JP6685643B2 - 同調可能な共振器システム、同調可能な共振器システムを含むフィルタリングシステム、および同調可能な共振器システムを形成する方法 - Google Patents

Description

優先権出願の相互参照
本願は、２０１３年１２月１８日に出願され、「高誘電率フェライトロッドを用いた同調可能な共振器」と題された米国仮出願第６１／９１７８４３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。

関連出願
本願は、２０１１年７月１４日に出願され、「電子設備用の組成物および材料中の希土類金属の有効置換」と題された出願人の同時係属出願シリアル番号第１３／１８３３２９号、かつ２０１４年４月１５日に出願人に付与された米国特許第８６９６９２５号、および、２０１２年５月３０日に出願され、「希土類金属が減らされたガーネット系列および関連するマイクロ波設備」と題された出願人の同時係属出願シリアル番号第１３／４８４０１８号、かつ２０１３年２月２８日に公表された米国特許２０１３／００５００４１ Ａ１に関連しており、それらの開示全体が引用により本願明細書に援用される。

背景
分野
本開示は、特に一体型の同調可能な共振器として有用である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する。

関連技術の説明
磁気特性を有するさまざまな結晶性材料は、たとえば携帯電話、生物医学装置、およびＲＦＩＤセンサなどの電子装置において、構成要素として使用されている。ガーネットは、マイクロ波領域の低周波部分で動作するＲＦ電子機器に特に有用であるフェリ磁性を有する結晶性材料である。多くのマイクロ波磁性材料は、イットリウム鉄ガーネット（ＹＩＧ）の誘導体である。このＹＩＧは、ガーネットの合成体であり、そのフェリ磁性共鳴周波数において、たとえば狭い線吸収を有する良好な磁気特性を有するため、さまざまな通信装置に広く使用されている。ＹＩＧは、一般にイットリウム、鉄、酸素から構成され、場合によってランタニドまたはスカンジウムのような１つ以上の他の希土類金属によりドープされる。しかしながら、最近、イットリウムのような希土類元素の供給が徐々に制限されているため、それに応じてコストの急増加が生じている。したがって、材料の磁気特性を損なわず、マイクロ波設備に使用することができ、合成ガーネット構造内の希土類元素を置換する費用効率の高い置換物を見出す必要がある。

多くの場合、フィルタを遠隔で異なる周波数に再設定する必要がある。この再設定は、現在では、移動通信インフラ基地局にて行われる。その方法としては、現場から離れた場所でフィルタを取出して機械的に再同調するか、または遠隔起動された電気モータ駆動の同調器によって現場で再同調するかである。別の方法としては、（ミリ秒同調の）モータ駆動同調器よりもより高速である（マイクロ秒同調の）磁気同調共振器を使用することである。

従来の磁気同調解決案は、球状のＹＩＧまたは格子整合基板上にエピタキシャルに堆積されたＹＩＧを含む単結晶系のＹＩＧ共振器を使用している。これらの解決案による共振器は、大型で高価である。別の手法は、誘電体素子と磁気素子との複合共振器を使用する。この複合共振器も大型で高価である。

概要
本願明細書により開示されたのは、空胴と、一種の材料から形成された同調可能な磁気素子を備え、空胴内に設置される一体型の高誘電率共振器と、調節可能な磁場とを含む同調可能な共振器システムである。

いくつかの実施形態において、共振器はミリ秒の同調を有することができる。いくつかの実施形態において、共振器は、マイクロ秒の同調を有することができる。いくつかの実施形態において、空胴は、銀の塗膜を有することができる。いくつかの実施形態において、一体型の高誘電率共振器は、２６．７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、共振器は、ＴＥモードの共振器であってもよい。いくつかの実施形態において、共振器は、ＴＭモードの共振器であってもよい。

いくつかの実施形態において、材料は、合成ガーネットであってもよい。いくつかの実施形態において、合成ガーネットは、Ｂｉ_ｘＣａ_ｙ＋２ｘＹ_{３−ｘ−ｙ−２ｚ}Ｆｅ_{５−ｙ−ｚ}Ｚｒ_ｙＶ_ｚＯ_１２であってもよい。いくつかの実施形態において、合成ガーネットは、Ｂｉ_ｘＹ_{３−ｘ−０．３５}Ｃａ_０．３５Ｚｒ_０．３５Ｆｅ_４．６５Ｏ_１２であってもよい。いくつかの実施形態において、合成ガーネットは、Ｂｉ（Ｙ，Ｃａ）_２Ｆｅ_４．２Ｍ^Ｉ _０．４Ｍ^ＩＩ _０．４Ｏ_１２であってもよい。いくつかの実施形態において、合成ガーネットは、Ｙ_{２．１５−２ｘ}Ｂｉ_０．５Ｃａ_{０．３５＋２ｘ}Ｚｒ_０．３５Ｖ_ｘＦｅ_{４．６５−ｘ}Ｏ_１２であってもよい。いくつかの実施形態において、合成ガーネットは、Ｂｉ_０．９Ｃａ_０．９ｘＹ_{２．１−０．９ｘ}（Ｚｒ_０．７Ｎｂ_０．１）_ｘＦｅ_{５−０．８ｘ}Ｏ_１２であってもよい。いくつかの実施形態において、合成ガーネットは、Ｂｉ_０．９Ｃａ_{０．９＋２ｘ}Ｙ_{２．１−０．９−２ｘ}Ｚｒ_０．７Ｎｂ_０．１Ｖ_ｘＦｅ_{４．２−ｘ}Ｏ_１２であってもよい。いくつかの実施形態において、合成ガーネットは、Ｂｉ_１．４Ｃａ_{０．５５＋２ｘ}Ｙ_{１．０５−２ｘ}Ｚｒ_０．５５Ｖ_ｘＦｅ_{４．４５−ｘ}Ｏ_１２であってもよい。いくつかの実施形態において、合成ガーネットは、Ｙ_２ＣａＦｅ_４．４Ｚｒ_０．４Ｍｏ_０．２Ｏ_１２であってもよい。いくつかの実施形態において、合成ガーネットは、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材料であってもよい。

本願明細書によりさらに開示されたのは、アンテナと、サブシステムと、変換器と、一種の材料から形成された同調可能な磁気素子を備えた一体型の高誘電率共振器を有する少なくとも１つのフィルタとを含むフィルタリングシステムである。

本願明細書によりさらに開示されたのは、高誘電率材料用粉末を作製するステップと、粉末を成形するステップと、成形された粉末を焼結することにより、一種の材料から形成された同調可能な磁気素子を備え、空胴内に設置される一体型の高誘電率共振器を形成するステップとを含む、同調可能な共振器システムを形成する方法である。

いくつかの実施形態において、方法は、一体型の高誘電率共振器を空胴内に挿入するステップと、調節可能な磁場を印加するステップとをさらに含む。

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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 共振器を収容する空胴の実施形態の側面および上面を示す図である。 ２つの部品からなるロッドの実施形態を示す図である。 実施形態に係る一体型の同調可能なロッドを示す図である。 長方形状の実施形態に係る一体型の同調可能なロッドを示す図である。 円筒形状の実施形態に係る一体型の同調可能なロッドを示す図である。 実施形態に係る一体型の同調可能なロッドの側面図を示す図である。 実施形態に係る一体型の同調可能なロッドのＺ軸高磁場に対する周波数およびＱのグラフを示す図である。 一体型の同調可能なロッドを収容する空胴の実施形態を示す図である。 実施形態に係る一体型の同調可能なロッドのＺ軸高磁場に対する周波数およびＱのグラフを示す図である。 一体型の同調可能なロッドを有する空胴の実施形態を形成するように実施することができるプロセスを示す図である。 実施形態に係る一体型の同調可能なロッドを磁気的に同調するように実施することができるプロセスを示す図である。 実施形態に係る一体型の同調可能なロッドを用いることができるＲＦシステムの例を示す図である。 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プロセスを示す図である。 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プロセスを示す図である。 図３３のプロセスのさまざまな段階の例を示す図である。 図３３および３４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プロセスを示す図である。 図３５のプロセスのさまざまな段階の例を示す図である。

