【発明の詳細な説明】
高電力の高温超伝導型素子用の共振器
発明の技術的背景
本発明はその中央部に孔を有するティーエム0i0(TM0i0)モード（ｉ=1,2,3,...
）の円形及び多角形の平面状高温超伝導体共振器とその高温超伝導型フィルター
、フィルター列（filter bank）及びマルチプレクサー（multiplexer）への応用
に関する。
フィルター列及びマルチプレクサーは入って来る信号をその周波数によって分
離したり又は組み合わせたりするチャンネライザー（channelizers）として遠距
離通信で広く使用されている。フィルター列及びマルチプレクサーの基本的なビ
ルディングブロック（building block）は周波数選択要素としての共振器を数多
く含むフィルターである。遠距離通信での応用には該フィルターは狭い帯域幅（
bandwidth）、精確な中心周波数、通過帯域内（in-band）での挿入損失の少なさ
、阻止帯域（off-band）での高い除去性能、通過帯域縁辺での急峻な端部、小型
な寸法及び高い電力処理能力を有している必要がある。常伝導体（normal condu
ctors）に於ける高い損失のため常伝導体製の従来型フィルターは遠距離通信用
には良く適合してはいない。
高温超伝導体｛以下エイチティーエス（HTS）と記述する｝の平面状フィルタ
ーは低電力では優れた性能のものが作られている。１９９４年ボストン市アーテ
ックハウス（Artech House，Boston)発行のジーユアンシェン（Zhi Yuan Shen）
著の”高温超伝導型マイクロ波回路（Hig
h Temperature Superconducting Microwave Circuit）”１１３ページ参照。こ
れらのエイチティーーエス（ＨＴＳ）平面状フィルターは受信器では使用されて
いる一方、その非常に限定された電力処理能力のために送信器での使用には良く
適合してはいない。送信器での使用には、該フィルターは１０ワットから数百ワ
ットの範囲の電力を処理しなければならない。１９９５年５月１１日出願の共通
に譲り受けされ同時係属中の出願番号第０８／４３９，４０２号で、我々は１０
０ワットより大きい送信電力を処理出来るティーエム0i0（TM0i0）モード（ここ
でi=1,2,3,...）の円形及び多角形のエイチティーエスのフィルター、フイルタ
ー列及びマルチプレクサーを開示している。
中心周波数の精度は特に狭帯域フィルターにとってもう１つの重要な要求事項
である。ジーユアンシェン（Zhi-Yuan Shen）の前記著書”スープラ（supra）”
の１２０ページで説明されている様ないわゆる連続した（contiguous）マルチプ
レクサーでのフィルターにとって、或いは中心周波数精度の劣化が厳しい性能低
下を来す多極フイルター（multi-pole filter）にとって、上記のことは特に真
実である。不運なことであるが、フィルター内のエイチティーエス共振器の周波
数は設計値から偏倚するが、それは回路製作誤差と厚さの変化やツウィンバウン
ダリ（twin boundary）の様な基板内の制御出来ない変動とのためである。ジー
ユアンシェンの前記著書”スープラ（supra）”の１２ページ参照。
１９９４年４月１４日出願の、共通に譲り受けされ同時係属中の出願番号第０
８／２２７，４３７号で我々は平面状エイチティーエスフイルターを積み重ね型
（stacked form）で開示したが、該フィルターでは個々のエイチティーエスの共
振器は垂直に積み重ねられ地板(ground p
late）内で孔又はスロットを経由して接続されている。しかしながら、隣接する
共振器間でのみで接続が行われている。”楕円関数型周波数応答（elliptical f
requency response）”の帯域フィルターの様な或る種類のフィルターは、ジャ
ンプオーバー（jump over）接続、即ち、１つの中間共振器によって相互に間を
隔てられている共振器間の接続を必要とする。
本発明の概要
基本的に述べれば、本発明はｉが１以上の整数である場合のティーエム0i0（TM0 i0
）モードの平面状の高温超伝導体の共振器を含んでいるが、該共振器は少なく
とも１枚の誘電体基板の相対する側に蒸着された（deposited）１枚の形状を有
する高温超伝導体のフィルム及び少なくとも１枚の高温超伝導体の地板（ground
plate）とを有しており、該形状を有する高温超伝導体のフィルムはその中央部
にアパーチャー（aperture）を有しそして円及び多角形から成るグループから選
択された形状を有している。マイクロストリップ線路型（microstrip line form
）の実施例では、該共振器は１枚の地板と１枚の誘電体基板とを有する。ストリ
ップ線路型（strip line form）では、各々がその上に蒸着された地板を有する
