JP2000196308A - 超伝導体フィルタ装置 - Google Patents
超伝導体フィルタ装置Info
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
- Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment
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- Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)
- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
- Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)
- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 超伝導体を用いた超伝導体フィルタに関し、
外部よりの熱流入を抑え、かつ電気的損失の少ない超伝
導体フィルタ装置を提供する。 【解決手段】 入出力端子を有する真空容器と、前記真
空容器内に配置されたコールドヘッドと、前記真空容器
に支持され、前記入出力端子に接続され、前記コールド
ヘッドとは熱的に絶縁された常伝導体の伝送線路と、前
記コールドヘッドと熱的に結合され、超伝導体層を含
み、前記伝送線路と対向し、電磁的に結合してバンドリ
ジェクションフィルタを構成する超伝導体構造とを有す
る。
外部よりの熱流入を抑え、かつ電気的損失の少ない超伝
導体フィルタ装置を提供する。 【解決手段】 入出力端子を有する真空容器と、前記真
空容器内に配置されたコールドヘッドと、前記真空容器
に支持され、前記入出力端子に接続され、前記コールド
ヘッドとは熱的に絶縁された常伝導体の伝送線路と、前
記コールドヘッドと熱的に結合され、超伝導体層を含
み、前記伝送線路と対向し、電磁的に結合してバンドリ
ジェクションフィルタを構成する超伝導体構造とを有す
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、高周波信号用のフ
ィルタに関し、特に超伝導体を用いた超伝導体フィルタ
に関する。
ィルタに関し、特に超伝導体を用いた超伝導体フィルタ
に関する。
【０００２】
【従来の技術】電気回路において、インダクタンスＬ、
キャパシタＣを用いて種々のフィルタを形成できること
が知られている。信号周波数が高くなるとフィルタに必
要なＬ、Ｃの値も小さくなる。フィルタ内に表面抵抗Ｒ
成分が存在すると、フィルタ特性を劣化させる原因とな
る。
キャパシタＣを用いて種々のフィルタを形成できること
が知られている。信号周波数が高くなるとフィルタに必
要なＬ、Ｃの値も小さくなる。フィルタ内に表面抵抗Ｒ
成分が存在すると、フィルタ特性を劣化させる原因とな
る。
【０００３】近年、移動体通信システム等に高周波通信
が用いられている。高品質な通信を可能とするため、急
峻な遮断／透過特性を有するフィルタが要求されてい
る。表面抵抗Ｒが非常に小さい超伝導体を用いてＬ、Ｃ
を形成すると、急峻な特性を有するフィルタを作成する
ことができる。
が用いられている。高品質な通信を可能とするため、急
峻な遮断／透過特性を有するフィルタが要求されてい
る。表面抵抗Ｒが非常に小さい超伝導体を用いてＬ、Ｃ
を形成すると、急峻な特性を有するフィルタを作成する
ことができる。
【０００４】図７に、従来の技術による超伝導体フィル
タ装置の構造例を示す。真空容器５１は入力端子５８、
出力端子５９を有し、内部に入力端子５８、出力端子５
９に同軸ケーブル５７で接続された超伝導体フィルタ５
０を含む。超伝導体フィルタ５０は冷凍機のコールドヘ
ッド５６上に載置され、冷却される。
タ装置の構造例を示す。真空容器５１は入力端子５８、
出力端子５９を有し、内部に入力端子５８、出力端子５
９に同軸ケーブル５７で接続された超伝導体フィルタ５
０を含む。超伝導体フィルタ５０は冷凍機のコールドヘ
ッド５６上に載置され、冷却される。
【０００５】超導電体フィルタ５０は、パッケージ５５
内に収納された誘電体基板５２と、その裏面に形成され
た接地導体と、表面に形成されたマイクロストリップ伝
送線路５４と、複数の超伝導体共振器５３とを含む。マ
イクロストリップ伝送線路５４は同軸ケーブル５７に接
続されている。超伝導体共振器５３は、特定の共振周波
数を有し、マイクロストリップ伝送線路５４と電磁的に
結合し、特定の周波性成分を遮断する役割を果たす。従
って、マイクロストリップ伝送線路５４を伝送する信号
成分から特定の周波数成分が除去される。従って、超伝
導体フィルタ５０は、バンドリジェクションフィルタを
形成する。
内に収納された誘電体基板５２と、その裏面に形成され
た接地導体と、表面に形成されたマイクロストリップ伝
送線路５４と、複数の超伝導体共振器５３とを含む。マ
イクロストリップ伝送線路５４は同軸ケーブル５７に接
続されている。超伝導体共振器５３は、特定の共振周波
数を有し、マイクロストリップ伝送線路５４と電磁的に
結合し、特定の周波性成分を遮断する役割を果たす。従
