温度不敏感介电常数石榴石的制作方法

在本申请提交的申请数据表中确定了外国或国内优先权要求的任何和所有申请根据37cfr1.57在此通过引用并入。

本申请总体上涉及改进的温度不敏感石榴石，其具有对下谐振(belowresonance)应用有利的属性。

背景技术：

具有磁性的各种晶体材料已被用作诸如蜂窝电话、生物医学装置和rfid传感器的电子设备中的组件。石榴石是具有亚铁磁性(ferrimagnetic)的晶体材料，特别适用于在微波区域的较低频率部分中运行的rf(射频)电子装置。很多微波磁性材料是钇铁石榴石(yig)的衍生物，它是石榴石的合成形式，主要因为其良好的磁性，诸如在其铁磁谐振频率处的窄线宽而广泛用于各种电信装置。yig通常由钇、铁和氧组成，并且可能掺杂有诸如镧系元素或钪的一种或多种其他稀土金属。

技术实现要素：

本文公开了一种温度不敏感陶瓷材料的实施例，其包含至少1.4单位的铋，所述铋结合到石榴石的晶体结构中以形成合成石榴石，其具有高于24的介电常数和高于200的居里温度且不存在任何铝产生在合成石榴石中。

在一些实施例中，合成石榴石可具有高于25的介电常数。在一些实施例中，合成石榴石可具有高于220的居里温度。在一些实施例中，合成石榴石可具有高于230的居里温度。在一些实施例中，合成石榴石可具有低于100的3db线宽。在一些实施例中，合成石榴石可具有低于60的3db线宽。

在一些实施例中，合成石榴石可具有组合物：y3-x-ybixcayzryfe5-yo12,0<x<1.8和0<y<1.0。在一些实施例中，合成石榴石可具有组合物：y3-x-y-2abixcay+2azryinzvafe5-y-z-ao12,0<x<1.8，0<y<1.0，0≤z≤1.0，以及0≤a≤1.0。在一些实施例中，合成石榴石可具有组合物：y3-x-ybixcayzryinzfe5-y-zo12，其中0<x<1.8,0≤y≤1.0，以及0≤z≤1.0。

在一些实施例中，合成石榴石可以是无铟的。在一些实施例中，合成石榴石可具有包含f的组合物：bi1.4ca1.6in.36zr.0156v.7922fe3.8122o11.97、bi1.4ca1.6in.32zr.0312v.7844fe3.8444o11.97、bi1.4ca1.6in.28zr.0468v.7766fe3.8766o11.97、bi1.4ca1.6in.24zr.0624v.7688fe3.9088o11.97、bi1.4ca1.6in.20zr.078v.7610fe3.9410o11.97、和bi1.4ca1.6in.16zr.0936v.7532fe3.9732o11.97。在一些实施例中，合成石榴石可具有组合物：bi1.4ca1.6zr.4v.6fe4.03o11.97。

本文还公开了形成高居里温度石榴石的方法的实施例，所述方法包括将大于1.4单位的铋添加到钇石榴石结构的晶体结构中，以用铋代替钇并形成合成石榴石，所述合成石榴石为无铝且具有大于24的介电常数和大于200的居里温度。

在一些实施例中，所述方法可以进一步包括由合成石榴石形成循环器(circulator)或隔离器(isolator)。在一些实施例中，所述方法还可以包括形成包括循环器或隔离器的基站。

在一些实施例中，所示合成石榴石可具有组合物：y3-x-ybixcayzryfe5-yo12,0<x<1.8和0<y<1.0。

在一些实施例中，合成石榴石可具有超过230℃的居里温度和低于60的3db线宽。在一些实施例中，合成石榴石可具有包括bi1.4ca1.6in.36zr.0156v.7922fe3.8122o11.97、bi1.4ca1.6in.32zr.0312v.7844fe3.8444o11.97、bi1.4ca1.6in.28zr.0468v.7766fe3.8766o11.97、bi1.4ca1.6in.24zr.0624v.7688fe3.9088o11.97、bi1.4ca1.6in.20zr.078v.7610fe3.9410o11.97、和bi1.4ca1.6in.16zr.0936v.7532fe3.9732o11.97的组合物。在一些实施例中，所述合成石榴石可具有bi1.4ca1.6zr.4v.6fe4.03o11.97的组合物。在一些实施例中，所述合成石榴石可以是无铟的。

本文进一步公开了温度不敏感循环器或隔离器的实施例，其包含具有大于1.4个单位的铋、高于24的介电常数、低于100的3db线宽、高于200的居里温度的无铝合成石榴石。

本文还公开了包含无铝合成石榴石的温度不敏感循环器或隔离器的实施例，所述无铝合成石榴石具有大于1.4个单位的铋，高于24的介电常数，低于100的3db线宽，高于200的居里温度，以及组合物y3-x-ybixcayzryfe5-yo12，x介于0和1.8之间且y介于0和1.0之间。

在一些实施例中，所述温度不敏感循环器或隔离器可用在下谐振频率的应用中。在一些实施方式中，所述无铝合成石榴石可以起初是钇铁石榴石。

本文还公开了结合本文所述的温度不敏感循环器或隔离器的基站的实施例。

附图说明

图1示意性地示出了如何设计、制造和使用本文所述的具有一个或多个特征的材料。

图2描绘了基于钇的石榴石晶格结构。

图3示出了居里温度对材料的影响。

图4示出了用于制造具有本文所述的一个或多个特征的改进的合成石榴石的实施例的示例性工艺流程。

图5示出了具有如本文所述的一个或多个石榴石特征的示例性铁氧体装置。

图6a和6b示出了可以对具有如本文所述的一个或多个特征的铁氧体装置实施的尺寸减小的示例。

图7a和7b示出了具有如本文所述的铁氧体装置的示例性循环器/隔离器。

图8示出了封装的循环器模块的示例。

图9示出了示例rf系统，其中，可以实施如本文所述的循环器/隔离器装置中的一个或多个。

图10示出了可以实施用于制造具有如本文所述的一个或多个特征的陶瓷材料的工艺。

图11示出了可以实施由本文所述的粉末材料形成有形状的物体(shapedobject)的工艺。

图12示出了图11的工艺的各个阶段的示例。

图13示出了可以实施用于烧结诸如在图11和12的示例中形成的那些物体的所形成物体的工艺。

图14示出了图13的工艺的各个阶段的示例。

图15示出了结合本申请的实施例的蜂窝天线基站的立体图。

图16示出了结合所披露材料的实施例的基站的壳体部件。

图17示出了结合在本文公开的材料的实施例的基站中使用的空腔滤波器。

图18示出了包括在本文中公开的材料的实施例的电路板的实施例。

具体实施方式

本文公开了合成石榴石，诸如温度不敏感合成石榴石，以及制造它们的方法的实施例。特别地，过量的铋原子可以结合到石榴石晶格结构中，以增加材料的总介电常数，而不会对石榴石的其他磁性或电性方面产生有害影响。例如，铋取代的铁磁(ferromagnetic)石榴石可以表现出作为烧结陶瓷的增强的介电常数，使得它们可用于小型化商业无线基础设施装置和基站中的隔离器和循环器。所公开的材料的实施例可有利地用于隔离器和循环器中，特别是用于下谐振应用。所公开的材料的实施例可以具有高介电常数和高居里温度，同时限制磁化强度。

