器，用于扩展环行器的工作频率。
如果RF功率是通过终端电路(未示出)加到线状导体11和12，则围绕线状导体11和12旋转的RF磁通将在铁磁部件14和15中产生。在这种状态，如果从永久磁铁18和19加上垂直于RF磁通的dc磁场，如图3所示的，铁磁部件14和15将呈现与RF磁通的旋转方向有关的不同导磁率μ+和μ-。环行器就是利用这个与旋转方向有关的不同导磁率。即在环行器元件中RF信号的传输速度将随旋转方向而不同，因此以相反方向传送的信号将会相互抵消，其结果，就防止了信号传输到特定端。由于铁磁部件的导磁率μ+和μ-，可根据对着传送端口的角度确定非传输端口。例如，如果端口A.B和C按沿某个旋转方向的这个次序排列，端口B将被确定为对着传送端口A的非传输端口，和端口C将被确定为对着传送端口B的非传输端口。
环行器已广泛地用作有效元件，用于防止在诸如携带式电话的移动通信装置的放大器之间的干扰，也用于保护在可移通信装置中的功放免受反射功率。随着最近发送装置的频段扩展和尺寸缩小，环行器本身就要求低成本和小尺寸来制造，并且用低损耗和较宽频带工作。为了满足这些要求，将有必要制造一种具有在导磁率μ+和μ-之间较大差别和具有小损耗的激励电路的环行器。
然而，根据图1所示的通常环行器，由于在非磁性材料基片10上形成激励线11和12，这些线和基片是放在两个隔离铁磁部件14和15之间，用非磁性材料基片10中断环行器的磁路。于是，在非磁性材料基片10和产生较低导磁率的铁磁部件14和15之间的界面上产生去磁场。结果，通常环行器不能满足上述最新的要求。
为了通过减少铁磁部件14和15的基片10的界面处产生的去磁场以获得小型环行器，申请人已经推荐了一种环行器元件是通过导电胶，诸如银胶或钯胶将内导体印刷在未加工的铁磁材料片上，叠层这些具有内导体的未加工片和焙烧叠层未加工片，以致铁磁材料体紧绕被形成在单个连续层上的内导体来构成。(分别在1994年12月6日和1994年12月13日日本专利(未审查)公开号6-338707和6-343005已公开，对应于美国专利申请号08/219917和欧洲专利申请号94400682.4)。
然而，根据申请人提出的有关技术，如果一种金属，诸如具有熔点比铁磁材料烧结完成温度低的银被用作内导体材料，当焙烧过程中，一部分导电金属材料将被蒸发。于是内导体的容积将减小则由于其损耗或被损的增加而造成环行器的不良特性。另一方面，如果一种金属诸如具有熔点比铁磁材料烧结完成温度高的钯被用作内导体材料，由于内导体的电阻变高，因此环行器的插入损耗将显著增加。
因此，本发明的一个目的是提供一种能使环行器做成小型环行器的制造方法。
本发明的另一个目的是提供一种能做成低成本环行器的制造方法。
本发明进一步的目的是提供一种能做成宽频率范围工作的环行器的制造方法。
本发明更进一步的目的是提供一种能以低损耗工作的环行器的制造方法。
根据本发明，一种环行器的制造方法包括下列步骤在至少一片绝缘铁磁材料上形成由以温度等于或小于绝缘铁磁材料烧结完成温度热分解的材料制成的空内导体，叠层多个绝缘铁磁材料片以致至少一个绝缘铁磁材料片盖住在绝缘铁磁材料片上形成的空内导体，焙烧叠层的绝缘铁磁材料片以形成在单个连续体中的绝缘铁磁材料体，和形成在空内导体占据部分处的内导体的槽，用压力把导电胶注入在绝缘铁磁材料体中的槽，和焙烧绝缘铁磁材料体以形成在绝缘铁磁体中的内导体。
根据本发明，导电金属材料胶是在焙烧和烧结铁磁材料体以后压入为内导体准备的槽中。因此，即使一种如银的金属熔点比铁磁材料烧结完温度低，用作内导体，在铁磁材料体烧结过程中，将从不蒸发金属材料。于是内导体的容积将不会减少，防止了由于其损耗或者破损造成环行器不良特性的产生。结果，提供具有低阻内导体和具有低插入损耗的环行器。
当然，由于紧绕内导体的绝缘铁磁材料体烧结成单个连续体，在铁磁材料体中没有不连续部分，于是，RF磁通在环行器元件中闭合，结果将产生无去磁场和在导磁率μ+和μ-之间差值将变大。结果，用小型环行器就能获得宽工作频率范围和低损耗。
优先的方法进一步包括在绝缘铁磁材料体的一侧表面上形成多个终端电极以致电连接到内导体的各端的步骤以及分别把电路元件电连接到终端电极的步骤。
