CN104446429A - 与下谐振射频环形器和隔离器相关的材料、装置和方法 - Google Patents

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Abstract

与下谐振射频(RF)环形器和隔离器相关的材料、装置和方法。在一些实施例中，环形器可包括具有多个信号端口的导体，并且还包括被配置成提供磁场的一个或多个磁体。所述环形器还可包括相对于所述导体和所述一个或多个磁体而实施的一个或多个铁氧体磁盘，从而使得RF信号由于所述磁场而能够选择性地在所述信号端口之间传递。所述一个或多个铁氧体磁盘中的每个铁氧体磁盘可以包括具有十二面体位置、八面体位置和四面体位置的合成石榴石材料，并且铋(Bi)占据至少一些所述十二面体位置，而铝(Al)占据至少一些所述四面体位置。这种合成石榴石材料可由化学式Y3-x-2y-zBixCa2y+zFe5-y-z-aVyZrzAlaO12表示。在一些实施例中，x≤1.4，y≤0.7，z≤0.7，并且a≤0.75。

Description

与下谐振射频环形器和隔离器相关的材料、装置和方法
相关申请的交叉参考
本申请要求于2013年9月20日提交的、名称为“MATERIALS,DEVICESAND METHODS RELATED TO BELOW-RESONANCERADIO-FREQUENCY CIRCULATORS AND ISOLATORS”的美国临时申请61/880,276的优先权，其全部公开内容通过引用明确地并入本文。
技术领域
本公开大体涉及与下谐振射频环形器和隔离器相关的材料、装置和方法。
背景技术
具有磁特性的各种不同的晶体材料用作射频(RF)应用中的器件。石榴石是在RF电子器件中特别有用的具有铁磁特性的晶体材料。许多磁性材料是钇铁石榴石的衍生物，石榴石的合成形式广泛应用于各种不同的电信装置中。YIG通常由钇、铁和氧构成，并且可能掺杂有一种或多种其它稀土金属，例如镧系元素或钪。
发明内容
根据多种实施方式，本公开涉及一种具有包括十二面体位置、八面体位置和四面体位置的结构。铋(Bi)占据至少一些所述十二面体位置，而铝(Al)占据至少一些所述四面体位置。
在一些实施例中，所述八面体位置可基本上不含铝。在一些实施例中，所述材料的介电常数值可至少为25。在一些实施例中，所述材料的3-dB铁磁谐振线宽值可小于50奥斯特。在一些实施例中，所述材料的饱和磁化强度值可在400-1000高斯的范围内。
在一些实施例中，所述材料可为由化学式Y3-x-2y-zBixCa2y+zFe5-y-z-aVyZrzAlaO12表示的合成物石榴石材料，其中Y、Bi、Ca、Fe、V、Zr、Al和O分别表示钇、铋、钙、铁、钒、锆、铝和氧。量x可小于或等于1.4。量y可小于或等于0.7。量z可小于或等于0.7。量a可小于或等于0.75。
根据一些教导，本公开涉及制造具有十二面体位置、八面体位置和四面体位置的合成石榴石材料的方法。所述方法包括将铋(Bi)引入其中至少一些十二面体位置中。所述方法还包括将铝(Al)引入其中至少一些四面体位置中。
在一些实施方式中，本公开涉及一种环形器，其包括具有多个信号端口的导体，并且还包括被配置成提供磁场的一个或多个磁体。所述环形器还包括相对于所述导体和所述一个或多个磁体而实施的一个或多个铁氧体磁盘，使得射频(RF)信号由于所述磁场而选择性地在所述信号端口之间传递。所述一个或多个铁氧体磁盘中的每个铁氧体磁盘包括具有十二面体位置、八面体位置和四面体位置的合成石榴石材料，其中铋(Bi)占据至少一些所述十二面体位置，而铝(Al)占据至少一些所述四面体位置。
在一些实施例中，所述石榴石材料可由化学式Y3-x-2y-zBixCa2y+zFe5-y-z-aVyZrzAlaO12表示，其中Y、Bi、Ca、Fe、V、Zr、Al和O分别表示钇、铋、钙、铁、钒、锆、铝和氧。在一些实施例中，基本上所有的铝可占据一定数量的四面体位置，所述数量对应于量a。所述量a可小于或等于0.75。
在一些实施例中，所述导体可包括对应于所述多个信号端口的多个阻抗变换器，其中每个阻抗变换器包括带状传输线。在一些实施例中，所述环形器还可包括关于所述带状传输线而实施的介电体。所述介电体可包括介电常数，并且每根带状传输线的物理长度与所述介电体的介电常数的平方根的倒数成比例。在一些实施例中，所述介电体的介电常数可在30-50的范围内。
在一些实施例中，每个铁氧体磁盘可为圆形磁盘。每个铁氧体磁盘的介电常数值可至少为25。每个铁氧体磁盘的3-dB铁磁谐振线宽值可小于50奥斯特。每个铁氧体磁盘的饱和磁化强度值可在400-1000高斯的范围内。
