(57)【要約】      （修正有）【課題】第１周波数範囲内で作動する小型のサーキュレータ／アイソレータアセンブリを提供する。【解決手段】サーキュレータ／アイソレータアセンブリ２１０は、第１表面２２２と第２表面２２４、及び第１表面２２２上に形成された第１接地平面２２６を有する第１磁気基板２２０と、第１磁気基板２２０に隣接して配置された誘電層２３０を含む。誘電層２３０は、第１面２３２に配置され、かつ、第１周波数範囲内で共振になるよう形作られた複数ポート中継回路２３６を備える。複数ポート中継回路２３６は、複数の高周波伝送トレース２３８と連結した導電体ディスクを備え、第１高周波伝送トレース２３８ａは入力ポートを形成し、第２高周波伝送トレース２３８ｃは出力ポートを形成する。さらに誘電層２３０の第２面２３４に配置された接地平面、及び、誘電層の複数ポート中継回路２３６に近接して配置された第1磁性シリンダ２５０を備える。【選択図】図２Ａ
2015015712.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンテナアセンブリであって、
第１放射素子と第２放射素子、及び、
前記第１放射素子及び前記第２放射素子と連結した、第１周波数範囲内で作動するサーキュレータ／アイソレータアセンブリを備え、前記サーキュレータ／アイソレータアセンブリは、
第１表面と第２表面、及び前記第１表面上に形成された第１接地平面を有する第１磁気基板と、
前記第１磁気基板に隣接して配置された誘電層を含み、前記誘電層は、前記誘電層の第１面に配置され、かつ、前記第１周波数範囲内で共振になるよう形作られた複数ポート中継回路を備え、前記複数ポート中継回路は、複数の高周波伝送トレースと連結した導電体ディスクを備え、第１高周波伝送トレースは入力ポートを形成し、第２高周波伝送トレースは出力ポートを形成し、
前記誘電層の第２面に配置された接地平面、及び、
第１磁性シリンダがサーキュレータを励磁するように、前記誘電層の前記複数ポート中継回路に近接して配置された前記第１磁性シリンダを含み、前記第１磁気基板内の不可逆性磁束フィールドは、電磁波の伝播を前記複数ポート中継回路の単一方向に限定する、アンテナアセンブリ。
【請求項２】
前記第１磁気基板は強磁性基板又はフェライト基板のうち少なくとも一つを備える、請求項１に記載のアンテナアセンブリ。
【請求項３】
第１磁石は前記第１磁気基板の前記第１接地平面に配置された、請求項１に記載のアンテナアセンブリ。
【請求項４】
前記第１磁石は前記複数ポート中継回路の反対側に配置された、請求項３に記載のアンテナアセンブリ。
【請求項５】
前記第１磁石は前記誘電層の第２表面に配置された、請求項１に記載のアンテナアセンブリ。
【請求項６】
前記第１磁石は前記複数ポート中継回路の反対側に配置された、請求項５に記載のアンテナアセンブリ。
【請求項７】
前記複数の高周波伝送トレースに近接した少なくとも一つの接地平面を更に備える、請求項６に記載のアンテナアセンブリ。
【請求項８】
前記第１の磁石の反対側に配置された第２の磁石を更に備える、請求項１に記載のアンテナアセンブリ。
【請求項９】
前記第２の磁石に隣接して配置された第３の基板を更に備える、請求項８に記載のアンテナアセンブリ。
【請求項１０】
前記複数の高周波伝送トレースのうち一つは負荷抵抗器に連結され、前記アセンブリがアイソレータとして作動するよう構成されている、請求項１に記載のアンテナアセンブリ。
【請求項１１】
無線通信システムで送信／受信モジュールを通じて一又は複数の通信信号を伝える方法であって、
前記送信／受信モジュールで一又は複数の通信信号を受信すること、及び、
前記通信信号に、第１周波数範囲内で作動するサーキュレータ／アイソレータアセンブリを備える少なくとも一つの通信チャネルを通過させることを含み、前記サーキュレータ／アイソレータアセンブリは、
第１表面と第２表面、及び前記第１表面上に形成された第１接地平面を有する第１磁気基板と、
前記第１磁気基板に隣接して配置された誘電層を含み、前記誘電層は、前記誘電層の第１面に配置され、かつ、前記第１周波数範囲内で共振になるよう形作られた複数ポート中継回路を備え、前記複数ポート中継回路は、複数の高周波伝送トレースと連結した導電体ディスクを備え、第１高周波伝送トレースは入力ポートを形成し、第２高周波伝送トレースは出力ポートを形成し、
前記誘電層の第２面に配置された接地平面、及び、
第１磁性シリンダがサーキュレータを励磁するように、前記誘電層の前記複数ポート中継回路に近接して配置された前記第１磁性シリンダを含み、前記第１磁気基板内の不可逆性磁束フィールドは、電磁波の伝播を前記複数ポート中継回路の単一方向に限定する、方法。
【請求項１２】
一又は複数の通信信号を前記送信／受信モジュールで受信することは、一又は複数の通信信号を、外部機器から、無線通信リンクを介して受信することを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
一又は複数の通信信号を前記送信／受信モジュールで受信することは、前記送信／受信モジュールと連結した機器内で生成された一又は複数の通信信号を受信することを含む、請求項１１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本書に記載されている主題は、高周波（ＲＦ）機器内で使用されるサーキュレータ及びアイソレータ、より具体的には、スペース並びに実装の制限により従来型のサーキュレータ又はアイソレータの使用が不可能な、フェイズドアレイアンテナシステム及び他の高周波機器と共に使用することに適した実装構造を有する、統合型のサーキュレータ又はアイソレータに関する。