连接步骤可优先地包括分别把谐振电容器电连到终端电极的步骤。
优先的方法进一步包括在绝缘铁磁体的上边和下边附加激励永久磁铁，用于把dc磁场分别加到绝缘铁磁材料体的步骤。该方法进一步也可包括把具有连续磁路的金属外壳紧固到激励永久磁铁的步骤。由于激励磁路是连续的，由于特性明显改进能得到小的磁阻。
优先地，叠层步骤包括以这顺序叠层上铁磁材料层至少一个中间的铁磁材料层和下铁磁材料层的步骤，其中空内导体形成步骤包括在中间铁磁材料层和下铁磁材料层的顶表面上形成空内导体的步骤。
该方法进一步可包括在上铁磁材料层的顶表面和下铁磁材料的底表面上分别形成接地导体的步骤，在绝缘铁磁材料体的侧表面上两个接地导体相互连接的导体的形成步骤。
本发明的目的和优点从下面附图所表示的本发明优选实施例的描述将显而易见。
图1是表示已描述的通常集总参数型环行器的环行器元件的部件分解图；图2是说明已经描述的通常环行器的装配的部件分解图。
图3表示铁磁材料的旋磁的导磁率特性；图4a和4e分别说明按本发明的优选实施例的环行器元件制造过程；图5是表示使用由图4a到4e的实施例制造的环行器元件的环行器部件分解图；图6a6b和6c是说明外壳结构和装在外壳中的环行器元件和激励永久磁铁的结构的部件分解图；和图7说明用图4a到4e制造的环行器和通常环行器的插入损耗特性。
图4a到4e表示根据本发明优选实施例的三端环行器的环行器元件制造过程，图5表示具有永久磁铁和电容器的环行器元件。
如这些图中所示，由这个实施例制造的环行器是三端环行器，其环行器元件形成正六角形的平面。然而，这个元件的平面形状可以形成在任意六角形中或另外的多角形，以便能够产生对称的旋转磁场。由于多角形的环行器元对附着的分立电路元件，诸如谐振电容器或终端电阻的间隔将保留在环行器元件的侧表面上。因此，如果这种分立电路元件附加地附着到环行器元件，环行器的总尺寸就可以保持很小。
如图4a所示，制备具有厚度约为1mm的上铁磁材料片40、厚度约为160μm的中间铁磁材料片41和厚度约为1mm的下铁磁材料片42。上和下铁磁材料片40和42可以通过叠层多个其厚度一般为100到200μm(优选为160μ)的未加工片来形成。这些铁磁材料片由相同绝缘铁磁材料制成的。这个铁磁材料可以是钇铁石榴石(后面将称为YIG)；和铁磁材料片将由YIG、粘合剂和溶剂用下面分量比来构成YIG粉末61.8重量％粘合剂 5.9重量 ％溶剂 32.3重量％穿过中间片41的通孔43a、43b和43c形成在这片41的预定位置处。
在中间片41和下片42的顶表面上，由碳胶制成的上空内导体44a、44b和44c和下空内导体45a、45b和45c由印制或复制它们来形成。这些空内导体由碳胶制成，用于经焙烧形成上内导体槽和下内导体槽；而在温度小于铁磁材料的烧结完成温度该胶能热分解而没有膨胀的条件下，可以由容易升华的任一种胶，诸如醋酸合或胶，或萘或樟脑胶制成，而不是碳胶。
在这个实施例中，这些空内导体44a、44b和44c(45a、45b和45c)以三对带状图案形成。每对带状图案通过避开另一个带状图案的通孔延伸到相同的辐射方向(垂直于六角形的至少一边的方向)。这些空内导体对于三端环行器可以具有三角对称的线状图案的任选图案形成。例如，这些空内导体可以以单个或多个直线带状图案、直带状图案与上述的三角对称图案的组合图案或没有通孔的图案形成。
于是，以这个次序叠加形成上片40、中片41和下片42，然后叠加片被热压在一起。因而，热压片被切割和分离成如图4b所示的分立环行器元件。虽然图4a表示了被叠加的每个片已经切割和分离成各自的环行器元件，实际上，这些片都在叠加具有印制空内导体的片以后被切割和分开的。
由分离叠加的片形成的环行器元件是以如1450℃，即等于或高于YIG的烧结完成温度的温度进行焙烧。焙烧过程可进行一次或多次。如果进行多次焙烧过程，至少一次焙烧是在温度等于或高于YIG的烧结完成温度来执行的。
根据这个焙烧，构成上片40、中片41和下片43的铁磁材料层整体形成为单个连续体46，如图4c，同时，已构成空内导体的胶热分解和蒸发逸出，以致内导体的槽47形成在铁磁材料体46内占据空内导体部分。在铁磁材料体46的侧表面上，槽47的各端47a、47b和47c是开口的。此外，穿过中片41的通孔43a、43b和43c的部分在主体46内保持空的。