って、マイクロストリップ伝送線路５４を伝送する信号
成分から特定の周波数成分が除去される。従って、超伝
導体フィルタ５０は、バンドリジェクションフィルタを
形成する。
【０００６】超導電体共振器５３、マイクロストリップ
伝送線路５４および裏面の接地導体を超伝導状態にする
ため、コールドヘッド５６はパッケージ５５を低温に冷
却する。
伝送線路５４および裏面の接地導体を超伝導状態にする
ため、コールドヘッド５６はパッケージ５５を低温に冷
却する。
【０００７】入力端子５８、出力端子５９は室温に保持
されており、これらの端子５８、５９とパッケージ５５
を接続する同軸ケーブル５７には、大きな温度差が生じ
る。同軸ケーブル５７は、中心導体の周囲に絶縁体およ
び外側導体が巻かれた構成を有し、特に中心導体および
外側導体の熱伝導率は高い。従って、室温に保たれた入
力端子５８、出力端子５９から同軸ケーブル５７を介し
て多量の熱が流入する。コールドヘッド５６は、これら
の熱を吸収する能力を有さねばならない。このため、冷
凍機に必要な能力が増加し、冷凍機の消費電力の増加や
大型化の原因となる。同軸ケーブルを細くして熱流入を
減少させる方法もあるが、電気的損失が増大する原因と
なる。
されており、これらの端子５８、５９とパッケージ５５
を接続する同軸ケーブル５７には、大きな温度差が生じ
る。同軸ケーブル５７は、中心導体の周囲に絶縁体およ
び外側導体が巻かれた構成を有し、特に中心導体および
外側導体の熱伝導率は高い。従って、室温に保たれた入
力端子５８、出力端子５９から同軸ケーブル５７を介し
て多量の熱が流入する。コールドヘッド５６は、これら
の熱を吸収する能力を有さねばならない。このため、冷
凍機に必要な能力が増加し、冷凍機の消費電力の増加や
大型化の原因となる。同軸ケーブルを細くして熱流入を
減少させる方法もあるが、電気的損失が増大する原因と
なる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】従来の超伝導体フィル
タ装置においては、外部からの熱流入を抑え、かつ電気
的損失を少なくすることが困難であり、冷凍機の低消費
電力化や小型化の障害となっていた。
タ装置においては、外部からの熱流入を抑え、かつ電気
的損失を少なくすることが困難であり、冷凍機の低消費
電力化や小型化の障害となっていた。
【０００９】本発明の目的は、外部よりの熱流入を抑
え、かつ電気的損失の少ない超伝導体フィルタ装置を提
供することである。
え、かつ電気的損失の少ない超伝導体フィルタ装置を提
供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明の一観点によれ
ば、入出力端子を有する真空容器と、前記真空容器内に
配置されたコールドヘッドと、前記真空容器に支持さ
れ、前記入出力端子に接続され、前記コールドヘッドと
は熱的に絶縁された常伝導体の伝送線路と、前記コール
ドヘッドと熱的に結合され、超伝導体層を含み、前記伝
送線路と対向し、電磁的に結合してバンドリジェクショ
ンフィルタを構成する超伝導体構造とを有する超伝導体
フィルタ装置が提供される。
ば、入出力端子を有する真空容器と、前記真空容器内に
配置されたコールドヘッドと、前記真空容器に支持さ
れ、前記入出力端子に接続され、前記コールドヘッドと
は熱的に絶縁された常伝導体の伝送線路と、前記コール
ドヘッドと熱的に結合され、超伝導体層を含み、前記伝
送線路と対向し、電磁的に結合してバンドリジェクショ
ンフィルタを構成する超伝導体構造とを有する超伝導体
フィルタ装置が提供される。
【００１１】入出力端子に接続された伝送線路は常伝導
体で形成され、コールドヘッドとは熱的に絶縁されてい
る。コールドヘッドは、超伝導体構造のみを冷却すれば
よく、冷凍能力を小さくすることができる。
体で形成され、コールドヘッドとは熱的に絶縁されてい
る。コールドヘッドは、超伝導体構造のみを冷却すれば
よく、冷凍能力を小さくすることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施例を説明する。図１は、本発明の実施例による超伝導
体フィルタ装置を概略的に示す。
施例を説明する。図１は、本発明の実施例による超伝導
体フィルタ装置を概略的に示す。
【００１３】図１（Ａ）において、真空容器１はステン
レス（たとえばＳＵＳ３０４）で形成された容器と入力
端子８、出力端子９を有し、内部を真空に保つ。入力端
子８、出力端子９の間には伝送線路４が接続されてい
る。伝送線路４は、例えばマイクロストリップ伝送路に
より形成される。伝送線路４の近傍に、コールドヘッド
６に載置された超伝導共振器３が配置される。図におい
ては、３個の超伝導共振器３ａ、３ｂ、３ｃが配置され
る例を示すが、超伝導共振器の数は３に限らない。
レス（たとえばＳＵＳ３０４）で形成された容器と入力
端子８、出力端子９を有し、内部を真空に保つ。入力端
子８、出力端子９の間には伝送線路４が接続されてい
る。伝送線路４は、例えばマイクロストリップ伝送路に
より形成される。伝送線路４の近傍に、コールドヘッド
６に載置された超伝導共振器３が配置される。図におい