在一些实施例中，所述环形器可为下谐振装置。在一些实施例中，所述环形器可为倍频程带宽装置。
根据一些实施方式，本公开涉及包括安装平台的封装的环形器模块，所述安装平台被配置成接收一个或多个组件于其上。所述封装的环形器模块还包括安装在所述安装平台上的环形器装置。所述环形器装置包括具有多个信号端口的导体。所述环形器装置还包括被配置成提供磁场的一个或多个磁体。所述环形器装置还包括相对于所述导体和所述一个或多个磁体而设置的一个或多个铁氧体磁盘，使得射频(RF)信号由于所述磁场而选择性地在所述信号端口之间传递。所述一个或多个铁氧体磁盘中的每个铁氧体磁盘包括具有十二面体位置、八面体位置和四面体位置的合成石榴石材料，其中铋(Bi)占据至少一些所述十二面体位置，而铝(Al)占据至少一些所述四面体位置。所述封装的环形器模块还包括安装在所述安装平台上的壳体，所述壳体的尺寸基本上封闭并保护所述环形器装置。
根据多个实施方式，本公开涉及射频(RF)电路板，其包括被配置成接收多个组件的电路基板。所述RF电路板还包括在所述电路基板上实施的多个电路，所述多个电路被配置成处理RF信号。所述RF电路板还包括在所述电路基板上实施的环形器装置，所述环形器装置与其中至少一些电路互连。所述环形器装置包括具有多个信号端口的导体。所述环形器装置还包括被配置成提供磁场的一个或多个磁体。所述环形器装置还包括相对于所述导体和所述一个或多个磁体而设置的一个或多个铁氧体磁盘，使得射频(RF)信号由于所述磁场而选择性地在所述信号端口之间传递。所述一个或多个铁氧体磁盘中的每个铁氧体磁盘包括具有十二面体位置、八面体位置和四面体位置的合成石榴石材料，其中铋(Bi)占据至少一些所述十二面体位置，而铝(Al)占据至少一些所述四面体位置。所述RF电路板还包括多个连接结构，所述连接结构被配置成利于RF信号往返传送于所述RF电路板。
在一些实施方式中，本公开涉及射频(RF)系统，其包括被配置成利于发送和接收RF信号的天线组件。所述RF系统还包括收发器，所述收发器与所述天线组件互连并且被配置成生成通过所述天线组件发射的发射信号以及处理来自所述天线组件的接收的号。所述RF系统还包括前端模块，所述前端模块被配置成利于所述发射信号和所述接收信号的传递。所述前端模块包括一个或多个环形器。每个环形器包括具有多个信号端口的导体。所述环形器还包括被配置成提供磁场的一个或多个磁体。所述环形器还包括相对于所述导体和所述一个或多个磁体而设置的一个或多个铁氧体磁盘，使得其中至少一些RF信号由于所述磁场而选择性地在所述信号端口之间传递。所述一个或多个铁氧体磁盘中的每个铁氧体磁盘包括具有十二面体位置、八面体位置和四面体位置的合成石榴石材料，其中铋(Bi)占据至少一些所述十二面体位置，而铝(Al)占据至少一些所述四面体位置。
在一些实施方式中，所述环形器可被配置成在下谐振区域中操作。在一些实施方式中，所述环形器可被配置成以倍频程带宽操作。在一些实施方式中，所述RF系统可在例如蜂窝基站的基站中实施。在一些实施方式中，所述RF系统可在便携式无线装置中实施。
出于概括本公开的目的，已经在此描述了本发明的某些方面、优势和新颖性特征。应理解，不必在本发明的任一具体实施例中实现所有这些优势。因此，可以以实现或优化本文教导的一个优势或一组优势的方式来具体化或实施本发明，而不必实现本文教导或提出的其它优势。
附图说明
图1示出了具有本文描述的一个或多个石榴石特征的示例性铁氧体装置。
图2示出了饱和磁化强度曲线图，其为示例钇铁石榴石(YIG)(其中铝占据四面体位置)中铝含量的化学式单位的函数。
图3示出了居里温度曲线图，其为图2所示示例YIG中铝含量的化学式单位的函数。
图4示出了铁磁谐振线宽曲线图，其为图2所示示例YIG中铝含量的化学式单位的函数。
图5示出了在一些实施例中可以在下谐振环形器装置中实现具有本文描述的一个或多个特征的铁氧体装置。
图6示出了在一些实施例中图5所示的环形器可被配置成具有例如倍频程带宽的高带宽。
图7A和7B示出了可以以不同形状实施具有本文描述的一个或多个特征的铁氧体装置。
图8示出了如何通过利用本文描述的一个或多个特征、以小型形式实施在具有高带宽的下谐振区域中操作的环形器。
图9示出了封装的环形器模块的示例。
图10示出了示例射频(RF)系统，其中可实施本文描述的一个或多个环形器/隔离器)装置。
图11示出了可被实施以制造具有本文描述的一个或多个特征的铁氧体材料的工艺过程。
图12示出了可被实施以形成用于制造图11所示铁氧体材料的粉末的工艺过程。
图13示出了可被实施以由图12所示的粉末材料形成成形物体的工艺过程。
图14示出了图13所示工艺过程中各不同阶段的示例。
图15示出了可被实施以烧结所形成的物体的工艺过程，所述物体例如为图13和14所示的示例中形成的那些物体。