【背景技術】
【０００２】
フェイズドアレイアンテナ、レーダーシステム及び他の様々な形態の電子センサ、並びに通信システム又は通信サブシステムにおいては、フェライトサーキュレータ及びアイソレータが、かかるシステムの高周波フロントエンド回路で重要な機能を果たす。一般的に、広く「不可逆的電磁エネルギー伝播」機器と呼ばれるかかる機器は、電磁波エネルギーの流れを、高周波送信機へ、または高周波受信機からの一方向のみに制限するために使用される。サーキュレータ及びアイソレータは、多重バンド作動のための周波数マルチプレクサとして、電磁エネルギーの送信及び受信を異なるチャネルに導くためにも使用されうる。他の用途には、入来高周波エネルギーが送信機回路に入り込むのを防ぐことにより、高感度の電子機器を性能劣化又は損傷から防御することが包含される。
【０００３】
従来型のマイクロストリップサーキュレータ機器は、三つ以上のポートを形成するよう上面の上に具現化された高周波伝送路を備えたフェライト基板から成る。接地平面は一般的に、図１及び２に示すように、基板の裏面上に形成される。アイソレータとは単に、三つのポートのうち一つが負荷抵抗器で終結しているサーキュレータのことである。
【０００４】
サーキュレータ機器は、フェライト材料、一般的にはイットリウム・鉄・ガーネット（ＹＩＧ）の磁気回転特性を使用して、マイクロ波特性の損失を低く抑えている。フェライト基板は、外部の、永久磁石からの静磁場によってバイアスされる。フェライト基板における磁化ベクトルは、ただ一つの周方向に歳差運動するため、図１の矢印によって示されるような、電磁波が伝播する不可逆的な経路を形成する。しかし、動作周波数が高くなるほどより強いバイアスフィールドを要し、このことによってより強力な磁石が必要になる。
【０００５】
フェイズドアレイアンテナは、一連の独立したアクティブモジュール要素によって形成されたアンテナである。フェイズドアレイアンテナを包含する用途において、放射／受信素子の各々は、アンテナモジュール内で、一又は複数のかかるフェライトサーキュレータ又はアイソレータを使用しうる。しかしアンテナ設計者にとっては、どのような機器でも、大部分のフェイズドアレイアンテナで利用可能な既に限定されているスペースに組み入れることは、特に厳しい課題となり得る。フェイズドアレイアンテナ内に課されたスペースの制限は、アレイの放射／受信素子の間隔が、部分的にはアンテナが実現することを求められる最大走査角度によって、また部分的には、アンテナが作動することを求められる周波数によって、決定されるという事実によるものである。高性能のフェイズドアレイアンテナについては、この間隔は一般的に、放射又は受信されている電磁波の波長の半分に近くなる。例えば、２０ＧＨｚのアンテナは約１．５ｃｍすなわち０．６インチの波長を有することになるため、素子間隔は０．７５ｃｍすなわち０．３インチにしかならない。この間隔は、アンテナの動作周波数が増大するにつれ、狭くなっていくばかりである。ゆえに、従来型のサーキュレータ機器（例えば従来型のマイクロストリップサーキュレータ）は、基板上に高周波伝送路が具現化されたフェライト基板、及び、フェライト基板に取り付けられた永久磁石を備えているため、三つの次元全てに物理的なサイズ制限がある。
【０００６】
結果として、従来型のマイクロストリップサーキュレータ／アイソレータは、フェライト基板の材料とはまったく異なる非磁性基板材料で作られたフェイズドアレイモジュール回路基板上に乗せられる必要がある。更に厄介なことに、動作周波数の増大に伴ってより強力な永久磁石が必要になるため、動作周波数が増大するにつれ、フェライトサーキュレータ／アイソレータのサイズが縮小することはない。より強力な永久磁石に対する必要性を満たすことは、材料の制限によって、一層難しくなる。その上、従来型のサーキュレータ／アイソレータのポートを、マイクロ波回路のそれ以外の部分に接続するために、ワイヤボンディング接続が求められる。したがって、アンテナの動作周波数が増大する、或いは、アンテナの性能要件（すなわち走査角度要件）が増加するにつれ、従来型のサーキュレータ／アイソレータの実装は、フェイズドアレイアンテナの内部では、ますます困難かつ厳しいものになる。これらと同一の実装制限は、従来型のサーキュレータ又はアイソレータを収容するスペースがどうしても不十分な、他の形態の高周波機器においても存在する。
【０００７】
したがって、サーキュレータ／アイソレータアセンブリは、高周波通信用途において、広範な使用に供されうる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許番号５，２５６，６６１
【特許文献２】米国特許番号７，４９５，５２１
【特許文献３】米国特許番号８，３４４，８２０
【特許文献４】米国特許番号６，７１４，１６３
【特許文献５】米国特許番号６，６７０，９３０
【特許文献６】米国特許番号６，５８０，４０２
【特許文献７】米国特許番号６，４２４，３１３
【特許文献８】米国特許出願シリアル番号１０／６２５，７６７（２００３年７月２３日出願）
【特許文献９】米国特許出願シリアル番号１０／９１７，１５１（２００４年８月１２日出願）
【特許文献１０】米国特許番号７，２５６，６６１
【発明の概要】
【０００９】