ては、３個の超伝導共振器３ａ、３ｂ、３ｃが配置され
る例を示すが、超伝導共振器の数は３に限らない。
【００１４】コールドヘッド６は、冷凍機に接続され、
その上に載置された超伝導共振器３ａ、３ｂ、３ｃを冷
却し、超伝導共振器内の超伝導体を超伝導状態に冷却す
る。伝送線路４は、真空を介してコールドヘッド６から
離されているため、コールドヘッドと熱的に絶縁され
る。このため、伝送線路４からコールドヘッド６への熱
流入は著しく減少する。このため、冷凍機に必要な冷凍
能力は小さくてすむ。
その上に載置された超伝導共振器３ａ、３ｂ、３ｃを冷
却し、超伝導共振器内の超伝導体を超伝導状態に冷却す
る。伝送線路４は、真空を介してコールドヘッド６から
離されているため、コールドヘッドと熱的に絶縁され
る。このため、伝送線路４からコールドヘッド６への熱
流入は著しく減少する。このため、冷凍機に必要な冷凍
能力は小さくてすむ。
【００１５】図１（Ｂ）は、伝送線路４および超伝導共
振器３の構成例を示す断面図である。伝送線路４は、誘
電体基板４１の裏面に、たとえば銅層で形成された接地
導体４３を備え、表面に同様銅層で形成されたマイクロ
ストリップ型伝送路４２を備えている。接地導体４３
は、例えばＳＵＳ３０４で形成された真空容器１に機械
的、電気的に接続され、共に接地導体を構成する。誘電
体基板４１が厚さ０．５ｍｍのＭｇＯ基板の場合、マイ
クロストリップ型伝送線路４２の幅は例えば０．５ｍｍ
である。
振器３の構成例を示す断面図である。伝送線路４は、誘
電体基板４１の裏面に、たとえば銅層で形成された接地
導体４３を備え、表面に同様銅層で形成されたマイクロ
ストリップ型伝送路４２を備えている。接地導体４３
は、例えばＳＵＳ３０４で形成された真空容器１に機械
的、電気的に接続され、共に接地導体を構成する。誘電
体基板４１が厚さ０．５ｍｍのＭｇＯ基板の場合、マイ
クロストリップ型伝送線路４２の幅は例えば０．５ｍｍ
である。
【００１６】コールドヘッド６の上に載置された超伝導
共振器３は、誘電体基板３１の両面に超伝導体層３２、
３３を形成した構造を有する。超伝導体は、例えばＹ−
Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ、Ｂｉ（Ｐｂ）−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−
Ｏ、Ｎｄ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ等の酸化物超伝導体で形成さ
れる。基板３１は、ＭｇＯ、サファイア（Ａｌ2 ０ 3）
等の基板の両面にＣｅＯ2 層を形成した基板、ＬａＡｌ
Ｏ3 基板等で形成することができる。
共振器３は、誘電体基板３１の両面に超伝導体層３２、
３３を形成した構造を有する。超伝導体は、例えばＹ−
Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ、Ｂｉ（Ｐｂ）−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−
Ｏ、Ｎｄ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ等の酸化物超伝導体で形成さ
れる。基板３１は、ＭｇＯ、サファイア（Ａｌ2 ０ 3）
等の基板の両面にＣｅＯ2 層を形成した基板、ＬａＡｌ
Ｏ3 基板等で形成することができる。
【００１７】超伝導体層は、高温に保持した誘電体基板
上にスパッタリング、レーザーアブレション、化学気相
成長（ＣＶＤ）等により形成することができる。また、
超伝導体材料を印刷法、スピンコート法により塗布し、
その後高温で焼成することにより超伝導体層を形成する
こともできる。マイクロストリップ型伝送路４２が、超
伝導共振器３と電磁的に結合することにより、バンドリ
ジェクションフィルタが形成される。超伝導共振器の
数、形状は公知の技術に従い、種々に変更できる。
上にスパッタリング、レーザーアブレション、化学気相
成長（ＣＶＤ）等により形成することができる。また、
超伝導体材料を印刷法、スピンコート法により塗布し、
その後高温で焼成することにより超伝導体層を形成する
こともできる。マイクロストリップ型伝送路４２が、超
伝導共振器３と電磁的に結合することにより、バンドリ
ジェクションフィルタが形成される。超伝導共振器の
数、形状は公知の技術に従い、種々に変更できる。
【００１８】コールドヘッド６は、冷凍機１１によっ
て、たとえば７７Ｋ以下の温度に冷却される。冷凍機１
１に必要な冷凍能力は超伝導共振器３のみを冷却できれ
ばよい。従って、冷凍機の冷凍能力を小さくすることが
できる。冷凍機１１としては、たとえばパルス管冷凍
機、スターリング冷凍機、ギフォード・マクマホン（Ｇ
Ｍ）冷凍機等を用いることができる。伝送線路４の誘電
体基板４１裏面に設けた接地導体４３は、ＳＵＳで形成
された真空容器１を接地導体として用いることにより省
略することも可能である。
て、たとえば７７Ｋ以下の温度に冷却される。冷凍機１
１に必要な冷凍能力は超伝導共振器３のみを冷却できれ
ばよい。従って、冷凍機の冷凍能力を小さくすることが