图16示出了图15所示工艺过程中各不同阶段的示例。
具体实施方式
如果本文提供了标题，则这些标题仅用于便利的目的，并不必影响所请求保护的本发明的范围或含义。
本文公开的是与诸如钇铁石榴石(YIG)的合成石榴石合成物有关的、具有可用于例如射频(RF)应用的一个或多个期望特征的材料、装置和方法。这种期望特征可包括但不限于高介电常数、低线宽(例如，3dB-线宽)和低饱和磁化强度。
在一些实施例中，具有这种特征的材料可在具有减小的尺寸和相对较高的带宽(例如，倍频程带宽)的下谐振装置中实施。本文更详细地描述这种装置的示例。尽管描述是在此下谐振装置的情况下进行的，但应理解，本公开的一个或多个特征还可在其它类型的装置中实施。
诸如倍频程带宽下谐振装置的传统下谐振装置通常较大，因此无法在例如蜂窝收发器的应用中使用。下谐振装置通常包括影响尺寸的各种不同组件。例如，铁氧体材料可产生铁氧体装置尺寸，该尺寸由等效的横磁(TM)模式谐振器的波长决定。在另一示例中，阻抗转换器(例如，四分之一波长)的物理长度可由与带状传输线相关的材料的介电常数的平方根的倒数决定。
在一些实施例中，可通过例如使用具有比传统下谐振装置当前使用的一般值(例如，约16)高得多的介电常数的材料来减少这种阻抗转换器的长度。例如，可使用具有在20-50的范围内以及更高的介电常数值的材料。作为非限定性示例，这种材料可包括Trans-Tech公司的镁钙钛酸盐系列材料(例如，MCT-20到MCT-50+)，Trans-Tech公司的四钛酸/九钛酸钡基系列材料(例如8812和替代的8300系列)以及Trans-Tech的α-PbO结构基4500/4300材料。也可使用其它介电常数值。
在一些实施例中，可通过使用名称为“RARE EARTH REDUCEDGARNET SYSTEMS AND RELATED MICROWAVE APPLICATIONS”的美国申请公开号US2013/0050041中描述的一种或多种技术来减小前述铁磁体装置尺寸，通过引用该申请的全文明确地并入本文，并且该申请的公开内容应被视为是本申请的说明书的一部分。这种技术可产生尺寸减小的铁氧体装置。例如，对于以固定频率和磁偏置操作的盘状铁氧体装置，盘的半径与铁氧体的介电常数的平方根成反比。由此，高介电常数(例如，至少21)可产生减小的铁氧体尺寸。
前述技术还可产生具有相对较低的铁磁谐振线宽值的铁氧体装置。例如，可获得小于12奥斯特的线宽值。本文描述的是如何在下谐振区域中实现这种具有减小的线宽的、尺寸减小了的铁氧体装置的示例。例如，除了高介电常数和低线宽特征之外，还可期望用于下谐振操作的相对较低的饱和磁化强度。
图1示出了铁氧体装置100，其具有石榴石结构和化学性质，并且因此具有多种十二面体结构、八面体结构和四面体结构。该装置100可包括由这种十二面体结构、八面体结构和四面体结构形成的石榴石结构(例如，石榴石结构110)。本文公开的是如何通过用选定的离子填充或用选定离子取代十二面体位置102、八面体位置104和四面体位置106从而产生用于铁氧体装置100的一个或多个期望特征的各种不同示例。这种特征可包括但不限于高介电常数或增加的介电常数、低饱和磁化强度和减少的饱和磁化强度以及低线宽或减小的线宽。
在一些实施例中，所期望的用于下谐振装置的前述一些或全部特征可通过改性的合成石榴石合成物实施，该合成物可由以下化学式表示：
Y3-x-2y-zBixCa2y+zFe5-y-z-aVyZrzAlaO12,    (1)
其中Y、Bi、Ca、Fe、V、Zr、Al和O分别表示钇、铋、钙、铁、钒、锆、铝和氧。在一些实施例中，x可小于或等于1.4，y可小于或等于0.7，z可小于或等于0.7，并且a可小于或等于0.75。本文更详细地描述前述化学式的更具体的示例。
前述石榴石是钇铁石榴石(YIG，通式为Y3Fe2Fe3O12)的一个示例，其在十二面体位置(图1中102)、八面体位置(104)和四面体位置(106)具有各种不同的取代。在未改性的YIG(Y3Fe2Fe3O12)示例中，一个晶胞中有八个位置(三个十二面体位置，两个八面体位置和三个四面体位置)，并且钇占据这三个十二面体位置，而铁占据这两个八面体位置和三个四面体位置。
可在上面引用的美国申请公开号US 2013/0050041中找到铋、钙、钒和锆如何在各种不同位置取代钇和铁的各种不同示例。例如，未改性的YIG中未被取代的钇的化学式单位为3(即，Y3)。铋可替换十二面体位置中的一些或所有钇，从而例如减少或基本上消除钇成份和/或增加材料的介电常数。通过由铋替换x个化学式单位(即，Bix)的这种取代，钇的化学式单位可减少至3-x(例如，Y3-x)。