一態様では、第１周波数範囲内で作動するサーキュレータ／アイソレータアセンブリが開示されており、サーキュレータ／アイソレータアセンブリは、第１表面と第２表面、及び第１表面上に形成された第１接地平面を有する第１磁気基板と、第１磁気基板に隣接して配置された誘電層を含み、誘電層は、誘電層の第１面に配置され、かつ、第１周波数範囲内で共振になるよう形作られた複数ポート中継回路を備え、複数ポート中継回路は、複数の高周波伝送トレースと連結した導電体ディスクを備え、第１高周波伝送トレースは入力ポートを形成し、第２高周波伝送トレースは出力ポートを形成し、誘電層の第２面に配置された接地平面、及び、第１磁性シリンダがサーキュレータを励磁するように、誘電層の複数ポート中継回路に近接して配置された第１磁性シリンダを含み、第１磁気基板内の不可逆性磁束フィールドが、電磁波の伝播を複数ポート中継回路の単一方向に限定する。
【００１０】
別の一態様では、アンテナアセンブリが開示されている。アンテナアセンブリは、第１放射素子、第２放射素子、及び、サーキュレータ／アイソレータアセンブリを備え、サーキュレータ／アイソレータアセンブリは、第１表面と第２表面、及び第１表面上に形成された第１接地平面を有する第１磁気基板と、第１磁気基板に隣接して配置された誘電層を含み、誘電層は、誘電層の第１面に配置され、かつ、第１周波数範囲内で共振になるよう形作られた複数ポート中継回路を備え、複数ポート中継回路は、複数の高周波伝送トレースと連結した導電体ディスクを備え、第１高周波伝送トレースは入力ポートを形成し、第２高周波伝送トレースは出力ポートを形成し、誘電層の第２面に配置された接地平面、及び、第１磁性シリンダがサーキュレータを励磁するように、誘電層の複数ポート中継回路に近接して配置された第１磁性シリンダを含み、第１磁気基板内の不可逆性磁束フィールドが、電磁波の伝播を複数ポート中継回路の単一方向に限定する。
【００１１】
別の一態様では、無線通信システムで送信／受信モジュールを通じて一又は複数の通信信号を伝える方法は、送信／受信モジュールで一又は複数の通信信号を受信すること、及び、通信信号に、サーキュレータ／アイソレータアセンブリを備える少なくとも一つの通信チャネルを通過させることを含む。サーキュレータ／アイソレータアセンブリは、第１表面と第２表面、及び第１表面上に形成された第１接地平面を有する第１磁気基板と、第１磁気基板に隣接して配置された誘電層を含み、誘電層は、誘電層の第１面に配置され、かつ、第１周波数範囲内で共振になるよう形作られた複数ポート中継回路を備え、複数ポート中継回路は、複数の高周波伝送トレースと連結した導電体ディスクを備え、第１高周波伝送トレースは入力ポートを形成し、第２高周波伝送トレースは出力ポートを形成し、誘電層の第２面に配置された接地平面、及び、第１磁性シリンダがサーキュレータを励磁するように、誘電層の複数ポート中継回路に近接して配置された第１磁性シリンダを含み、第１磁気基板内の不可逆性磁束フィールドが、電磁波の伝播を複数ポート中継回路の単一方向に限定する。
【００１２】
更に本開示は、以下の条項による実施形態を含む。
【００１３】
第１条項  第１周波数範囲内で作動するサーキュレータ／アイソレータアセンブリであって、
第１表面と第２表面、及び第１表面上に形成された第１接地平面を有する第１磁気基板と、
第１磁気基板に隣接して配置された誘電層を含み、誘電層は、誘電層の第１面に配置され、かつ、第１周波数範囲内で共振になるよう形作られた複数ポート中継回路を備え、複数ポート中継回路は、
複数の高周波伝送トレースと連結した導電体ディスクを備え、第１高周波伝送トレースは入力ポートを形成し、第２高周波伝送トレースは出力ポートを形成し、
誘電層の第２面に配置された接地平面、及び、
第１磁性シリンダがサーキュレータを励磁するように、誘電層の複数ポート中継回路に近接して配置された第１磁性シリンダを含み、第１磁気基板内の不可逆性磁束フィールドが、電磁波の伝播を複数ポート中継回路の単一方向に限定する。
【００１４】
第２条項  第１磁気基板は強磁性基板又はフェライト基板のうち少なくとも一つを備える、第１条項に記載のサーキュレータ／アイソレータアセンブリ。
【００１５】
第３条項  第１磁石は第１磁気基板の第１接地平面に配置された、第１条項に記載のサーキュレータ／アイソレータアセンブリ。
【００１６】
第４条項  第１磁石は複数ポート中継回路の反対側に配置された、第３条項に記載のサーキュレータ／アイソレータアセンブリ。
【００１７】
第５条項  第１磁石は誘電層の第２表面に配置された、第１条項に記載のサーキュレータ／アイソレータアセンブリ。
【００１８】
第６条項  第１磁石は複数ポート中継回路の反対側に配置された、第５条項に記載のサーキュレータ／アイソレータアセンブリ。
【００１９】
第７条項  複数の高周波伝送トレースに近接した少なくとも一つの接地平面を更に備える、第６条項に記載のサーキュレータ／アイソレータアセンブリ。
【００２０】
第８条項  第１の磁石の反対側に配置された第２の磁石を更に備える、第１条項に記載のサーキュレータ／アイソレータアセンブリ。
【００２１】
第９条項  第２の磁石に隣接して配置された第３の基板を更に備える、第８条項に記載のサーキュレータ／アイソレータアセンブリ。
【００２２】
第１０条項  前記高周波伝送トレースのうち一つは負荷抵抗器に連結され、アセンブリがアイソレータとして作動するよう構成されている、第１条項に記載のサーキュレータ／アイソレータアセンブリ。
【００２３】
第１１条項  アンテナアセンブリであって、
第１放射素子と第２放射素子、及び、