、２枚の基板が使用されそして該形状を有する高温超伝導体フイルムは該基板の
間にサンドウイッチにされて地板／基板／エイチティーエス（HTS）フイルム／
基板／地板の構造を形成している。
該共振器は特に周波数同調、即ち該フィルターの性能を最適にするため共振器
周波数を変えるのに、そして楕円関数型周波数応答を有するフィルター用として
先隣の（next-to-adjacent）共振器との間のジャンプオーバー接続を行うのに有
用である。
図面の簡単な説明
図１（ａ）乃至１（ｂ）はマイクロストリップ線路の構成での本発明のティー
エム0i0（TM0i0）モード（i=1,2,3,...）平面状共振器の実施例の略図解であり
、図１（ａ）は正面図であり図１（ｂ）は断面図である。
図２（ａ）乃至２（ｃ）はそれぞれ図２（ａ）、図２（ｂ）、及び図２（ｃ）
で示すようにティーエム010（TM010）モード、ティーエム020（TM020）モード、
及びティーエム030（TM030）モードで動作する本発明の共振器の電流及び磁界分
布のグラフ図である。
図３（ａ）乃至３（ｃ）はそれぞれ図３（ａ）、図３（ｂ）、及び図３（ｃ）
で示すようにティーエム010（TM010）モード、ティーエム020（TM020）モード、
及びティーエム030（TM030）モードで動作する典型的な従来技術の円形共振器の
電流及び磁界分布のグラフ表示である。
図４（ａ）乃至４（ｂ）はストリップ線路形状での本発明の共振器のもう１つ
の実施例の略図であるが、ここでは図４（ａ）はＡ−Ａ線で切断された図を示し
そして図４（ｂ）は断面図を示す。
図５（ａ）乃至５（ｂ）はマイクロストリップ線路形状での本発明の８角形エ
イチティーエス平面状共振器の略図解であるが、ここでは図５（ａ）は正面図を
示しそして図５（ｂ）は断面図を示す。
図６（ａ）乃至６（ｂ）はストリップ線路形状での本発明の８角形共振器のも
う１つの実施例の略図解であるが、ここでは図６（ａ）はＡ−Ａ線で切断された
図を示しそして図６（ｂ）は断面図を示す。
図７（ａ）乃至７（ｃ）は周波数同調素子としての本発明のティーエム010(TM010
)モードの共振器を有する３極エイチティーエスフイルタ
ーの略図解であるが、ここでは図７（ａ）は正面図を示し、図７（ｂ）は断面図
を示しそして図７（ｃ）は背面図を示す。
図８（ａ）乃至８（ｆ）は隣接していない共振器間のジャンプオーバー接続用
の本発明のティーエム010(TM010)モード共振器を有する積み重ね型の３極エイチ
ティーエスフィルターの略図解であるが、ここでは図８（ａ）は断面図を示し、
そして図８（ｂ）、８（ｃ）、８（ｄ）、８（ｅ）、及び８（ｆ）はそれぞれＢ
−Ｂ，Ｃ−Ｃ，Ｄ−Ｄ，Ｅ−Ｅ,Ｆ−Ｆで切断された図を示す。
図９（ａ）乃至９（ｂ）は周波数同調素子として本発明のティーエム010（TM0 10
）モード共振器を有する高電力３極エイチティーエスフィルターの略図解であ
るが、ここで図９（ａ）はその正面図であり図９（ｂ）はその背面図である。
図１０は６つの異なる送信電力レベルでの図９（ａ）乃至９（ｂ）のエイチテ
ィーエスフィルターの順方向伝達係数（s21）の周波数応答に対する曲線のグラ
フである。
好ましい実施例の詳細な説明
広義では、本発明は少なくとも１枚の基板（substrate）上に蒸着された（dep
osited）円形の又は多角形のエイチティーエスのフィルム、該フイルムは中央に
配置されたアパーチャー（aperture）を有するが、と少なくとも１枚の地板（gr
ound plate）とを備える平面状のティーエム0i0（TM0i0）モード（ここでｉは１
以上の整数）エイチティーエスの共振器を具備している。該エイチティーエスフ
ィルム用には円形の又は多角形の形状が好ましい。該アパーチャーは円形又は多
角形とすることが出来るが該エイチティーエスフィルムと同じ形状である必要は
ない。
ここで用いられる円形のという用語は完全な円である必要はないと理解されて良
い。むしろ、不完全な円、即ち該円の直径の差が１％より小さい円も含まれる。
同様に、用語多角形は少なくとも５本の辺を有する何らかの等辺及び等角の多角
形を意味すると理解されるべきである。
図１を参照すると、本発明の共振器の１つの実施例が略図的に図解されており
、そして基板２２の相対する側上に蒸着されたアパーチャー２４をその中に有す
る円形のエイチティーエスフィルム２１と、エイチティーエス地板２３とを備え
ている。該エイチティーエスフイルム及び該エイチティーエス地板に使用される
エイチティーエス材料は絶対温度８０度より高い遷移温度（transition tempera
ture）と純銅より１００倍大きい導電率とを有する高温超伝導体から選択される
のが好ましい。選択するエイチティーエス材料としてはYBa2CU3O7 〜δ、Tl2Ba2C
aCU2O8、及び(Tl,Pb)Sr2Ca2CU3O9が最も好ましい。該基板はエイチティーエス素
