CN1098561A - 多层微波环行器 - Google Patents

Abstract

一种多层环行器包括具有预定图形的内导体的 环行器元件和紧紧包围内导体的绝缘铁磁材料体。 通过烧结多个铁磁材料层为单一连续层来构成绝缘 铁磁材料体。该环行器还包括多个形成于环行器元 件侧面并在电气上连于内导体一端的端电极，多个在 电气上连于端电极的电路元件，和将直流磁场加给环 行器元件的励磁用永磁体。

Description

本发明涉及一种用于微波频带的无线电装置，例如便携式电话一类的移动通信装置中的多层环行器。

传统的集总元件型环行器采用具有圆形平面状的组装式环行器元件，它具有如图1部件分解斜视图所示的基本结构。图中，参照号10表示由非磁性材料，诸如玻璃增强环氧树脂制成的圆形基板。在非磁性材料基板10的顶面和底面上分别形成线圈导体（内导体）11和12。通过穿过基板10的通孔13，把这些线圈导体11和12相互在电气上连接起来。由铁磁材料制成的圆形部件14和15贴近放在具有线圈导体11和12的非磁性材料基板10的两面，这样，由于射频功率加到线圈导体11和12上，故在这些铁磁部件14和15中感应出旋转的射频（RF）磁通。如前所述，环行器中传统的环行器元件采用圆形的平面形状，并通过组装，即将铁磁部件14和15堆叠并粘接于非磁材料基板10的两面而构成。

然后，如图2中部件分解斜视图所示那样，通过依次将接地导体电极16和17，励磁用永磁体18和19以及可分离为上部和底部20和21的金属壳体分别堆叠并固定在两个铁磁部件14和15上，构成该环形器。壳体20和21为出入励磁永磁体18和19的磁通形成一条磁路。

如果射频功率通过输入/输出端（未图示）加到线圈导体11和12上，则将在铁磁部件14和15中产生绕线圈导体11和12旋转的射频磁通。在此情况下，如果由永磁体18和19施加一个与射频磁通正交的一个直流磁场，则铁磁部件14和15将根据射频磁通的旋转方向呈现不同的磁导率μ+和μ-，如图3中所示。一个环行器利用了不同的旋转方向具有不同的磁导率。即，环形器元件中的射频信号的传播速率根据旋转方向而不同，这样，传输到相反方向的信号将相互抵消，由此防止信号传播到某个特定的端口。由于铁磁部件的磁导率μ+和μ-，非传播端口取决于其相对于驱动端口的角度。例如，如果端口A、B和C按此顺序沿某一旋转方向设置，则端口B将确定为相对于驱动端口A的非传播端口，端口C将确定为相对于驱动端口B的非传播端口。

环行器作为一种有效元件已经广泛使用来防止诸如便携式电话机一类移动通信装置中的各个放大器之间的干扰，也用来保护移动无线电传输装置中的功率放大器免遭反射功率的破坏。随着目前无线电传输装置的普及和体积减小，要求环行器本身能做得成本更低、体积更小，并具有更低的损耗和更宽的频带。为了满足这些要求，必须使环行器的磁导率μ+和μ-之间有较大的差值，并具有低损耗的驱动电路。

然而，根据图1所示的传统环行器，由于驱动线11和12在非磁性材料基板10上形成，而且这些线和基板设置在两个分离的铁磁部件14和15之间，故环行器的磁路将受到非磁材料基板10的阻塞。这样，将在非磁性材料基板10与铁磁部件14和15之间的界面上产生一个退磁场，造成磁导率降低。因此，传统的环行器无法满足上述近来的要求。

为了用减小在基板10相对于铁磁部件14和15界面上所产生的退磁场的办法来获得一个紧凑尺寸的环行器，该申请的发明人在实验的基础上，使该基板10复合上一层铁磁材料。尽管此种结构能够稍微减小界面上的退磁场，但仍远远不能满足前述的要求。

此外，由于按照传统环行器，环行器元件制成圆形平面状，如果将诸如谐振电容器或终端一类分立电路元件另外加到其侧面上的端子处，那么，环行器的总尺寸将由此变大。

而且，按照传统的环行器，由于构成磁轭的外壳通过机械方式将分离的顶部和底部20和21组合在一起，故励磁场中磁路的磁阻将变得非常高，使环行器的装配变得非常复杂。

在有些常见的环行器结构中，通过将线圈线绕在铁磁材料部件上，或采用带状环形电极的方法来提高其电感器，以降低其谐振频率。然而，采用上述结构将线绕在铁磁材料部件上的环行器，由于其难以大批量生产，故没有一种能够实际使用。此外，尽管后一种结构采用带状环形电极的小尺寸环形器已有开发，但这种环行器存在以下问题：

（1）由于线圈外露，环行器容易受到外界电磁场的影响。这样，外壳和磁体必须相互分开设置，而实际减小环行器的尺寸将极难。

（2）由于铁磁材料部件仅制作在带状环的一面上，这样，铁磁材料部件的体积将不够，由此将无法实际获得足够的磁导率μ+与μ-之差。

因此，本发明的目的在于提供一种能做成小尺寸的环行器。

本发明的另一目的在于提供一种能以低成本生产的环行器。

本发明的还有一个目的在于提供一种能工作在较宽频率范围的环行器。

本发明的再一个目的在于提供一种能以较低功耗工作的环行器。

根据本发明，装有环行器元件的一种多层环行器包括具有预定图形、由导电材料制成的内导体，以及紧密绕着该内导体的绝缘铁磁材料体。该绝缘铁磁材料体是由经过焙烧多层铁磁材料而成的单一连续层。

由于紧密绕着内导体的绝缘铁磁材料体绕结在单一连续层内，故在该铁磁材料体内没有非连续部分。这样，射频磁通将在环行器元件内部闭合，于是不会产生退磁场，而磁导率μ+与μ-之间的差值也将变大。结果，就可以用较小尺寸的环行器获得更宽的工作频率范围和更低的损耗。

最好，绝缘铁磁材料体由焙烧完成温度高于内导体导电材料的熔点的一种铁磁材料构成。

在此情况下，内导体可以由一种曾一度转变为熔化状态的金属制成。

内导体可以由熔点高于膨胀铁磁材料体中铁磁材料的焙烧完成温度的一种导电材料构成。

绝缘铁磁材料体可以由烧结了一个上铁磁材料层，至少一个中铁磁材料层，以及一个下铁磁材料层的一个单一连续层形成，环行器元件可以包括一些线圈导体，这些导体的图形中至少有一匝缠绕在至少一个中铁磁材料层上。上述内导体构成了线圈导体的一部分。采用此种结构，由于磁导率μ+和μ-较大，而且线圈的匝数也较大（线圈导体的长度较长），故用一种紧凑的尺寸即可获得必需的电感量。

最好，线圈导体包括在中铁磁材料层和下铁磁材料层顶面上形成的内导体，以及用以把内导体端部相互连接起来的跨接导体。

最好，环行器元件还包括分别在上铁磁材料层的顶面和下铁磁材料层的底面上形成的接地导体。

总之，根据本发明的多层环行器包括由导电材料制成、具有一预定图形的内导体和紧密包围内导体以及通过焙烧多层铁磁材料而成一单一连续层构成的环行器元件;在环行器元件的侧面上形成并在电气上连接到内导体一端的多个端电极;在电气上连接到该端电极的多个电路元件;以及用以将一个直流磁场加到环行器元件上的励磁用永磁体。

根据本发明，整体上多层环行器也可包括由导电材料制成，具有一预定图形的内导体和紧密围绕该内导体，通过焙烧一个上铁磁材料层，至少一个中铁磁材料层以及一个下铁磁材料层，而形成一单一连续层的一个环行器元件;其图形中至少有一匝绕在至少一个中铁磁材料层上、内导体由此构成所述线圈导体一部分的线圈导体;在环行器元件的侧面上形成，并在电气上连接到内导体一端的多个端电极;在电气上连接到该端电极的多个电路元件;以及用以将一个直流磁场加到环行器元件上的励磁用永磁体。

电路元件最好是在电气上连接到相应端电极上的多个电容器，用以与所加的频率谐振。

电路元件也可以是附加并在电气上连接到相应端电极的分立的电路元件，或者，也可以是与环行器元件整体形成的内部电路元件。

环形器最好进一步包括紧贴地固定到励磁用永磁体上的一个金属外壳。该金属外壳具有一个连续的磁路。由于磁励磁路是连续的，故可获得一更小的磁阻，从而使其性能大大改善。

环行器元件可以采用多边形平面状，最好是六边形平面状。由于采用多边形平面状的环行器元件，在环行器元件的侧面上将留有用以附接谐振电容器或终端电阻器一类分立的电路元件的空间。