先前的解决方案涉及掺杂大量铝的铋基石榴石，通常用于改变饱和磁化强度。然而，铝的结合倾向于降低材料的居里温度，从而限制了使用的温度范围。因此，所公开的材料的实施例可以是大致无铝的(例如，可以不含铝，可以含有约0％的铝，或者可以仅含有痕量的铝)。这可以使材料具有高居里温度，使其对温度更不敏感，同时还具有高介电常数。

图1示意性地示出了如何处理一种或多种化学元素(框1)、化合物(框2)、化学物质(框3)和/或化学混合物(框4)以产生具有本文描述的一个或多个特征的一种或多种材料(框5)。在一些实施例中，这些材料可以形成配置为包括期望的介电性(框7)、磁性(框8)和/或高级材料属性(框9)的陶瓷材料(框6)。

在一些实施例中，具有一个或多个前述属性的材料可以在诸如射频(rf)应用的应用(框10)中实施。这些应用可以包括装置12中如本文所述的一个或多个特征的实施方式。在一些应用中，这样的装置可以进一步在产品11中实施。本文描述了这些装置和/或产品的示例。

合成石榴石

本文公开了改进诸如钇铁石榴石(yig)的合成石榴石组合物以增加材料的介电常数的方法。然而，应该理解的是，也可以使用诸如钇铝石榴石或钆镓石榴石的其他合成石榴石。本文还公开了具有高介电常数的合成石榴石材料、制备该材料的方法、以及结合这些材料的装置和系统。

合成石榴石通常具有a3b5o12的化学式单位(formulaunit)，其中a和b是三价金属离子。钇铁石榴石(yig)是具有y3fe5o12的化学式单位的合成石榴石，其包括3+氧化态的钇(y)和3+氧化态的铁(fe)。yig式单位的晶体结构如图2所示。如图2所示，yig具有十二面体位点、八面体位点和四面体位点。y离子占据十二面体位点，而fe离子占据八面体和四面体位点。晶体分类为立方体的每个yig晶胞具有这些化学式单位中的八个。

在一些实施例中，改进的合成石榴石组合物包含用其他离子的组合来替代钇铁石榴石(yig)中的一些或全部钇(y)，使得所得的材料保持用于微波应用的所需磁性，例如高介电常数。过去曾尝试用不同的离子掺杂yig来改变材料属性。这些尝试中的一些，例如铋(bi)掺杂的yig，在d.b.cruickshank的“用于无线应用的微波材料(microwavematerialsforwirelessapplications)”中有所描述。其全部内容通过引用并入本文。然而，实际上，用作替代物的离子可能不能可预测地起作用，因为例如由磁性离子本身引起的自旋倾斜或者由非磁性离子对周围磁性离子的环境的影响，降低了对齐度(degreealignment)。因此，所得的磁性不能预测。另外，在某些情况下，替代量是有限的。超过一定限度，离子将不会进入其优选的晶格位点，而是以第二相化合物保留在外部或泄漏到另一个位点。另外，离子尺寸和晶体(crystallographic)取向偏好在高的替代水平可能发生竞争，或者替代的离子受到离子尺寸和其他位点上的离子配位的影响。因此，净磁行为是独立子晶格或单离子各向异性的总和的假设可能并不总是适用于预测磁性。

在yig中选择稀土金属的有效替代用于微波磁性应用的考虑因素包括密度、磁谐振线宽、饱和磁化强度、居里温度、材料的介电常数和得到改进的晶体结构中的介质损耗角正切(dielectriclosstangent)的优化。磁谐振源自于自旋电子，当被适当的射频(rf)激发时，其将显示与施加的磁场和频率成比例的谐振。谐振峰值的宽度通常定义在半功率点处，并且被称为磁谐振线宽。由于低线宽表现其本身为低磁损耗，因此材料具有低线宽通常是有利的，这是所有低插入损耗铁氧体装置所需的。根据本发明优选实施例的改进石榴石组合物提供了具有降低的钇含量并且仍然保持用于微波磁性应用的低线宽和其它期望属性的单晶或多晶材料。

在一些实施例中，通过用铋(bi³⁺)替代在石榴石结构的十二面体位点上的钇(y³⁺)中的一些，并结合引入诸如二价(+2)、三价(+3)、四价(+4)、五价(+5)或六价(+6)非磁性离子的一种或多种离子到结构的八面体位点从而替代铁(fe³⁺)中的至少一些，来改进钇基石榴石。在一些实施例中，可以将诸如锆(zr⁴⁺)或铌(nb⁵⁺)的一种或多种高价非磁性离子引入到八面体位点。

在一些实施例中，通过将氧化态大于3+的一种或多种高价离子引入到石榴石结构的八面体或四面体位点，并结合在结构的十二面体位点中用钙(ca²⁺)替代钇(y³⁺)作为高价离子引起的电荷补偿，从而改进钇基石榴石，，从而降低了y³⁺含量。当引入非三价离子时，通过引入例如二价钙(ca²⁺)来平衡非三价离子从而维持化合价平衡。例如，对于引入八面体或四面体位点的每个4+离子，一个y³⁺离子可以被ca²⁺离子替代。对于每个5+离子，两个y³⁺离子可以被ca²⁺离子替代。对于每个6+离子，三个y³⁺离子可以被ca²⁺离子替代。对于每个6+离子，三个y³⁺离子可以被ca²⁺离子替代。在一实施例中，选自zr⁴⁺、sn⁴⁺、ti⁴⁺、nb⁵⁺、ta⁵⁺、sb⁵⁺、w⁶⁺和mo⁶⁺组成的组中的一种或多种高价离子被引入到八面体或四面体位点，以及二价钙(ca²⁺)用于平衡电荷，这反过来降低y³⁺含量。