子で共通に使用されるどんな誘電体基板でも良い。最も好ましいものは１０-3よ
り小さい誘電正接損を有する誘電体材料である。
図２を参照すると、ティーエム010（TM010）モード｛図２（ａ）｝、ティーエ
ム020（TM020）モード｛図２（ｂ）｝、及びティーエム030（TM030）モード｛図
２（ｃ）｝で動作する本発明の共振器の中心からの半径方向距離ρの関数として
半径方向電流Ｊρ及び円周方向磁界Ｈφのグラフ図が図解されている。
ｉが１以上の整数であるエイチティーエスのティーエム0i0（TM0i0）モードの
円形の平面状共振器は従来技術で公知である。図３（ａ）乃至３（ｃ）はそれぞ
れ図３（ａ）、図３（ｂ）、及び図３（ｃ）で示されているティーエム010（TM0 10
）モード、ティーエム020（TM020）モード、
ティーエム030（TM030）モードで動作する従来技術の典型的円形エイチティーエ
ス共振器の中心からの半径方向距離ρの関数として半径方向電流Ｊρ及び円周方
向磁界ＨΦのグラフ図である。図２のρに対するＪρ、ＨΦを図３に於けるそれ
らと比較することにより、中央アパーチャー（図２）を有する共振器はその共振
器の磁界から自由な中央アパーチャーに対応する領域を有しそして電磁界はエイ
チティーエスパターン内に限定されていることが分かる。
図４（ａ）乃至（ｂ）はストリップ線路構成での円形の共振器のもう１つの実
施例を示す。そこに見られる様に、この実施例の共振器は各基板が更にそれぞれ
エイチティーエス地板３３ａ、３３ｂを有する基板３２ａ及び３２ｂの間にその
中にサンドウイッチにされ中央アパーチャー３４を有する円形エイチティーエス
フィルム３１を備えている。
図５（ａ）乃至図５（ｂ）は本発明の共振器の実施例を図解しているが、そこ
では８角形の中央アパーチャー５４をその中に有する８角形エイチティーエスフ
ィルム５１とエイチティーエス地板５３とが基板５２の相対する側に蒸着されて
いる。
本発明の共振器のなおもう１つの実施例が図６（ａ）及び６（ｂ）に示されて
いる。この実施例では、これも図４（ａ）及び図４（ｂ）に示した実施例と同様
なストリップ線路構成で、共振器は各がその上に蒸着された地板６３ａ、６３ｂ
をそれぞれ有する２枚の基板６２ａ、６２ｂの間にその中にサンドウイッチにさ
れた８角形のアパーチャー６４を有する８角形のエイチティーエスフィルム６１
を備えている。
図７は本発明の共振器を中に組み合わせたティーエム0i0（TM0i0）モードのエ
イチティーエス高電力３極フィルターを図解している。図７か
ら分かる様に、該３極フィルターはその１つの側に蒸着された複数のエイチティ
ーエスフィルム７２ａ、７３、７２ｂとその反対の側に蒸着されたエイチティー
エス地板７１とを有する基板７０を具備している｛図７（ｂ）参照｝。示された
実施例で、フィルム７２ａ及び７２ｂは従来技術の円形エイチティーエス共振器
を表しそして、中に中央アパーチャー７４を有する、フィルム７３は本発明の共
振器を表す。
特に図７（ｃ）を参照すると、該フィルター用入力結合回路は地板７１内に開
口部７５ａを具備しているが、それは残りの結合回路と、同一平面上の線路型で
の入力用中央線路７６ａと、そして共振器７２ａと結合されるブランチ線路７７
ａとに面積範囲を供給するためである。出力結合回路は地板７１内に開口部７５
ｂを具備しているが、それは残りの結合回路と、同一平面上の線路型での出力用
中央線路７６ｂと、そして共振器７２ｂと結合されるブランチ線路７７ｂとに面
積範囲を供給するためである。共振器間結合回路は共振器７３に共振器７２ａを
そして共振器７２ｂに共振器７３をそれぞれ結合させるために地板７１内の２つ
の開口部７８ａ及び７８ｂとそして同一平面上の線路型での２つの結合用中央線
路７９ａ及び７９ｂとを具備している。
３極フィルターにとって、該フィルターを含む３つの共振器の共振周波数はそ
れらの設計値と精確に等しくなければならない。実際に、共振周波数は多くの制
御不可能な要素のために変化する可能性がある。従って、個々の共振器の共振周
波数を同調させる何らかの手段を有することが非常に望ましい。例えば、従来技
術の円形エイチティーエス共振器の半径を変えることでその周波数を変えられる
ことは知られているが、しかし該半径を変え、かくして組立られた後に円形共振
器の周波数を同調
させることは非常に難しい。
図７に示す３極フィルターの実施例では、本発明の共振器はフィルターの共振
周波数を同調させる手段を備えている。特に本発明の円形共振器の周波数は該共
振器の中央部にアパーチャーを備えることにより容易に増大させることが出来る
。これは高出力レーザー式の、フォトリゾグラフエッチング（photolithographi
c etching）、又はシャドーマスクエッチング（shadow mask etching）を使用す