因此，如果这种分立的电路元件附加到环行器元件上，环行器的总体尺寸仍可做得很小。

内导体最好具有由平面上多条条带组成的图形，这些条带可分别延伸到多个对称的辐射方向上。

在此情况下，该条带可以包括直条带。

而且，内导体最好具有由平面上至少一条直条带组成的图形，该直条带可延伸到一个预定的方向。

从以下结合附图对本发明几个较佳实施例所作的描述中，将可以发现本发明进一步的目的和优点。

图1是传统集总元件型环行器的示出上述环行器元件的部件分解斜视图;

图2是表示上述传统环行器组装方式的部件分解斜视图;

图3表示铁磁材料旋磁磁导率特性;

图4是示意性表示根据本发明的一个较佳实施例的三端口环行器的一个环行器元件的带部分剖面的斜视图;

图5是表示采用图4所示环行器元件的一个环行器的部件分解斜视图;

图6是表示图5所示环行器的一个等效电路;

图7a、7b和7c表示图4所示环行器元件的部分制造过程;

图8是表示在数个铁磁材料层上一环行器元件设置例的部件分解斜视图;

图9是表示在数个铁磁材料层上，另一环行器元件设置例的部件分解斜视图;

图10a和10b是表示在一铁磁材料层上环行器元件的一种切割工艺的平面设置图;

图11a、11b和11c是表示外壳结构以及在外壳内装有环行器元件和励磁用永磁体的环行器结构的数幅部件分解斜视图和一幅斜视图;

图12表示图4所示环行器和传统环行器的插入损耗特性;

图13是示意性地表示根据本发明的另一个实施例的一个三端口环行器的环行器元件的部件分解斜视图;

图14是示意性地表示根据本发明的又一个实施例的一个三端口环行器元件的部件分解斜视图;

图15a、15b、15c、15d和15e是示意性地表示根据本发明再一个环行器实施例的一个环行器元件、一个三端口环形器以及附接到环行器的一种谐振电容器结构的数幅部件分解斜视图和数幅斜视图;

图16是示意性表示根据本发明的另一个三端口环行器实施例的一个环行器元件的部件分解斜视图;

图17是示意性地表示根据本发明的又一个三端口环行器实施例的一个环行器元件的部件分解斜视图;

图18是示意性地表示根据本发明的另一个三端口环行器的一个环行器元件的部件分解斜视图;

图19是示意性地表示根据本发明的另一个实施例的一个三端口环行器一部分的部件分解斜视图;

图20是示意性地表示根据本发明的再一个实施例的一个三端口环行器一部分的部件分解斜视图;

图21是图20所示环行器的一个等效电路图;

图22是示意性地表示根据本发明的另一个实施例的一个三端口环行器的一个环行器元件的部分作了剖视的斜视图;

图23是表示图22所示环行器的部件分解斜视图;

图24是表示采用图22所示环行器元件的一个环行器的部件分解斜视图;

图25a，25b和25c表示如图22所示环行器元件的部分制造工艺;

图26是表示在多个铁磁材料层上环行器元件设置例的部件分解斜视图;

图27是示意性地表示根据本发明的另一个三端口环行器实施例的环行器元件的部件分解斜视图;

图28是示意性地表示根据本发明的另一个三端口环行器实施例的一个环行器元件的部件分解斜视图;

图29是示意性地表示根据本发明的另一个三端口环行器实施例的一个环行器元件的部件分解斜视图;

图30是示意性地表示根据本发明的再一个三端口环行器实施例的一个环行器元件的斜视图;

图31a，31b和31c是示意性地表示根据本发明的又一个环行器实施例的一个环行器元件，以及附接到该环行器的一个谐振电容器结构的一幅斜视图、一幅分解斜视图和一幅侧视图;

图32是示意性地表示根据本发明的另一个三端口环行器实施例的一个环行器元的部件分解斜视图。

图4示意性地表示根据本发明的一个较佳实施例的一个三端口环行器的环行器元件，图5表示采用该环行器元件的环行器，图6表示该环行器的一种等效电路，图7a、7b和7c表示该环行器元件的一部分制造工艺。

从这些图中可见，该实施例的环行器是一种三端口环行器，其环行器元件采用正六边形平面状来构成。然而，该平面状的元件也可以采用任何六边形或任何多边形，只要能产生一种对称的旋转磁场即可。幸好，多边形平面状的环行器元件在环行器元件的侧面上将留有附接分立的电路元件，诸如谐振电容器或终端电阻器的空间。因此，如果将此类分立的电路元件附接到环行器元件上，环行器总的体积仍可维持很小。

图4中，参照号40表示烧结成单一连续层的一个完整的铁磁材料体。这样来构成具有一预定图形的内导体（中心导体）41使得被铁磁材料体40包围。如图4所示，该实施例中的内导体41是在两个层叠铁磁材料层上形成的。内导体在每一层（平面）上，以三对延伸到对称辐射方向（垂直于六边形至少一边的方向）的条带成形。在两层上沿同一方向延伸的条带线圈图形，分别通过通孔导体相互作电气上的连接。采用此种结构，铁磁材料层也可用作绝缘层。内导体41的一端分别在电气上连接到在铁磁材料体40的每隔一个侧面上形成的端电极42。接地导体（接地电极）43在铁磁材料体40的顶面和底面以及余下的侧面上形成。内导体41的其它端分别在电气上连接到侧面上的接地导体43。

如图5中所示，环行器具有谐振电容器51a、51b和51c，它们分别在电气上连接到在环行器元件50侧面上形成的三个端电极（42）。这些电容器51a、51b和51c可以是具有较高自谐振频率的高频联通电容器，由本申请同一申请人（受让人）提交的第5-251262号日本待审专利申请中对此作了描述。该高频电容器具有经依次层叠至少两个多层单元、一个接地导体以及介质层所构成的一种多层三板带状线结构。每个多层单元均通过依次层叠接地导体、介质层、内导体以及介质层而形成。采用具有较宽工作频率范围的这种联通电容器，不会减小Q值。图6表示具有这些联通谐振电容器51a、51b和51c的环行器的一种等效电路。

在环行器元件50的上下分别装有励磁用永磁体52和53，用以将一个直流磁场41（见图4）加到该环行器元件50。图5中未示出外壳的安装，后面将详细描述永磁体52和53连同环行器元件50。

接下来，将描述根据该实施例的环行器的制造工艺。

如图7a所示，上铁磁材料层70制成约有1mm的厚度，中铁磁材料层71制成约有160μm的厚度，下铁磁材料层72制成约有1mm的厚度。上、下铁磁材料层70和72都是通过层叠厚度一般为100至200μm（较佳的为160μm）的多层形成。这些铁磁材料层由相同的绝缘铁磁材料制成。该铁磁材料可以是钇铁石榴石（以下称为YIG），而铁磁材料层将由YIG、粘合剂和溶剂按以下的成分比例制成：

YIG粉        61.8重量%

粘合剂        5.9重量%

溶剂        32.3重量%

穿过中层71的通孔73a、73b和73c在该层71的预定位置上形成。在每个通孔位置上，通过印刷或转印形成其直径大于通孔的通孔导体。

在中层71和下层72的顶面上，形成上内导体74a、74b和74c以及下内导体75a、75b和75c。这些内导体74a、74b和74c（75a、75b和75c）具有三对带条图形。每对带条图形避开另一带条图形的通孔，延伸到同一辐射方向（垂直于六边形至少一边的方向）。这些内导体可以通过印刷或转印银浆、钯浆或银-钯浆形成。由此形成的上层70、中层71和下层72依次层叠，然后将层叠的几层进行加热压制。由此可在中层71的前面和背面形成一个三角形的对称线圈图形，这样，在三端口环行器的各端口之间，其传播性能将是相互一致的。

接下来，以诸如1450℃的温度烧结所层叠的上层70、中层71和下层73。例如，该温度等于或高于内导体材料的熔化点（由银制成的内导体其熔点约为960℃）。该烧结工序可以进行一次或一次以上。如果进行多次烧结工序的话，至少有一次烧结其温度应等于或高于内导体材料的熔点。按照如此烧结，构成上层70、中层71和下层73的铁磁材料层在整体上将形成一单一的连续层。

由于铁磁材料YIG的烧结完成温度等于或高于内导体材料（例如银或银-钯）的熔点，因此在烧结过程中，内导体材料将首先熔化成气密态，然后将YIG烧结。在由本申请同一申请人（受让人）提交的第5-183314和5-315757号日本待审专利申请，以及第07/885，639号美国专利申请中，描述了用以制造一个有效微波电路元件的这种内导体熔化方法。根据此种内导体熔化方法，绝缘体和内导体以等于或高于该导体熔点的温度一同焙烧，这样，内导体曾一度转化为熔化状态而最终稠化，就可以实际消除可分散为所用导体粒子的晶界，由此减小传播线损耗。用于内导体的浆状导电粉末（银粉末）可以等于或高于纯导体材料（银）重量的90%，最佳为99%。导电浆重量含量较佳的为导体粉末的60至95%，更佳的为70至90%。为了使导体熔化后的网络结构设计减到最小程度，可以将等于或低于30摩尔%、其软化温度接近于导体粉末熔点的玻璃原料加到导体粉末。