詳細な説明
本願明細書に開示された実施形態は、同調可能な共振器、具体的には別体の同調素子を有しない同調可能な共振器用のロッド、これらの共振器を形成するための材料、およびこれらの材料／共振器を作製する方法に関する。したがって、共振器用のロッドは、一体の材料から形成することができ、現在使用されている複数の部品からなる共振器用のロッドよりも有利である。

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、必ずしも本発明の特許請求の範囲または意味には影響を与えない。

合成ガーネット
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）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。

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される。

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。また、本願明細書において、希土類金属の含有量を減らしたまたは希土類金属を含まない合成ガーネット材料、このような材料の製造方法、このような材料を包含する装置およびシステムが開示されている。本開示に記載の実施形態に従って製造された合成ガーネット材料は、マイクロ波磁気設備に有利な磁気特性を呈する。これらの有利な特性は、低磁気共鳴線幅、低最適密度、低飽和磁化および低誘電正接に限定されないがこれらを含む。出願人は、以下の驚くべき発見を見出した。具体的には、ガーネット組成物が特定のイオンの組合わせによりドープされ、特定の処理技術により作製されると、すべての希土類元素ではなくてもかなりの量の希土類元素を置換しても、イットリウム（Ｙ）または他の希土類元素を含有する市販のガーネットに優れていなくても、同等の性能特性を有するマイクロ波磁気結晶材料を得ることができるという発見を見出した。

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。図２に示すように、ＹＩＧは、十二面体部位と、八面体部位と、四面体部位とを有する。Ｙイオンが十二面体部位を占有し、Ｆｅイオンが八面体部位および四面体部位を占有する。結晶分類において立方体である各ＹＩＧ単位格子は、８つのこのような式量単位を有している。

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。材料特性を改質するために、異なるイオンを用いてＹＩＧをドープする試みは、過去に既になされてきた。これらの試みの一部、たとえばビスマス（Ｂｉ）ドープＹＩＧは、D. B. Cruickshankによる「ワイヤレス設備用のマイクロ波材料」に記載されており、その記載の全体が引用により本願明細書に援用される。しかしながら、実際には、置換物として使用されたイオンは、たとえば、磁性イオン自体または磁性イオンに隣接する環境における非磁性イオンの影響によりスピンの傾斜が誘発され、整列度が低減されるため、予測通りに動作しない可能性がある。したがって、得られた磁気特性を予測することはできない。また、いくつかの場合には、置換量が制限されている。一定の限度を超えると、イオンは、好ましい格子部位に進入せず、第二相化合物の外側に留まるかまたは別の部位に流入する。また、高置換レベルの場合にイオンのサイズおよび結晶方位の優先順位が競合することがあり、または置換するイオンが他の部位上におけるイオンのサイズにおよびイオンの配位に影響される。したがって、正味の磁気挙動が独立したサブ格子または単一イオンの異方性の合計であるという仮定は、磁気特性を予測する際に、常に適用できると限らない。

マイクロ波磁気設備用のＹＩＧにおける希土類金属の効果的置換を選択する際の考慮事項は、得られた改質結晶構造の密度の最適化、磁気共鳴線幅の最適化、飽和磁化とキュリー温度の最適化、および誘電正接の最適化を含む。磁気共鳴は、スピンしている電子から由来する。これらの電子は、適切な高周波（ＲＦ）によって励起されると、印加された磁場および周波数に比例する共鳴を示す。共鳴ピークの幅は、通常、電力半値点に定義され、磁気共鳴線幅と呼ばれる。低い線幅が低磁気損失を示し、すべての低挿入損失フェライト装置に要求されるため、一般に低い線幅を有する材料が好まれる。本発明の好ましい実施形態によれば、改質されたガーネット組成物は、マイクロ磁気設備に適した低い線幅および他の望ましい特性を維持しながら、減らされたイットリウムの含有量を有する単結晶または多結晶材料を形成する。

いくつかの実施形態において、イットリウム系ガーネットは、ビスマス（Ｂｉ^３＋）を用いてガーネット構造の十二面体部位上のイットリウムイオン（Ｙ^３＋）の一部を置換するとともに、１つ以上の二価（２＋）、三価（３＋）、四価（４＋）、五価（５＋）または六価（６＋）の非磁性イオンをガーネット構造の八面体部位に導入し、鉄（Ｆｅ^３＋）の少なくとも一部を置換することによって、改質される。好ましい実現例において、１つ以上のジルコニウムイオン（Ｚｒ^４＋）またはニオブイオン（Ｎｂ^５＋）のような高原子価非磁性イオンを八面体部位に導入することができる。

いくつかの実施形態において、イットリウム系ガーネットは、以下のように改質される。すなわち、ガーネット構造の八面体部位または四面体部位に３＋よりも大きい酸化状態の１つ以上の高原子価イオンを導入するとともに、高原子価イオンにより誘発された電荷を補償するために、カルシウムイオン（Ｃａ^２＋）を用いてガーネット構造の十二面体部位上のイットリウムイオン（Ｙ^３＋）を置換して、Ｙ^３＋の含有量を減らす。導入されたイオンが三価ではない場合、たとえば、二価のカルシウムイオン（Ｃａ^２＋）を導入し、三価ではないイオンを均衡させることによって、原子価の均衡を維持する。たとえば、八面体部位または四面体部位に導入された各四価イオンに対し、１つのＹ^３＋イオンは、１つのＣａ^２＋イオンにより置換されている。導入された各五価イオンに対し、２つのＹ^３＋イオンは、Ｃａ^２＋イオンにより置換される。導入された各六価イオンに対し、３つのＹ^３＋イオンは、Ｃａ^２＋イオンにより置換される。一実現例において、Ｚｒ^４＋、Ｓｎ^４＋、Ｔｉ^４＋、Ｎｂ^５＋、Ｔａ^５＋、Ｓｂ^５＋、Ｗ^６＋およびＭｏ^６＋からなる群から選択された１つ以上の高原子価イオンが、八面体部位または四面体部位に導入された場合、電荷を均衡させるために、二価のカルシウムイオン（Ｃａ^２＋）が使用される。このようにして、Ｙ^３＋の含有量が減らされる。

いくつかの実施形態において、イットリウム系ガーネットは、以下のように改質される。すなわち、得られた材料の磁気共鳴線幅をさらに減らすため、ガーネット構造の四面体部位に１つ以上のバナジウムイオン（Ｖ^５＋）のような高原子価イオンを導入し、Ｆｅ^３＋を置換する。いかなる理論にも束縛されないが、イオンの置換メカニズムが格子の四面体部位の磁化の減少を引起こし、よってガーネットの正味磁化の増加をもたらし、また、Ｆｅ^３＋イオンの磁気結晶異方性環境における変更が異方性を減らし、よって材料の強磁性線幅を減らすということは考えられる。