ることにより容易に達成出来る。
図８は本発明の共振器と組み合わされる積み重ね型構成（stacked configurat
ion）を有するなおもう１つの３極ティーエム0i0（TM0i0）モード（i=1,2,3,...
）エイチティーエスフィルターを図解している。該３極フィルターは入力部分、
中間部分及び出力部分の３つの部分に分けられている。
該入力部分は基板８０ａ（その１つの側に蒸着された地板８１ａを有するが）
と基板８０ｂとの間にサンドウイッチにされたエイチティーエス回路｛図８（ｂ
）参照｝を備えている。図８（ｂ）を参照すると、該エイチティーエス回路は基
板８０ｂ上に蒸着された円形のエイチティーエス共振器８２ａ及び入力結合回路
８３ａを備えている。中間部分は２枚の基板８０ｃ，８０ｄの間にサンドウイッ
チにされた図8(d)に示すエイチティーエス回路パターンを備えている。図８（ｄ
）に示す該中間部分用回路パターンは基板８４ｄ上に蒸着された、その中央部に
アパーチャー８５を有するエイチティーエス共振器84とアパーチャー８５及び共
振器８４と同心の円形のエイチティーエスのドット８６とを備えている。該出力
部分は基板８０ｆ（その１つの側に蒸着された地板８１
ｂを有している）と基板８０ｅとの間にサンドウイッチにされたエイチティーエ
ス回路｛図８（ｆ）参照｝を備えている。図８（ｆ）に示した該出力部分用のエ
イチティーエス回路は基板８０ｆ上に蒸着された、円形のエイチティーエス共振
器８２ｂと出力結合回路８３ｂとを備えている。中央結合手段８８ａ｛図８（ｃ
）参照｝を有するエイチティーエス地板８７ａは該入力部分と該中間部分とを分
離している。中央結合手段８８ｂ｛図８（ｅ）参照｝を有する同様な地板８７ｂ
は該中間部分と該出力部分とを分離している。この点で該地板８７ａは入力部分
と該中間部分の間で機能を共有し、又地板８７ｂは該中間部分と該出力部分の間
で機能を共有している。結合手段８８ａは共振器８２ａと共振器８４の間の結合
をもたらし、一方結合手段８８ｂは共振器８４と共振器８２ｂの間の結合をもた
らしている。加えて、下記でより充分に説明する様に、結合手段８８ａと８８ｂ
は、共振器８４内のアパーチャー８５と共に、共振器８２ａと共振器８２ｂの間
の結合をもたらしている。
再び図８（ｄ）を特に参照すると、中央アパーチャー８５を有する共振器８４
は共振器８２ａと共振器８２ｂの間を結合するための手段を備えている。この様
な結合が”ジャンプオーバー（jump-over）”結合として適切に呼ばれるのは共
振器８２ａと８２ｂは相互に隣合っていないで、実際中間共振器８４により分離
されているからであることは評価されることである。かくして、共振器８２ａか
ら共振器８２ｂへの結合は該中間共振器８４を越える（over）”ジャンプ（jump
）”が必要である。
かくして非常に急峻な端部を有する利点を伴う、本発明のこの”ジャンプオーバ
ー”結合の適用は楕円関数型周波数応答フィルターでの利用に特に有利である。
前に図２を参照して述べた様に、共振器内でのティーエム0i0（TM0i0）モード
（ここでi=1,2,3,...）の電磁界はエイチティーエスのフイルム自身に限定され
ており、該共振器内の中央アパーチャーは該共振器により発生される電磁界から
自由である。かくしてこの”自由空間”は隣接していない共振器の結合に使用す
るため利用可能である。図８（ａ）乃至８（ｆ）に示す積み重ね型フィルターを
特に参照すると、電磁界はエイチティーエスフィルム８４の範囲に限定され、中
央アパーチャー８５は電磁界から自由な空間を提供しており、該自由な空間は地
板８７ａ上の結合手段８８ａ｛図８（ｃ）参照｝と地板８７ｂ上の結合手段８８
ｂ｛図８（ｅ）参照｝を通しての共振器８２ａ及び８２ｂ間の”ジャンプオーバ
ー”結合用の空間として使用出来る。アパーチャー８５内にある同心のエイチテ
ィーエスのドット８６はこれらの共振器の中での結合力を変えるもう１つの範囲
を提供する。要約すると、共振器８２ａ、８４及び８２ｂの間で、又その中での
結合力は結合手段８８ａ及び８８ｂ、該アパーチャー８５、及び該エイチティー
エスのドット８６の直径を変えることにより調整が可能である。
実施例
酸化ランタンアルミニウム（LaAlO3）の４０．８ｍｍ×１７．２ｍｍ×０．５
０８ｍｍの基板の両側にTl2Ba2CaCU2O8のエイチティ一エスを両面の（double-si
ded）の薄膜として蒸着することにより高電力３極ティーエム0i0（TM0i0）モー
ドエイチティーエスフィルターが用意された。
標準的な双レベルフォトリゾグラフ過程（standard bi-level photolithographi
c process）とイオンビームによるミリング加工を用いて、図９（ａ）及び９（
ｂ）で示す構造を有するフィルターが用意されたが、
そこで、９０は基板であり、９１ａと９１ｂは８角形の共振器であり、９２はそ