至于通孔导体，尽管也可以采用与内导体所用相同的金属浆（例如银浆），但最好采用其熔点高于内导体材料熔点的另一种导体材料。例如，当由银制成内导体时，通孔导体可采用钯浆。通过适当地选择通孔导体材料和内导体材料，以及焙烧温度，可以改善内导体的电气性能。由本申请同一申请人（受让人）提交的第5-327221号日本待审专利申请和第07/885，639号美国专利申请中已描述了这一技术。根据该技术，将熔点高于绝缘铁磁材料烧结完成温度（用YIG约为1450℃）的一种金属（用纯钯约为1555℃）用作通孔导体材料，并将焙烧温度设置在内导体材料的熔点之上、通孔导体材料的熔点之下（例如1450℃）。这样，在焙烧该铁磁材料层时，未在该温度熔化的通孔导体将作为孔塞，阻止内导体材料从层间流失，由此可防止电性能因上述导体材料的流失而降低。

通过上述焙烧过程，上层内导体74a、74b和74c的一端可分别通过通孔73a、73b和73c中的每个通孔导体，在电气上连接到下层内导体75a、75b和75c的一端。

图7a中，用已经将其与另一个环行器元件分离的一种正六边形的层表示上铁磁材料层70、中铁磁材料层71、以及下铁磁材料层72。实际上，对于批量生产来说，最好将包含多个环行器元件的各铁磁材料层一起进行层叠和加热压制，每个元件中都具有印刷的内导体和通孔导体，然后在烧结（焙烧）之前或之后切割成每个环行器元件。如果在烧结前切割，那么将有如图7a所示具有六边形的大量切割好的环行器元件进行烧结。至于切割空间应当在烧结之前还是之后进行，将视用作内导体的金属以及切割方式而定。例如，如果将银用作内导体，则切割应当在烧结之后进行，以防止已熔化的银流失。如果将钯用作内导体，则切割可以在烧结之前进行。

图8表示多个环行器元件在铁磁材料层上的一例配置。如图所示，预制上铁磁材料层80，中铁磁材料层81和下铁磁材料层82，并分别在中层81和下层82的顶面印刷许多内导体84和85。然后将这些层80、81和82加以层叠并进行烧结，之后再切割成每个环行器元件。图8所示环行器元件在这些层上的这种配置，其优点在于因可作直线切割，故其切割较为容易，这样切割就可以在烧结之后进行，但其缺点在于各层被浪废的区域不少。

图9表示环行器元件在铁磁材料层上的另一例配置。按照该配置，六边形的各个环行器元件呈紧密排列，这样，在相邻的环行器元件之间就没有空余，铁磁材料层将由此得到充分利用而没有浪费。图9中，圆圈内表示的参照号表示切割顺序。从图中可见，如果按该顺序切割，切割过程稍为复杂一些。

图10a和10b表示一个铁磁材料层的平面图，为了说明环行器元件的切割过程，在层上安置了环行器元件。图10a和10b中所示环行器在铁磁材料层上的排列与图9中所示排列相同。为了按照该实施例制造环行器元件，首先在铁磁材料层上印刷各个环行器元件，使这些六边形环行器元件紧密排列在一起，相邻环行器元件之间不留空间，然后再层叠各层。沿六边形的边界在叠层上形成折断槽。接着，通过一个冲压操作冲压该叠层，将图10b所示的多个六边形环行器元件部分a从叠层上分离出来。然后，通过另一个冲压操作冲压该叠层，将图10b所示的多个六边形环行器元件部分b从叠层上分离出来。经过上述两个冲压操作后，留下的多个六边形环行器元件部分c也可以分离出来，这样，所有的环行器元件都从叠层上切割下来。然后将这些切割下的环行器元件进行烧结。

在切割和烧结过程后，对每个环行器元件进行滚筒抛光，由此在环行器元件的侧面上露出必需的内导体，如图7b所示。然后，在烧结的环行器元件的角上倒角。接下来，如图7c所示，通过间隔地焙烘环行器元件的侧面，分别形成端电极76，并通过焙烘在环行器元件的顶面、底面和余下的侧面上形成接地导体77。于是，露出于环行器元件侧面上的顶部内导体74a、74b和74c的另一端，分别在电气上连接到端电极76。而且，露出于环行器元件侧面上的底部内导体75a、75b和75c的另一端，在电气上连接到接地导体77。

这样，所制造的环行器元件具有正六边形的平面状，其内切圆直径为4mm，厚度为1mm。谐振电容器51a、51b和51c分别安装并通过回流焊焊接到环行器元件的端电极76，如图5所示。然后，将用以施加一个直流磁场的励磁用永磁体和作为一个磁轭用的金属外壳与该环行器元件组装在一起，最终形成环行器。

图11a、11b和11c表示一个外壳结构和在该外壳内的装有环行器元件和励磁用永磁体的环行器结构。在组装图11a所示的环行器时，分别将励磁用永磁体112和113层叠在环行器元件110的上方和下方，该环行器元件具有附接到其侧面上的谐振电容器111a。然后将环行器元件110以及永磁体112和113的层叠块夹在并固定在由图11b所示的一种绝缘材料做成的支承部件114和115之间。同时，带有焊糊的弹性连接引线117a，分别在机械上钩在绝缘支承部件114和115中形成的输入/输出端116a与附接到环行器元件110的谐振电容器111a或在环行器元件110侧面上形成的端电极之间。连接引线117a例如可以由弯成U型的弹性薄铜条构成。绝缘支承部件114（115）由模压陶瓷、玻璃增强树脂或其它能够抗高温的塑料材料制成。

然后，由图11b和11c可见，由层叠块和绝缘支承部件114、115构成的组件118，紧密地插入一个金属外壳119，并通过弯折外突的舌片部分120固定在外壳119内。这样，金属外壳119与永磁体112和113之间就形成了紧密接触。金属外壳119由能够用作磁轭的金属制成，且外壳表面由镍或铬镀覆。金属外壳119本身实际上是一种方柱形，其四个面完全封闭，有二个相对的面开口。

如此固定在外壳119中的组件118将经过一个回流焊炉并被焊牢，这样，连接引线117a即分别在电气上连接到输入/输出端116a与谐振电容器111a或端电极。图11c表示完成了的环行器121。

环行器的工作频率范围和损耗主要取决于其环行器元件的性能。磁导率μ+与μ-之间较大的差值，以及较低的线圈阻抗和较低的磁损耗正切，将使环行器元件产生更宽的工作频率范围和更低的损耗。根据该实施例、采用内导体熔化方法的环行器可以获得以下优点：

（1）由于多个铁磁材料层被烧结成单一连续层，射频磁通将在环行器元件内闭合。因此，将不会产生退磁场，于是，磁导率μ+与μ-之间的差值将变大。由此可获得更高的电感，使环行器尺寸减小。

（2）由于多个铁磁材料层被烧结成单一连续层，射频磁通将在环行器元件内闭合。因此，将不会产生退磁场，于是，磁导率μ+与μ-之间的差值将增大，从而产生更宽的工作频率范围。

（3）通过内导体熔化方法形成内导体，因而其电阻将降低，可产生更低的损耗。

（4）由于环行器元件的结构适合于批量生产，预期其制造成本可明显减低。

（5）由于由金属外壳构成的磁轭是联成一体不分开的，具有连续的磁路，并且磁轭能与励磁用永磁体形成紧密接触，故励磁磁路连续不断。这样，磁路中的磁阻将变得极低，可得到性能优异的环行器。

图12表示图4所示环行器和具有相同尺寸的传统环行器的插入损耗性能。图中，横轴表示频率，纵轴表示非传输端口之间的插入损耗以及传输端口之间的插入损耗。由图可见，根据图4所示实施例的环行器（采用内导体熔化方法）比起传统的环行器来具有更低的中心工作频率和更低的损耗。

图13示意性地表示根据本发明另一个实施例的一个三端口环行器的环行器元件。该实施例中，内导体（中心导体）的构造不同于图4所示的实施例。从图13中可见，它预制了一个上铁磁材料层130、第一中铁磁材料层131、第二中铁磁材料层132以及一个下铁磁材料层133。这些铁磁材料层都由相同的绝缘铁磁材料制成。

在第二中层132的顶面形成有三条笔直带状内导体（线圈导体）。这些带状导体延伸到对称的辐射方向（垂直于六边形至少一边的方向）。在第一中层131和下层133的顶面，分别形成具有跨越图形的内导体135和136。通孔137a和137b分别穿通第一和第二中层131和132，并形成于这些层的预定位置上。在每个通孔位置上，形成其直径大于通孔的通孔导体。为了形成驱动线，在第二中层132上形成的带状内导体134，分别通过通孔导体137a和137b连接到对穿内导体135和136。