いくつかの実施形態において、出願人は、高ビスマス（Ｂｉ）ドーピングと、バナジウム（Ｖ）およびジルコニウム（Ｚｒ）により誘発されたカルシウム（Ｃａ）の原子価補償とを組合わせて使用することによって、マイクロ波装置ガーネット中のイットリウム（Ｙ）を全部または大部分を効果的に置換できるということを発見した。または、出願人は、特定の他の高原子価イオンが四面体部位または八面体部位に使用されることができ、５〜２０エルステッド範囲の磁気共鳴線幅を得るためには、ガーネット構造における八面体部位がかなり高レベルで置換されることが好ましいということを見出した。さらに、イットリウムの置換は、好ましくは、ビスマスに加えてカルシウムを十二面体部位に添加することによって達成される。好ましくは、原子価が３＋よりも高価イオンを用いて、八面体部位または四面体部位をドーピングすると、電荷を補償するため、より多くのカルシウムを十二面体部位に導入することを可能にし、その結果、イットリウムの含有量をさらに減らす。

改質された合成ガーネット組成物
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、好ましくはｘ＝０．５〜１．４，ｙ＝０．３〜０．５５，ｚ＝０〜０．６。好ましい実現例において、０．５〜１．４式量単位のビスマス（Ｂｉ）を用いて十二面体部位上のイットリウム（Ｙ）の一部を置換し、０．３〜０．５５式量単位のジルコニウム（Ｚｒ）を用いて八面体部位上の鉄（Ｆｅ）の一部を置換する。いくつかの実施形態において、最大０．６式量単位のバナジウム（Ｖ）を用いて四面体部位上の鉄（Ｆｅ）の一部を置換する。電荷の均衡は、カルシウム（Ｃａ）を用いて残りのイットリウム（Ｙ）の一部または全部を置換するによって達成される。いくつかの他の実施形態において、少量のニオブ（Ｎｂ）を四面体部位に添加することができ、少量のモリブデン（Ｍｏ）を八面体部位に添加することができる。

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。この実現例において、０．５〜１．０式量単位のビスマス（Ｂｉ）を用いて十二面体部位上のイットリウム（Ｙ）の一部を置換し、０．５〜１．０式量単位のジルコニウム（Ｚｒ）を用いて八面体部位上の鉄（Ｆｅ）の一部を置換する。カルシウム（Ｃａ^２＋）を十二面体部位に添加し、残りのＹの一部を置換することによって、Ｚｒの電荷を均衡させる。Ｚｒ含有量をＺｒ＝０．３５に固定しながら、Ｂｉ含有量を変化させることによって、材料の特性を変更することができる。

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。

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。この実現例において、一般式ＩＩＩと同様に、ＢｉおよびＺｒのレベルが固定されながら、０．１〜０．８式量単位のバナジウム（Ｖ）が四面体部位に添加され、鉄（Ｆｅ）の一部を置換し、カルシウム（Ｃａ）がバナジウムの電荷を均衡させるためおよび残りのＹの一部を置換するために添加される。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。図３に示すように、バナジウムレベルの変化に対し、材料の誘電率および密度がほぼ一定のままである。バナジウム（Ｖ）のレベルが０．１毎に増加すると、４πＭ_ｓが約１６０ガウスに減少する。図３によりさらに示されるように、バナジウムのレベルがＶ＝０．５までは、３ｄＢ線幅には大きな変化が見られない。

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。図４に示すように、八面体部位の置換が高くなることに連れて、磁気共鳴線幅が減少した。また、非磁性イオン全体の増加が高くなった八面体部位の非磁性置換を打ち勝つため、磁化も低下した。

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。図示のように、ＡＳＴＭ Ａ８８３／Ａ８８３Ｍ−０１に準拠して測定された３ｄＢ線幅は、１０４０℃未満の焼成温度では、すべてのバナジウムのレベルに対して、５０エルステッド（Ｏｅ）未満に止まる傾向がある。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。いくつかの実現例において、材料を焼鈍することによって、線幅をさらに減らすことができる。Ｂｉ_０．９Ｃａ_{０．９＋２ｘ}Ｙ_{２．１−０．９−２ｘ}Ｚｒ_０．７Ｎｂ_０．１Ｖ_ｘＦｅ_{４．２−ｘ}Ｏ_１２（ｘ＝０．１〜０．５）の線幅に対する焼鈍の影響は、以下の表１に示される。

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。この実現例において、八面体部位の置換レベルが低下すると、Ｂｉドーピングのレベルが上昇する。形成された材料は、より高いキュリー温度および低い線幅を有する。バナジウム（Ｖ）含有量は、０から０．５２５まで変化する。Ｖ＝０．５２５のとき、組成物はイットリウムを含まない。得られた材料は、その後の熱処理を受けることなく２０Ｏｅの線幅を達成した。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。図７に示すように、式量単位で０．１単位のバナジウム量の増加は、誘電率を約１単位で迅速に低下させ、磁化を約８０ガウスで低下させる。焼成条件などの処理パラメータを最適化することによって、バナジウム（Ｖ）の量が０．５２５であるまたは０．５２５に近いである場合、すなわちイットリウム（Ｙ）を含まない場合に、１１という低い線幅値を達成した。これらの値は、同様の磁化を有する市販のカルシウム−イットリウム−ジルコニウム−バナジウムガーネットと匹敵する。

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、化学式ＶＩＩ（Ｙ_２ＣａＦｅ_４．４Ｚｒ_０．４Ｍｏ_０．２Ｏ_１２）で表すことができる。この実現例において、単相結晶を作成するために、高原子価のモリブデン（Ｍｏ）イオンが四面体部位に添加される。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。

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。

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。原料は、酸化鉄（Ｆｅ_２Ｏ_３）、酸化ビスマス（Ｂｉ_２Ｏ_３）、酸化イットリウム（Ｙ_２Ｏ_３）、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ_３）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）、五酸化バナジウム（Ｖ_２Ｏ_５）、バナジウム酸イットリウム（ＹＶＯ_４）、ニオブ酸ビスマス（ＢｉＮｂＯ_４）、シリカ（ＳｉＯ_２）で、五酸化ニオブ（Ｎｂ_２Ｏ_５）、酸化アンチモン（Ｓｂ_２Ｏ_３）、モリブデン酸化物（ＭｏＯ_３）、酸化インジウム（Ｉｎ_２Ｏ_３）などの酸化物および炭酸塩、またはそれらの組合わせを含んでもよい。一実施形態において、原料は、本質的に、約３５〜４０重量％の酸化ビスマス、より好ましくは約３８．６１重量％の酸化ビスマスと、約１０〜１２重量％の酸化カルシウム、より好ましくは約１０．６２重量％の酸化カルシウムと、約３５〜４０重量％の酸化鉄、より好ましくは約３７重量％の酸化鉄と、約５〜１０重量％の酸化ジルコニウム、より好ましくは約８．０２重量％の酸化ジルコニウムと、約４〜６重量％の酸化バナジウム、より好ましくは約５．６５重量％の酸化バナジウムとからなる。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。

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け、粉末を均質化する。

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。

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。

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。

合成ガーネット組成物を利用する高周波（ＲＦ）設備は、図２〜８を参照して説明したように、比較的低い磁気共鳴線幅（たとえば、約１１Ｏｅ以下）を有するフェライト装置を含むことができる。ＲＦ設備はまた、希土類金属の含有量を減らしたまたは含有量を実質的になくしたガーネット組成物にを含むたまはそれに関連する装置、方法、および／またはシステムを含むことができる。本願明細書に記載するように、そのようなガーネット組成物は、比較的高い誘電率を得るように構成することができる。このような特徴を利用して、有利な機能性を提供することができる。図２〜８を参照して説明された組成物、装置および方法の少なくとも一部は、このような実現例に応用することができるということが理解されるであろう。

