CN100375331C - 非可逆电路元件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种非可逆电路元件(1)，具有多个相互电绝缘的条形导体元件(2)，导体元件嵌入在一个铁磁材料的多层芯(3)内并且布置在层叠的导体平面内，使得导体元件(2)在至少一个交叠区域(4，5)内相互交叠。为了提供特别节约生产成本和特别适合于在移动电话中使用的这种电路元件，本发明提出所述芯(3)至少在导体元件(2)的交叠区域包含硬磁材料，所述硬磁材料在垂直于导体平面的空间方向上被永久磁化。

Description

非可逆电路元件

技术领域

本发明涉及一种具有多个相互电绝缘的条形导体元件的非可逆电路元件，这些导体元件嵌入在一个铁磁材料的多层芯内并且布置在层叠的导体平面内，这些导体元件在至少一个交叠区域内相互交叠。

背景技术

这种非可逆电路元件包括例如环行器或隔离器。它们特别是在移动电话中使用，在这里它们被连接在放大器(booster)的输出和天线之间。该非可逆电路元件用于保护放大器的输出不受在天线处反射的射频信号的影响。在失配的移动电话天线的情况下，放大器的一些射频信号输出被反射，以致于放大器的输出负载有相当大功率的射频信号。天线失配在传统的移动电话中实际上经常会出现，这是因为所使用的窄带天线的阻抗十分依赖于环境的影响。反射到放大器的射频功率在移动电话发射的信号中会不利地产生畸变。这种信号畸变是不合需要的，特别是在通常所说的第三代移动电话中是不合需要的，这是因为对于在这些设备中使用的调制和解调技术的无错运行来说，线性并且因而是无畸变的传输特性是绝对必要的。

例如从EP0618636B1中已知一种上述类型的非可逆电路元件。该公开文献涉及一种环行器，其中，相互电绝缘的条形导体元件嵌入在软磁铁氧体构成的芯内。该芯由多个层叠的YIG(钇铁石榴石)层组成，在该先前已知环行器的制作过程中，这些层被烧结在一起。为了出现环行器运行所需的旋磁效应，该芯的软磁材料必须被磁化，在该先前已知环行器的例子中是用布置在芯的上方和下方的两个永磁体来磁化。整个装置被一个用作磁轭的金属壳体包围。

该先前已知环行器的主要缺点是其生产过程伴随着高的生成成本，这特别是由于永磁体在该先前已知环行器的芯上的定位必须特别精确，从而具有最小可能的机械公差，用作磁轭的壳体的装配也是一样的。永磁体的定位严重影响到芯的磁化和因此带来的芯的旋磁行为。因此，在装配该先前已知环行器的过程中甚至很小的公差也会对其上的电气特性产生特大的影响。这导致在生产过程中需要对电路元件进行后续的校准和调节，这进一步提高了生产成本。该先前已知电路元件的另一个缺点是其相对较大的尺寸，这主要是由永磁体所需的大量空间来决定的。

在通常所说的第三代移动电话中，由于上文概述的原因，非可逆电路元件的使用是绝对必须的。由于移动电话部门需要大量的这种电路元件，因此希望能以最可能低的成本来制造它们。由于现代的移动电话必须兼容多个传输标准(例如GSM、UMTS等)并且为此需要将大量用于各个频带的独立电路元件合并到一个设备中，因此单个电路元件的尺寸一定要最可能的小。

发明内容

相应地，本发明的一个目的是提供一种进一步改进的非可逆电路元件，它具有特别小的尺寸并且可以以低成本制造。

采用前述类型的非可逆电路元件作为基础，该目的可这样实现，即所述芯至少在导体元件相互交叠的区域包含硬磁材料，所述硬磁材料在垂直于导体平面的空间方向上被永久磁化。

与在传统的非可逆电路元件中使用的软磁材料相比，按照本发明用于芯的硬磁材料具有相当多的剩磁，这意味着在生产过程中该芯可以被一次性地磁化，以致于加工好的电路元件的工作完全不需要永磁体。由于可以调节作用在电路元件上用于磁化的磁场以适应电路元件的期望规格，因此制造公差实际上没有意义。