与如图4所示的实施例一样，按顺序层叠由此形成的上层130、第一中层131、第二中层132以及下层133，然后烧结成一单一连续层。该实施例中的铁磁材料和导体材料，以及该实施例的制造方法都与图4所示的实施例中的相同。

根据图13所示的实施例，由于内导体134是有三条笔直带状图形，每条图形延伸到各个方向，且大部分驱动线形成于同一平面上，故可获得高频对称性极优的三端口。此外，更由于通孔数量的减少，使得环行器不仅制造更为容易，而且抑制了插入损耗的增加。

图14示意性地显示了作为本发明又一实施例3端口环行器的环行器元件。也是在这一实施例中，内部导体（中心导体）的构成不同于图4实施例中的构成。按照图14中所示，备有：上铁磁性材料层140、第一中铁磁性材料层141、第二中铁磁性材料层142和下铁磁性材料层143。这些铁磁性材料层由相同的绝缘铁磁性材料组成。

在第一和第二中层141和142及下层143上分别形成有上层内导体（线圈导体）144、中层内导体145和下层内导体146。三层内导体144、145和146有成对的直条状图形，它们沿相互不同的对称的辐射方向延伸（方向至少平行于六边形的一个边）。在这些层中不构成通孔。

也是如图4实施例所示，于是所形成的上层140、第一中层141、第二中层142和下层143以这种顺序堆叠起来，然后烧结成一个单一连续层。该实施例的铁磁材料和导体材料和该实施例中的另一制造方法也与图4实施例的那些相同。

按照图14的这一实施例，由于驱动线由形成在三个各自的层上而不带通孔的内导体构成，所以环行器能较方便制作且能有效地抑制插入损耗的增加。然而，由于为三层结构，所以各端口的输入阻抗相互可不同且于是很容易出现传播特性的降级，例如由于反射使插入损耗增加，或隔离减小。因此，在这种三层结构中，上层和下层内导体144和146的宽度值最好与中层内导体145的宽度值不同以便各端口的输入阻抗相互相等。

在图14中，虽然每层上的内导体由一对平行延伸的直条状图形构成，但这种内导体也能用一单一的直条状图形构成。在后面结构中，上、下层内导体的宽度最好也与中层的导体宽度不同，便于阻抗匹配。

图15至15e图示说明了一种环行器元件，它作为本发明的再一实施例的三端口环行器和附于该环行器的谐振电容的结构。在这一实施例中，内导体（中心导体）的结构，除了该实施例中的内导体沿至少平行于六边形的一边的方向延伸的条状图形外，基本上与图4实施例相同。

如图15a所示，在中铁磁性材料层151的上、下表面上分别形成上内导体（线圈导体154a、154b和154c和下内导体155a、155b和155c。在每一面上，内导体的图形为三对沿对称辐射方向（至少平行于六边形的一个边的方向）延伸的条带。穿通中层151的通孔153a、153b和153c在该层的预定位置上形成。

也如图4实施例，一个上铁磁性材料层150、中层151和一个下铁磁性材料层152以这样的顺序堆叠，然后烧结成一单一的连续层。通过这种烧结工艺，上内导体154a、154b和154c的一端通过通孔153a、153b和153c中的通孔导体分别在电气上连接于下内导体155a、155b和155c的一端。烧结后的环行器元件表示在图15b中。该实施例的铁磁材料和导体材料和该实施例的另一制造方法也与图4实施例的那些相同。

然后如图15c中所示，端电极156分别通过熔烘到环行器元件的一部分侧表面上形成。通过焙烘，接地导体157，除了靠近端电极156的部分外，形成在顶表面和底表面的绝大部分上且也形成在环行器元件的部分侧表面上。结果是，上内导体154a、154b和154c的其它端，它们显露于环行器元件的侧表面上，被电气上连接到接地导体（157）。同样，显露于环行器元件的侧面上的下内导体155a、155b和155c的其它端分别在电气上连接到端电极（156）。

于是所制造的环行器元件呈正六边形平面状，正六边形内接于具有直径为4mm的圆中，且其厚度为1mm。谐振电容器159a、159b和159c如图15c中所示分别安装且用回流焊的办法焊接到环行器元件的侧面上的端电极（156）和接地导体（157），于是通过组装用于提供直流磁场的励磁用永磁体158a和158c和同样作为磁轭的金属壳体构成一个环行器，这种壳体与涉及图11a至11c的已描述的带有环行器元件的金属壳体相同。图15d显示了具有励磁用永磁体158a和158b和具有谐振电容器159a、159b和159c的环行器元件的组件。

如图15e中所示，每个谐振电容器159a、159b和159c是一种联通电容器，它由一电介质材料块159a₁（159b₁，159c₁）、一接地电极159a₂（159b₂，159c₂）和一输入/输出电极159a₃（159b₃，159c₃）构成，所述接地电极形成在该电介质块的后面和侧面，所述输入/输出电极形成在该电介质块的前面、后面和侧面。电容器159a、159b和159c如此连接到环行器元件的侧表面以致它们的输入/输出电极159a₃、159b₃和159c₃如图15d所示朝环行器元件的辐射方向突出。因此，用于将这些输入/输出电极159a₃、159b₃和159c₃与形成在绝缘支承件（114和115）中的输入/输出端相连的如图11a中所示的连接导线（117a）安装起来很方便。

图16示意性地显示了作为本发明的另一实施例的三端口环行器的一种环行器元件。在该实施例中，介质材料层和具有与铁磁材料层相同形状的电容器电极被叠放到环行器元件上以便使谐振电容器与环行器元件形成一体。

该实施例中的环行器元件部分由三个基本上被绝缘的铁磁材料体包围的双匝（two  turned）线圈导体构成。即如图16中所示，环行器元件部分有一上铁磁材料层160、一中铁磁材料层161、一下磁铁材料层162和具有内导体的铁磁材料基片层163a、163b、163c、164a、164b、和164c。由同样的绝缘铁磁材料构成的这些铁磁性材料层被堆叠并烧结成一个单一连续层。

在基片163a、163b、163c、164a、164b和164c的上表面分别形成上内导体（线圈导体部分）和下内导体166a、166b和166c。每个内导体具有沿预定方向（一个几乎垂直于六边形的至少一个边的方向）延伸的直条状，该直条带的数目对应于线圈的匝数。每条上内导体165a和每条下内导体166a用线圈的跳线导体（未图示）进行电气连接，以便构成上述的双匝线圈导体，这种跳线导体用于连接烧结后突出于环形器元件的侧表面的直条的端部，另两个双匝线圈导体将由上内导体165b和下内导体166b，及上内导体165c和下内导体166c构成，且也未显示线圈跳线导体。在上层160的上表面和下层162的下表面上分别构成环行器元件的接地导体。

在各层中没形成通孔。该实施例中的铁磁材料和导体材料和该实施例中的环行器元件部分的另一种制造方法也与图4实施例那些相同。环行器元件部分可按图4、图13、图14或图15a中所示的另一结构来制作。

该实施例中的谐振电容器部分由：形成于上层160的上表面上的用于环行器元件的接地导体160a;具有与环行器元件部分相同的正六边形，叠放其上的第一介质材料层167;形成在该介质层167的上表面上的电容器电极168;以具有与环行器元件部分相同的正六边形，叠放其上的第二介质材料层169;和形成在该介质层169的上表面上的电容器接地电极169a，组成。电容器电极168用形成在环行器元件侧面上的电容器跳线导体（未图示）与线圈导体的一端分别相连。一部分环行器元件的接地导体160a被去除以便防止电容器跳线导体与之短路。这种接地导体160a也作为电容器的接地电极工作。于是，在电容器电极168和电容器接地电极169a之间及在电容器电极168和接地电极160a之间分别构成电容器。然而，如果电容器的电容值足以应付工作，则第二介质材料层169和电容器接地电极169a可以省略。在这种情况下，电容器电极168可用作各端口的输出端子。

在该实施例中，环行器元件部分和谐振电容器部分在把它们堆叠在一起后进行烧结。然而，如果由于介质的烧结特性不同于铁磁材料而使两部难以共同烧结时，最好是将环行器元件部分和谐振电容器部分各自单独烧结，之后相互之间用焊接的办法进行互相连接。在这后一种情况下，能够设计一种修改过的结构，其中电容器电极168替代接地电极制作在上层160的上表面上，且去除介质材料层167以使电容器接地电极169a也用作环行器元件的接地导体。然而由于这种修改结构包含在环行器元件层中的介质层会使导磁率下降，因此是不希望的。