第１放射素子及び第２放射素子と連結した、第１周波数範囲内で作動するサーキュレータ／アイソレータアセンブリを備え、サーキュレータ／アイソレータアセンブリは、
第１表面と第２表面、及び第１表面上に形成された第１接地平面を有する第１磁気基板と、
第１磁気基板に隣接して配置された誘電層を含み、誘電層は、誘電層の第１面に配置され、かつ、第１周波数範囲内で共振になるよう形作られた複数ポート中継回路を備え、複数ポート中継回路は、複数の高周波伝送トレースと連結した導電体ディスクを備え、第１高周波伝送トレースは入力ポートを形成し、第２高周波伝送トレースは出力ポートを形成し、
誘電層の第２面に配置された接地平面、及び、
第１磁性シリンダがサーキュレータを励磁するように、誘電層の複数ポート中継回路に近接して配置された第１磁性シリンダを含み、第１磁気基板内の不可逆性磁束フィールドが、電磁波の伝播を複数ポート中継回路の単一方向に限定する。
【００２４】
第１２条項  第１磁気基板は強磁性基板又はフェライト基板のうち少なくとも一つを備える、第１１条項に記載のアンテナアセンブリ。
【００２５】
第１３条項  第１磁石は第１磁気基板の第１接地平面に配置された、第１１条項に記載のアンテナアセンブリ。
【００２６】
第１４条項  第１磁石は複数ポート中継回路の反対側に配置された、第１３条項に記載のアンテナアセンブリ。
【００２７】
第１５条項  第１磁石は誘電層の第２表面に配置された、第１１条項に記載のアンテナアセンブリ。
【００２８】
第１６条項  第１磁石は複数ポート中継回路の反対側に配置された、第１５条項に記載のアンテナアセンブリ。
【００２９】
第１７条項  複数の高周波伝送トレースに近接した少なくとも一つの接地平面を更に備える、第１６条項に記載のアンテナアセンブリ。
【００３０】
第１８条項  第１の磁石の反対側に配置された第２の磁石を更に備える、第１１条項に記載のアンテナアセンブリ。
【００３１】
第１９条項  第２の磁石に隣接して配置された第３の基板を更に備える、第１８条項に記載のアンテナアセンブリ。
【００３２】
第２０条項  前記複数の高周波伝送トレースのうち一つは負荷抵抗器に連結され、アセンブリがアイソレータとして作動するよう構成されている、第１１条項に記載のアンテナアセンブリ。
【００３３】
第２１条項  無線通信システムで送信／受信モジュールを通じて一又は複数の通信信号を伝える方法であって、
送信／受信モジュールで一又は複数の通信信号を受信すること、及び、
通信信号に、第１周波数範囲内で作動するサーキュレータ／アイソレータアセンブリを備える少なくとも一つの通信チャネルを通過させることを含み、サーキュレータ／アイソレータアセンブリは、
第１表面と第２表面、及び第１表面上に形成された第１接地平面を有する第１磁気基板と、
第１磁気基板に隣接して配置された誘電層を含み、誘電層は、誘電層の第１面に配置され、かつ、第１周波数範囲内で共振になるよう形作られた複数ポート中継回路を備え、複数ポート中継回路は、複数の高周波伝送トレースと連結した導電体ディスクを備え、第１高周波伝送トレースは入力ポートを形成し、第２高周波伝送トレースは出力ポートを形成し、
誘電層の第２面に配置された接地平面、及び、
第１磁性シリンダがサーキュレータを励磁するように、誘電層の複数ポート中継回路に近接して配置された第１磁性シリンダを含み、第１磁気基板内の不可逆性磁束フィールドが、電磁波の伝播を複数ポート中継回路の単一方向に限定する。
【００３４】
第２２条項  一又は複数の通信信号を送信／受信モジュールで受信することは、一又は複数の通信信号を、外部機器から、無線通信リンクを介して受信することを含む、第２１条項に記載の方法。
【００３５】
第２３条項  一又は複数の通信信号を送信／受信モジュールで受信することは、送信／受信モジュールと連結した機器内で生成された一又は複数の通信信号を受信することを含む、第２１条項に記載の方法。
【００３６】
本書で説明される特徴、機能及び利点は、本開示の種々の実施形態で個々に実現可能であり、また、以下の説明及び図面を参照して更なる詳細が理解されうる、更に別の実施形態において組み合わせることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
詳細な説明が添付の図面を参照して記述される。 
【図１】棒状の永久磁石が基板の一表面から分離した状態で示されている、先行技術のサーキュレータ／アイソレータの上面斜視図である。
【図２Ａ】、
【図２Ｂ】、
【図２Ｃ】、
【図２Ｄ】、
【図２Ｅ】、
【図２Ｆ】、
【図２Ｇ】、
【図２Ｈ】及び
【図２Ｉ】様々な実施形態による、サーキュレータ／アイソレータアセンブリの概略的な分解斜視図である。
【図３】様々な実施形態による、サーキュレータ／アイソレータアセンブリの性能パラメータを示すグラフである。
【図４】実施形態による、多重チャネルのフェイズドアレイアンテナの一部に組み込まれたサーキュレータ／アイソレータアセンブリの斜視図である。
【図５】様々な実施形態による、無線通信システムで送信／受信モジュールを通じて一又は複数の通信信号を伝える方法における作業を示すフローチャートである。
【図６】様々な実施形態による、サーキュレータ／アイソレータアセンブリを作る方法における作業を示すフローチャートである。
【００３８】
本開示内で示される図面の各々は、提示されている実施形態の一態様の一変異を示すものであるが、相違点については詳細に後述する。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