できる。冷凍機１１としては、たとえばパルス管冷凍
機、スターリング冷凍機、ギフォード・マクマホン（Ｇ
Ｍ）冷凍機等を用いることができる。伝送線路４の誘電
体基板４１裏面に設けた接地導体４３は、ＳＵＳで形成
された真空容器１を接地導体として用いることにより省
略することも可能である。
【００１９】図１（Ｃ）は、伝送線路の他の形態を示
す。本構成例においては、誘電体基板４１の裏面に接地
導体４３、表面にマイクロストリップ型伝送路４２を備
えた伝送線路４が、真空容器１の壁面から離され、内部
空間内に配置されている。接地導体４３は、入力端子
８、出力端子９の近傍でのみ真空容器１に結合される。
伝送線路４からコールドヘッド６へ熱の流入がある場
合、伝送線路４を真空容器１から離すことにより、流入
する熱量を減少させることが可能である。
す。本構成例においては、誘電体基板４１の裏面に接地
導体４３、表面にマイクロストリップ型伝送路４２を備
えた伝送線路４が、真空容器１の壁面から離され、内部
空間内に配置されている。接地導体４３は、入力端子
８、出力端子９の近傍でのみ真空容器１に結合される。
伝送線路４からコールドヘッド６へ熱の流入がある場
合、伝送線路４を真空容器１から離すことにより、流入
する熱量を減少させることが可能である。
【００２０】図８（Ａ）、（Ｂ）は、超伝導体フィルタ
装置の等価回路図を示す。図８（Ａ）は、超伝導体共振
器が１つの場合を示し、図８（Ｂ）は超伝導体共振器が
３つの場合を示す。
装置の等価回路図を示す。図８（Ａ）は、超伝導体共振
器が１つの場合を示し、図８（Ｂ）は超伝導体共振器が
３つの場合を示す。
【００２１】図８（Ａ）において、入力端子ＩＮ、出力
端子ＯＵＴは、図１（Ａ）の入力端子８、出力端子９に
対応する。インダクタンスＬは伝送線路４が持つインダ
クタンスである。１つの超伝導共振器３はインダクタン
スＬr 、キャパシタンスＣrを有し、伝送線路４のイン
ダクタンスＬとの間で相互キャパシタンスＣm 、相互イ
ンダクタンスＬm を形成する。
端子ＯＵＴは、図１（Ａ）の入力端子８、出力端子９に
対応する。インダクタンスＬは伝送線路４が持つインダ
クタンスである。１つの超伝導共振器３はインダクタン
スＬr 、キャパシタンスＣrを有し、伝送線路４のイン
ダクタンスＬとの間で相互キャパシタンスＣm 、相互イ
ンダクタンスＬm を形成する。
【００２２】図８（Ｂ）は、図１（Ａ）に示すように、
３つの超伝導共振器３ａ、３ｂ、３ｃが設けられている
場合を示す。伝送線路４のインダクタンスは３つのイン
ダクタンスＬ1 、Ｌ2 、Ｌ3 で示されている。３つの超
伝導共振器３ａ、３ｂ、３ｃは、それぞれインダクタン
スＬr1、Ｌr2、Ｌr3とキャパシタンスＣr1、Ｃr2、Ｃ r3
を持ち、伝送線路４との間に相互インダクタンスＬm1、
Ｌm2、Ｌm3および相互キャパシタンスＣm1、Ｃm2、Ｃm3
を形成する。さらに、超伝導共振器間でも相互インダク
タンスＬm4、Ｌm5を形成する。
３つの超伝導共振器３ａ、３ｂ、３ｃが設けられている
場合を示す。伝送線路４のインダクタンスは３つのイン
ダクタンスＬ1 、Ｌ2 、Ｌ3 で示されている。３つの超
伝導共振器３ａ、３ｂ、３ｃは、それぞれインダクタン
スＬr1、Ｌr2、Ｌr3とキャパシタンスＣr1、Ｃr2、Ｃ r3
を持ち、伝送線路４との間に相互インダクタンスＬm1、
Ｌm2、Ｌm3および相互キャパシタンスＣm1、Ｃm2、Ｃm3
を形成する。さらに、超伝導共振器間でも相互インダク
タンスＬm4、Ｌm5を形成する。
【００２３】このような構成により、共振周波数２〜１
２ＧＨｚの共振器を形成することができる。なお、設計
数値や形状を工夫することにより、より高周波の共振器
を形成することも可能であろう。
２ＧＨｚの共振器を形成することができる。なお、設計
数値や形状を工夫することにより、より高周波の共振器
を形成することも可能であろう。
【００２４】図２は、本発明の他の実施例による超伝導
体フィルタ装置の構成を概略的に示す。図２（Ａ）は、
断面構造を示し、図２（Ｂ）は上面構造を示す。コール
ドヘッド６の上には超伝導体層３２を表面に形成した誘
電体基板３１が載置される。この構成により、超伝導共
振器が形成される。この超伝導共振器の近傍に、伝送線
路４が配置される。伝送線路４は、中心導体４５の周囲
をポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等の絶縁体
４６が取り囲み、その周囲に外側導体４７が配されてい
る構成を有する同軸ケーブルである。
体フィルタ装置の構成を概略的に示す。図２（Ａ）は、
断面構造を示し、図２（Ｂ）は上面構造を示す。コール
ドヘッド６の上には超伝導体層３２を表面に形成した誘
電体基板３１が載置される。この構成により、超伝導共
振器が形成される。この超伝導共振器の近傍に、伝送線
路４が配置される。伝送線路４は、中心導体４５の周囲
をポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等の絶縁体
４６が取り囲み、その周囲に外側導体４７が配されてい
る構成を有する同軸ケーブルである。