按照图16的这种实施例，由于谐振电容器与环行器元件构成一个整体，所以不需要附加连接分立的谐振电容器。其结果，使制造工艺大大简化且也使环行器能够缩小尺寸。

图17示意性地显示了作为本发明又一实施例的三端口环行器的环行器元件。在该实施例中，通过将环行器元件的铁磁材料用作电容器的介质材料而将谐振电容作为整体制作在环行器元件中。

该实施例中的环行器元件部分用基本上由绝缘的铁磁材料体包围的三对双匝线圈导体构成。即如图17中所示，环行器元件部分有：一顶部铁磁材料层178;一上铁磁材料层170;一中铁磁材料层171;一下铁磁材料层172和带有内导体的铁磁材料基片层173a、173b、173c、174a、174b和174c。这些由相同的绝缘铁磁材料制成的铁磁性材料层被堆叠并烧结成一单一连续层。

在基片173a、173b、173c、174a、174b和174c的上表面，分别形成有上内导体（线圈导体部分）175a、175b和175c，和下内导体176a、176b和176c。每个这样的内导体有在一预定方向（几乎垂直于六边形的至少一侧边的方向）上延伸的直条带，直条带的数目对应于线圈的匝数。每个直条带的上内导体175a和下内导体176a将依次用跳线导体（未图示）在电气上连接起来，在烧结后这些内导体的端部会显露于环行器元件侧面，由此构成上述双匝线圈导体。另外两个双匝线圈导体将由上内导体175b和下内导体176，及上内导体175c和下内导体176c构成，且没有显示线圈跳线导体。在顶层178的上面和在底层172的下面分别构成环行器构件的接地导体。

在各层中不构成通孔。该实施例的铁磁材料和导体材料及该实施例中的环行器元件部分的另一制造方法也与图4实施例的那些相同。环行器元件部分也可以按图4、图13、图14或图15a中所示的另一结构构成。

该实施例中的谐振电容器部分用：形成于上层170的上表面的电容器电极177;叠置其上的顶片178;和形成于顶片178的上表面的电容器接地电极179（也用作环行器元件的接地导体）构成。电容器电极177分别用形成在环行器元件侧表面上的各电容器跳线导体（未图示）连接至线圈导体的一端。铁磁材料的顶层用作环行器元件层的一部分，同时也用作电容器电极177和电容器接地电极179之间的介质层。电容器电极177在这样的位置处形成，使环行器的工作将不受这些电极的影响。该实施例的环行器将用于允许用小容量电容器的场合。

按照图17的这一实施例，由于谐振电容器作为整体部分制作在环行器元件内，所以不需要附加连接分立的谐振电容器。其结果是制造工艺将会大大简化且也能缩小环行器的尺寸。

图18示意性地显示了作为本发明又一实施例的三端口环行器的环行器元件。在这实施例中，环行器元件呈矩形平面状。如图中所示，它备有矩形平面状的上铁磁材料层180、中层181和下铁磁性标层182。这些铁磁材料层由相同的绝缘铁磁材料组成。在中铁磁材料层181的上、下表面上分别形成上内导体（线圈导体）184a、184b和184c和下内导体185a、185b和185c。在每一表面上，内导体呈三对沿辐射方向延伸的条带状。穿过中层181的通孔183a、183b和183c形成在该层181的预定位置处。

也如图4实施例，上铁磁材料层180、中层181和下铁磁材料层182按此顺序堆叠，然后烧结成一单一连续层。用这种烧结工艺，上内导体184a、184b和184c的一端通过通孔183a、183b和183c中的通孔导体分别连接到下导体185a、185b和185c的一端，以构成驱动线。除了平面形状外，该实施例的铁磁材料和导体材料和该实施例中的另一制造方法也与图4实施例的那些相同。

按照图18这一实施例，由于驱动线不具有三角形对称性，所以它的端口之间的传播特性互相不同。所以难以将这种结构作为良好的环行器应用。然而，这种结构由于它的相对于中心线的对角线对称形状能用作极好的隔离器。若它用作隔离器，则内导体184a和185a的一端将连接到一终端，而内导体184b和185b的一端和内导体184c和185c的一端将用作输入/输出端子。内导体184a和185a的另一端、184b和185b的另一端和184c和185c的另一端必然连接地导体。

图19示意性地显示了作为本发明又一实施例的三端口环行器的环行器元件。在这实施例中，当谐振电容器51a、51b和51c被焊到环行器元件50时，这些电容器和环行器元件首先安装到基板190上，然后进行回流焊接。除了应用基板190外，该实施例的结构、功能和优点与图4实施例的那些相同。

图20示意性地显示了作为本发明又一实施例的三端口环行器的环行器元件，图21是其等效电路图。在这实施例中，环行器通过插入一个集总元件LC串联谐振电路或一半波长谐振器使其浮置（不接地），以便该环行器的工作频率范围变得更宽。通过在其外导体和地之间相对于环行器的中心轴对称地接入多个串联谐振电路来加宽环行器的带宽由公开号为52（1977）-32713日本专利公开。

在图20中，参照号200表示如类似于上述任一实施例形成的环行器元件。在环行器元件200的下面叠置有一形状与环行器构件200相同的三板线谐振器201（triplate  line  resonator）。三板线谐振器201由：具有约“90”的高导磁率并能与其内导体共同烧结的介质材料层202;共轴形成于该介质层202上表面上的圆形电容器电极203;堆放在介质层202下面的介质基板204;形成在介质基板204的上表面上并在其一端和在介质基板204的中心位置处设有电容器电极205a的螺旋线导体205;和在基板204的下表面上的接地导体（未图示）组成。一电容器将在电容器电极203和螺线导体205的中心电极205a之间形成，而一电感器将由螺旋线导体205的螺旋线部分构成。螺旋线导体205的另一端205b，通过在该三板线谐振器201的侧面形成的连线，连接于基板204下面的接地导体。

三板线谐振器201是通过将具有电容器电极203的介质层202与具螺旋线导体205的介质基板204叠置并通过共同烧结介质材料和内导体制成的。通过使用回流焊接方法在接地导体的电中心位置处将谐振器201的电容器电极203连接到形成在环行器元件200的底表面上的接地导体来进行将单独制成的三板线谐振器201与环行器元件200相耦连。

上述三板线谐振器由一LC串联谐振电路构成。为了用半波长谐振器构成三板线谐振器，螺旋线导体的长度被调整到半波长，并在介质层（202）的中心制做通孔和在孔中的通孔导体来代替电容器电极（203）。位于介质基板（204）的中心的螺旋线导体的一端连接到通孔导体，且螺旋线导体的另一端通过在三板线谐振器的侧表面上形成的连接线连接到基板（204）下面的接地导体。

三板线谐振器的制作是通过将具有通孔和通孔导体的介质层（202）与具有螺旋线导体的介质基板（204）叠置在一起并通过共同烧结介质材料和内导体进行的。通过使用回流焊接的方法在接地导体的电中心位置上将谐振器的通孔导体连接到在环行器元件的底表面上形成的接地导体，将单独制成的三板线谐振器与环行器元件相耦连。

根据该实施例，由于三板线谐振器与相互堆叠共同烧结的环行器相耦连，所以谐振器能容易和精确地以相对于环行器的中心轴对称地进行装配。其结果定能容易地制做小型化和带宽宽的环行器。

图22示意性地显示了作为本发明再一实施例的三端口环行器的环形器元件，图23表明该环行器元件的部件分解图，图24显示使用该环行器元件的环行器，和图25a、25b和25c表明该环行器元件的部分制造方法。

如这些图中所示，该实施例的环行器是三端口环行器且它的环行器元件构成一个平板状的正六边形。然而，就产生对称旋转磁场而言，该元件的平板形可构成任意六边形或另一多边形。由于环行器元件的正多边形平面状结构，在环行器元件的侧面将保留了用于连接如谐振电容器或终端电阻等的分立的电路元件的一些空间。因此，如果这类分立的电路元件附加装到环行器元件上，那么仍能保持环行器的总尺寸很小。

在图22中，参照号220表示一基本上由绝缘铁磁材料体包围的两匝线圈导体。该绝缘材料体由上绝缘铁磁材料层221、中绝缘铁磁材料层222、和下绝缘铁磁材料层223，经叠置并整体烧结成一个单一连续层构成。该线圈导体，也如图23中所示，分别由形成在中铁磁材料层224和下铁磁材料层225的上表面上的具有预定图形的内导体224和225，及用于连接烧结后会露出环行器元件的侧表面的内导体224和225的端部的线圈跳线导体226组成，以便形成先前所述的双匝线圈导体。每个内导体224和225为在预定方向（几乎垂直于六边形的至少一个边的一方向）延伸的直条带，该直条带的数量对应于线圈的匝数。