在一些实施例中，通过将诸如钒(v⁵⁺)的一种或多种高价离子引入到石榴石结构的四面体位点以替代fe³⁺，来进一步降低所得材料的磁谐振线宽，从而改进钇基石榴石。不受任何理论的束缚，可以相信的是，离子替代的机理导致晶格的四面体位点的磁化强度减少，这导致石榴石更高的净磁化强度，并且通过改变铁离子的磁晶环境还降低了各向异性，从而降低了材料的铁磁线宽。

在一些实施例中，高铋(bi)掺杂与钒(v)和/或锆(zr)引起的钙(ca)价态补偿相结合的组合可以有效地置换微波装置石榴石中的全部或大部分钇(y)。此外，某些其它高价离子也可以用在八面体位点的四面体上，并且在石榴石结构中相当高数量的八面体置换是优选的，以便获得最小化的磁谐振线宽。此外，钇的置换可以通过将除铋之外的钙添加到十二面体位点来完成。给八面体或四面体位点掺杂较高价离子，优选地大于3+，可以允许更多的钙被引入十二面体位点以补偿电荷，这反过来将导致钇含量的进一步降低。

改进的合成石榴石组合物

本文公开了合成石榴石的实施例，其可以具有有利特性的组合，这可以使材料特别适用于诸如下谐振应用的射频应用。具体地，所公开的石榴石的实施例可以具有低磁化强度，同时还具有高介电常数和/或高居里温度。这些性质可以使合成石榴石通常“温度不敏感”或“温度稳定”，这意味着属性不会随着温度的变化而急剧变化。因此，本发明的实施例在其将经历诸如在操作期间由材料的加热/冷却引起的温度通量的环境中是有利的。

特别地，本申请的实施例可以具有高于20(或高于约20)的介电常数和低于1200(或低于约1200)的饱和磁化强度，这对于下谐振隔离器和循环器应用是有利的。特别地，虽然该材料也可以在更高频率下使用，但该材料的实施例在高于1ghz(或高于大约1ghz)的频带中特别有用，这受到载波聚合的约束，并且可以通过约2.8mhz每高斯磁化强度的旋磁比与磁化强度(4pim)相关。载波聚合是将各个频谱段组成为一个连续频带。在一些实施例中，该材料可以在高达6ghz(或高达约6ghz)的频率下使用。因此，每个载波具有仅一个更宽的频带来工作，而不是具有在所允许的频谱整个范围内分布的条状带宽。

在一些实施例中，铋的增加量以及来自其他元素的平衡电荷可以添加到晶体结构中，以便改善石榴石的磁电属性，同时不降低其他磁电属性。

在一些实施例中，改进的合成石榴石组合物可以由通用组合物定义：y3-x-ybixcayzryfe5-yo12。在一些实施例中，0<x<1.8且0<y<1.0。然而，本申请的一些实施例可以不由上述组合物定义。在一些实施例中，改进的合成石榴石组合物可由通用组合物定义：y3-x-y-2abixcay+2azryinzvafe5-y-z-ao12。在一些实施例中，0<x<1.8，0<y<1.0,0≤z≤1.0且0≤a≤1.0。

在一些实施例中，约1.4个化学式单位的铋(bi)可以替代十二面体位点上的一些钇(y)。在一些实施例中，大于约1.4个化学式单位的铋(bi)可以替代十二面体位点上的一些钇(y)。在一些实施例中，约1.4和约2.5之间个化学式单位的铋(bi)可以替代十二面体位点上的一些钇(y)。在一些实施例中，多达3.0个化学式单位的铋(bi)可以取代十二面体位点上的一些钇(y)。如下所述，可以通过某些原子夹杂物(atominclusions)和制造方法实现可产生有利属性的铋的高含量。

另外，可以通过钙(ca)或锆(zr)替代剩余钇(y)的一些或全部来实现电荷平衡。在一些实施例中，zr可以代替fe，而ca可以代替y。在一些实施例中，由于ca具有+2的形式电荷并且zr具有+4的形式电荷，添加等量的ca和zr以保持电荷稳定性。总金属原子电荷平衡为+3可能是有利的。因此，1/2(+4)+1/2(+2)＝(+3)。

在一些实施例中，铟(in)也可包含在组合物中。in分子通常以类似于zr的方式替代到八面体位点中。这种材料的示例化学式包括：y3-x-ybixcayzryinzfe5-y-zo12，其中，0<x<1.8,0≤y≤1.0且0≤z≤1.0。in具有+3的形式电荷，因此它不会要求ca替代入十二面体位点以平衡电荷。由于zr和in都替代入八面体位点并且大于fe，因此磁晶各向异性能量被降低。这有助于这些材料的多晶样品获得低3db线宽的能力，使其适用于隔离器和循环器应用。

在本领域的许多先前的解决方案中，通常将大量铝结合到石榴石中以改变饱和磁化强度。然而，铝会降低诸如合成石榴石的磁性材料的居里温度，这显着地限制了使用的温度范围。

因此，本申请的实施例是无铝的(例如，不含(或痕量的)铝)。在一些实施例中，组合物可包括0wt.％(重量百分比)铝(或约0wt.％铝)。此外，在材料的制造中不使用氧化铝。这可以使合成石榴石具有高居里温度，以及上面讨论的其他属性。特别地，使用铟以及锆和钒的组合可以产生具有高介电常数和居里温度的低磁化强度材料。因此，本申请的实施例可具有改进的温度稳定性。在一些实施例中，该材料可以无铟且无铝。

表1说明了示例组合化学式以及它们实现的属性。

表1：示例合成石榴石和属性

图3示出了磁化强度和温度之间的通用关系。该图显示了相对于组合物bi1.4ca1.6in.24zr.0624v.7688fe3.9088o11.97，磁化强度降至零的温度，称为居里温度。当磁化强度降至零时，材料不能再用作射频活性的磁性材料。因此，居里温度决定了诸如在隔离器或循环器中磁性材料的最大使用温度。因此，将居里温度移到更高的温度可能是有利的，从而允许更高的工作温度。此外，当增加数量的诸如隔离器和循环器的部件彼此靠近时，这会增加热量。通过改善居里温度，可以将更多的隔离器和循环器彼此相邻放置，从而提高工作效率。