在另一示例中，锆的z个化学式单位可替换八面体位置中的一些铁，从而例如减小材料线宽。通过这种取代，铁的总化学式单位5(两个八面体和三个四面体)可减少至5-z(例如，Fe5-z)。在又一示例中，钒的y个化学式单位可替换四面体位置中的一些铁，从而例如降低材料的饱和磁化强度和/或减小材料线宽。假设前述用锆进行取代的情况下，这种用钒进行的取代可导致铁的化学式单位减少至5-y-z(例如，Fe5-y-z)。在一些实施例中，并且如在此所描述的，铝的“a”个化学式单位可替换四面体位置中的一些铁，从而例如提供用于材料的下谐振实施方式的期望特征的组合。假设前述用锆和钒进行取代的情况下，这种用铝进行的取代可导致铁的化学式单位减少至5-y-z-a(例如，Fe5-y-z-a)。
在前述用锆和钒进行取代的示例中，由这种较高价离子(锆为4+，而钒为5+)导致的化合价失衡可通过将钙(+2价)引入一些十二面体位置中而得到补偿。这种化合价补偿还可通过用钙取代十二面体位置中的钇而进一步降低材料中的钇含量。例如，对于被引入八面体位置或四面体位置(例如，八面体位置中的锆)中的每个4+离子(例如，Zr4+)，可用一个Ca2+离子取代一个Y3+离子。对于每个5+离子(例如，四面体位置中的V5+)，可由两个Ca2+离子取代两个Y3+离子。对于每个6+离子，可由三个Ca2+离子取代三个Y3+离子。由此，在前述化学式(1)的示例中，可用2y+z(例如，Ca2y+z)的Ca含量对使用VyZrz进行的取代进行化合价补偿。相应地并且假设本文描述的用铋进行取代的情况下，用Ca进行取代可将钇的化学式单位减少至3-x-(2y+z)(例如，Y3-x-2y-z)。
YIG的四面体位置处的非磁性离子可通过减少四面体位置对八面体位置的影响而降低整体磁化强度。可用来提供这种四面体位置处的非磁性离子的材料的一些示例为例如铝、镓和钒的金属。
在铝示例的情况下，将铝引入四面体位置中可使YIG中磁化强度的值由约1780高斯(未改性的YIG)降低。这种磁化强度的降低可随着铝含量的增加而呈线性。在一些阈值之后，铝会渗到八面体位置中。在这种阈值处或附近，磁化强度的降低率可随着铝含量的继续增加而变化(例如，减小)。在引入了铝的、未改性的YIG的情况下，这种阈值通常为四面体位置中铁的约35％。相对于铁的总化学式单位5(两个八面体和三个四面体)，这种阈值通常为近似0.175的化学式单位。
如在此描述的，例如化学式(1)(Y3-x-2y-zBixCa2y+zFe5-y-z-aVyZrzAlaO12)的示例的、改性的合成石榴石合成物可被配置成以比前述0.175的化学式单位(例如，不含铋的石榴石材料)高得多的水平接受非磁性离子而不会使其渗到八面体位置中，该非磁性离子例如为四面体位置处的铝。还如本文描述的，四面体位置中的这种高的铝含量可被用于获得供改性的合成石榴石的下谐振实施方式的期望特征。例如，在被配置成在约0.5GHz至10GHz或更高的频率范围内操作的下谐振装置中，需要或期望在300高斯或更低至1800高斯或更高的范围内的连续的磁化强度(4PiMs)分布(例如，大致线性的分布)。如在此描述的，可通过在四面体位置处用铝进行取代而实现用于下谐振操作的这种期望的4PiMs分布。
图2-4示出了化学式(1)(Y3-x-2y-zBixCa2y+zFe5-y-z-aVyZrzAlaO12)的改性的合成石榴石合成物的示例性结构测得的饱和磁化强度、居里温度和3-dB线宽的曲线图。在该示例性结构中，x＝1.4，y＝0.525，而z＝0.52，使得化学式变为Y0.03Bi1.4Ca1.57Fe3.955-aV0.525Zr0.52AlaO11.97，其中化学式单位“a”为可变量。表1列出了与图2-4中示出的数据点相关联的近似值。
表1
在图2中，绘制了各种不同化学式单位“a”值的饱和磁化强度值图表，其中“a”的范围从0至0.6。线性回归拟合(实线)显示了饱和磁化强度(随着“a”的增加)的降低是高度线性的，确定系数((R2)为0.9971，至少达到且包括a＝0.6。据信，这种线性趋势可持续到例如“a”值为0.65、0.7、0.75或甚至可能更高。如在此描述的，这种线性趋势可代表四面体位置正被铝取代。此外，在图2所示的示例中，没有迹象表明铝渗到八面体位置中。
在图3中，绘制了各种不同化学式单位“a”值的居里温度图表，其中“a”的范围从0至0.6。居里温度(随着“a”的增加)的降低基本上是线性的，至少达到并且包括a＝0.6。在下谐振操作的情况下，可以期望例如至少100摄氏度或更高的居里温度。
在图4中，绘制了各种不同化学式单位“a”值的3-dB线宽值图表，其中“a”的范围从0至0.6。可看出，当“a”值为0.4以及更小时，该线宽保持低于40奥斯特。当a＝0.4时，两个线宽值的平均值为39，低于40。当a>0.4时，线宽值随着“a”单调增大。