线圈导体220的一端在电气上连接到形成于环行器元件侧面的端电极。接地导体（接地电极）227分别形成在环行器元件的上表面和下表面上。这些接地导体227和线圈导体224的另一端用形成于环行器元件的侧面的接地跳线导体228进行电气上的连接。在图22和23中，仅显示了用于端口A的线圈导体220。然而，实际上对端口B和C制做同样的线圈导体。

如图24中所示，环行器有谐振电容器241a、241b、和241c，它们分别连接到形成于环行器元件240的侧面上的三个端电极。这些电容器241a、241b、和241c与图4实施例中的谐振电容器相同。

在环行器元件240的上面和下面分别设有将直流磁场加给该环行器元件240的励磁用永磁体242和243。图24中未显示的壳体和永磁体242和243与环行器元件240的组件与图4实施例的那些相同。

下面将描述该实施例的环行器的制造方法。如图25a所示，备有：一上铁磁材料层250，它具有约0.5mm的厚度;一中铁磁材料层251，具有约1mm的厚度;一下铁磁材料层252，具有约0.5mm的厚度;和带有内导体的铁磁材料基片253a、253b、253c、254a、254b和254c，具有约160μm的厚度。通过叠压具有约100至200μm（最好160μ）厚的多层构成上下铁磁材料层250和252。这些铁磁材料层由相同的绝缘铁磁材料制成。这种铁磁材料可为钇铁石榴石（下面称为YIG），且铁磁材料层将由YIG、粘合剂和溶剂按下面组份比率制做。

YIG粉        61.8重量%

粘合剂        5.9重量%

溶剂        32.3重量%

在基片253a、253b、253c、254a、254b和254c的上表面，分别形成上内导体（线圈导体）255a、255b和255c和下内导体256a、256b和256c。这些内导体有向对称预定方向（几乎垂直于六边形的至少一个边的方向）延伸的直条带，直条带的个数对应于线圈的匝数。这些内导体可通过印刷或转移银浆、钯浆或银-钯浆制成。于是，所形成的上层250、基片层253c、基片层253b、基片层253a、中间层251、基片层254c、基片层254b、基片层254a和下层252以这种顺序叠置，然后对所叠置的这些层进行加热压制。其结果是，在中间层251的前后侧上形成三角形对称的线圈图形以便三端口环行器的端口之间的传播特性相互一致。

此后，在如约1450℃的温度上对所叠置的层进行烧结，这一温度等于或高于内导体材料的熔点温度（当内导体材料为银时约960℃）。这种烧结过程可进行一次或多次。如果进行多次烧结过程，则至少有一次烧结必须在等于或高于内导体材料的熔点的温度上进行。根据这种烧结，构成上述层的铁磁材料层整个形成一单一连续层。

由于铁磁材料YIG的烧结完成温度等于或高于内导体材料（如银或银-钯）的熔点，所以在烧结期间，内导体材料将先于气密状态下熔化，然后YIG被烧结。于是也如同图4实施例，能减小传播线损耗。

在图25a中，以从另一环行器元件分离的正六边形层的形式图示说明了每个上铁磁材料层250、中铁磁材料层251、下铁磁材料层252、和铁磁材料基片253a、253b、253c、254a、254b和254c。事实上，对于大量生产，最好是，对其每个已印刷有用于多个环行器元件的内导体的被叠置和加热压制的铁磁材料层在烧结前后将其后将其切割成每个环行器元件。如果在烧结前进行切割，则对具有如图25a中所示的六边形的许多被切割的环形器元件进行烧结。这种切割是在烧结前还是在烧结后进行，将取决于用作内导体的金属和切割方法。例如，如果用银作内导体，则切割将在烧结后进行以便防止熔化银的损失。如果用钯作内导体，则切割可在烧结前进行。

图26显示了环行器元件关于铁磁材料层的排列示例。如该图中所示，备有：上铁磁材料层250，铁磁材料基片层253c、253b和253a，中铁磁材料层251，铁磁材料基片层254c、254b和254a，和下铁磁材料层252，且许多内导体分别印刷到各基片层的上表面上。这些层被叠置和烧结，此后被切割成每个环行器元件。图26中所示的关于环行器元件的层的排列所具有的优点是，由于直线切割使切割很容易且切割能在烧结后进行，但其缺点是层面积的浪费不小。还可使用如图9中所示的环行器元件的铁磁材料层的另一种排列和环行器元件的另一种切割方法。

在切割和烧结处理之后，每个环行器元件进行滚筒抛光以使必要的内导体如图25b中所示显露于环行器元件的侧面。然后对环行器元件进行倒角处理。此后，如图25c中所示，通过熔烘在环行器元件的侧面上形成线圈跳线导体、接地跳线导体和端电极，且通过熔烘在环行器元件的顶面和底面上形成接地导体。例如，在环行器元件的前侧面（图24中所示A端口的侧面）上形成有：一线圈跳线导体258a用于相互在电气上连接显露于该侧面上的内导体255a和256a，一接地跳线导体259a用于将显露于该侧面上的内导体255a（线圈导体的一端）在电气上连接到形成于环行器元件的顶面和底面上的接地导体257，和一端电极260a用于连接到显露于该侧面上的内导体（线圈导体的另一端）256a。在处于上述侧面的右面的侧面（与图24中所示端口（相对的侧面）上，形成有线圈跳线导体261c和262c，用于彼此分别在电气上连接显露于该侧面上的内导体254c和255c。于是形成3个线圈导体，其每一个起始于端电极、在铁磁材料中绕两匝、并终止于接地导体。

于是所制成的环行器元件具有内接于一4mm直径圆内的正六边形的板状，且厚度为1mm。谐振电容器241a、241b和214c，如图24中所示，分别用回流焊安装和焊接到环行器元件的端电极（260a）。然后通过将提供直流磁场的励磁用永磁体和也用作磁轭的金属壳体与环行器元件组装成为一个环行器。壳体结构和环行器元件和励磁用永磁体与壳体的组装与图11a至11c所涉及的描述相同。

环行器的工作频率范围和损耗主要取决于该环行器元件的性能。导磁率μ+和μ-之间的大的差别，还有小的线圈电阻和小的磁损耗角正切（magnetic  tangent）会使环行器元件产生宽的工作频率范围和低损耗。而且，如果导磁率μ+和μ-大和线圈匝数多（长的线圈导体长度），则用小尺寸能获得必要的电感。使用内导体熔化方法的该实施例的环行器能获得如下优点。

（1）因为各铁磁材料层烧结成一单一连续层，所以RF磁通将闭合在环行器元件中。因此，不会产生退磁场且导磁率μ+和μ-之间的差变大。结果能获得更大的电感，使环行器体积缩小。

（2）因为各铁磁材料层烧结成单一连续层，所以RF磁通将闭合在环行器元件内。因此，不会出现退磁场且导磁率μ+和μ-之间的差变大，导致更宽的工作频率范围。

（3）由于通过熔化内导体方法形成线圈导体，因此，它的电阻低，导致损耗小。

（4）因为环行器元件的结构适合于大量生产，所以可期望制造成本猛跌。

（5）因为在三层中形成各驱动线且不形成通孔，所以不仅因制造过程被简化而降低制造成本，而且能有效地抑制插入损耗的增大。

（6）因为用金属壳体构成磁轭为一体的而不是分开的，且有连续的磁路，而磁轭还与励磁用永磁体紧密接触，所以励磁通路连续而不断开。于是，磁路中的磁阻变得极低，导致优良的环行器特性。

图27示意性地显示了作为本发明又一实施例的三端口环行器的环行器元件，该实施例中，利用一个上单元和一个下单元，每个线圈导体绕一匝且每个内导体有一直条带图形，以便构成一种发夹形线圈导体。该实施例中的另一结构、制造方法、和铁磁材料和导电材料与图22实施例中的那些相同。

如图27中所示，该实施例中的环行器元件有铁磁材料基片层270a和270b、中铁磁材料层271、和铁磁材料基片层272a和272b。这些铁磁材料层由同样的绝缘铁磁材料制做，以上述顺序叠置并烧结成单一连续层。事实上，由与上述各层相同的绝缘铁磁材料制成的上下层分别叠置到基片层270a的上表面和基片层272b的下表面，且整个烧结成单一连续层。

在上单元中的基片层270b和下单元中的基片层272b的上表面上，分别形成内导体（线圈导体部分）273a、273b和273c，和内导体（线圈导体部分）274a、274b和274c。每个内导体有在三个对称辐射方向（至少垂直于六边形一个边的方向）之一中延伸的直条带。而且，在这些基片层270b和272b的底面上，还有在基片层270a和272a的上表面，分别形成具有跨越图形的内导体275b、275d、275a和275c。在这些层的各自的预定位置上构成通过各基片层270a、270b、272a和272b的通孔276、277、278和279。在每个通孔位置上，形成一直径大于该通孔的通孔导体。为了构成线圈导体，每个内导体273a、273b、274a和274b的直条带用这些通孔导体分别连到跨越内导体275b、275d、275a和275c，且上下单元相互用形成在环行器元件侧面上的线圈跳线导体（未显示）进行连接。即，内导体273a、273b和273c的一端和内导体274a、274b和274c的一端彼此用线圈跳线导体连接。