如示出的，表1中的许多材料具有高居里温度。在一些实施例中，居里温度(以℃计)可以高于200(或高于约200)、高于220(或高于约220)、高于250(或高于约250)、高于260(或高于约260)、或高于270(或高于约270)。在一些实施例中，居里温度可低于300(或低于约300)、低于270(或低于约270)、或低于260(或低于约260)。在一些实施例中，材料的最大工作温度比材料的居里温度低至少50℃(或至少低约50℃)。

居里温度的改进允许材料在增加的温度范围内使用，因为居里温度基本上是材料工作的最高温度。如果磁体被加热到足够高，例如超过居里温度，则它将失去磁化强度，这将使该材料不能用于rf应用。虽然磁化损耗不是阶跃函数(例如，它不会立即下降到0)，但是在居里温度之后磁化强度确实减小，在一些实施例中相对较快。因此，居里温度越远离使用温度，材料具有越好的温度稳定性。因此，在工作温度和居里温度之间具有显著的空间(例如至少约50℃)可能是有利的。此外，避免温度波动可能是有利的，因为这会引起谐振频率的变化。

在居里温度和下谐振的装置工作温度之间的关系可以取决于工作温度下的可实现的带宽，而带宽又取决于该温度下的磁化强度。然而，也可以考虑最低温度下的最低频率的磁化强度。因此，磁化强度随温度的变化是真正的决定因素，这在一定程度上取决于居里温度对磁化/温度斜率的影响。

在一些实施例中，所公开的材料(以及因此利用所公开的材料的装置)可以从-20℃至100℃(或在约-20℃至约100℃之间)(例如，这些温度低于居里温度，而磁化强度在远低于居里温度时开始降低)完全与温度无关。在一些实施例中，与温度无关可以意味着每10℃温度变化材料经历小于磁化强度的5高斯变化。在一些实施例中，与温度无关可以意味着每10℃温度变化材料经历小于磁化强度的3高斯变化。在一些实施例中，与温度无关可以意味着每10℃温度变化材料经历小于磁化强度的1高斯变化。在一些实施例中，与温度无关可以意味着每5℃温度变化材料经历小于磁化强度的5高斯变化。在一些实施例中，与温度无关可以意味着每5℃温度变化材料经历小于磁化强度的3高斯变化。在一些实施例中，与温度无关可以意味着每5℃温度变化材料经历小于磁化强度的1高斯变化。

例如，对于1.8至2.7ghz的装置，有利的材料可以具有700高斯的室温4pims，但使用单个变压器(transformer)有至少180℃的居里温度，在室温下提供刚刚正好的带宽。然而，变压器的尺寸和脆弱性之间可以保持平衡，因为变压器太小可能太弱而无法承受应用。

在谐振之上可以更明确，主要考虑的是在最高温度下的带宽的磁化强度。对于大多数应用，居里温度在1600-2000高斯区域的磁化强度中可超过200℃，其实际线宽小于40oe。在1200高斯时，180-200℃范围内的居里温度可能是可接受的，但线宽可以最小化到低于约20oe。

通常，对于上谐振应用，可以在任何频率下使用任何材料，然而，主要折衷权衡是带宽对给定频率所需的偏置场的大小。较高的磁化强度将提供较宽的带宽装置，但也需要更高大小的偏置场。更高的工作频率也需要更高的偏置场，这通常是所用材料的磁化强度大小的限制因素

除了上述的居里温度之外，表1中的许多材料具有高介电常数。例如，在一些实施例中，该材料可具有高于20(或高于约20)、高于21(或高于约21)、高于22(或高于约22)、高于23(或高于约23)、高于24(或高于约24)、高于25(或高于约25)、高于26(或高于约26)、或高于27(或高于约27)的介电常数。在一些实施例中，该材料可具有低于30(或低于约30)、低于27(或低于约27)、低于26(或低于约26)、或低于25(或低于约25)的介电常数。

在一些实施例中，保持材料具有低于特定水平的3db线宽(例如，最小化线宽)可能是有利的。在一些实施例中，3db线宽可以低于100(或低于约100)、低于80(或低于约80)、低于60(或低于约60)、低于50(或低于约50)、低于40(或低于约40)、或低于30(或低于约30)。在一些实施例中，3db线宽可以高于20(或高于约20)、高于30(或高于约30)、高于40(或高于约40)、或高于50(或高于约50)。

在一些实施例中，材料可具有高磁化强度。在一些实施例中，磁化强度范围可以在400和1600之间(或者约400和约1600)。例如，材料的实施例可具有高于700(或高于约700)、高于725(或高于约725)、高于750(或高于约750)、高于775(或高于约775)或高于800(或高于约800)的磁化强度。在一些实施例中，磁化强度可以低于1200(或低于约1200)、低于1100(或低于约1100)、1000(或低于约1000)、低于900(或低于约900)、或低于800(或低于约800)。

改进的合成石榴石组合物的制备：

改进的合成石榴石材料的制备可以通过使用已知的陶瓷技术来完成。图4中示出了工艺流程的特定示例。

如图4所示，该工艺从步骤106开始，称取原料。原料可包括氧化物和碳酸盐，诸如氧化铁(fe2o3)、氧化铋(bi2o3)、氧化钇(y2o3)、碳酸钙(caco3)、氧化锆(zro2)、氧化钆(gd2o3)、五氧化二钒(v2o5)、钒酸钇(yvo4)、铌酸铋(binbo4)、二氧化硅(sio2)、五氧化二铌(nb2o5)、氧化锑(sb2o3)、氧化钼(moo3)、氧化铟(in2o3)、或它们的组合。在一实施例中，原料基本上由约35-40wt％、更优选地约38.61wt％的氧化铋；约10-12wt％、更优选地约10.62wt％的氧化钙；约35-40wt％、更优选地约37wt％的氧化铁；约5-10wt％、更优选地约8.02wt％的氧化锆；约4-6wt％、更优选地约5.65wt％的氧化钒组成。另外，有机基材料可以用在用于乙醇盐溶胶凝胶工艺中，和/或可以采用丙烯酸酯或柠檬酸盐基技术。本领域中的其他已知方法，诸如氢氧化物的共沉淀、溶胶-凝胶或激光烧蚀也可用作获得这些材料的方法。原料的数量和选择取决于具体的配方。

称取原料后，在步骤108中使用与陶瓷领域的当前技术状态一致的方法将原料混合，其可以包括使用混合螺旋桨的水混合，或者使用具有钢或氧化锆材质的振动研磨机的水混合。在一些实施例中，甘氨酸硝酸盐或喷雾热解技术可用于混合并同时使原料反应。