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、八面体および四面体構造から形成されたガーネット構造を含むことができる（たとえば、ガーネット構造２２０）。本願明細書に開示されたさまざまな例は、十二面体部位２１２、八面体部位２０８および四面体部位２０４が異なるイオンにより充填されまたは置換されることによって、ＲＦ装置２００に望ましい１つ以上の特性を得る方法に関する。このような特性は、ＲＦ装置２００を製造するために利用することができるセラミック材料を製造する高い費用効率および所望のＲＦ特性を含むがこれらに限定されない。一例として、本願明細書に開示されたセラミック材料は、比較的に高い誘電率を有し、含有量が減らされた希土類を含むまたは希土類を実質的に含まない。

以下、これらの特性を実現するためのいくつかの設計上の考慮事項について説明する。例示装置および関連するＲＦ性能の比較も説明される。また、このような装置の設備例および製造例も説明される。

希土類ガーネット
商業用のガーネット系列は、一般的にはＹ_３−ｘ（ＲＥ／Ｃａ）_ｘＦｅ_２−ｙ（Ｍｅ）_ｙＦｅ_３−ｚ（Ｍｅ’）_ｚＯ_１２で表すことができる一連の組成物に属する。式中、ＲＥは、非イットリウムの希土類元素を表す。非イットリウムの希土類元素（ＲＥ）は、たとえば、磁化の温度補償用のＧｄにすることができ、場合によって強力ドーピングのために、少量のＨｏを使用する。希土類元素は、一般的には三価であり、十二面体部位を占有する。「Ｍｅ」は、一般的には八面体部位を占有する非磁性元素（Ｉｎ^３＋またはＳｎ^４＋を使用できるが、一般的にはＺｒ^４＋である。式中、ｙは、一般的には約０．４である）を表す。「Ｍｅ’」は、一般的には四面体部位を占有する非磁性元素（一般的にはＡｌ^３＋またはＶ^５＋である。式中、ｚは、一定範囲の磁化を与えるために、０から１の付近まで変化することができる）を表す。八面体部位または四面体部位の置換物が原子価４以上のイオンである場合、原子価を補償するために、一般的にはＣａ^＋２が四面体部位に使用される。上記に基づいて、商業用のガーネット系列は、４０％を超えるＹまたは他のＲＥ元素を含み、八面体部位および四面体部位において主に均衡するためのＦｅ^３＋を含むということが分かる。

フェライト装置の設計上の考慮事項
移動通信インフラのようなＲＦ設備用のフェライト装置の磁化（４πＭ_ｓ）は、通常、超共鳴モードにおいて４００ＭＨｚ〜３ＧＨｚで動作する。通常帯域幅の約５％〜１５％を達成するために、磁化が約１０００〜２０００ガウス（約０．１〜０．２テスラ）の範囲にあることが望まれる。

フェライト装置に関連する磁気損失は、フェリ磁性共鳴線幅ΔＨｏによって決定されることができる。そのような線幅の値は、一般的に約３０エルステッド（約０．３７７アンペア回数／メートル）であり、一般的にはＫ_１／Ｍ_ｓに等しい。Ｋ_１は、一次磁気結晶異方性を表し、非磁性Ｙが唯一のＲＥである場合、八面体部位および四面体部位の両方に存在するＦｅ^３＋イオンの異方性によって決定される。部分空隙率（ｐ）も、約４πＭ_ｓχｐで線幅に寄与することがある。

フェライト装置に関連する誘電損失は、一般的には、その損失正接δがδ＜０．０００４という条件を満たすように選択される。フェライト装置に関連するキュリー温度は、上記の磁化範囲を得るために、約１６０℃を超えることが望ましい。

ビスマスガーネット
過去には、化学式Ｂｉ_{（３−２ｘ）}Ｃａ_２ｘＦｅ_５−ｘＶ_ｘＯ_１２（式中、ｘ＝１．２５）を有する単結晶材料は、増えつつであった。この単結晶材料は、（１〜２ＧＨｚ範囲に動作するいくつかの同調可能なフィルタおよび共振器に適する）約６００ガウスの４πＭ_ｓ値および約１エルステッドの線幅を有し、システムに適する低い固有磁気損失を示している。しかしながら、化学式中のＢｉ置換レベルは、約０．５しかなかった。

上記の単結晶材料と類似する（化学式Ｂｉ_３−２ｘＣａ_２ｘＶ_ｘＦｅ_５−ｘＯ_１２を有する）単相多結晶材料を製造する試みは、ｘ＞０．９６の範囲のみにおいて成功した。４πＭ_ｓを約７００エルステッド未満に効率的に制限したが、（１００エルステッドよりも大きい）良くない線幅をもたらした。少量のＡｌ^３＋を添加すると、線幅を約７５エルステッドに減らしたが、添加されたＡｌ^３＋は、４πＭ_ｓを低くした。これらの材料の化学式中には、Ｂｉの置換が約０．４しかなかった。

ファラデー回転装置の場合、ファラデー回転が基本的にガーネット中のＢｉの置換レベルに比例するため、Ｂｉの置換レベルを上げることへの関心が高めた。異方性が一般的に光学設備を影響する主因ではないため、八面体部位および四面体部位における置換は、回転の最大化に基づいて行うことができる。したがって、光学設備において、可能な限り多くのＢｉ^３＋を十二面体部位に導入することが望ましい。Ｂｉ^３＋の最大置換レベルは、十二面体部位における三価の希土類イオンのサイズに影響されることができ、化学式において１．２〜１．８の間に変化することができる。

場合によって、Ｂｉ^３＋の置換レベルは、他の部位上の置換に影響されることができる。Ｂｉ^３＋が非磁性であるため、四面体部位および八面体部位のＦｅ^３＋イオンに影響を与えることによって、ファラデー回転を影響することができる。これは、スピン軌道の相互作用であると考えられる。Ｂｉ^３＋が既存のＦｅ^３＋対の遷移を改変するため、Ｆｅ^３＋イオンの異方性および大きなファラデー回転を含む光学効果の両方における変化を期待することができる。Ｂｉ^３＋置換されたＹＩＧのキュリー温度も、低いレベルのＢｉ^３＋置換で増加することができる。

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。第１構造例としては、化学式Ｂｉ_０．５Ｙ_{２．５−ｘ}Ｃａ_ｘＺｒ_ｘＦｅ_５−ｘＯ_１２において、Ｂｉを固定し、ｘを約０〜０．３５に変化させることによってＺｒを変化させた。第２構造例としては、化学式Ｂｉ_ｘＹ_{２．６５−ｘ}Ｃａ_０．３５Ｚｒ_０．３５Ｆｅ_４．６５Ｏ_１２において、Ｚｒを固定し、ｘを約０．５〜１．４に変化させることによってＢｉを変化させた。

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。曲線からは、Ｂｉ＝０．５およびＺｒ＝０のときに、材料が（空隙率補正後８０Ｏｅに近い）比較的に高い線幅を有することが分かる。このことは、補正されても約１７Ｏｅという非常に低いＯｅ値しか有さない標準のＹ_３Ｆｅ_５Ｏ_１２と対照であり、非磁性のＢｉ^３＋が実質的に八面体部位および四面体部位のＦｅ^３＋から寄与された磁気結晶異方性Ｋ_１を高めることができるということを示している。