下記の記述では、様々な実施形態を徹底的に理解するため、多数の具体的な詳細事項が記載されている。しかしながら、当業者であれば、様々な実施形態が具体的な詳細事項なしで実行可能であることが理解されるであろう。他の事例では、具体的な実施形態を不明瞭にすることがないよう、よく知られている方法、手続き及び構成要素については、詳細に図解または解説していない。
【００４０】
サーキュレータアセンブリの様々な実施例は、全てＣｈｅｎ氏他の出願による米国特許番号５，２５６，６６１、７，４９５，５２１及び８，３４４，８２０において、記述され、特許請求されており、これらの実施例の開示については、引用により本書に組み入れられている。つまり、本出願は、フェイズドアレイアンテナ構造物において使用されうるサーキュレータアセンブリの代替的な構造を記述するものである。
【００４１】
図２Ａ〜２Ｅは、様々な実施形態による、サーキュレータ／アイソレータアセンブリ２１０の分解斜視図である。最初に図２Ａを参照するに、一実施形態において、サーキュレータ／アイソレータアセンブリ２１０は、第１磁気基板２２０、複数の高周波伝送トレース２３８と連結した複数ポート中継回路２３６を備える誘電層２３０、及び、誘電層２３０の複数ポート中継回路２３６に近接して配置された磁石２５０を含む。
【００４２】
第１磁気基板２２０は、図２Ａで上部表面として表されている第１表面２２２と、図２Ａで下部表面として表されている第２表面２２４を有する。第１磁気基板２２０の寸法は多様でありうる。例えば、Ｋｕ波帯周波数に対する一実行形態では、第１磁気基板２２０の寸法は、縦横およそ０．２８インチ（７．１ｍｍ）、かつ全厚およそ０．０２インチ（０．５ｍｍ）となる。
【００４３】
一実施形態では、第１磁気基板２２０は、平面構造に形成されたイットリウム・鉄・ガーネット（ＹＩＧ）フェライト基板を含む材料によって形成される。スピネル又は六方晶などのフェライトを含む、第１磁気基板２２０に適当な他の材料は、必要な動作周波数及び他の性能パラメータに応じて選ばれる。フェライトは、例えば誘導可能で非導電性の低損失な材料であるなど、優れた強磁性特質を示すこと、及び、第１磁気基板２２０には他の強磁性基板材料も利用できることに留意されたい。
【００４４】
一実施形態では、上面２２６は、第１磁気基板２２０の第１表面２２２上に形成された第１接地平面を含む。いくつかの実施形態では、上面２２６は、第１磁気基板２２０の第１表面２２２上に具現化された層として形成された接地平面を含む。図２Ａに図示された実施形態では、上面２２６（例えば接地平面２２６）は、第１磁気基板２２０の第１表面２２２全体を実質的に覆う。代替的な実施形態では、上面２２６は、第１表面２２２の一部の上に接地平面を有するに過ぎないこともある。
【００４５】
第１磁石２５０の寸法は、必要な磁界の強度に応じて多様にもなりえる。一実施形態では、磁石２５０は、約０．１インチ（２．５ｍｍ）の高さ及び約０．１インチ（２．５ｍｍ）の直径を有する。円形の磁石が示されているが、第１磁石２５０は、三角形、四角形、八角形等、他の形状を備えたものになりうる。同様に、第１磁気基板２２０及び／又は複数ポート中継回路２３６も、三角形、四角形、八角形等、他の形状を備えたものにもなりうる。磁石２５０の磁界強度は、特定の用途に適合するため相当程度に多様でありうるが、一実行形態では、約１０００ガウスから３０００ガウスである。ミリ波の用途（３０ＧＨｚ〜６０ＧＨｚ）に関しては、磁界の強度はおよそ１０，０００ガウス程度にまで高くなる。マイクロ波フィールドに影響を与えることなくかかる磁界強度を提供しうる（ゆえに非導電性である）どのような磁石でも、利用可能である。磁力強度の要件を低減するためには、多くの用途で電磁石も潜在的に使用可能である。多数の供給源から市場で広範に入手可能な棒状の永久磁石も、多くの用途に使用されうる。
【００４６】
誘電層２３０は、第１磁気基板２２０に隣接して配置される。いくつかの実施形態では、誘電層２３０は、プリント基板（ＰＣＢ）、又は他の任意の従来型のマイクロ波基板の一部となりうる。例としては、誘電層２３０は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）材料、又は、アルミナなどのセラミックベースの材料から形成される。誘電層２３０は、本書ではまとめて参照番号２３８と呼ばれる複数の高周波伝送トレース２３８ａ、２３８ｂ、２３８ｃと連結した、複数ポート中継回路２３６を備える。伝送トレース２３８の終端部は入出力ポートと見なされ、それらを通じて高周波エネルギーが伝送される。複数ポート中継回路２３６及び伝送トレース２３８は、誘電層２３０の表面上に形成されるか、又は誘電層２３０に埋め込まれる。
【００４７】
アセンブリ２１０は、第１磁気基板２２０及び第１磁石２５０を、マイクロ波回路アセンブリの一部となりうる誘電層２３０の複数ポート中継回路２３６に近接して位置づけることによって、組み立てられる。第１磁石２５０はサーキュレータを励起し、第１磁気基板２２０内の不可逆性磁束フィールドは、高周波エネルギーが、高周波伝送トレース２３８によって画定されたポートの間をただ一つの周方向に流れる（不可逆性）ことができるように、電磁波の伝播を複数ポート中継回路２３６の単一方向に限定する。
【００４８】