随后在步骤110中干燥混合的氧化物，这可以通过将浆料倒入框格中并在烘箱中干燥，优选在100-400℃之间或通过喷雾干燥，或通过本领域已知的其他技术来完成。

在步骤112中通过筛子处理干燥的氧化物混合物，其使粉末均匀化并破碎在煅烧后可能导致致密颗粒的软团聚物。

随后在步骤114中通过预烧结煅烧来加工该材料。优选地，将材料装入诸如氧化铝或堇青石匣子的容器中，并在约800-1000℃的范围内进行热处理。在一些实施例中，可以使用约500-1000℃范围内的热处理。在一些实施例中，可以使用约900-950℃范围内的热处理。在一些实施例中，可以使用约500-700℃的热处理。优选地，烧制温度是低的，因为较高的烧制温度对线宽具有不利影响。

在煅烧之后，在步骤116中，优选在振动球磨机、磨碎机、喷射研磨机或其他标准粉碎技术中研磨材料，以将中值粒度减小到约0.01至0.1微米的范围，尽管在一些实施例中也可以使用诸如0.5微米至10微米的更大尺寸。研磨优选在水基浆料中进行，但也可以在乙醇或另一种有机基溶剂中进行。

随后在步骤118中将材料喷雾干燥。在喷雾干燥过程中，可以使用本领域已知的技术将诸如粘合剂和增塑剂的有机添加剂添加到浆料中。将该材料喷雾干燥以提供适于压制的颗粒，优选地，尺寸约10微米至150微米的范围内。

随后在步骤120中压制喷雾干燥的颗粒，优选地，通过单轴或等静压，以使压制密度达到尽可能接近x射线理论密度的60％。另外，也可以采用诸如流延成型(tapecasting)、胶带压延(tapecalendaring)或挤压成型(extrusion)的其他已知的方法，以形成未烧制的主体。

随后在步骤122中通过煅烧过程处理压制的材料。优选地，将压制材料放置在由不易与石榴石材料反应的诸如氧化铝的材料制成的承烧板上。承烧板在约850℃-1000℃之间的范围内、空气或压力氧气中、间歇窑或隧道窑中进行加热，以获得致密的陶瓷坯块。在一些实施例中，可以使用约500-1000℃范围内的热处理。在一些实施例中，可以使用约500-700℃的热处理。诸如感应加热、热压、快速烧制或辅助快速烧制的其他已知的处理技术，也可用于该步骤。在一些实施例中，可以获得具有>98％的理论密度的密度。

在步骤124中机加工致密的陶瓷坯块以获得适合的尺寸或特定的应用物件。

结合超高介电常数石榴石的装置

利用诸如上面公开的那些合成石榴石组合物的射频(rf)应用，可以包括具有相对低的磁谐振线宽的铁氧体装置。rf应用还可以包括具有石榴石组合物或与石榴石组合物相关的装置、方法和/或系统，石榴石组合物具有降低的或基本上为零的降低的稀土含量。如本文所述，这种石榴石组合物可配置为产生相对高的介电常数；并且这种特征可用于提供有利的功能。应理解的是，上文参考文献中所述的组合物、装置和方法中的至少一些可应用于此类实施方式。

图5示出了具有诸如本文公开的石榴石结构和化学性质的射频(rf)装置200，并且因此具有多个十二面体结构、八面体结构和四面体结构。装置200可包括由这种十二面体、八面体和四面体结构形成的石榴石结构(例如，石榴石结构220)。本文公开了十二面体位点212、八面体位点208和四面体位点204的各种示例如何可被不同离子填充或被不同离子替代以产生rf装置200的一种或多种期望属性的各种示例。这些属性可包括但不限于可用于制造rf装置200的陶瓷材料的制造的所需rf属性和成本效益。举例来说，本文公开了具有相对高的介电常数并且具有降低的或基本上为零的稀土含量的陶瓷材料。

现在描述实现这些特征的一些设计考虑因素。还描述了示例装置和相关的rf性能比较。还描述了这种装置的示例应用以及制造示例。

铋石榴石：

具有化学式bi(3-2x)ca2xfe5-xvxo12的单晶材料已经在过去生长，其中，x为1.25。获得了约600高斯的4πms值(适用于1-2ghz范围内的一些可调滤波器和谐振器)，和约为1奥斯特的线宽，表明了系统的固有磁损耗低。然而，在该化学式中，bi替代含量仅为约0.5。

尝试制造类似于单晶材料的单相多晶材料(具有化学式bi3-2xca2xvxfe5-xo12)仅在x>0.96的区域中成功有效地将4πms限制在少于约700奥斯特并导致差的线宽(大于100奥斯特)。少量的al⁺³将线宽减小到约75奥斯特，但增加了al⁺³减小了4πms。在这些材料的化学式中，bi替代仅为约0.4。

对于法拉第旋转装置，法拉第旋转可以基本上与石榴石中的bi替代水平成比例，从而提高了对增加替代水平的兴趣。各向异性通常不是光学应用的主要因素，因此八面体和四面体位点上的替代可以基于最大化旋转。因此，在这样的应用中，可能希望尽可能多地将bi⁺³引入十二面体位点。bi⁺³的最大含量可受十二面体稀土三价离子的尺寸的影响。

在一些情况下，bi⁺³替代水平可能受到其它位点上的替代的影响。因为bi⁺³是非磁性的，它可以通过其对四面体和八面体fe⁺³离子的影响来影响法拉第旋转。由于这被认为是自旋-轨道相互作用，其中bi⁺³改变了现有的fe⁺³对跃迁，可以预期fe⁺³离子的各向异性的变化和包括大法拉第旋转的光学效应。bi⁺³替代的yig的居里温度也可以在低bi⁺³替代时增加。

具有无稀土或减少的稀土的石榴石的装置示例：

如本文所述，可以形成具有减少的或没有稀土含量的石榴石，并且这种石榴石可以具有用于诸如rf应用的应用的装置的期望属性。在一些实施例中，这种装置可配置为利用bi⁺³离子的独特属性。例如，bi⁺³离子上的“孤对”电子可以提高离子极化率并因此提高介电常数。

此外，因为在分裂极化横磁(tm)模式中工作的铁氧体装置(诸如石榴石盘)的中心频率与1/(ε)^1/2成比例，所以介电常数(ε)加倍可以将频率降低2的平方根(约1.414)倍。如本文中更详细描述的，将介电常数增加例如2倍，可导致铁氧体盘的横向尺寸(例如，直径)以2的平方根倍减小。因此，铁氧体盘的面积可以减少2倍。这种尺寸的减小可能是有利的，因为rf电路板上的占用面积可以减小(例如，当介电常数增加2倍时，面积减小2倍)。尽管在示例的上下文中描述了增加2倍，但是在涉及多于或少于2倍的配置中可以实现类似的优点。