Ｂｉを含まないガーネットから見られるように、キュリー温度のある程度の低下にもかかわらず、導入されたＺｒ^４＋の量を増加すると、異方性への寄与が徐々に低下し、Ｚｒ＝０．３５のとき、線幅が非常に低いであることが分かる。期待される結果としては、Ｚｒの寄与によって相殺されるＢｉの含有量によって、キュリー温度が高くなるということである。

図１０によりさらに示すように、一般的にＺｒの含有量が増加すると、４πＭ_ｓの値が増加するが、Ｋ_１／Ｍ_ｓ寄与に対する影響が圧倒的にＫ_１にあるため、重要な技術的突破を表している。

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１２から分かるように、Ｂｉの含有量が約１．０よりも大きい場合、誘電率がＢｉの含有量の増加につれて大きく増加する。いくつかの実現例において、その増加した誘電率は、所望の特性を有するＲＦ装置を製造するために利用することができる。

式中のＢｉ^３＋の最大含有量が１．４であったと考えられる。この量は、少なくとも検査されたＺｒ^４＋の置換範囲におけるＹ^３＋を置換する最適なまたは所望の量であり得る。所望のＢｉの含有量が１．４である例の場合、キュリー温度を実質的に減らすことなく、線幅を減らすまたは最小化するために、Ｚｒ^４＋の含有量を最適化することが望ましい。また、（たとえば、Ｙ系ＺｒガーネットまたはＩｎＣａ−Ｖガーネットから見られるように）キュリー温度で大幅に減らすことなく、一定の磁化範囲をもたらすことができる一定範囲のＶ^５＋置換を実現させる可能性もあると考えられる。

少なくとも上記の一部に基づいて、Ｂｉ置換されたガーネット組成物を最適化または改良するために、以下の置換物を検証した。たとえば、Ｃａ^２＋を用いてＶ^５＋を均衡させる場合、２つのＣａ^２＋が１つのＶ^５＋を置換する割合でより多くのＹ^３＋を置換することができる。別の例において、Ｚｒ^４＋を用いる場合、１つのＣａ^２＋が１つのＹ^３＋を置換することができるため、代わりにＮｂ^５＋を八面体部位に用いることができれば、組成物からより多くのＹ^３＋を置換することができる。

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。測定は、Ｚｒ含有量を改良または最適化するために、上述のように選択されたＢｉの含有量（約１．４）に基づいて行われた。例として、測定結果に基づき、０．５５のＺｒ含有量が選択され、Ｖ^５＋含有量の変化による効果を検証した。

図１４は、Ｖ５＋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。測定のために、Ｂｉ含有量が約１．４に固定され、Ｚｒ含有量が約０．５５に固定された。留意すべきことは、最大Ｖ^５＋置換の場合、組成物例（Ｂｉ_１．４Ｃａ_１．６Ｚｒ_０．５５Ｖ_{０．５２５}Ｆｅ_{３．９２５}Ｏ_１２）が希土類を実質的に含まないことである。

ＲＦ設備に照らして、上記の希土類を含まない組成物例（Ｂｉ_１．４Ｃａ_１．６Ｚｒ_０．５５Ｖ_{０．５２５}Ｆｅ_{３．９２５}Ｏ_１２）から、以下の観察結果を得ることができる。すなわち、誘電率が約２７である。これは、Ｂｉ^３＋における「孤立電子対」がイオン分極率を大いに増加させることができることから起因すると考えられる。誘電損失が０．０００４未満であり、ほとんどの設備に有用である。（線幅としての）磁気損失が約１１エルステッドであり、最良のＹ系ガーネットに匹敵する。４πＭ_ｓが約１１５０ガウスであり、移動通信インフラのような多くのＲＦ設備に有用である。キュリー温度が約１６０℃であり、ほとんどの設備に有用である。

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。

本願明細書で説明したように、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形成することができ、形成されたガーネットがＲＦ設備のような設備用の装置に使用できる所望の特性を有することができる。いくつかの実現例において、そのような装置を構成してＢｉ^３＋イオンの独特の特性を活用することができる。

たとえば、Ｂｉ^３＋イオンの「孤立電子対」は、イオン分極率を増加させることができ、したがって誘電率を増加させることができる。このことは、図１４から観察された結果と一致する。その例では、式中のＢｉを最大置換の１．４にすることによって、ガーネットを標準のＹＣａＺｒＶガーネットからＢｉＣａＺｒＶにしたときに、誘電率が１５から２７におよそ倍増された。このような誘電率の増加は、さまざまな形で利用することができる。

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。

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
本願明細書に記載するように、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、必ずしも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。

高密度の多結晶セラミック材料からなるマイクロ波フェライトガーネットおよびスピネルの誘電率の値は、一般的に１２〜１８である。このようなガーネットは、低い共鳴線幅を有するため、一般的に、たとえばＵＨＦおよび低マイクロ波領域に動作する超強磁性共鳴設備に使用される。このようなスピネルは、高い磁化を有するため、一般的に、たとえば中〜高マイクロ波周波数の低共鳴設備に使用される。このようなフェライト装置を使用する実質的にすべてではなくても殆どのサーキュレーターまたはアイソレーターは、トリプレート／ストリップラインまたは導波路構造を有するように設計されている。

低線幅ガーネットの誘電率の値は、一般的に１４〜１６にある。これらの材料は、約１６の誘電率を有するイットリウム鉄ガーネット（ＹＩＧ）、または誘電率を１４前後に減らすことができるアルミニウム若しくはジルコニウム／バナジウムなどの組合わせを用いてその化合物を置換した置換物をベースにすることができる。たとえば、リチウムチタン系スピネルフェライトが最大２０に近い誘電率を有するが、一般的に狭い線幅を有しないため、多くのＲＦ設備に適していない。

本願明細書に記載したように、ビスマスを用いてイットリウムを置換して得られたガーネットは、はるかに高誘電率を有することができる。また、本願明細書に記載したように、低線幅を維持するために、ビスマス置換物と連携してジルコニウムを使用する場合、表２の例により示すように、ガーネットの誘電率を増加することができる。

表２は、ガーネットの誘電率を倍以上にすることが可能であることを示している。いくつかの実現例において、八面体部位および四面体部位の一方または両方に（たとえば、それぞれジルコニウムまたはバナジウムのような）非磁性置換物を有するものを含め、ビスマスを含有する組成物に対し、誘電率の増加を維持することができる。高極性のイオンを使用すれば、誘電率をさらに増加することができる。たとえば、ニオブまたはチタンは、八面体部位または四面体部位に置換することができ、チタンは、両方の部位に入る可能性がある。

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。

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。

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。

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、３．６３χλ／２πに等しい（三角形の高さ）Ａを使用する。

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。

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、導波路に関連する接合部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。

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を参照して説明される。

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。

本願明細書に記載されかつ図１５Ｂに示すように、フェライト装置２００は、縮小した辺長Ｓおよび厚さｄ′を有する三角形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２を参照して説明したように、三角形のフェライトディスクの高さＡ（辺長Ｓから得ることができる）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素子２００の誘電率が増加すると、辺長Ｓ′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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。２つのサーキュレーター（ＴＴＶＧ−１２００およびＴＴＨｉＥ−１２００）の損失曲線の縁部を示す周波数および損失の値は、図１７においてそれぞれの痕跡マーカにより示され、表３に列挙される。