按照本发明，由于不必要将永磁体装配到非可逆电路元件，并且由于机械公差从而在电路元件的装配中没有意义，因此相对于现有技术实现了生产成本的大量缩减。进一步，由于没有了永磁体，按照本发明的电路元件的空间尺寸相比于从现有技术中已知的电路元件是显著减小了。很明显，按照本发明其电磁活动的芯包含硬磁材料的电路元件非常适合于第三代移动电话应用。六铁酸钡(Bariumhexaferrite)是用于该芯的适当材料的一个例子。

在本发明适当的进一步改进中，所述非可逆电路元件包括软磁材料的上外层和下外层。在芯的磁化之后，外层中的磁化被调整成能自动形成闭环的磁场分布图。该软磁外层在一定程度上起磁轭的作用。

特别适合地，所述上和/或下外层与所述芯之间各自被一导电隔离层隔离开。这个导电隔离层优选应该是接地的。用这种方法保证了电磁射频信号只在电路元件的硬磁材料芯中传播，并且例如不穿透到软磁层，因此减少了信号的损失。

按照本发明，非可逆电路元件的条形导体元件优选成对地以120°的角度相互交叠。对应布置的三个导体元件产生带有三个端子的环行器。

在按照本发明的电路元件的特别有益的进一步改进中，提供有两个在空间上分开的导体元件交叠区域，所述芯的硬磁材料在分别的交叠区域中被相反方向地磁化。用这种方法可以特别简单地制造出带四个端子的环行器，它包括两个带有三个端子的环行器，其中的一个导体元件同时形成为一个环行器的一个输出端和另一个环行器的输入端。如果该电路元件按照本发明构造成三层，该硬磁芯被软磁材料的一个上外层和一个下外层包围，那么该芯的反向磁化自动地在部件内形成一个闭环的场分布图。因此，在所制造的电路元件内就不必要例如作为磁轭的金属外壳部件，这又导致低的生产成本并导致电路元件尺寸的减小。

按照本发明的非可逆电路元件优选用传统多层工艺中的陶瓷衬底来制造。HTCC和LTCC(高/低温共烧陶瓷)工艺同样是有可能的。这种制造过程通常以切割“生(green)”的未经烧制的陶瓷衬底薄片到所需尺寸作为开始。然后在这些薄片内制作出镀通孔，这些孔用导电的导体膏填充。然后，将非可逆电路元件所需的条形导体印刷到薄片上，例如通过丝网印刷或模板印刷。一旦这些薄片被干燥，那么它们会被层叠在一起形成一个薄片层叠件，然后该薄片层叠件被压缩并随后在炉子中被烧结。在制造按照本发明的非可逆电路元件时，该薄片层叠件包括硬磁材料的多个内薄片和软磁材料的至少一个上外薄片和至少一个下外薄片，条形导体元件被印刷在内薄片上，使得层叠在薄片层叠件中的导体元件在至少一个交叠区域内相互交叠。通过分别金属化相应外薄片和内薄片的整个表面，在外薄片和内薄片之间形成导电隔离层。在按照本发明的非可逆电路元件的制造过程中，最后的方法步骤包括在垂直于薄片平面的方向上磁化被烧结的薄片层叠件。用这种方法，芯的硬磁材料按照电路元件的规格被永久磁化。

附图说明

参考在附图中示出的具体实施方案的例子来进一步描述本发明，但是本发明并不局限于此。附图中：

图1是按照本发明的四端口环行器的分解图；

图2是按照图1的环行器的平面图；

图3是该环行器的横截面显示。

具体实施方式

图中示出的该四端口环行器1包括多个相互电绝缘的条形导体元件2。这从图3中看得清楚，它们是嵌入在芯3中，按照本发明，芯3包含硬磁材料，例如六铁酸钡。导体元件2布置在相互层叠的导体平面内并且在两个交叠区域4和5内相互交叠。图3中的箭头6表明该芯3的硬磁材料在一个垂直于导体平面的空间方向上被永久磁化。所示出的环行器包括软磁材料的上外层7和下外层8。例如，该材料可以是YIG(钇铁石榴石)。如图2中的符号9和图3中的箭头6所示，芯3的硬磁材料在相应的交叠区域4和5中被相反方向地磁化。图3中示出的箭头10表明上外层和下外层的软磁材料中的磁化被调整成能产生闭环的场分布图。于是环行器1内磁力线呈现出闭环图案。芯3的反向磁化区域在图2和图3中是用虚线11相互分隔开的。在图中所示出的四端口环行器大体上包括两个三端口环行器，这两个三端口环行器用图2中水平延伸的导体元件2连接到一起。交叠区域4或5分别分配给两个三端口环行器中的一个。在图2中，该环行器的四个信号端子带有参考数字12。端子13用于将电路元件接地。图3示出了两个导电层14，利用这两个导电层14将上外层7和下外层8分别与芯3隔离开。