在下谐振操作的情况下，可以期望例如50奥斯特或更低的3-dB线宽。对于这样的示例，图4示出了示例合成物Y0.03Bi1.4Ca1.57Fe3.955-aV0.525Zr0.52AlaO11.97可以为达到并且包括近似0.4的化学式单位“a”提供期望的3-dB线宽性能。在一些应用中，当磁化强度(4PiMs)小于大约1000高斯时，可接受的该3-dB线宽的上限大约为50。对于等于以及高于1000高斯的值，可容许更高的3-dB线宽值。对于这种配置，例如Gd+3的镧系元素离子可被取代到十二面体位置中。这种十二面体取代可提供例如较弱的自旋点阵耦合或弛豫，从而最小化或降低各向异性，并且因此最小化或降低磁损耗。
如在此描述的，诸如化学式(1)的示例的、改性的合成石榴石合成物可在下谐振铁氧体装置中得以实施。图5显示了在一些实施例中这种铁氧体装置可在环形器中实施；并且这种环形器可被配置成在对应于下谐振操作的区域134中提供磁场。这种区域通常在低磁场损失区域132和存在吸收峰130的谐振区域136之间。
对于前述下谐振操作，该环形器的铁氧体装置可具有以下特性。在一些实施例中，该铁氧体的介电常数值可例如至少为21或在25-32的范围内。例如，可在上面引用的美国申请公开号US 2013/0050041中找到具有这种高介电常数的铁氧体的示例。
在一些实施例中，这种具有高介电常数值的铁氧体可实施为具有包括十二面体位置的结构的合成石榴石材料，其中铋占据至少一些十二面体位置。这种石榴石材料的介电常数值可至少为21。在一些实施例中，该介电常数值可在25-32的范围内。在一些实施例中，该石榴石可包括和/或基于可由化学式Bi3-s(RE or Ca)sFe2-t(Me)tFe3-u(Me')uO12表示的材料，其中s大于或等于1.6并且小于或等于2.0。RE代表稀土元素，并且Me和Me'均代表金属元素。s的值可例如近似为1.6。金属元素Me可包括Zr，t的值可大于或等于0.35并且小于或等于0.75。t的值可例如近似为0.55。金属元素Me'可包括V，u的值可大于或等于0并且小于或等于0.525。z的值可例如近似为0.525，使得该石榴石基本上不含稀土元素，并且化学式为Bi1.4Ca1.6Zr0.55V0.525Fe3.925O12。对于这种示例性合成物，介电常数值可近似为27。在一些实施例中，该石榴石材料的铁磁谐振线宽值小于例如12奥斯特。也可实施其它线宽值。
具有高介电常数的前述合成石榴石材料可包括十二面体位置、八面体位置和四面体位置。这种石榴石材料可通过例如将铋引入其中至少一些十二面体位置中、将高极化离子引入八面体和四面体位置中的任一种位置中或这两种位置中的至少一些位置而制成，从而产生至少为21的介电常数值。在一些实施例中，这种高极化离子可包括例如非磁性离子。这种非磁性离子可包括八面体位置中的锆，其浓度被选择来维持低磁谐振线宽。该磁谐振线宽可小于或等于例如12奥斯特。也可实施其它线宽值。在一些实施例中，该非磁性离子可包括四面体位置中的钒。
在一些实施例中，铁氧体装置的饱和磁化强度值可为例如400-1150高斯、400-1100高斯、400-1000高斯、400-900高斯、400-800高斯或400-600高斯。在一些实施例中，可通过用铝取代四面体位置而不是八面体位置中的铁来获得这种减少的饱和磁化强度，所取代的化学式单位在0-0.75之间、0-0.70之间、0-0.65之间或0-0.60之间。在此参照图2描述这种取代和所引起的降低的饱和磁化强度的示例。
在一些实施例中，铁氧体装置的(铁磁谐振)线宽值可为例如50奥斯特或更低，或者40奥斯特或更低。在一些实施例中，可通过用铝取代四面体位置中的铁来获得或维持这种相对较低的线宽，所取代的化学式单位在0-0.40之间。在此参照图4描述这种取代和所产生的线宽性能的示例。
图6显示了被配置成用于下谐振操作并且具有前述介电常数、饱和磁化强度及铁磁线宽特性的环形器的有效带宽可为f2-f1。这种带宽可基于频率响应曲线140的范围，其中下频率和上频率f1、f2处于与峰值振幅(通常在中心频率处)相距“b”dB的水平处(例如，3dB)。
在一些实施例中，具有本文描述的一个或多个特征的环形器的f2可至少为f1的1.2倍、1.5倍、1.7倍、1.8倍、1.9倍或2倍(例如，倍频程带宽)。也可实施下谐振操作的其它带宽配置。
如在此描述的，适于环形器中的下谐振实施方式的铁氧体装置可被配置成具有减小的尺寸。图7A示出了这种铁氧体装置(100)具有直径为D且厚度为t的圆柱磁盘形状的示例。在一些实施例中，可通过使用具有本文描述的一个或多个特征的铁氧体装置来减小该直径和厚度的任一或二者。