図２Ａに示すアセンブリ２１０は、一又は複数の負荷抵抗器（図示せず）を、高周波伝送トレース２３８によって画定されたポートの一つと電気的に連結することにより、アイソレータとして構成される。例えば、５０オームの負荷抵抗器（図示せず）が、高周波エネルギー終結ポートを形成し、例えば高周波伝送トレース２３８ａから高周波伝送トレース２３８ｃへの高周波エネルギー環流を促進するために、高周波伝送トレース２３８ｂと電気的グランド接続（図示せず）を接続することが可能である。
【００４９】
図２Ｂは、サーキュレータ／アイソレータアセンブリ２１０の代替的な実施形態の概略的な分解斜視図である。２Ｂに図示されたアセンブリ２１０の構成要素それぞれは、図２Ａに図示された構成要素と同一である。図２Ａと２Ｂに図示された実施形態の間の主たる相違点は、第１磁石２５０が、第１磁気基板２２０の上面２２６ではなく、誘電層２３０の第２表面２３４に配置されていることである。アセンブリ２１０は、第１磁気基板２２０及び第１磁石２５０を、マイクロ波回路アセンブリ（例えば、図４に示すアンテナＴ／Ｒモジュール７００）の一部となりうる誘電層２３０の複数ポート中継回路２３６に近接して位置づけることによって、組み立てられる。
【００５０】
図２Ｃは、サーキュレータ／アイソレータアセンブリ２１０の代替的な実施形態の概略的な分解斜視図である。図２Ｃに図示されたアセンブリ２１０の構成要素それぞれは、図２Ａに図示された構成要素と同一である。図２Ａと２Ｃに図示された実施形態の間の主たる相違点は、誘電層２３０の第２表面２３４に配置された第２磁石２５２が付加されていることである。アセンブリ２１０は、第１磁気基板２２０及び第１磁石２５０を、マイクロ波回路アセンブリの一部となりうる誘電層２３０の複数ポート中継回路２３６に近接して位置づけることによって、組み立てられる。二つの磁石２５０、２５２を使用することで、第１磁気基板２２０及び誘電層２３０を通じて、より強力かつより均一に磁束フィールドを分布させることが可能になるため、有利である。
【００５１】
図２Ｄは、サーキュレータ／アイソレータアセンブリ２１０の代替的な実施形態の概略的な分解斜視図である。図２Ｄに図示されたアセンブリ２１０の構成要素それぞれは、図２Ａに図示された構成要素と同一である。図２Ａと２Ｄに図示された実施形態の間の主たる相違点は、金属製のトレース（トレース２３８他）及び中継回路２３６を金属製の接地平面が取り囲むことで、マイクロストリップ回路がサーキュレータのコプレーナ導波（ＣＰＷ）回路に変換されていることである。
【００５２】
図２Ｅは、サーキュレータ／アイソレータアセンブリ２１０の代替的な実施形態の概略的な分解斜視図である。図２Ｅに図示されたアセンブリ２１０の構成要素の多くは、図２Ｄに図示された構成要素と同一である。図２Ｄと２Ｅに図示された実施形態の間の主たる相違点は、磁気基板２２０がセルフバイアスフェライト材料から形成されうるということである。例としては、セルフバイアスフェライト材料は、スカンジウムを添加したバリウムフェライト又はヘキサフェライト材料のうち少なくとも一つを含む。セルフバイアス磁気基板２２０をアセンブリ２１０に組み込むことによって、磁石２５０をアセンブリ２１０から割愛することが可能になる。
【００５３】
図２Ｆは、サーキュレータ／アイソレータアセンブリ２１０の構成要素の平面図であり、図２Ｇはその側面図である。図２Ｆと２Ｇを参照するに、いくつかの実施形態では、回路トレース２３８ａ、２３８ｂ、２３８ｃが実質的に平らな表面上で終結し、入出力ポート２３９ａ、２３９ｂ、２３９ｃを画定するように、誘電層２３０が実質的に六角形の形状に形成されることがある。誘電層２３０は、０．０２インチから０．０５インチとなる、図２ＧでＴ１と示された厚みを画定する、一又は複数の層を備える。六角形は、０．０５インチから０．１インチとなる、図２ＦでＬ１と示された長さを有する。誘電層２３０の形成に適当な材料には、Ｒｏｇｅｒｓ  ４００３ラミネート材、又は他の従来型のプリント基板（ＰＣＢ）ラミネート材が含まれる。
【００５４】
回路トレース２３８及び中継回路２３６は、従来型の回路プリント技術を使用して、誘電材料層２３０の第１面上に形成される。いくつかの実施形態では、中継回路２３６は、０．１１０インチから０．１２０インチとなる、図２ＦでＤ１と示された直径を有する。回路トレース２３８は、中継回路２３６と出力ポート２３９を連結する。接地平面２４０は、誘電層２３０の反対面上に形成される。
【００５５】
図２Ｈは、磁気基板２２０の構成要素の平面図であり、図２Ｉはその側面図である。図２Ｈと２Ｉを参照するに、いくつかの実施形態では、磁気基板２２０は、０．０５インチから０．１インチとなる図２ＨでＬ２と示された長さ、及び、０．０１インチから０．０３インチとなる図２ＩでＴ２と示された厚みを有する、実質的に六角形の形状に形成されることがある。接地平面２２６は、上述のように、磁気基板２２０の第１表面２２２上に配置される。
【００５６】
図２Ａ〜２Ｉに示すように、第１磁気基板２２０は、多くの従来型のサーキュレータ／アイソレータのように、中継回路トレース（例えば高周波回路トレース２３８ａ、２３８ｂ、２３８ｃ）を載せている訳ではないため、有利である。更に、サーキュレータ／アイソレータ機器２１０は、上部（例えば磁石２５０）及び／又は下部（例えば磁石２５２）のいずれか又はどちらにも配置された永久磁石を有し、不可逆性のエネルギー流機能を提供するため、有利である。
【００５７】