如图27中所示，一线圈导体的一通路如下。一端电极→内导体274b的一端→通孔278→跨越内导体275c→通孔278→内导体274b的另一端→线圈跳线导体→内导体273b的一端→通孔276→跨越内导体275a→通孔276→内导体273b的另一端→接地导体。在未图示的上层的上表面和未图示的下层的下表面上分别形成接地导体。

按照图27的这一实施例，由于内导体有三个直条带图形，其每一条带在不同方向上延伸且绝大多数驱动线制做在相同平面上，所以能期望获得极好的三端口高频对称特性。同样，由于少量的通孔，不仅使环行器的制造容易，而且插入损耗的增长获得了抑制。参看多层电感器的数据可知，如果它的线圈的一端刚好位于该线圈的另一端之后以便线圈完全闭合，则它的电感会增大。因此，在该实施例中，其中每个线圈导体以完全闭合状态缠绕一匝，而能以紧凑的尺寸获得高电感。该实施例的另一些优点与图22实施例中的那些相同。

图28示意性地显示了作为本发明又一实施例的三端口环行器的环行器元件。在该实施例中，每个线圈导体缠绕一匝半，一上单元有三对条带形图形的内导体、其每一对通过避开另一条带形的通孔沿相同辐射方向延伸，而一下单元具有呈直条带形的内导体。该实施例中的其它结构、制造方法、和铁磁材料和导电材料与图22实施例中的那些相同。

如图28中所示，该实施例中的环行器元件有一铁磁材料基片层280、一中铁磁材料层281、和铁磁材料基片层282a和282b。这些由相同的绝缘铁磁材料制成的铁磁材料层以上述顺序堆置并烧结成一单一连续层。事实上，由与上述各层相同的绝缘铁磁材料制成的各上、下层分别叠置于基片层280的上表面和基片层282b的下表面，并一起烧结成一单一连续层。

在上单元中的基片层280的上下表面上，分别形成有上内导体（线圈导体部分）283a、283b和283c和下内导体284a、284b和284c。在每一面上，内导体呈沿对称辐射方向（至少平行于六边形的一边的方向）延伸的三对条带形图形。在该层280的预定位置上构成穿过基片层280的通孔285a、285b和285c。在每个通孔位置上，形成一其直径大于该通孔的通孔导体。上内导体283a、283b和283c的一端，通过通孔285a、285b和285c中的通孔导体分别连接于下内导体284a、284b和284c的一端。

在下单元中的基片层282b的上表面，形成有内导体（线圈导体部分）286a、286b和286c。每个内导体有一沿三对称辐射方向（至少平行于六边形一边的方向）之一延伸的直条带形。而且，在基片层282b的下表面上，还有在基片层282a的上表面上，分别形成具有跨越图形的内导体287a和287b。在这些各自层的预定位置处形成有穿过各基片282a和282b的通孔288和289。在每个通孔位置上，形成有其直径大于该通孔的通孔导体。利用这些通孔导体，内导体286a和286b的每根条带分别连接到跨越内导体287a和287b。

通过形成在环行器元件侧面上的线圈跳线导体（未图示）将上下单元相互连接起来以便构成线圈导体。即，用线圈跳线导体将内导体283a、283b和283c的一端与内导体286a、286b和286c的一端彼此分别连接起来，还有用线圈跳线导体将内导体286a、286b和286c的另一端与内导体284a、286b和284c的一端相互分别连接起来。

如图28中所示，一线圈导体的一通路如下。一端电极→内导体284c的一条带→通孔285c→内导体283c的一条带→线圈跳线导体→内导体286c的一端→内导体286c的另一端→线圈跳线导体→内导体284c的另一条带→通孔285c→内导体283c的另一条带→接地导体。在未图示的上层的上表面和未图示的下层的下表面上，分别形成接地导体。

根据图28的这一实施例，由于每个线圈导体以完全闭合状态缠绕一匝半，所以能用小尺寸获得大电感。该实施例的其它优点与图22实施例中的那些相同。

图29示意性地显示了作为本发明又一实施例的三端口环行器的环行器元件。在该实施例中，每个线圈导体绕两匝，且每个上、下单元具有呈三对条带形图形的内导体，其中每对通过避开另一条带的通孔在相同辐射方向上延伸。该实施例中的其它结构、制造方法、和铁磁材料和导电材料与图22实施例中的那些相同。

如图29中所示，该实施例中的环行器元件具有一铁磁材料基片层290a、一中铁磁材料层291、一铁磁材料基片层290b、和一下铁磁材料层292。这些由相同的绝缘铁磁材料制成的铁磁材料层以上面的顺序叠置并烧结成单一连续层。事实上，由与上述各层相同的绝缘铁磁材料制作的一上层被叠置在基片层290a的上表面，并整个烧结成一单一连续层。

在上单元中的基片层290a和中间层291的上表面，分别形成有上内导体（线圈导体部分）293a、293b和293c和下内导体294a、294b和294c。在每一表面上，各内导体具有三对沿对称的辐射方向（至少平行于六边形一侧边的方向）延伸的条带形图形。在该层290a的预定位置上形成有穿过基片层290a的通孔295a、295b和295c。在每个通孔位置上形成有其直径大于该通孔直径的通孔导体。通过通孔295a、295b和295c中的通孔导体，上内导体293a、293b和293c的一端分别与下内导体294a、294b和294c的一端相连。

同样在下单元中的基片层290b和下层292的上表面上，分别形成上内导体（线圈导体部分）296a、296b和296c和下内导体297a、297b和297c。在每个表面上，内导体呈3对条带形，其中每对在相同的辐射方向（至少平行于六边形的一边的方向）上延伸。在该层290b的预定位置上形成有穿过基片层290b的通孔298a、298b和298c。在每个通孔位置上形成一直径大于该通孔直径的通孔导体。通过通孔298a、298b和298c中的通孔导体，上内导体296a、296b和296c的一端分别与下内导体297a、297b和297c的一端在电气上连接。

通过形成在环行器元件侧面上的线圈跳线导体（未图示）将上下单元相互连接起来以便构成线圈导体。即，用线圈跳线导体将内导体293a、293b和293c的一端彼此分别与内导体296a、296b和296c的一端相连，并用线圈跳线导体将内导体297a、297b和297c的一条带的一端相互分别与内导体294a、294b和294c的一条带的一端相连。

如图29中所示，一线圈导体的一通路如下。一端电极→内导体294b的一条带→通孔295b→内导体293b的一条带→线圈跳线导体→内导体296b的一条带→通孔298b→内导体297b的一条带→线圈跳线导体→内导体294b的另一条带→通孔295b→内导体293b的另一条带→线圈跳线导体→内导体296b的另一条带→通孔298b→内导体297b的另一条带→接地导体。在未图示的上层的上表面和下层292的下表面上，分别形成接地导体。

按照图29这一实施例，由于每个线圈导体以完全闭合状态绕两匝，所以能以小尺寸获得大电感。该实施例中的其它优点与图22的实施例中的那些相同。

图30示意性地图示了作为本发明又一实施例的三端口环行器的环行器元件。在该实施例中，用印刷形成在环行器元件300的各侧面上的每个线圈跳线导体301有一斜条带图形。除了使用这种倾斜的线圈跳线导体301外，该实施例的结构、功能和优点与图22实施例的那些相同。

图31a至31c图示了作为本发明环行器又一实施例的环行器元件和与该环行器元件相连的谐振电容器的结构。在该实施例中，在环行器元件310的侧面，用印刷仅形成连接端311a、311b、311c和311d，而用于输入和输出信号的端电极和跳线导体形成于带有谐振电容的分立的连接端基片312中，这些基片附加装在环行器元件的侧面。

如图31b中所示，连接端基片312由具有第一介质层312a和第二介质层312b的多层介质基片构成。在第一介质层312a的前面和侧面，用印刷形成具有斜条带形的线圈跳线导体312c、一输入/输出端电极312d和接地导体312e。在第二介质层312b的前面，用印刷形成电容器电极312f，且在其后面，用印刷形成电容器接地电极312g。在电容器电极312f和电容器接地电极312g之间构成一谐振电容器。

在该连接基片312连接于环行器元件310的侧面情况中，如图31c清楚可见，线圈跳线导体312c相互连接环行器元件310的端子311b和311c。与电容器电极312f相连的输入/输出端电极被连到环行器元件310的端子311a。接地导体312e被连到端子311d并也连到形成在环行器元件310的上表面上的接地导体310a。电容器接地电极312g也连到接地导体310a。