图7B示出了具有本文描述的一个或多个特征的铁氧体装置还可以以其它形状实施。例如，可实施为具有减小的侧面尺寸S和厚度d的三角形铁氧体磁盘。在一些实施例中，可通过使用具有本文描述的一个或多个特征的铁氧体装置来减少该侧面尺寸和厚度尺寸中的任一或二者。
图8示出了可被配置成由本文描述的一个或多个特征获益的环形器装置200的平面图。该示例环形器200是在三个端口204、206和208的情况下描述的。然而，应理解，该环形器可具有其它数量的端口。所示出的端口204、206和208通过其各自的带状传输线210、212、214耦合至结点。关于该带状传输线210、212、214的介电体202(例如，直径为D1)可被配置成提供期望的阻抗变换功能。如在此描述的，可使用这种具有相对较高的介电常数(例如，30-50)的介电体来减小直径尺寸D1。
在一些实施例中，具有本文描述的一个或多个特征的铁氧体磁盘100可设置在该结点处以提供期望的环形器功能。如在此描述的，这种铁氧体磁盘可被配置成包括多个期望特征，包括减小的直径尺寸D2。结合与这三个端口相关联的阻抗变换器的前述配置，所产生的环形器装置200可具有减小的尺寸(例如，尺寸为a1和a2的矩形形式)，并且同时被配置成在例如下谐振操作中运行。
在一些实施例中，具有本文描述的一个或多个特征的铁氧体基环形器装置可实施为封装模块化装置。图9示出了具有环形器装置200的示例性封装装置300，该环形器装置200安装在封装平台304上并且由壳体结构302封闭。示例性平台304被描绘为包括多个孔308，孔的尺寸允许安装该封装的装置300。所示出的该示例封装的装置300还包括示例端子306a-306c，端子被配置成利于电连接。
在一些实施例中，可在电路板或模块中实施例如图9所示示例的封装的环形器/隔离器。这种电路板可包括多个电路，电路被配置成执行一个或多个射频(RF)相关操作。该电路板还包括多个连接结构，这些连接结构被配置成允许在该电路板和外接至该电路板的组件之间传送RF信号和功率。
在一些实施例中，前述示例电路板可包括与RF设备的前端模块相关联的RF电路。如图10中所示，这种RF设备可包括天线312，该天线被配置成利于发射和/或接收RF信号。这种信号可由收发器314生成和/或处理。对于发射，该收发器314可生成发射信号，该发射信号通过功率放大器(PA)放大并且被滤波(Tx滤波器)以供天线312发射。对于接收，从该天线312接收的信号可在被传送到收发器314之前被滤波(Rx滤波器)并由低噪声放大器(LNA)放大。在这种Tx和Rx路径的示例性情况下，具有本文描述的一个或多个特征的环形器和/或隔离器300可在PA电路和LNA电路处实施或与这两个电路相连。
在一些实施例中，可在例如无线基站的RF应用中实施具有本文描述的一个或多个特征的电路和装置。这种无线基站可包括一个或多个天线312，例如参照图10所描述的示例，该天线被配置成利于RF信号的发射和/或接收。这种天线可被耦合至具有本文描述的一个或多个环形器/隔离器的电路和装置。尽管描述是在无线基站的情况下进行的，但应理解，本发明的一个或多个特征还可在便携式无线装置中实施。在一些实施例中，这种便携式无线装置可具有类似于图10所示示例的构造。
如本文描述的，术语“环形器”和“隔离器”可以以可互换或独立的方式使用，这取决于通常所理解的应用。例如，环形器可为RF应用中使用的无源装置，从而在天线、发射器和接收器之间传递RF信号。如果信号在发射器和天线之间传递，则该接收器优选地应被隔离。相应地，这种环形器有时也被称为隔离器；并且这种隔离性能可体现该环形器的性能。
图11-16示出了如何制造具有本文描述的一个或多个特征的铁氧体装置的示例。图11示出了可被实施以制造具一个或多个前述特性的陶瓷材料的工艺过程200。在方框21中，可制备粉末。在方框22中，可由所制备的粉末形成成形物体。在方框23中，可烧结所形成的物体。在方框24中，可对该烧结物体进行精加工，以生成具有一个或多个期望特性的、精加工的陶瓷体。
在该精加工的陶瓷体为装置的一部分的实施方式中，可在方框25中组装该装置。在该装置或该精加工的陶瓷体为产品的一部分实施方式中，可在方框26中组装该产品。
图11还示出了该示例工艺过程20的一些或所有步骤可基于由方框27表示的设计、规格等进行。类似地，一些或所有这些步骤可包括或经历由方框28表示的测试、质量控制等。
图12示出了可被实施以制备具有本文描述的一个或多个特征的粉末(例如，图11所示方框21)的工艺过程30。这种粉末可用作或可成型为本文描述的期望形状。可在方框31中提供原材料。这种原材料可被选择以产生所制备的粉末、由这种粉末形成的物体和/或通过烧结所形成的物体而获得的陶瓷体的一个或多个期望特性。