上記の測定結果に基づいて、ＴＴＶＧ−１２００構成が約２．７ＧＨｚの中心動作周波数を有し、ＴＴＨｉＥ−１２００構成が約２．０ＧＨｚの中心動作周波数を有することは分かる。ＴＴＨｉＥ−１２００構成の中心動作周波数とＴＴＶＧ−１２００構成の中心動作周波数との比は、約０．７４である。誘電率の増加による周波数の理論減少は、誘電率の比率の平方根に比例するように、（たとえば、Ｂｏｓｍａ方程式を用いて）算出することができるということが知られている。したがって、誘電率の比の平方根計算の結果、すなわち√（１４．４／２６．７３）＝０．７３４であり、測定結果から得られた減少値０．７４とよく一致している。

ＴＴＨｉＥ−１２００構成を備える２５ｍｍサーキュレーター例およびＴＴＶＧ−１２００構成を備える２５ｍｍサーキュレーター例に対し、相互変調を比較することにより、以下の結果が得られる。室温で２×４０Ｗ階調の場合、ＴＴＶＧ−１２００構成は、２．７ＧＨｚで約−７８ｄＢｃの相互変調性能が得られ、ＴＴＨｉＥ−１２００構成は、１．８ＧＨｚで約−７０ｄＢｃの相互変調性能が得られる。バイアス磁界の減少により、このような結果が期待されるべきである。

本願明細書に記載されたＴＴＨｉＥ−１２００フェライトをさらに特徴づけるために、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。２×１５Ｗ階調の場合の相互変調値が表４に列挙され、さまざまなパラメータが「パラメータ」欄に示されている。

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。

新型のガーネット系列およびそれに関連する装置のさまざまな例は、本願明細書に記載される。いくつかの実施形態において、新型のガーネット系列は、低損失フェライト装置の形成を可能にするビスマスを高レベルで含むことができる。さらに、他の要素を選択添加することによって、商業ガーネットを含め、ガーネットにおける希土類の含有量を減らすまたは希土類をなくすことができる。希土類の含有量を減らすまたはなくすことは、イットリウムを減らすまたはなくすことを含むが、イットリウムに限定されていない。いくつかの実施形態において、本願明細書に記載のガーネット系列は、非Ｂｉガーネットの誘電率を大幅に増加する（たとえば、二倍に）ことによって、従来のガーネットに関連されたフェライト装置の印刷回路の設置面積を大幅に減少する（たとえば、半分に）ことを可能にするように、構成されることができる。

本願明細書に記載されたいくつかの実現例において、合成ガーネット材料が十二面体部位を有する構造を含み、ビスマスが十二面体部位の少なくとも一部を占有することができる。いくつかの実施形態において、このようなガーネット材料は、少なくとも１８．０、１９．０、２０．０、２１．０、２２．０、２３．０、２４．０、２５．０、２６．０または２７．０という誘電率値を有することができる。

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。

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。

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。このような無線通信基地局は、図２０を参照して説明した例示の、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１つ以上のアンテナ４１２を含むことができる。このようなアンテナは、本願明細書に記載された１つ以上のサーキュレーター／アイソレーターを備えた回路および装置に連結することができる。いくつかの実施形態において、無線通信基地局は、送受信機、合成器、ＲＸフィルタ、ＴＸフィルタ、磁気アイソレーターおよびアンテナを備えることができる。磁気アイソレーターは、単一チャンネルのＰＡ、およびコネクタ化かつ一体化のトリプレートまたはマイクロストリップドロップインに組込むことができる。いくつかの実現例において、磁気アイソレーターは、少なくとも一部のイットリウムが本開示に記載された特定の実施形態に従って置換され、従来の合成ガーネットと同等な磁気特性を有する改質された合成ガーネット材料を含む。

本願明細書に記載したように、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、用途に応じて、交換可能または別体に使用することができる。たとえば、サーキュレーターは、アンテナと送信機と受信機との間にＲＦ信号を選択的にルーティングするために、ＲＦ設備に使用される受動装置として用いることができる。信号が送信機とアンテナとの間にルーティングされる場合、受信機は、好ましくは隔離されるべきである。従って、このようなサーキュレーターは、時々アイソレーターと呼ばれる。その隔離性能は、サーキュレーターの性能を表すことができる。

改質された合成ガーネット組成物を備える一体型の同調可能なフェライトロッド
いくつかの実施形態において、一体型の同調可能なフェライトロッドは、上述の合成ガーネットから形成することができる。特定の材料に限定されず、他の材料を用いて形成することもできる。この一体型の同調可能なフェライトロッドは、共振器のような多くの種類の高周波装置に組込ることができまたはそれらとともに使用することができる。図２１は、フェライトロッドが配置された空胴を有する共振器の一般的な実施形態を示す図である。いくつかの実施形態において、フェライトロッドは、以下で説明される一体型フェライトロッドであってもよい。図２１は、フェライトロッドを有する共振器空胴の上面図および側面図、ならびに各々の磁場方向および電場方向を示す図である。

共振器は、移動通信用中継塔／中継システムを有する通信基地局のような異なる種類の高周波で動作する設備用のフィルタに使用することができる。しかしながら、多くの場合、移動通信用中継塔／中継システムに使用されたフィルタ、したがって共振器は、正しく機能するために、動作中に異なる周波数に再設定される必要がある。この再設定は、現場から離れた場所でフィルタを取出して機械的に再同調するか、または遠隔起動された電気モータ駆動同調器によって現場で再同調するかによって達成することができる。しかしながら、このような同調には多くの欠点がある。現場から離れた場所での同調は、共振器を取出して交換する必要があるため、同調作業が非常に遅くなる。現場でのモータ駆動同調は、現場から離れた場所での同調よりも高速であるが、同調がミリ秒の範囲の時間を必要となる。従って、共振器をフィルタに使用する場合、速くなった同調速度が有利であり得る。

図２２は、従来技術に使用される誘電体ロッドを示す図である。図示のように、完成品ロッド１５０は、複数の部品、具体的にはセラミックパックおよび別体のセラミック同調要素を含む。同調要素は、共振器を同調するために、特にモータ駆動同調を介して共振器を同調するために、セラミックパック内に配置されなければならない。したがって、従来技術の２つの部品からなる共振器は、パックとして高誘電率材料を使用し、同調素子として別体の磁性フェライト材料を使用する必要がある。２つの異なる材料の部品が必要とされるため、この２つの部品からなる構造の全体的なコストが高くなり得る。また、同調素子のための穴を適切に形成されなければならないため、製造コストを増加する。さらに、上述したように、この種の共振器は、秒レベルの速度しか同調できない。その同調は、同調素子を移動させるために使用されたステッピングモータの速度によって制限され得る。

図２３は、上述した合成ガーネット、ならびに他の材料から製造することができる一体型の同調可能なフェライトロッドの一実施形態を示す図である。この一体型の同調可能なフェライトは、製造が容易だけでなく、同調速度も速くなったため、（たとえば、図２２に示された）従来技術の２つの部品からなる構造によりも、有利であり得る。図示のように、フェライトロッド２０２は、材料から一体に形成することができる。ロッド２０２が磁場により直接同調されることができるため、追加の同調素子が必要としない。従って、ロッド２０２は、従来技術のように別体の同調素子を必要とせず、同調されることができる。この一体型の構造は、誘電体共振器の特性および磁気可調性の両方を可能にする高誘電率を有する上述した合成ガーネット材料を用いて達成することができる。したがって、この一体型のフェライトロッドは、従来技術の２つの部品からなる共振器によりも大幅に改良される。さらに、有利な実施形態に従った一体型のフェライトロッドは、マイクロ秒またはミリ秒の範囲で同調されることができ、従来技術の２つの部品からなる共振器よりもはるかに高速である。いくつかの実施形態において、ロッドは、電磁コイルに急速に変化する電流によって同調されることができる。他の同調方法も同様に使用することができ、同調の種類は限定されない。