减小尺寸的循环器/隔离器具有高介电常数的铁氧体

如本文所述，具有减少或无稀土含量的石榴石的铁氧体装置可以配置为包括高介电常数属性。现在描述关于应用于rf应用的介电常数的各种设计考虑。在一些实施方式中，利用具有高介电常数的石榴石的此类设计可能涉及或可能不一定涉及无稀土配置。

对于致密的多晶陶瓷材料，微波铁氧体石榴石和尖晶石的介电常数值通常落在12至18的范围内。因为这种石榴石的谐振线宽低，所以它们通常用于上述铁磁谐振应用，例如，uhf和低微波区域。因为这种尖晶石具有更高的磁化强度，所以它们通常用在例如中到高微波频率处，用于下谐振应用。大多数，如果不是基本上全部，使用这种铁氧体装置的循环器或隔离器设计有三片/带状线或波导结构。

低线宽石榴石的介电常数值通常在14到16的范围内。这些材料可以基于具有值约为16的钇铁石榴石(yig)，或者具有铝的该化学品的替代版本，或者例如可以将该值降低至约14的锆/钒组合。尽管例如锂钛基尖晶石铁氧体存在介电常数高达接近20，但这些通常不具有窄线宽；因此不适用于许多rf应用。然而，如上面详细描述的，使用铋替代钇制成的石榴石可以具有更高的介电常数。

在一些实施例中，对于含有铋的组合物，包括具有在八面体和四面体位点中的任一个或两个上的其它非磁性替代物的那些(例如，分别为锆或钒)，可以保持介电常数的增加。通过使用更高极化的离子，可以进一步增加介电常数。例如，铌或钛可以替代到八面体或四面体位点；以及钛可能会进入这两个位点。

在一些实施例中，铁氧体装置尺寸、介电常数和工作频率之间的关系可以表示如下。存在可表征不同传输线表示的不同公式。例如，在上述谐振带状线配置中，铁氧体盘的半径r可以表征为

r＝1.84/[2π(有效磁导率)x(介电常数)]^1/2(1)

其中(有效磁导率)＝hdc+4πms/hdc，其中，hdc是磁场偏置。式1示出，对于固定频率和磁偏置，半径r与介电常数的平方根成反比。

在另一示例中，在下谐振的带状线配置中，类似于式1的铁氧体盘半径r的关系可以用于弱耦合的四分之一波循环器，其中低偏置场对应于下谐振的操作。对于下谐振的波导配置(例如，在盘形或棒形波导中)，铁氧体的横向尺寸(例如，半径r)和厚度d都可以影响频率。然而，半径r仍然可以表示为

r＝λ/[2π(介电常数)^1/2][((πr)/(2d))²+(1.84)²]^1/2(2)

其在r和介电常数之间的关系方面类似于式1。

式2的示例关系在圆盘形铁氧体的上下文中。对于三角形谐振器，可以使用相同的波导表达式，但是在这种情况下，采用等于3.63×λ/2π的a(三角形的高度)而不是圆盘情况下的半径。

在所有前述示例情况中，可以看出通过增加介电常数(例如，通过2倍)，可以预期将铁氧体(例如，圆盘或三角形)的尺寸减小2的平方根倍，从而将铁氧体的面积减少2倍。如参考式2所述，还可以减小铁氧体的厚度。

在将铁氧体装置用作rf装置的实施方式中，也可以减小这种rf装置的尺寸。例如，在带状线装置中，装置的占用面积可以由所使用的铁氧体的面积来控制。因此，可以预期将实现装置尺寸的相应减小。在波导装置中，所使用的铁氧体的直径可以是确定尺寸的限制因素。但是，为铁氧体直径提供的减少可以被在接头的金属部分中保持与波长相关的尺寸的需要所抵消。

减小尺寸的铁氧体的示例

如本文所述，通过增加与石榴石结构相关的介电常数，可以显著降低铁氧体尺寸。同样如本文所述，可以通过适当的铋替代形成具有降低的钇和/或降低的非y稀土含量的石榴石。在一些实施例中，这样的石榴石可包括无钇或无稀土的石榴石。参考图6-7，描述了具有增加的介电常数和无钇石榴石的铁氧体装置的示例rf装置。

图6a和6b总结了本文所述铁氧体尺寸减小的示例。如本文所述和图6a所示，铁氧体装置250可以是具有2r'的减小直径和d'的厚度的圆形盘。厚度可以减小或不减小。如参考式1所述，圆形铁氧体盘的半径r可以与铁氧体介电常数的平方根成反比。因此，示出了铁氧体装置250的增加的介电常数以产生其减小的直径2r'。

如本文所述和图6b所示，铁氧体装置250也可以是三角形盘，其具有s'的减小边尺寸和厚度d'。厚度可以减小或不减小。如参考式2所述，三角形铁氧体盘的高度a(可以从边尺寸s导出)可以与铁氧体介电常数的平方根成反比。因此，示出了铁氧体装置250的增加的介电常数以产生其减小的尺寸s*。

尽管在示例圆形和三角形铁氧体的上下文中作了描述，但是本公开的一个或多个特征也可以在其他形状的铁氧体中实现。

图7a和7b示出了循环器300的示例，其具有设置在一对圆柱形磁体306、316之间的一对铁氧体盘302、312。铁氧体盘302、312中的每一个可以是具有本文所述的一个或多个特征的铁氧体盘。图7a示出了示例循环器300的一部分的未组装视图。图7b示出了示例循环器300的侧视图。

在所示的示例中，第一铁氧体盘302示为安装到第一地平面304的下侧。第一地平面304的上侧示为定义凹槽，其尺寸容纳和保持第一磁体306。类似地，第二铁氧体盘312示为安装到第二地平面314的上侧；并且第二地平面314的下侧示出为定义凹槽，其尺寸容纳和保持第二磁体316。

以前述方式布置的磁体306、316可以产生通过铁氧体盘302、312的大致轴向场线。穿过铁氧体盘302、312的磁场通量可以通过由320、318、308和310提供的返回路径完成其回路，以便加强施加到铁氧体盘302、312的磁场。在一些实施例中，返回路径部分320和310可以是具有直径大于磁体316、306的直径的圆盘；返回路径部分318和308可以是具有与返回路径盘320、310的直径相大致匹配的内径的中空圆柱体。返回路径的前述部分可以形成为单件或者是多件的组件。