在方框32中，可混合该原材料以生成干燥粒化混合物。这种混合过程可以多种途径实现。例如，可使用Eirich(爱立许)混合方法或Cowles混合方法。
在方框33中，可预烧结该粒化混合物以生成预烧结材料。出于说明的目的，应理解，这种预烧结可包括成形这种预烧结材料以用于另一烧结过程的实施方式。在不成形这种预烧结材料的实施方式中或在由这种预烧结材料形成的形状不经历另一烧结过程的实施方式中，该粒化混合物的预烧结过程可被配置成使得所生成的材料具有本文描述的一个或多个期望特性。
在方框34中，可研磨该预烧结材料以减小预烧结材料的粒度。这种研磨过程可从该预烧结材料生成精细且规则的颗粒。
在方框35中，可干燥研磨后的材料。在一些实施方式中，这种干燥过程可包括喷雾干燥过程。在一些实施方式中，这种喷雾干燥过程可用于制造适用于成形工艺的自由流动粉末。在此描述的经研磨的材料可在罐中与粘合剂材料混合以形成浆料。可将所生成的混合物泼过精细筛网从而将过大的颗粒与可用颗粒分开。接下来，筛过的浆料可通过在干燥室底部或底部附近的管和喷嘴被泵入干燥室中，形成喷泉状喷雾。通过该干燥室中向下流动的热气体遇到向上喷洒的浆料并且形成小的球状干燥颗粒的作用，可形成可流动的粉末。更多粗颗粒会落到下部收集室中，而精细颗粒可被收集到上部旋风收集室中。在一些实施方式中，可通过交换喷嘴的喷嘴直径以及控制供给气流率来调节喷雾干燥的颗粒的尺寸。在以前述方式进行的喷雾干燥之后，干燥粉末可被收集以用于筛选。
在方框36中，可按粒度范围将喷雾干燥的粉末材料分成一个或多个组，以生成一种或多种具有期望粒度范围的粉末。在一些实施方式中，这种分离过程可通过例如振动能量分离器(vibro-energy separator)的分离器实现。以前述方式将喷雾干燥的材料分为尺寸相当的不同组可允许收集具有期望范围内尺寸的颗粒。
在方框37中，可对选择的喷雾干燥的粉末的组(例如，粒度在期望范围内的组)执行质量控制(QC)测试。在判断方框38中，如果通过了该QC测试，则该工艺过程30可进入方框39，存储该粉末以供进一步处理或使用。如果未通过该QC测试，则该工艺过程30可进入方框40，执行一个或多个分析和/或校正措施。
在一些实施方式中，如本文描述而制备的粉末可通过不同的成形技术形成为不同的形状。作为示例，图13示出了可被实施以将如本文描述而制备的粉末材料压制成型为成形物体的工艺过程50。在方框52中，可用期望量的粉末填充成型模具。在图14中，配置60示出了标记为61的成型模具限定空间62，该空间62的尺寸可容纳粉末63并且允许这种粉末被压缩。在方框53中，模具中的粉末可被压缩以形成成形物体。配置64示出了当活塞65压入(箭头66)由模具61限定的空间62中时、处于中间压紧形态的粉末67。在方框54中，可从该模具去掉压力。在方框55中，该活塞65可从模具61中移走，从而打开该空间62。配置68示出了模具61的空间62被打开从而允许从该模具移走该成形物体69。在方框56中，该成形物体69可从模具61中移走。在方框57中，该成形物体可被存放以供进一步处理。
在一些实施方式中，如本文描述而制成的成形物体可被烧结以产生作为陶瓷装置期望具有的物理特性。图15示出了可被实施以烧结这种成形物体的工艺过程70。在方框71中，可提供成形物体。在方框72中，可将该成形物体放入窑内。在图16中，示出多个成形物体69将被加载到烧结托盘80上。示出该示例性托盘80限定了凹部81，该凹部81的尺寸可将成形物体69保持在表面82上，使得该托盘的上边缘高于成形物体69的上部分。这种配置允许在烧结过程中堆叠被加载的托盘。进一步示出该示例性托盘80还在侧壁限定出切口83，以允许改善凹进81内的热气循环，既使托盘被堆叠在一起。图16还示出了多个被加载的托盘80的堆叠84。可提供顶盖85，使得加载在顶部托盘中的物体与下部托盘中的物体基本上经历相似的烧结条件。
在方框73中，可向该成形物体施加热以生成烧结物体。这种热施加可通过使用窑而实现。在方框74中，可从窑内移出该烧结物体。在图16中，描绘了具有多个被加载的托盘的该堆叠84被放入窑87中(阶段86a)。可基于期望的时间和温度曲线使该堆叠移动通过该窑(阶段86b、86c)。在阶段86d中，描绘了将该堆叠84从窑内移出以进行冷却。
在方框75中，可冷却该烧结物体。这种冷却可基于期望的时间和温度曲线进行。在方框76中，冷却后的物体可经历一种或多种精加工操作。在方框77中，可执行一种或多种测试。
本文描述了各种不同形式的粉末和各种不同形式的成形物体的热处理，例如煅烧、烧制、退火和/或烧结。应理解，这些术语可在一些合适的情景下以上下文特定的方式互换使用或以其一些组合的形式使用。