【００２５】超伝導共振器３の近傍において、同軸ケー
ブルの外側導体４７が除去され、超伝導共振器３と対向
する部分にカップリング用開口４８が形成されている。
同軸ケーブルの中心導体４５は、絶縁体４６、真空を介
して超伝導共振器３と対向する形態となり、電磁的に超
伝導共振器３と結合する。本実施例の場合、図１（Ａ）
に示した伝送線路４を所定領域の外側導体４７を除去し
た同軸ケーブルで形成することができる。
ブルの外側導体４７が除去され、超伝導共振器３と対向
する部分にカップリング用開口４８が形成されている。
同軸ケーブルの中心導体４５は、絶縁体４６、真空を介
して超伝導共振器３と対向する形態となり、電磁的に超
伝導共振器３と結合する。本実施例の場合、図１（Ａ）
に示した伝送線路４を所定領域の外側導体４７を除去し
た同軸ケーブルで形成することができる。
【００２６】図３は、超伝導共振器の他の構成例を示
す。コールドヘッド６の上面に誘電体基板３１が載置さ
れ、誘電体基板３１の表面には超伝導体層３２が形成さ
れている。超伝導体層３２は、超伝導体平板として機能
する。超伝導体層３２の上に、例えばサファイアで形成
された誘電体共振器３４が配置されている。
す。コールドヘッド６の上面に誘電体基板３１が載置さ
れ、誘電体基板３１の表面には超伝導体層３２が形成さ
れている。超伝導体層３２は、超伝導体平板として機能
する。超伝導体層３２の上に、例えばサファイアで形成
された誘電体共振器３４が配置されている。
【００２７】誘電体基板３１は、たとえばＭｇＯ板やサ
ファイア板の両面にＣｅＯ2 層を形成した基板、ＬａＡ
ｌＯ3 基板等で形成される。特に単結晶基板が好まし
い。誘電体共振器３４は、低誘電損失、高誘電率の材料
で形成される。たとえば、上述の基板３１の材料の他、
ＴｉＯ2 、Ｂａ（Ｍｇ、Ｔａ）Ｏ3 セラミクス、Ｂａ
（Ｚｎ、Ｔａ）Ｏ3 セラミクス等を用いることができ
る。誘電体共振器３４はアクリル系接着剤やエポキシ樹
脂で超伝導体層３２へ接着する。
ファイア板の両面にＣｅＯ2 層を形成した基板、ＬａＡ
ｌＯ3 基板等で形成される。特に単結晶基板が好まし
い。誘電体共振器３４は、低誘電損失、高誘電率の材料
で形成される。たとえば、上述の基板３１の材料の他、
ＴｉＯ2 、Ｂａ（Ｍｇ、Ｔａ）Ｏ3 セラミクス、Ｂａ
（Ｚｎ、Ｔａ）Ｏ3 セラミクス等を用いることができ
る。誘電体共振器３４はアクリル系接着剤やエポキシ樹
脂で超伝導体層３２へ接着する。
【００２８】例えば、周波数が２ＧＨｚ帯の場合、誘電
体共振器３４は直径５０〜６０ｍｍ、高さ１９〜１２ｍ
ｍのサファイアで形成される。超伝導体層３２は、誘電
体基板３１を介してコールドヘッド６により所望温度に
冷却される。
体共振器３４は直径５０〜６０ｍｍ、高さ１９〜１２ｍ
ｍのサファイアで形成される。超伝導体層３２は、誘電
体基板３１を介してコールドヘッド６により所望温度に
冷却される。
【００２９】図４は、超伝導共振器の他の構成例を示
す。コールドヘッド６の上に、３個の超伝導共振器が配
置されている。各超伝導共振器は、誘電体基板３４の両
面に超伝導体層３５、３６が形成された構造を有する。
基板３４が誘電体共振器を構成する。１枚の誘電体基板
両面に超伝導体膜を形成し、必要な形状に機械加工して
超伝導共振器を作成する。超伝導体膜３５は、Ｉｎシー
トや低温で固化するアピエゾングリースでコールドヘッ
ド６と熱的接触を形成する。
す。コールドヘッド６の上に、３個の超伝導共振器が配
置されている。各超伝導共振器は、誘電体基板３４の両
面に超伝導体層３５、３６が形成された構造を有する。
基板３４が誘電体共振器を構成する。１枚の誘電体基板
両面に超伝導体膜を形成し、必要な形状に機械加工して
超伝導共振器を作成する。超伝導体膜３５は、Ｉｎシー
トや低温で固化するアピエゾングリースでコールドヘッ
ド６と熱的接触を形成する。
【００３０】図５は、超伝導共振器の他の構成例を示
す。コールドヘッド６の上に誘電体基板３１が配置さ
れ、その上に３個の円板状超伝導体層３６が形成されて
いる。誘電体基板３１がＭｇＯ基板の場合、直径約２８
ｍｍの超伝導体層３６により２ＧＨｚ帯の共振周波数が
得られる。誘電体基板３１全面に超伝導体層を形成し、
フォトリソグラフィとエッチングで所望形状の超伝導体
層３６を残す。
す。コールドヘッド６の上に誘電体基板３１が配置さ
れ、その上に３個の円板状超伝導体層３６が形成されて
いる。誘電体基板３１がＭｇＯ基板の場合、直径約２８
ｍｍの超伝導体層３６により２ＧＨｚ帯の共振周波数が
得られる。誘電体基板３１全面に超伝導体層を形成し、
フォトリソグラフィとエッチングで所望形状の超伝導体
層３６を残す。
【００３１】超伝導フィルタは、円形にする以外、楕円
形や四角にしてもよい。形状を選ぶ上での選択基準は、
超伝導膜に流れる電流密度の大きさや作製のしやすさ、
形状の大きさなどである。
形や四角にしてもよい。形状を選ぶ上での選択基準は、
超伝導膜に流れる電流密度の大きさや作製のしやすさ、
形状の大きさなどである。
【００３２】まず、超伝導膜に流れる電流密度の大きさ
は、特に大電力の高周波が入力される送信用フィルタの
場合に関わる。電流密度がある値を越えると超伝導状態