示例循环器装置300还可包括设置在两个铁氧体盘302、312之间的内磁通导体322(本文也称为中心导体)。这种内磁通导体可以配置为用作谐振器并将网络匹配到端口(未示出)。

本文描述了新的石榴石系统和与其相关的装置的各种示例。在一些实施例中，这种石榴石系统可包含高水平的铋，其可允许形成低损耗铁氧体装置。此外，通过其他元素的选择添加，可以减少或消除石榴石的稀土含量，包括商业石榴石。这种稀土含量的减少或消除可包括但不限于钇。在一些实施例中，本文描述的石榴石系统可以配置为显著增加(例如，加倍)非bi石榴石的介电常数，从而提供显著减小(例如，减半)与常规石榴石相关联的铁氧体装置的印刷电路“占用区域”的可能性。

在一些实施例中，具有如本文所述的一个或多个特征的铁氧体基循环器装置可以实施为封装的模块装置。图8示出了示例封装装置400，其具有安装在封装平台404上并由壳体结构402封闭的循环器装置300(例如，如图7b所示)。示例平台404被描绘为包括多个孔408，其尺寸设置为允许封装装置400的安装。示出的示例封装装置400还包括配置成便于电连接的示例端子406a-406c。

在一些实施例中，如图18所示，诸如图8示例的封装的循环器/隔离器3002可以在电路板或模块3004中实施。这种电路板可以包括配置为执行一个或多个射频(rf)相关操作的多个电路。电路板还可以包括配置为允许在电路板和电路板外部的部件之间传输rf信号和电力的多个连接部件。

在一些实施例中，前述示例电路板可包括与rf装置的前端模块相关联的rf电路。如图9所示，这种rf装置可以包括配置为便于rf信号的发送和/或接收的天线512。这些信号可以由收发器514生成和/或处理。为了发送，收发器514可以生成由功率放大器(pa)放大并被滤波(tx滤波器)以由天线512发送的发射信号。对于接收，从天线512接收的信号可以被滤波(rx滤波器)并且在传递到收发器514之前由低噪声放大器(lna)放大。在这种tx和rx路径的示例上下文中，具有如本文所述的一个或多个特征的循环器和/或隔离器500可以在例如pa电路和lna电路处实施或与pa电路和lna电路结合实施。

在一些实施例中，具有如本文所述的一个或多个特征的电路和装置可以在诸如无线基站的rf应用中实施。这样的无线基站可以包括诸如参考图9描述的示例的一个或多个天线512，其配置为促使rf信号的发送和/或接收。这种天线可以耦接到具有如本文所述的一个或多个循环器/隔离器的电路和装置。

如本文所述，术语“循环器”和“隔离器”可以互换或单独使用，这取决于通常理解的应用。例如，循环器可以是在rf应用中使用的无源装置，以在天线、发射器和接收器之间选择性地路由rf信号。如果信号在发射器和天线之间路由，则优选地应该被隔离。因此，这种循环器有时也称为隔离器；这种隔离性能可以代表循环器的性能。

rf装置的制造

图10-14示出了如何制造具有如本文所述的一个或多个特征的铁氧体装置的示例。图10示出了可以实施以制造具有一种或多种前述属性的陶瓷材料的工艺20。在框21中，可以制备粉末。在框22中，可以由制备的粉末形成成形物体。在框23中，可以烧结所形成的物体。在框24中，可以精加工烧结物体以产生具有一种或多种期望属性的成品陶瓷物体。

在成品陶瓷物体是装置的一部分的实施方式中，装置可以在框25中组装。在装置或成品陶瓷物体是产品的一部分的实施方式中，产品可以在框26中组装。

图10还示出了示例过程20的一些或所有步骤可以基于设计，规范等。类似地，部分或全部步骤可包括或经受测试，质量控制等。

在一些实施方式中，图10的粉末制备步骤(框21)可通过参考图14描述的实例过程来执行。以这种方式制备的粉末可包括如本文所述的一种或多种性质，和/或促使具有如本文所述的一种或多种性质的陶瓷物体的形成。

在一些实施方式中，如本文所述制备的粉末可通过不同的成形技术来形成不同的形状。作为示例，图11示出了可以实施工艺50，以将如本文所述制备的粉末材料压制为成形物体。在框52中，可以用所需量的粉末填充成型模具。在图12中，配置60示出了成型模具61，其定义了容器62，其尺寸形成为容纳粉末63并允许按压这种粉末。在框53中，可以压缩模具中的粉末以形成成形物体。配置64示出了当活塞65被按压(箭头66)到由模具61限定的容器62中时中间压实形式67的粉末。在框54中，可以从模具中去除压力。在框55中，活塞(65)可以从模具(61)移除，以打开容器(62)。配置68示出了模具(61)的打开容器(62)，从而允许成形物体69从模具中移除。在框56中，可以从模具(61)移除成形物体(69)。在框57中，可以存放成形物体以供进一步处理。

在一些实施方式中，如本文所述制造的成形物体可被烧结以产生作为陶瓷装置的期望物理属性。图13示出了可以实施工艺70，以烧结这种成形物体。在框71中，可以提供成形物体。在框72中，可以将形成物体引入窑中。在图14中，示出了多个成形物体69被装载到烧结盘80中。示例托盘80示为定义凹槽83，其尺寸形成为在表面82上保持成形物体69，使得托盘的上边缘高于成形物体69的上部。这种配置允许装载的托盘在烧结工艺中堆叠。示例托盘80进一步示出为在侧壁处定义切口83，以允许改进在凹槽83内的热气体的循环，即使托盘堆叠在一起时也是如此。图14还示出了多个装载托盘80的堆叠84。可以提供顶盖85，使得装载在顶部托盘中的物体大致经历与下部托盘中的物体类似的烧结条件。

在框73中，可以对成形物体施加热量以产生烧结物体。通过使用窑可以实现这种热量的施加。在框74中，可以从窑中取出烧结物体。在图14中，具有多个装载托盘的堆叠84描绘为导入窑87中(阶段86a)。可以基于期望的时间和温度曲线使这种堆叠移动穿过窑(阶段86b、86c)。在阶段86d中，堆84描绘为从窑中移出以冷却。

在框75中，可以冷却烧结物体。这种冷却可以基于期望的时间和温度曲线。在框206中，冷却的物体可以经历一个或多个精加工操作。在框207中，可以执行一个或多个测试。

各种形式的粉末和各种形状的成形物体的热处理在本文中描述为煅烧、烧制、退火和/或烧结。应当理解的是，这些术语可以在一些适当的情况下，以上下文特定的方式或它们的某种组合互换使用。