いくつかの実施形態において、ロッド状に成形されたフェライト材料は、好ましい消磁係数を有し、共振周波数を設定および調整するためのバイアス磁界の強度を低下させることができるため、ＴＭモードに有用であり得る。共振器は、約０．１０、０．２０、０．３０、０．４０、０．４５、０．５０、０．５５、０．６０、０．６５、０．７０、０．７５、０．８０、０．９０、０．９５または１．００インチの高さｄ２、および約０．１０、０．２０、０．３０、０．４０、０．５０、０．６０、０．７０、０．８０、０．９０または１．００インチの直径ｄ１を有することができる。共振器のサイズおよび形状は、限定されず、他のサイズおよび他の形状の共振器を使用することができる。たとえば、一体型の共振器は、矩形形状であってもよい。

図２４Ａは、空胴２１０を有する共振器の一実施形態を示す側面図である。図示のように、空胴２１２の内壁２１６が寸法ｄ３およびｄ４を有するように設けられ、よって、一体型のフェライトロッド２０２は、ロッド２０２を囲む隙間２１４が存在するように、内壁２１６のほぼ中央に配置されることができる。いくつかの実施形態において、ロッド２０２は、空胴２１２の内部中央に配置されなくてもよい。いくつかの実施形態において、隙間２１４を設けなくてもよい。この場合、ロッド２０２は、空胴２１２の内壁２１６と密着している。たとえば、ｄ３がｄ１に等しくなってもよく、ｄ２がｄ４に等しくなってもよい。

いくつかの実施形態において、磁場２２０は、空胴２１０、そして一体型の同調可能なロッド２０２を通過することができる。磁場２２０は、ロッド２０２の上面と直交する。しかしながら、磁場２２０の方向は、限定されなく、他の磁場方向にすることも可能である。空胴２１２の材料特性が特に限定されないが、空胴を銀めっきすることができる。いくつかの実施形態において、銀めっきは、共振器のＱを最大化にすることに寄与することができる。

図２４Ｂは、図２４Ａに示した実施形態の空胴共振器構造の上面図を示している。フェライトロッドの形状が限定されないが、図示のように、一体型のフェライトロッド２０２を概ね円形にすることができる。磁場２２０は、ロッド２０２の上面と直交するように、ロッド２０２の上面を通過することができる。いくつかの実施形態において、一体型のフェライトロッド２０２は、フェライト２０２ロッドと空胴２１２の内壁２１６との間にスペースを設けずに、空胴２１２と密接して空胴内に配置されることができる。いくつかの実施形態において、空胴２１２は、空胴２１２からカットされた連結器用の穴開口２２２および２２４を有してもよい。連結器用の穴開口２２２および２２４は、ＲＦエネルギーを空胴２１２に結合させるために使用することができる。

図２５は、構築され共振器システムの実施形態を示している。一体型のロッド２０２は、空胴２１２の内部中央に配置することができる。いくつかの実施形態において、共振器２０２の高さは、空胴２１２の高さとほぼ同一にすることができる。いくつかの実施形態において、共振器２０２の高さは、空胴２１２の高さと完全に同一にすることができる。一体型のロッド２０２は、空胴２１２の上下フロア２３２ａおよび２３２ｂによって支持されることができる。

図２６は、１．０２４インチの直径および０．４５インチの高さを有する銀めっきのＴＭモード空胴と、０．４４インチの直径および０．４５インチの高さを有する全長の一体型のフェライトロッドとを備えるＴＴＨｉＥ−１２００に係る実施形態の直流磁界同調からのデータを示している。ＴＴＨｉＥは、１１５０ガウスの４πＭ_ｓおよび２６．７の誘電率を有する。９ＧＨｚにおけるＴＴＨｉＥ−１２００の誘電損失が０．０００５であり、１８０００ＧＨｚのＱＦ積を与えた。上記の高共鳴高Ｑｕ領域のみが示されており、１９２０ＭＨｚから２０５４ＭＨｚを超える範囲において、空胴／フェライトＱ＞２０００。この空胴サイズの平均ＱＦ積は、４０００ＧＨｚである。材料ＱＦ積４００００の標準誘電体を含む同様の空胴は、約６０００ＧＨｚの空胴／誘電体ＱＦ積を与える。直流磁界を同調するために、磁石を使用した。

図２７は、構築された共振器システムの別の実施形態を示す。一体型のロッド２０２を空胴２１２内部の支持体上に配置することができる。したがって、いくつかの実施形態において、ロッド２０２を空胴２１２よりも実質的に小さくすることができる。同様に、一体型のロッド２０２は、空胴２１２の上下フロア２３２ａおよび２３２ｂによって支持されることもできる。

ＴＥモードの実験には、図２８に示すように、使用された直径０．４４インチおよび厚さ０．１７６インチのＴＴＨｉＥ−１２００ディスクが直径１．５インチおよび高さ０．６インチの銀めっき空胴の幾何中心に取付けられ、発泡スチロール（Styrofoam）を用いて固定される。ディスクの上下隙間およびディスクの消磁係数のため、ＤＣ磁石の磁場制限に起因する低共鳴が測定された。しかしながら、高周波数は、磁気損失に寄与する低磁場損失を避ける。強磁性共鳴は、使用された直流磁場が最高であるときに見ることができる。測定された最高Ｑｕが約２０００であり、ＱＦが１２０００ＧＨｚであった。材料ＱＦ積４００００の標準誘電体を含む同様の空胴は、少なくとも３００００ＧＨｚの空胴／誘電体ＱＦ積を与えるだろう。このことは、強磁性共鳴より高い周波数でのＴＭモードに比べて、強磁性共鳴より低い周波数でのＴＥモードの有用性が低いということを示す。

図２９は、同調可能な共振器を形成する方法（３００）を示す。ステップ３０２において、以下に説明する実施形態に従い、同調要素を有しないフェライトロッドを形成することができる。フェライトロッドは、たとえば上記に説明した合成ガーネットから形成されることができる。ステップ３０４において、フェライトロッドを共振空胴３０４内に組立てることができる。ステップ３０６において、システムは、フェライトロッドおよび共振空胴に調整可能な磁場を提供することができる。この磁界は、フェライトロッドに同調素子を導入することなく、共振周波数の同調を可能にすることができる。

図３０は、一実施形態に係る、別体の同調ロッドを有しないフェライトロッドを備える共振器を同調するための方法（３１０）を示す。ステップ３１２において、共振器の共振周波数における変化が望まれるかどうかを決定することができる。共振周波数の変化が望まれる場合に（ステップ３１４）、共振器に変化が誘発され、よって、別体の同調素子を導入することなく、高誘電率フェライトロッドに与えられた静磁場が変化し、所望の共振周波数を生成することができる（ステップ３１６）。