ではなくなる。したがって、大電力に耐えうるために
は、電流密度を減少させる必要がある。もちろん、超伝
導材料の品質による耐電力性の違いはある。通常のマイ
クロストリップでは、電流が端面に集中しやすいので、
線の幅を太くしたり、四角や円形にして、電流の集中を
緩和、つまり、電流密度を減らす。円形のフィルタを用
いることにより、耐電力性高めることができる。送信用
フィルタでこの効果がより期待できる。楽器の弦ではあ
まり大きな音がでないのに対し、太鼓では大きな音が出
せる現象に類似するであろう。
は、特に大電力の高周波が入力される送信用フィルタの
場合に関わる。電流密度がある値を越えると超伝導状態
ではなくなる。したがって、大電力に耐えうるために
は、電流密度を減少させる必要がある。もちろん、超伝
導材料の品質による耐電力性の違いはある。通常のマイ
クロストリップでは、電流が端面に集中しやすいので、
線の幅を太くしたり、四角や円形にして、電流の集中を
緩和、つまり、電流密度を減らす。円形のフィルタを用
いることにより、耐電力性高めることができる。送信用
フィルタでこの効果がより期待できる。楽器の弦ではあ
まり大きな音がでないのに対し、太鼓では大きな音が出
せる現象に類似するであろう。
【００３３】四角よりも円形の方が電流密度を下げられ
る。作製のしやすさでは、誘電体共振器を用いる場合、
円形（円柱）の方が四角よりも作製が容易である。セラ
ミックの誘電体共振器の作製では、粉末を固めるための
金型を使用するため、円形（円柱）の方が作製が容易で
ある。超伝導膜のみで共振器をする場合は、リソグラフ
ィやエッチングを利用した加工精度の点では、円形の方
がマイクロストリップよりも作製が容易となる。
る。作製のしやすさでは、誘電体共振器を用いる場合、
円形（円柱）の方が四角よりも作製が容易である。セラ
ミックの誘電体共振器の作製では、粉末を固めるための
金型を使用するため、円形（円柱）の方が作製が容易で
ある。超伝導膜のみで共振器をする場合は、リソグラフ
ィやエッチングを利用した加工精度の点では、円形の方
がマイクロストリップよりも作製が容易となる。
【００３４】形状の大きさでは、マイクロストリップよ
りも円形や四角の方が大きくなる。楕円形の場合は長軸
と短軸があるため、１つの楕円で２つの円形に相当とな
り、フィルタの小型化への効果がある。
りも円形や四角の方が大きくなる。楕円形の場合は長軸
と短軸があるため、１つの楕円で２つの円形に相当とな
り、フィルタの小型化への効果がある。
【００３５】図６（Ａ）は、ヘアピン型マイクロストリ
ップ型線路を用いた超伝導体フィルタの構成例を示す。
コールドヘッド６の上に、誘電体基板３１が配置され、
誘電体基板３１の表面上にＵ字型の超伝導体層３７が配
置されている。
ップ型線路を用いた超伝導体フィルタの構成例を示す。
コールドヘッド６の上に、誘電体基板３１が配置され、
誘電体基板３１の表面上にＵ字型の超伝導体層３７が配
置されている。
【００３６】図５の超伝導共振器同様、フォトリソグラ
フィとエッチングを用いて全面に形成した超伝導体層か
ら任意形状の超伝導体層を作成することができる。
フィとエッチングを用いて全面に形成した超伝導体層か
ら任意形状の超伝導体層を作成することができる。
【００３７】超伝導体層３７は、誘電体基板３１裏面の
接地導体と共に、マイクロストリップ型線路を構成す
る。誘電体基板３１がＭｇＯ基板の場合、ヘアピンの直
線約３０ｍｍで２ＧＨｚ帯の共振周波数が得られる。
接地導体と共に、マイクロストリップ型線路を構成す
る。誘電体基板３１がＭｇＯ基板の場合、ヘアピンの直
線約３０ｍｍで２ＧＨｚ帯の共振周波数が得られる。
【００３８】以上の実施例においては、超伝導体フィル
タの共振周波数は固定周波数であった。共振周波数を可
変とする超伝導体フィルタを形成することもできる。
タの共振周波数は固定周波数であった。共振周波数を可
変とする超伝導体フィルタを形成することもできる。
【００３９】図６（Ｂ）は、共振周波数が可変の超伝導
体フィルタの構成例を示す。真空容器１の内面上に、誘
電体基板４１が固定配置され、その表面上にマイクロス
トリップ型伝送線路４２が形成されている。冷凍機１１
に接続されたコールドヘッド６の上には、超伝導共振器
３が形成されている。
体フィルタの構成例を示す。真空容器１の内面上に、誘
電体基板４１が固定配置され、その表面上にマイクロス
トリップ型伝送線路４２が形成されている。冷凍機１１
に接続されたコールドヘッド６の上には、超伝導共振器
３が形成されている。
【００４０】伝送線路４２と超伝導共振器３との間に、
絶縁（誘電）部材１８が挿入されている。絶縁部材１８
の位置を調整することにより、伝送線路４２と超伝導共
振器３の間の結合係数が変化する。絶縁部材１８は、例
えば樹脂やガラスで形成することができる。
絶縁（誘電）部材１８が挿入されている。絶縁部材１８
の位置を調整することにより、伝送線路４２と超伝導共
振器３の間の結合係数が変化する。絶縁部材１８は、例
えば樹脂やガラスで形成することができる。
【００４１】なお、絶縁部材１８が伝送線路４２および
超伝導共振器３と熱的に結合すると、絶縁部材１８を介
して伝送線路４２からコールドヘッド６に熱が流入する