図３は、本書に記載された様々な実施形態によりシミュレーションされた、サーキュレータ／アイソレータアセンブリの性能パラメータを示したグラフである。図３を参照するに、カーブ３１０は、アイソレーション損失を表し、カーブ３１５は入力リターン損失を表し、また、カーブ３２０は挿入損失を表し、これらの損失の各々が、１５．５ＧＨｚから１８．５ＧＨｚに及ぶ周波数スペクトルにわたってグラフ化されている。図３に示すように、本構成では、１６．３ＧＨｚから１７．３ＧＨｚに及ぶ周波数範囲にわたり、−１ｄＢを下回る挿入損失及びアイソレーション損失、並びに、およそ−２０ｄＢの入力リターン損失が得られる。
【００５８】
いくつかの実施形態では、一又は複数のサーキュレータアセンブリ（例えばサーキュレータ／アイソレータ２１０）が、フェイズドアレイアンテナに組み込まれることがある。図４を参照するに、サーキュレータ４００が、例示的なフェイズドアレイアンテナの送信及び受信（Ｔ／Ｒ）モジュール７００内に実装されているものとして示されている。例示的な送信モジュールは、サーキュレータを通じてアンテナに高周波出力をもたらすよう、専用集積回路（ＡＳＩＣ）及びパワーアンプ（ＰＡ）によって作動する移相器と連結した高周波入力信号を示す。例示的な受信モジュールは、高周波信号出力をもたらすよう、低ノイズアンプ（ＬＮＡ）及び専用集積回路（ＡＳＩＣ）と一体化した移相器に連結したサーキュレータを通じての、アンテナからの高周波信号を示している。サーキュレータ／アイソレータ４００は、実際には、一組のアンテナの放射器要素（図示せず）と電気的に連結され、例えばデュアルビームアンテナパターン又は放射指向性出力を実現するために、放射器要素内での高周波Ｔ／Ｒチャネルの形成を可能にしていることに留意されたい。ボーイング社が所有する下記の特許：米国特許番号６，７１４，１６３、６，６７０，９３０、６，５８０，４０２、６，４２４，３１３、並びに、２００３年７月２３日出願の米国特許出願シリアル番号１０／６２５，７６７、及び、２００４年８月１２日出願の米国特許出願シリアル番号１０／９１７，１５１における、特定のフェイズドアレイアンテナの実施形態及び教示は全て、引用により本願に組み込まれている。
【００５９】
図５を参照するに、無線通信システムで送信／受信モジュールを通じて一又は複数の通信信号を伝える方法５００が開示されている。図５を参照するに、作業５１０では、例えば無線通信リンクを経由した外部機器からの通信信号が、図４に図示されたアンテナ送信／受信モジュール７００のような送信／受信モジュールで受信される。いくつかの実施形態では、通信信号は、遠隔無線機器からの、アンテナによって受信された信号である可能性がある。かかる実施形態では、通信信号は、フェイズドアレイアンテナ要素からの流入信号である。他の実施形態では、通信信号は、アンテナ送信／受信モジュール７００に連結した電気機器内の回路網によって生成される、すなわちフェイズドアレイアンテナ要素への流出信号でもありうる。
【００６０】
作業５１５では、通信信号は、サーキュレータ／アイソレータアセンブリを備える送信／受信モジュール内の通信チャネルを通過する。本書に記述されるように、サーキュレータ／アイソレータアセンブリは、第１表面と第２表面、及び第１表面上に形成された第１接地平面を有する第１磁気基板と、第１磁気基板に隣接して配置された誘電層を含み、誘電層は、複数の高周波伝送トレースと連結した複数ポート中継回路を備え、トレースのうち一つは入力ポートを形成し、前記トレースのうち異なる一つは出力ポートを形成し、かつ、第１磁石がサーキュレータを励磁するように、誘電層の複数ポート中継回路に近接して配置された第１磁石を含み、第１磁気基板内の不可逆性磁束フィールドが、電磁波の伝播を複数ポート中継回路の単一方向に限定する。
【００６１】
ゆえに、本書に記述されているのは、フェイズドアレイアンテナと併せて使用されうるサーキュレータ／アイソレータアセンブリの新構造である。本書の記載により、サーキュレータ／アイソレータアセンブリは、複数ポート中継回路２３６、及び、誘電層に配置された高周波トレース２３８によって構成される。このことによって、複数ポート中継回路２３６及び高周波トレース２３８が、基板の構成要素として別途配置されるのではなく、回路基板の構成要素としてプリントされることが可能になる。加うるに、このことにより、平らな基板層２２０を使用できるようになる。フェライト基板に配置された３ポートのＹ型中継回路トレースを有する従来型のサーキュレータとは違い、サーキュレータ／アイソレータの新構造（例えばサーキュレータ／アイソレータアセンブリ２１０）は、一又は複数の送信／受信（Ｔ／Ｒ）チャネルを包含するプリント回路基板を備えた同一の非磁性基板を共有するため、有利である。加うるに、接地平面を片面に一つのみ備えたフェライト基板は、不可逆特性のような、サーキュレータ／アイソレータの機能を実現するよう、複数中継回路（例えば複数中継トレース）の上に造作なく配置されうるようになる。更に、全体として引用により組み込まれている従来技術の特許（例えば、７，２５６，６６１、７，４９５，５２１）と組み合わせた、開示されているサーキュレータ／アイソレータは、小型のスペースにおいて多重チャネル機能を提供するため、有利であり、ゆえに、このサーキュレータ／アイソレータ機器は、アンテナシステムの接地面積全体を低減させるものである。
【００６２】
当業者は、上面２２６と第２表面２３４の間の接続（例えばアース接続、高周波伝送接続）が、複数ポート中継回路２３６及び高周波伝送路（例えば高周波伝送トレース２３８）の外部にバイアスが具現化されることにより、提供されうることを認識するであろう。代替的には、２３８のポートに接近しすぎることなく、上面２２６と第２表面２３４をまとめて包み込む、金属ケーシングのような他の手順により、それらの間に必要な接続性をもたらす。