图1清楚地示出了按照本发明的环行器的多层结构。包含硬磁材料的芯3总共由7层组成。条形导体元件2布置在三个中间层上，使得各个导体平面平放在彼此之上，形成图2中示出的交叠图案。导体元件2成对地以120°的角度相互交叠。按照图1，上外层7由两层软磁材料组成。同样地，下外层8包括两个软磁材料层，其上面一层的整个表面被金属化，以便产生用于将芯3与下外层8隔离开的导电隔离层14。此外，芯3的顶部硬磁层在其整个表面上被金属化，从而形成用于将芯3和上外层7隔离开的第二导电隔离层14。图1中示出的电路元件的一些层具有用于接触导体元件2的镀通孔15。图1示出了薄片层叠件的结构，在按照本发明的制造方法中，在未经烧制的“生”陶瓷衬底的薄片被切割到所需的尺寸并且具有镀通孔15之后，并且在条状导体2已经通过例如丝网或模板印刷被印刷在衬底上之后，这些未经烧制的“生”陶瓷衬底的薄片被层叠到该结构中。一旦所示的薄片已经被层叠，那么该薄片层叠件被压缩并且然后被烧结以生产出加工好的非可逆电路元件1。在烧结过程之后，使用适当的外部磁场按照图3中示出的图将芯3磁化。一旦关闭该磁场，那么就在软磁外层7和8中自主地建立了磁化，所述磁化在图3中用箭头10表示。

Claims (9)

1.一种非可逆电路元件，具有多个相互电绝缘的条形导体元件(2)，导体元件嵌入在一个铁磁材料的多层芯(3)内并且布置在层叠的导体平面内，使得导体元件(2)在至少一个交叠区域(4，5)内相互交叠，其特征在于，所述芯(3)至少在导体元件(2)相互交叠的区域(4，5)包含硬磁材料，所述硬磁材料在垂直于导体平面的空间方向上被永久磁化。

2.根据权利要求1所述的非可逆电路元件，其特征在于，所述非可逆电路元件还包括由软磁材料形成的上外层和下外层(7，8)。

3.根据权利要求2所述的非可逆电路元件，其特征在于，所述上外层和/或下外层(7，8)与所述芯(3)之间各自被一导电隔离层(14)隔离开。

4.根据权利要求1-3中任一权利要求所述的非可逆电路元件，其特征在于，所述导体元件(2)成对地以120°的角度相互交叠。

5.根据权利要求1-3中任一权利要求所述的非可逆电路元件，其特征在于，两个在空间上分开的导体元件(2)的交叠区域(4，5)，所述芯(3)的硬磁材料在分别的交叠区域(4，5)中被相反方向地磁化。

6.根据权利要求4所述的非可逆电路元件，其特征在于，两个在空间上分开的导体元件(2)的交叠区域(4，5)，所述芯(3)的硬磁材料在分别的交叠区域(4，5)中被相反方向地磁化。

7.一种用于制造非可逆电路元件(1)的方法，具有如下步骤：

a)将未经烧制的陶瓷衬底薄片切割成一定尺寸；

b)在薄片内制作出镀通孔(15)；

c)用导体膏填充所述镀通孔(15)；

d)在所述薄片上印刷出条形导体元件(2)；

e)干燥所述薄片；

f)将所述薄片层叠为一薄片层叠件；

g)压缩所述薄片层叠件；

h)烧结所述薄片层叠件；

其特征在于，所述薄片层叠件包括硬磁材料的多个内薄片(3)和软磁材料的至少一个上外薄片和至少一个下外薄片(7)，所述条形导体元件(2)在步骤d)中被印刷在内薄片(3)上，使得层叠在薄片层叠件中的导体元件(2)在至少一个交叠区域(4，5)内相互交叠。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在所述薄片层叠件中，所述外薄片(7，8)与所述内薄片(3)在所有情况下都被导电隔离层(14)隔离开。

9.根据权利要求7和8中之一所述的方法，其特征在于，所述被烧结的薄片层叠件在步骤i)中在垂直于薄片平面的方向上被磁化。

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