除非上下文另有清楚要求，贯穿说明书和权利要求的词语“包括”和“包含”等应解释为含有的意思，与不包含或穷尽的意思相反；也就是说，具有“包括但不限于”的含义。本文中通常所用的词语“连接”是指两个或多个元件可直接连接或通过一个或多个中间元件间接连接。另外，词语“此处/本文”、“上述”、“下述”以及具有类似含义的词语，当用在本申请中时，是指本申请的整体而不是本申请的任何特定部分。如果上下文允许，上面的描述中采用单数或复数形式的词语也可分别包括复数或单数形式。涉及两项或多项的列表的词语“或者”覆盖以下全部解释：列表中任意一项、列表中所有项以及列表中各项的任意组合。
本发明实施例的上述详细描述不意味着是穷尽的或者将本发明限制于上面所公开的精确形式。尽管已出于说明的目的而对本发明的具体实施例以及示例进行了如上描述，但本领域技术人员会意识到，可在本发明的范围内作出各种等同修改。例如，尽管各工艺或步骤是以给定的顺序呈现的，但是替换实施例可执行具有顺序不同的多个步骤的程序或者采用具有顺序不同的多个方块的系统，并且某些工艺或方块可被删减、移动、增加、细分、组合和/或修改。这些工艺或方块中的每一个都可以以各种不同方式实施。而且，尽管工艺或方块在时间上示出为是连续执行的，但可替换地，这些工艺或方块可并行执行或者可在不同的时间执行。
本发明在此提供的教导可应用于其它系统，而不必是上面所描述的系统。上面所描述的各种实施例中的元件和作用可被结合从而提供进一步的实施例。
尽管已经对本发明的某些实施例进行了描述，但是这些实施例仅以示例的方式给出而无意限制本公开的范围。实际上，在此描述的新颖性方法和系统可以各种其它形式实施；此外，在不脱离本公开精神的情况下可对在此描述的方法和系统的形式进行各种省略、替换和修改。所附权利要求书及其等同物旨在覆盖落入本公开的范围和精神内的这样的形式或修改。

Claims (20)

1.一种材料，包括具有十二面体位置、八面体位置和四面体位置的结构，铋(Bi)占据至少一些所述十二面体位置，铝(Al)占据至少一些所述四面体位置。
2.根据权利要求1所述的材料，其中所述八面体位置基本上不含铝。
3.根据权利要求1所述的材料，其中所述材料的介电常数值至少为25。
4.根据权利要求1所述的材料，其中所述材料的3-dB铁磁谐振线宽值小于50奥斯特。
5.根据权利要求1所述的材料，其中所述材料的饱和磁化值在400-1000高斯的范围内。
6.根据权利要求1所述的材料，其中所述材料为由化学式Y3-x-2y-zBixCa2y+zFe5-y-z-aVyZrzAlaO12表示的合成石榴石材料，其中Y、Bi、Ca、Fe、V、Zr、Al和O分别表示钇、铋、钙、铁、钒、锆、铝和氧。
7.根据权利要求6所述的材料，其中量x小于或等于1.4。
8.根据权利要求6所述的材料，其中量y小于或等于0.7。
9.根据权利要求6所述的材料，其中量z小于或等于0.7。
10.根据权利要求6所述的材料，其中量a小于或等于0.75。
11.一种方法，用于制造具有十二面体位置、八面体位置和四面体位置的合成石榴石材料，所述方法包括：
将铋(Bi)引入至少一些所述十二面体位置中；以及
将铝(Al)引入至少一些所述四面体位置中。
12.一种环形器，包括：
导体，具有多个信号端口；
一个或多个磁体，配置成提供磁场；以及
一个或多个铁氧体磁盘，相对于所述导体和所述一个或多个磁体而实施，使得射频(RF)信号由于所述磁场而选择性地在所述信号端口之间传递；所述一个或多个铁氧体磁盘中的每个铁氧体磁盘包括具有十二面体位置、八面体位置和四面体位置的合成石榴石材料，铋(Bi)占据至少一些所述十二面体位置，铝(Al)占据至少一些所述四面体位置。
13.根据权利要求12所述的环形器，其中所述导体可包括对应于所述多个信号端口的多个阻抗变换器，每个阻抗变换器包括带状传输线。
14.根据权利要求13所述的环形器，还包括关于所述带状传输线而实施的介电体，所述介电体具有介电常数，每根带状传输线的物理长度与所述介电体的介电常数的平方根的倒数成比例。
15.根据权利要求14所述的环形器，其中所述介电体的介电常数在30-50的范围内。
16.根据权利要求12所述的环形器，其中每个铁氧体磁盘的介电常数值至少为25。
17.根据权利要求16所述的环形器，其中每个铁氧体磁盘的3-dB铁磁谐振线宽值小于50奥斯特。
18.根据权利要求17所述的环形器，其中每个铁氧体磁盘的饱和磁化值在400-1000高斯的范围内。
19.根据权利要求18所述的环形器，其中所述环形器为下谐振装置。
20.根据权利要求19所述的环形器，其中所述环形器为倍频程带宽装置。
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