在上述实施例中，在叠加片被分割和分离后进行焙烧。然而，如果叠加片具有一个用于通过热分解胶的蒸气的逸出口的话，这个焙烧过程能够在切割和分离过程之前完成。
为了在铁磁体46中的槽47和通孔空穴43a、43b和43c中分别形成内导体和通孔导体，根据本发明，用压力将导电胶注入槽和空穴以及焙烧主体的过程将如下实现(1)首先，将纯银粉、粘合剂和溶剂混合制成具有适当粘度的导电胶，其次，导电胶填入压射圆柱。
(2)压射圆柱的出口接到在主体46的侧表面处开口的槽47的端口47a、47b和47c，然后导电胶用压力注射到这些开口中，以致用压射导电胶填充内导体槽47和通孔空穴43a、43b和43c。
(3)在压射导电胶以后的铁磁材料体46以大约150℃的温度加热，以便在胶中的溶剂蒸发逸出。(4)然后，主体47以大约900℃的温度焙烧，以致烧结压射的导电胶。
通过上述压射和焙烧过程，在铁磁体46形成上内导体48、下内导体和通孔导体，和上内导体48的一个端也分别通过通孔导体与下内导体的一端电连接。
于是，对于三端环行器具有三角对称的线状图案形成在铁磁材料体16中，以致在三端环行器的端口之间的传输特性相互都一样。
然后，如图4e所示，通过铁磁材料体46的每隔一个侧表面上进行烘烤来分别形成终端电极49，通过烘烤，接地导体50形成在主体46的顶表面和底表面以及还形成在保留的侧表面上。因此，出现在主体46的侧表面上的上内导体的另一端分别都与终端电极(49)电连接。出现在环行器元件侧表面上的下内导体的另一端也与接地导体(50)电连接。这些终端电极和接地导体能够通过印刷导电胶，然后通过与上述焙烧内导体的压射导电胶同时焙烧印刷的胶来形成。
于是，环行器元件制造成内切4mm直径圆的正六角形的平面，其厚度为1mm。如图5所示，谐振电容器51a、51b和51c可通过软熔焊接分别安装和焊接到环行器元件的终端电极(49)。环行器是通过组装用于加dc磁场的激励永久磁铁52和53和用作磁轭的金属外壳以及环行器元件来完成的。
图6a、6b和6c表示一个外壳的结构和一个带有环行器元件和装配在外壳内激励永久磁铁的结构。如图6a所示，在组装一个环行器中，激励永久磁铁62和63分别叠放在具有与其侧表面相接的谐振电容器61a的环行器元件60的上边和下边。然后，环行器元件60的叠层体和永久磁铁62和63被叠支承在由绝缘材料制成的支承件64和65之间，如图66所示。其时，带有焊糊的弹性连接引线67a分别机械地抓住在绝缘支承件64和65中形成的输入/输出端66a和接到环行器元件60的谐振电容器61a或在环行器元件60侧表面上形成的终端电极之间。连接引线67a可由例如U形薄铜片构成。绝缘支承件64(65)可由模压玻璃加强环氧树脂或耐高温的另一种塑料材料制成的。
如图6b和6c所示，由叠压体和绝缘支承件64和65构成的组件68，通过将弯曲突起的舌簧部件紧插入金属外壳69，并固定在外壳69中。于是，金属外壳69和永久磁铁62和63相互紧密接触。金属外壳69由能作为磁轭的金属制成，并且在外壳的表面上涂覆镍或铬。金属外壳69具有整体围绕4个面和二个对置面敞开的方形鼓。
固定在外壳69的组装件68将通过软熔钎焊和焊接，以致连接引线67a分别与输入/输出端66a和谐振电容器61a或终端电极电连接。图6c表示已完成的环行器71。
环行器的工作频率和损耗主要由环行器元件的性能来决定的。在导磁率μ+和μ-之间的大差值和低线圈电阻和低磁损耗角将产生环行器元件的宽工作频率范围和低损耗。根据本实施例使用内导体压射方法的环行器具有下列优点。
(1)由于铁磁材料层烧结成单块连续体，RF磁通将封闭在环行器元件中。因此，不产生去磁场，于是在导磁率μ+和μ-之间的差值变大。其结果，能获得较大的电感，使环行器尺寸变小。如图6C中所示的环行器的外尺寸是5.5mm×5.5mm×3mm，而通常的环行器尺寸是7mm×7mm×3mm。因此根据本发明的环行器的尺寸非常的小。
(2)由于铁磁材料层烧结成单块连续体，RF磁通将封闭在环行器元件中，因此没有产生去磁场，于是在导磁率μ+和μ-之间的差值大，产生较宽的工作频率范围。
(3)内导体由具有产生低损耗的低阻的烧结的金属制成的。