【００６３】
図６は、様々な実施形態による、サーキュレータ／アイソレータアセンブリを作る方法における作業を示すフローチャートである。図６を参照するに、作業６１０では、サーキュレータ／アイソレータアセンブリ２１０のための設計周波数が選択される。例としては、いくつかの実施形態では、サーキュレータ／アイソレータ２１０は、１０ＧＨｚから３０ＧＨｚの周波数範囲において作動する。作業６１５では、磁気基板層２２０のためのフェライト材料が選択される。適当な材料には、イットリウム・鉄・ガーネット（ＹＩＧ）の単結晶フェライト材料が含まれる。上述のように、図２Ｉを参照するに、基板層の厚みは０．０１インチから０．０５インチになりうる。
【００６４】
作業６２０では、誘電層２３０のための誘電材料が選択される。適当な材料には、Ｒｏｇｅｒｓ  ＲＯ４００３ラミネート材が含まれる。上述のように、図２Ｇを参照するに、誘電層の厚みは０．０１インチから０．１インチになりうる。
【００６５】
作業６２５では、中継回路２３６の形状及びサイズが選択される。いくつかの実施形態では、中継回路２３６の形状及びサイズは、円形誘電体共振器構造が、作業６１０で選択された動作周波数要件に適合するＴＭ１１０モードの共振周波数を有するように選択される。
【００６６】
例としては、マイクロストリップ誘電体共振器の直径についての理論上のおおよその法則は、方程式（１）により与えられる。：
2015015712.tif 000003
この方程式では、Ｒは金属製中継ディスクの半径であり、ｃは空き領域における光の速度であり、ｆは共振の周波数であり、Ｄｋはフェライト材料の実効誘電率である。例としては、設計周波数がｆ＝１７．３６ＧＨｚで、かつ、フェライト材料が誘電率Ｄｋ＝１２を有する場合、ひいては、半径Ｒは０．０５７５インチ、そのため直径は０．１１５インチとなる。
【００６７】
作業６３０では、回路トレース２３８のライン幅が決定されることもある。いくつかの実施形態では、回路トレースのライン幅は、例えば５０オームという、所望の特性インピーダンスに適合するよう選択される。
【００６８】
いくつかの実施形態では、サーキュレータ／アイソレータアセンブリ２１０の機械実装及び統合に対応するために、設計修正（作業６３５）が実施されうる。例としては、構造は、シミュレーションソフトウェアを使用して所望の高周波性能を実現するよう微調整される。作業６４０ではバイアス磁石が選択され、作業６４５ではサーキュレータ／アイソレータアセンブリ２１０が組み立てられる。
【００６９】
本明細書中の「一実施形態」又は「いくつかの実施形態」という言及は、実施形態に関連して記載されている、具体的な特徴、構造、又は特性が、少なくとも一つの実行形態に含まれていることを意味する。本明細書のさまざまな箇所に登場する「一実施形態では」という語句は、必ずしも全て同一の実施形態について言及しているわけではない。上述の方法において記述されているステップの各々は、例示的実施形態のサンプルの一部である。上述の方法のステップの順番、配置及び内訳は、単なる例示に過ぎず、例えば、開示されたステップの各々は、互換可能で、再配列可能で、置換可能で、削除可能で、また、組み合わせることも可能である。そのためこの方法は、本明細書の教示により、サーキュレータ／アイソレータを製造するための例示的な一工程を示すものである。
【００７０】
実施形態は、構造的特徴及び／又は方法論的行為に特有の言語で記述されているが、特許請求の対象は記述された特定の特徴や行為に必ずしも限定されないことを理解されたい。むしろ、具体的な特徴及び行為は、請求の対象を実施する形態のサンプルとして開示されている。
【符号の説明】
【００７１】
２１０  サーキュレータ／アイソレータアセンブリ
２２０  第１磁気基板
２２２  磁気基板の第１表面
２２４  磁気基板の第２表面
２２６  上面（接地平面）
２３０  誘電層
２３４  誘電層の第２表面
２３６  複数ポート中継回路
２３８（２３８ａ、２３８ｂ、２３８ｃ）  高周波伝送トレース
２３９（２３９ａ、２３９ｂ、２３９ｃ）  入出力ポート
２４０  接地平面
２５０  第１磁石
２５２  第２磁石
３１０  アイソレーション損失
３１５  入力リターン損失
３２０  挿入損失
４００  サーキュレータ／アイソレータ
７００  アンテナ送信／受信モジュール
【図１】
2015015712.tif 000004
【図２Ａ】
2015015712.tif 000005
【図２Ｂ】
2015015712.tif 000006
【図２Ｃ】
2015015712.tif 000007
【図２Ｄ】
2015015712.tif 000008
【図２Ｅ】
2015015712.tif 000009
【図２Ｆ】
2015015712.tif 000010
【図２Ｇ】
2015015712.tif 000011
【図２Ｈ】
2015015712.tif 000012
【図２Ｉ】
2015015712.tif 000013
【図３】
2015015712.tif 000014
【図４】
2015015712.tif 000015
【図５】
2015015712.tif 000016
【図６】
2015015712.tif 000017
【外国語明細書】
2015015712000001.pdf
2015015712000002.pdf
2015015712000003.pdf
2015015712000004.pdf