いくつかの実施形態において、上記の共振器は、図３１に示すように、ＴＭまたはＴＥモード共振器として、空胴フィルタ要素に使用されることができる。フェライトロッドは、共鳴させない直流磁場の範囲または共鳴させる直流磁場の範囲にバイアスされることができる。何れかの状況に使用される場合、耐用性は、変化する直流バイアス磁界に従って同調可能なフェライトの透磁性により決められる。いくつかの実施形態において、動作周波数が、４πＭ_ｓ×γ×適切な消磁係数（ＭＨｚ）を超えるため、低磁場損失を回避することができる。いくつかの実施形態において、直流バイアス磁場は、共振器を設定および同調するための電磁場または直流磁場であってもよく、両方の組合わせであってもよい。

いくつかの実施形態において、図３１に示すように、上記の改質されたガーネットおよび一体型のフェライトロッドは、フィルタリングシステム５００に使用することができる。いくつかの実施形態において、システム５００は、たとえば、ベースバンドサブシステム５０２、昇圧変換器５０４、Ｔｘフィルタ５０６、ＰＡ５０８、フィルタダイプレクサ５１０およびアンテナ５１４などの多数の要素から構成することができる。システム５００は、ＬＮＡ５１６、Ｒｘフィルタ５１８、混合器５２０、ＬＯフィルタ５２２および局部発振器５２４をさらに含むことができる。実施形態に係る改質されたガーネットは、システム５００のフィルタなどに使用することができる。

上記の材料の耐用性は、強磁性共鳴および低磁性共鳴の両方において、磁場における合成ガーネットの透磁性の変化に依存する。強磁性共鳴において、耐用性は、高吸収損失により影響され得る。共振器の共振は、たとえばガーネットのようなフェライト棒の強磁性共鳴とは別の物理的影響である。

いくつかの実施形態において、共振器は、特別に選択された室温付近またはキュリー温度において、磁性合金を用いて同調された後、周波数の温度安定性を有することができる。

いくつかの実施形態において、上記の一体型の同調可能なフェライトロッドは、同調可能なロッド自身および多要素のフィルタ完成品の製造コストおよび製造時間を大幅に短縮することができる。図３１に示すように、この多要素のフィルタ完成品は、各ポールに２つの要素ではなく１つの結合した要素を含む。基地局フィルタが約３つのポールを有することができるが、マルチプレックスフィルタが２０以上のポールを有することができる。したがって、一体型の同調可能なフェライトロッドは、より大きなマルチプレックスフィルタの製造時間を大幅に短縮することができる。

図３２〜３６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装置を製造するためのプロセスを示している。図３２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プロセス２０を示す。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。

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。

図３２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。

いくつかの実現例において、図３２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。

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３３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３４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。

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３５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３６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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

「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。

「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。

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。

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。

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。

１１ 製品、１２ 装置

Claims (19)

1. 銀の塗膜を有する空胴と、
   一種の材料から形成された同調可能な磁気素子を備え、前記空胴内に配置される一体型の誘電体共振器と、
   調節可能な磁場とを含み、
   前記塗膜は、前記誘電体共振器のＱを最大化するように塗布され、
   前記誘電体共振器は、２０以上の誘電率を有し、かつ、約２．５４ｍｍの直径および高さを有する、同調可能な共振器システム。
2. 前記誘電体共振器は、ミリ秒レベルで同調する、請求項１に記載の同調可能な共振器システム。
3. 前記誘電体共振器は、マイクロ秒レベルで同調する、請求項１に記載の同調可能な共振器システム。
4. 前記誘電体共振器は、２６．７の誘電率を有する、請求項１に記載の同調可能な共振器システム。
5. 前記誘電体共振器は、ＴＥモードの共振器である、請求項１に記載の同調可能な共振器システム。
6. 前記誘電体共振器は、ＴＭモードの共振器である、請求項１に記載の同調可能な共振器システム。
7. 前記材料は、合成ガーネットである、請求項１に記載の同調可能な共振器システム。
8. 前記合成ガーネットは、Ｂｉ_ｘＣａ_ｙ＋２ｘＹ_{３−ｘ−ｙ−２ｚ}Ｆｅ_{５−ｙ−ｚ}Ｚｒ_ｙＶ_ｚＯ_１２である、請求項７に記載の同調可能な共振器システム。
9. 前記合成ガーネットは、Ｂｉ_ｘＹ_{３−ｘ−０．３５}Ｃａ_０．３５Ｚｒ_０．３５Ｆｅ_４．６５Ｏ_１２である、請求項７に記載の同調可能な共振器システム。
10. 前記合成ガーネットは、Ｂｉ（Ｙ，Ｃａ）_２Ｆｅ_４．２Ｍ^Ｉ _０．４Ｍ^ＩＩ _０．４Ｏ_１２である、請求項７に記載の同調可能な共振器システム。
11. 前記合成ガーネットは、Ｙ_{２．１５−２ｘ}Ｂｉ_０．５Ｃａ_{０．３５＋２ｘ}Ｚｒ_０．３５Ｖ_ｘＦｅ_{４．６５−ｘ}Ｏ_１２である、請求項７に記載の同調可能な共振器システム。
12. 前記合成ガーネットは、Ｂｉ_０．９Ｃａ_０．９ｘＹ_{２．１−０．９ｘ}（Ｚｒ_０．７Ｎｂ_０．１）_ｘＦｅ_{５−０．８ｘ}Ｏ_１２である、請求項７に記載の同調可能な共振器システム。
13. 前記合成ガーネットは、Ｂｉ_０．９Ｃａ_{０．９＋２ｘ}Ｙ_{２．１−０．９−２ｘ}Ｚｒ_０．７Ｎｂ_０．１Ｖ_ｘＦｅ_{４．２−ｘ}Ｏ_１２である、請求項７に記載の同調可能な共振器システム。
14. 前記合成ガーネットは、Ｂｉ_１．４Ｃａ_{０．５５＋２ｘ}Ｙ_{１．０５−２ｘ}Ｚｒ_０．５５Ｖ_ｘＦｅ_{４．４５−ｘ}Ｏ_１２である、請求項７に記載の同調可能な共振器システム。
15. 前記合成ガーネットは、Ｙ_２ＣａＦｅ_４．４Ｚｒ_０．４Ｍｏ_０．２Ｏ_１２である、請求項７に記載の同調可能な共振器システム。
16. 前記合成ガーネットは、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材料である、請求項７に記載の同調可能な共振器システム。
17. アンテナと、
    サブシステムと、
    変換器と、
    一種の材料から形成された同調可能な磁気素子を備え、銀の塗膜を有する空洞内に配置される一体型の誘電体共振器を有する少なくとも１つのフィルタとを含み、前記塗膜は、前記誘電体共振器のＱを最大化するように塗布され、
    前記誘電体共振器は、２０以上の誘電率を有し、かつ、約２．５４ｍｍの直径および高さを有する、アンテナシステム。
18. 誘電体材料用粉末を作製するステップと、
    前記粉末を成形するステップと、
    前記成形された粉末を焼結することにより、一種の材料から形成された同調可能な磁気素子を備え、銀の塗膜を有する空胴内に配置される一体型の誘電体共振器を形成するステップとを含み、前記塗膜は、前記誘電体共振器のＱを最大化するように塗布され、
    前記誘電体共振器は、２０以上の誘電率を有し、かつ、約２．５４ｍｍの直径および高さを有する、同調可能な共振器システムを形成する方法。
19. 前記一体型の誘電体共振器を空胴内に挿入するステップと、調節可能な磁場を印加するステップとをさらに含む、請求項１８に記載の方法。

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