(4)由于环行器元件适于大量生产，在制造成本方面能预期显著的降低。
(5)由于用金属外壳构成的磁轭无分离联结并具一个连续磁路，磁轭地紧紧地接到激励永久磁铁，激励磁路是连续的而没有中断。于是，在磁路中磁阻变得较低，产生极好的环行器特性。
图7表示用图4a到4e所示的实施例制造的环行器的插入损耗特性，和具有与前者环行器相同尺寸的通常环行器的插入损耗特性。在图中，横(座标)轴表示频率和纵轴表示在非传输端口之间插入损耗和在传输端口之间的插入损耗。从这个图显见，根据图4a到4c的实施例(内导体使用压射方法制成)的环行器具有要比通常环行器低的中心工作频率和损耗。
虽然，上述实施例中铁磁材料由YIG制成的，除了可用于无固溶体情况的YIG外的任一绝缘磁材料将用于内导体材料。
上述对于三端环行器的实施例已被描述了。然而，显而易见本发明能够应用于多于三端口的环行器，本发明也可应用于具有与电容器电路整体构成的环行器元件和具有用于展宽工作频带组合在终端电路的阻抗变换器的分布参数环行器，而不是集中参数环行器，此外，显然，根据本发明的任一种环行器就可容易地形成非互易电路元件，例如隔离器。
本发明可构成许多很不相同的实施例，而并不脱离本发明的精神和范围。应该明白，本发明不受说明书中描述的具体实施例的限制，仅按照附加权利要求的限定。
权利要求
1.一种制造环行器的方法，所述方法包括步骤为在至少一片绝缘铁磁材料，形成由以温度等于或小于所述的绝缘材料的烧绝材料的烧结完成温度热分解的材料制成的空内导体；叠层多个绝缘铁磁材料片，以致至少一个绝缘铁磁材料片复盖在所述的绝缘铁磁材料片上形成的空内体；焙烧叠层的绝缘铁磁材料片，以形成在单个连续体中的绝缘铁磁材料体和形成在由所述空内导体占据的部分处的内导体的槽；用压力把导体胶注入在绝缘铁磁材料体中的所述槽；和焙烧所述绝缘铁磁材料体，以形成在绝缘铁磁体中的内导体。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述的方法进一步包括在所述的缘铁磁材料体的所述表面上，形成多个终端电极以致与所述内导体的各自的端电连接的步骤和电路元件分别电连接到所述终端电极的步骤。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述连接步骤包括谐振电容器分别电连接到所述终端电极。
4.根据权利要求2所述的方法，其中所述的方法进一步包括在所述的绝缘铁磁体的上边和下边附加激励永久磁铁，用于把dc磁场分别加到所述的绝缘铁磁材料体的步骤。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述的方法进一步包括把具有连续磁路的金属外壳紧固到所述的激励永久磁铁的步骤。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述的叠层步骤包括以这个顺序叠层上铁磁材料层至少一个中间的铁磁材料层和下铁磁材料层的步骤，其中所述的空内导体形成步骤包括在所述的中间铁磁材料层和所述的下面铁磁材料层的顶表面上形成空内导体的步骤。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述的方法进一步包括在所述的上铁磁材料层的顶表面和所述的下铁磁材料层的底表面上分别形成接地导体的步骤，和形成使在所述的绝缘铁磁材料体的侧表面上设置的两个接地导体相互连接的导体的步骤。
全文摘要
一种制造环行器的方法包括步骤为在至少一片绝缘铁磁材料上，形成由以温度等于或小于绝缘铁磁材料烧结完成温度热分解的材料制成的空内导体，叠层多个绝缘铁磁材料的片，以致至少一个绝缘铁磁材料片覆盖形成在片上的空内导体，熔烧叠层的绝缘铁磁材料片，以形成在单个连续体中的绝缘铁材料体和形成在由空内导体占据部分处的内导体槽，用压力把导电胶注入在绝缘铁磁材料体中的槽，和焙烧绝缘材料体，以形成在绝缘铁磁体中的内导体。
文档编号H01P1/383GK1119792SQ9510452
公开日1996年4月3日 申请日期1995年3月31日 优先权日1994年4月1日
发明者三浦太郎, 古林真, 铃木和明 申请人:Tdk株式会社