可能性がある。
超伝導共振器３と熱的に結合すると、絶縁部材１８を介
して伝送線路４２からコールドヘッド６に熱が流入する
可能性がある。
【００４２】図６（Ｃ）は、熱の流入を防止し、かつ共
振周波数を変化させることのできる構成例を示す。本構
成例においては、真空容器１が上下可動機構２２および
左右可動機構２３を含んで構成されている。冷凍機１１
およびコールドヘッド６は、水平可動機構２３を有する
部分に接続されている。
振周波数を変化させることのできる構成例を示す。本構
成例においては、真空容器１が上下可動機構２２および
左右可動機構２３を含んで構成されている。冷凍機１１
およびコールドヘッド６は、水平可動機構２３を有する
部分に接続されている。
【００４３】上下可動機構２２および水平可動機構２３
を動かすことにより、コールドヘッド６の位置を垂直方
向、水平方向に移動させることができる。位置を移動さ
せることにより、伝送線路４２と超伝導共振器３の相対
関係を調整し、共振周波数を調整することができる。伝
送線路４２と超伝導共振器３を離す程急峻な遮断特性を
持ち、冷凍機への熱流入が抑えられる。
を動かすことにより、コールドヘッド６の位置を垂直方
向、水平方向に移動させることができる。位置を移動さ
せることにより、伝送線路４２と超伝導共振器３の相対
関係を調整し、共振周波数を調整することができる。伝
送線路４２と超伝導共振器３を離す程急峻な遮断特性を
持ち、冷凍機への熱流入が抑えられる。
【００４４】以上実施例に沿って本発明を説明したが、
本発明はこれらに制限されるものではない。例えば種々
の変更、改良、組み合わせが可能なことは当業者に自明
であろう。
本発明はこれらに制限されるものではない。例えば種々
の変更、改良、組み合わせが可能なことは当業者に自明
であろう。
【００４５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
熱流入の少ない超伝導体フィルタ装置が提供される。冷
凍機に必要な冷凍能力が減少するため、超伝導体フィル
タ装置を小型化することが可能になる。
熱流入の少ない超伝導体フィルタ装置が提供される。冷
凍機に必要な冷凍能力が減少するため、超伝導体フィル
タ装置を小型化することが可能になる。
【図１】本発明の実施例による超伝導体フィルタ装置の
構成例を示す平面図および断面図である。
構成例を示す平面図および断面図である。
【図２】本発明の他の実施例による超伝導体フィルタ装
置の構成を説明するための断面図および平面図である。
置の構成を説明するための断面図および平面図である。
【図３】本発明の他の実施例による超伝導体フィルタ装
置を説明するための断面図である。
置を説明するための断面図である。
【図４】本発明の他の実施例による超伝導体フィルタ装
置を説明するための断面図である。
置を説明するための断面図である。
【図５】本発明の他の実施例による超伝導体フィルタ装
置を説明するための平面図である。
置を説明するための平面図である。
【図６】本発明の他の実施例による超伝導体フィルタ装
置を説明するための平面図および断面図である。
置を説明するための平面図および断面図である。
【図７】従来の技術による超伝導体フィルタ装置を示す
概略平面図である。
概略平面図である。
【図８】超伝導体フィルタ装置の等価回路図である。
１ 真空容器 ３ 超伝導共振器 ４ 伝送線路 ６ コールドヘッド ８ 入力端子 ９ 出力端子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小林 一彦 神奈川県川崎市中原区上小田中４丁目１番 １号 富士通株式会社内 (72)発明者 戸澤 義春 神奈川県川崎市中原区上小田中４丁目１番 １号 富士通株式会社内 (72)発明者 小林 文彦 神奈川県川崎市中原区上小田中４丁目１番 １号 富士通株式会社内 (72)発明者 阿倍野 一郎 神奈川県川崎市中原区上小田中４丁目１番 １号 富士通株式会社内 Ｆターム(参考） 4M113 AC44 AD35 AD36 AD37 BA04 BA15 CA31 CA34 CA35 4M114 AA02 AA29 CC11 DA02 DA52 5G321 AA01 AA04 AA06 5J006 HB14 HB15 HB21 HC03 HC24 HC26 JA02 LA14 LA21 MA01 MB02 NA08 NB10 NE03 NE13 PA01
Claims (8)
- 【請求項１】 入出力端子を有する真空容器と、 前記真空容器内に配置されたコールドヘッドと、 前記真空容器に支持され、前記入出力端子に接続され、
前記コールドヘッドとは熱的に絶縁された常伝導体の伝
送線路と、 前記コールドヘッドと熱的に結合され、超伝導体層を含
み、前記伝送線路と対向し、電磁的に結合してバンドリ
ジェクションフィルタを構成する超伝導体構造とを有す
る超伝導体フィルタ装置。 - 【請求項２】 前記伝送線路がマイクロストリップ型伝
送線路あるいは芯線の周囲を絶縁層、外側導体が取り囲
む同軸ケーブルであって、外側導体が前記超伝導体構造
と対向する位置で一部除去されている同軸ケーブルであ