该实施例的环行器元件310的结构与图22实施例的相同。按照图31a至31c的该实施例，由于包括一谐振电容器并附加装在环行器元件的侧面的分立的连接端基片312具有输入和输出信号的端电极和一跳线导体，所以所有接线过程，只要通过执行与将谐振电容器连接到环行器元件的连接过程相同的过程，就能完成，而不需要在环行器元件的侧面印刷跳线导体和接地导体。于是，制造方法将变得容易，使制造成本下降。

图32示意性地图示了作为本发明再一实施例的三端口环行器的环行器元件。在该实施例中，当谐振电容器241a、241b和241c被焊接到环行器元件240时，这些电容器和环行器元件首先被安装到一基片320上，然后进行回流焊接。除了使用基片320外，该实施例的结构、功能和优点与图22实施例的相同。

根据图20和21的有关描述，前面所述的图22、27、28、29、30、31a至31c和32的实施例中的环行器元件能与一个集总元件LC串联谐振电路或一半波长谐振器组合，以便环行形器的工作频率范围变得更宽。

虽然各内导体按前面所述实施例用印刷银浆、钯浆或银-钯桨构成，但这些内导体也能用制作出图形的银箔来构成。该内图形可由金、钯、银-钯或它们的合金来制作，在这种条件下，其电阻损耗不那么大且随着应用铁磁材料而不会产生固体熔解作用。

对于铁磁材料，除了YIG外可应用任何绝缘铁磁材料，其条件是，对于内导体材料而言，将不会出现固体熔解作用。

本发明的一种环行器能用具有熔化点高于绝缘铁磁材料的烧结温度的内导体材料来构成，以便烧结铁磁材料而不熔化内导体。

线圈导体的匝数不限于两匝，而可自由确定。匝数越大，它的电感就越大。

上述各实施例是对于三端口环行器进行描述的，然而，显而易见本发明能用于具有三端口以上的环行器。除了集总元件的环行器外，本发明也能用于具有与电容器电路构成整体的环行器元件和具有连接于其终端电路中用于加宽工作频带的阻抗变换器的分布元件的环行器。而且，很显然，由本发明的任一环行器可很容易构成一个如隔离器的不可逆电路元件。

在不脱离本发明的精神实质和范围内可构成许多种差别相当大的本发明的各种实施例，应当理解，本发明不局限于说明书中描述的具体实施例，而应当由所附权利要求书加以限定。

Claims (35)

1、一种设有环行器元件的多层环行器，它包含：

具有预定图形的内导体，所述内导体由导电材料构成；和

紧紧包围所述内导体的绝缘铁磁材料体，所述绝缘铁磁材料体通过烧结多个铁磁材料层为单一连续层构成。

2、如权利要求1所述多层环行器，其特征在于，其中所述绝缘铁磁材料体由其烧结温度高于所述内导体的导电材料的熔点的铁磁材料构成。

3、如权利要求2所述多层环行器，其特征在于，所述内导体由在曾一度被变为熔化状态的金属制成。

4、如权利要求1所述多层环行器，其特征在于，其中所述内导体由其熔点大于所述绝缘铁磁材料体的铁磁材料的烧结温度的导电材料构成。

5、如权利要求1所述多层环行器，其特征在于，所述环行器元件具有多边形平面状。

6、如权利要求5所述多层环行器，其特征在于，所述环行器元件具有六边形平面状。

7、如权利要求1所述多层环行器，其特征在于，其中所述内导体具在一平面中分别沿多个对称的辐射方向延伸的多个条带图形。

8、如权利要求7所述多层环行器，其特征在于，其中所述条带包括直条带。

9、如权利要求1所述多层环行器，其特征在于，其中所述内导体具有在一平面中沿预定方向延伸的至少一根直条带的图形。

10、如权利要求1所述多层环行器，其特征在于，其中所述绝缘铁磁材料体通过烧结一上铁磁材料层、至少一中铁磁材料层和一下铁磁材料层为一单一连续层构成，且其中所述环行器元件包括围绕至少一个中铁磁材料层至少绕一匝的图形的线圈导体，所述内导体构成所述线圈导体的部分。

11、如权利要求10所述多层环行器，其特征在于，其中所述至少一中铁磁材料层和所述下铁磁材料层有上表面，且其中所述线圈导体包括形成在所述中铁磁材料层和所述下铁磁材料层的上表面上的内导体，且跳线导体用来相互连接所述内导体的各端。

12、如权利要求10所述多层环行器，其特征在于，其中所述绝缘铁磁材料体由其烧结温度高于所述内导体的导电材料的熔点的铁磁材料构成。

13、如权利要求12所述多层环行器，其特征在于，其中所述内导体由曾一度被变为熔化状态的金属制成。

14、如权利要求10所述多层环行器，其特征在于，其中所述内导体由其熔化点高于所述绝缘铁磁材料体的铁磁材料的烧结温度的导电材料构成。

15、如权利要求10所述多层环行器，其特征在于，其中所述上铁磁材料层有一上表面和所述下铁磁材料层有一下表面，且其中所述环行器元件包括分别形成在所述上铁磁材料层的上表面和所述下铁磁材料层的下表面上的接地导体。

16、一种多层环行器，包含：

一环行器元件，包括：具有预定图形的内导体、所述内导体由导电材料制成，和一紧紧包围所述内导体的绝缘铁磁材料体，通过烧结多个铁磁材料层形成一单一连续层构成所述绝缘铁磁材料体，所述环行器元件有多个侧表面;

多个端电极形成在环行器元件的侧表面上，并在电气上连接于所述内导体的一端;

多个电路元件在电气上连接到端电极;和

将直流磁场加给所述环行器元件的励磁用永磁体。

17、如权利要求16所述多层环行器，其特征在于，其中所述电路元件为多个在电气上连接于所述各端电极的电容器，它用于对所加频率谐振。

18、如权利要求16所述多层环行器，其特征在于，其中所述电路元件为附加装在所述各端电极上并在电气上与之连接的分立的电路元件。

19、如权利要求16所述多层环行器，其特征在于，其中所述电路元件是与所述环行器元件形成一体的内部电路元件。

20、如权利要求16所述多层环行器，其特征在于，其中所述环行器可进一步包括把所述励磁永磁体紧密地安装于其中的一金属壳体，所述金属壳体具有一连续的磁通。

21、如权利要求16所述多层环行器，其特征在于，其中所述环行器元件具有一多边形平面状。

22、如权利要求21所述多层环行器，其特征在于，其中所述环行器元件具有六边形平面状。

23、如权利要求16所述多层环行器，其特征在于，其中所述内导体具有在一平面中分别沿多个对称的辐射方向延伸的多个条带的图形。

24、如权利要求23所述多层环行器，其特征在于，其中所述条带包括直条带。

25、如权利要求16所述多层环行器，其特征在于，其中所述内导体具有在一平面中延一预定方向延伸的至少一个直条带的图形。

26、一种多层环行器，包含：

一环行器元件，包括：具有预定图形的内导体，所述内导体由导电材料制成，和一紧紧包围所述内导体的绝缘铁磁材料体，通过烧结多个铁磁材料层形成一单一连续层构成所述绝缘铁磁材料体，至少一个中铁磁材料层和一个下铁磁材料层，所述环行器元件进一步包括围绕所述至少一中铁磁材料层至少绕一匝的图形的线圈导体，和多个侧表面，所述内导体构成所述线圈导体的一部分;

形成在环行器元件侧表面上并在电气上连接于所述内导体的一端的多个端电极;

在电气上连接于端电极的多个电路元件;和

将直流磁场加给所述环行器元件的励磁用永磁体。

27、如权利要求26所述多层环行器，其特征在于，其中所述电路元件是多个在电气上连接于各端电极的电容器，它对所加频率谐振。

28、如权利要求26所述多层环行器，其特征在于，所述电路元件是附加安装于并在电气上连接于所述各端电极的分立电路元件。

29、如权利要求26所述多层环行器，其特征在于，其中所述电路元件是与所述环行器元件形成一体的内部电路元件。

30、如权利要求26所述多层环行器，其特征在于，其中所述环行器可进一步包括一个将所述励磁用永磁体紧密安装于其中的金属壳体，所述金属壳体具有一个连续的磁通路。

31、如权利要求26所述多层环行器，其特征在于，其中所述环行器元件有一多边形平面状。

32、如权利要求31所述多层环行器，其特征在于，其中所述环行器元件有一六边形平面状。

33、如权利要求26所述多层环行器，其特征在于，其中所述内导体具有在一平面中分别沿多个对称的辐射方向延伸的多个条带的图形。

34、如权利要求33所述多层环行器，其特征在于，其中所述条带包括直条。

35、如权利要求26所述多层环行器，其特征在于，其中所述内导体具有在一平面中沿一预定方向延伸的至少一直条带的图形。

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