电信基站

具有在本文中所述的一个或多个特征的电路和装置可以实现在诸如无线基站这样的rf应用中。这样的无线基站可以包括被配置为促使rf信号的发射和/或接收的一个或多个天线。这样的天线可以耦接到具有在本文中所述的一个或多个循环器/隔离器的电路和装置。

因此，在一些实施例中，上述公开的材料可以结合到电信基站的不同部件中，例如用于蜂窝网络和无线通信。在图15中示出基站2000的示例性立体图，其包括蜂窝塔2002和电子装置机房(electronicsbuilding)2004。蜂窝塔2002可以包括多个天线2006，通常面向不同方向以便优化服务，其可以用于接收和发射蜂窝信号两者，同时电子装置机房2004可以持有诸如滤波器、放大器等在下描述的电子部件。天线2006和电子部件两者均可以结合所公开的陶瓷材料的实施例。

图12示出诸如图15所示的基站的示意图。如图所示，基站可以包括被配置为促使rf信号的发射和/或接收的天线412。这样的信号可以由收发器414生成和/或处理。对于发送，收发器414可以产生发射信号，该发射信号由功率放大器(pa)放大，并被滤波(tx滤波器)以便由天线412发射。对于接收，从天线412接收的信号可以被滤波(rx滤波器)并且在被传递到收发器414之前由低噪声放大器(lna)放大。在这样的tx和rx路径的示例性情况下，具有在本文中所述的一个或多个特征的循环器和/或隔离器400可以在例如pa电路和lna电路处实现或与例如pa电路和lna电路相结合地实现。循环器和隔离器可以包括在本文中公开的材料的实施例。另外，天线可以包括在本文中公开的材料，允许它们在更高的频率范围上工作。

图16示出可以在电子装置机房2004中使用的硬件2010，并且可以包括上面参照图12讨论的部件。例如，硬件2010可以是基站子系统(bss)，其可以处理移动系统的通信量和信令。

图17示出上述硬件2010的进一步的细节。具体地，图17图示能够结合到基站中的空腔滤波器/组合器2020。空腔滤波器2020可以包括例如带通滤波器(诸如结合所公开的材料的实施例的那些带通滤波器)，并且可以允许组合在不同频率上的两个或更多的发射器的输出。

另外，由于上述高居里温度，本公开的实施例可以在工作温度(温度不敏感的隔离器和循环器)下总的来说对温度不敏感。因此，本公开的实施例可以是高温隔离器和循环器，其可以用在诸如本文所述的高温基站中。

根据前面的描述，应当理解，公开了创新的石榴石和制造方法。虽然已经通过一定程度的具体细节描述了若干部件、技术和方面，但是显然在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可以对以上在本文中描述的具体设计、构造和方法进行许多改变。

在本公开中在单独的实施方式的情况下描述的某些特征也可以在单个实施方式中组合地实现。相反，在单个实施方式的情况下描述的各种特征也可以单独地或以任何适合的子组合的方式在多个实施方式中实施。而且，虽然特征可以在上文描述为以某些组合的方式起作用，但是在某些情况下，来自所要求保护的组合的一个或多个特征可以从组合中去除，并且该组合可以作为任何子组合或者任何子组合的变型来要求保护。

而且，虽然方法可能以特定次序在图中图示或在说明书中描述，但是为了实现所期望的结果，这样的方法无需以所示的具体次序或者按顺序执行，并且无需执行所有的方法。未图示或示描述的其他方法可以结合在示例性的方法和过程中。例如，在任何所描述的方法之前、之后、同时或之间，可以执行一个或多个另外的方法。另外，在其他实施方式中，可以对这些方法进行重新布置或重新排序。而且，在上述的实施方式中的各种系统部件的分离不应被理解为在所有的实施方式中都需要这样的分离，并且应当理解，所描述的部件和系统通常可以一起集成在单个产品中或者封装到多个产品中。另外，其他实施方式也在本申请的范围内。

除非另有明确说明或在所使用的上下文中以其他方式理解，否则诸如“可以”、“能够”、“可能”或“可”这样的条件语言通常旨在表达某些实施例包括或不包括某些特征、元件和/或步骤。因此，这样的条件语言通常不旨在暗示一个或多个实施例无论如何均需要这些特征、元件和/或步骤。

除非另有明确说明，否则诸如短语“x、y和z中的至少一个”这样的连接语言在上下文中被理解为通常用于表达项目、术语等可以是x、y或z。因此，这样的连接语言通常不旨在暗示某些实施方案需要存在x中的至少一个、y中的至少一个和z中的至少一个。

在本文中使用的程度的语言(诸如在本文中所使用的术语“大约”、“约”、“一般”和“基本”)表示接近于所述的值、量或特性但仍然执行所期望的功能或达到所期望的结果的值、量或特性。例如，术语“大约”、“约”、“一般”和“基本”可以指在小于或等于所述的量的10％、小于或等于所述的量的5％、小于或等于所述的量的1％、小于或等于所述的量的0.1％、小于或等于0.01％所述的量的内的量。如果所述的量是0(例如，没有、不存在)，则上述范围可以是特定范围，并且不在该值的特定百分比内。例如，在小于或等于所述的量的10wt./vol.％、小于或等于所述的量的5wt./vol.％、小于或等于所述的量的1wt./vol.％、小于或等于所述的量的0.1wt./vol.％和小于或等于所述的量的0.01wt./vol.％内。

已经结合附图描述了一些实施例。各个图是按比例绘制的，但是这样的比例不应当是限制性的，因为所显示的之外的尺寸和比例都是预期的并且在所公开的发明的范围内。距离、角度等仅是说明性的，并未必与所示的装置的实际尺寸和布局具有精确的关系。部件可以添加、移除和/或重新布置。另外，与各种实施例相关的任何具体特征、方面、方法、特性、性质、品质、属性、元件等在本文中的公开内容可以用在本文中阐述的所有其他实施例中。另外，应当认识到，在本文中描述的任何方法可以使用适合于执行所述步骤的任何装置来实践。虽然已经详细描述了多个实施例及其变型，但是其他修改和使用它们的方法对于本领域技术人员来说是显而易见的。因此，应当理解，在不脱离本文中的独特且创造性的公开内容或权利要求的范围的情况下，可以由各种应用、修改、材料和替换构成等同物。