る請求項１記載の超伝導体フィルタ装置。 - 【請求項３】 前記超伝導体構造が、誘電体層とその両
面上に形成された超伝導体層を含む構造あるいは超伝導
体層とその両面に形成された誘電体層を含む構造を有す
る請求項１または２記載の超伝導体フィルタ装置。 - 【請求項４】 前記伝送線路と前記超伝導体構造とが真
空を介して対向している請求項１〜３のいずれかに記載
の超伝導体フィルタ装置。 - 【請求項５】 前記伝送線路と前記超伝導体構造とが断
熱スペーサを介して対向している請求項１〜３のいずれ
かに記載の超伝導体フィルタ装置。 - 【請求項６】 前記超伝導体層が、酸化物超伝導体を含
む請求項１〜５のいずれかに記載の超伝導体フィルタ装
置。 - 【請求項７】 前記酸化物超伝導体がＹ−Ｂａ−Ｃｕ−
Ｏ、Ｂｉ（Ｐｂ）−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ、Ｎｄ−Ｂａ
−Ｃｕ−Ｏのいずれかを含む請求項６記載の超伝導体フ
ィルタ装置。 - 【請求項８】 さらに、前記伝送線路と前記超伝導体構
造との間の電磁的結合を変化させる可変機構を有する請
求項１〜７のいずれかに記載の超伝導体フィルタ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP37142598A JP3742733B2 (ja) | 1998-12-25 | 1998-12-25 | 超伝導体フィルタ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP37142598A JP3742733B2 (ja) | 1998-12-25 | 1998-12-25 | 超伝導体フィルタ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000196308A true JP2000196308A (ja) | 2000-07-14 |
| JP3742733B2 JP3742733B2 (ja) | 2006-02-08 |
Family
ID=18498698
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP37142598A Expired - Fee Related JP3742733B2 (ja) | 1998-12-25 | 1998-12-25 | 超伝導体フィルタ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3742733B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6778042B2 (en) | 2000-10-30 | 2004-08-17 | Kabushiki Kaisha Toshiba | High-frequency device |
| JP2015019156A (ja) * | 2013-07-09 | 2015-01-29 | 株式会社東芝 | 切替装置、受信機及び送信機 |
| JP2017059884A (ja) * | 2015-09-14 | 2017-03-23 | 株式会社東芝 | 断熱導波路及び無線通信装置 |
| IT202000025753A1 (it) * | 2020-10-29 | 2022-04-29 | Commscope Italy Srl | Filtri con linea di trasmissione in radiofrequenza mobile |
-
1998
- 1998-12-25 JP JP37142598A patent/JP3742733B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6778042B2 (en) | 2000-10-30 | 2004-08-17 | Kabushiki Kaisha Toshiba | High-frequency device |
| US6937117B2 (en) | 2000-10-30 | 2005-08-30 | Kabushiki Kaisha Toshiba | High-frequency device |
| JP2015019156A (ja) * | 2013-07-09 | 2015-01-29 | 株式会社東芝 | 切替装置、受信機及び送信機 |
| JP2017059884A (ja) * | 2015-09-14 | 2017-03-23 | 株式会社東芝 | 断熱導波路及び無線通信装置 |
| IT202000025753A1 (it) * | 2020-10-29 | 2022-04-29 | Commscope Italy Srl | Filtri con linea di trasmissione in radiofrequenza mobile |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3742733B2 (ja) | 2006-02-08 |
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