の中に中央アパーチャー９３を有する８角形の共振器であり、９４は地板であり
、開口部９５ａと、同一平面上にある中央線路９６ａとそしてＴ型結合ブランチ
線路９６ａとは集合して入力結合回路を形成しており、開口部９５ｂと、同一平
面上にある中央線路９６ｂとそしてＴ型結合ブランチ線路９７ｂとは集合して出
力結合回路を形成しており、そして開口部９８ａと９８ｂとは共振器間結合回路
を備えている。
該フィルターはエスエムエー（ＳＭＡ）と両立する入力用及び出力用コネクタ
ーを有する銅のケースに収納され、該フィルターは絶対温度７７度で試験された
。共振器９２内の中央アパーチャー９３の直径は最適性能が得られるまで２４ミ
クロンの増分づつで（フォトリゾグラフィーイオンビームによるミリング加工を
使用して）拡大された。次いで、該フィルターは１．７ワット，２０ワット、４
０ワット、５０ワット、６２ワット及び７４ワットの電力レベルで試験された。
全ての６つの電力レベルでの測定順方向伝達係数（ｓ２１）の対周波数応答の曲
線を図１０に示す。図１０で分かるように、６本の曲線は１ｄＢ／目盛りの精細
な垂直方向尺度でも著しい特性低下無しに相互の頂部上に乗っている。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Technical Background of the Invention of a Resonator for a High-Power, High-Temperature Superconducting Device The present invention relates to a TM 0i0 (TM 0i0 ) mode (i = 1, 2, 3, ...) circular and polygonal planar high-temperature superconductor resonators and their application to high-temperature superconducting filters, filter banks and multiplexers. Filter arrays and multiplexers are widely used in telecommunications as channelizers that separate or combine incoming signals according to their frequency. The basic building block of a filter train and multiplexer is a filter that contains many resonators as frequency selective elements. For telecommunication applications, the filter has a narrow bandwidth, precise center frequency, low insertion loss in the in-band, and high rejection in the off-band. It must have performance, steep edges at the passband edge, small size and high power handling capability. Due to the high losses in normal conductors, conventional filters made of normal conductors are not well suited for telecommunications. High-temperature superconductors (hereinafter referred to as HTS) have been produced with excellent performance at low power. See "High Temperature Superconducting Microwave Circuit", page 113, by Zhi Yuan Shen, published by Artech House, Boston, Boston, 1994. While these HTS planar filters are used in receivers, they are not well suited for use in transmitters due to their very limited power handling capabilities. For use in a transmitter, the filter must handle power in the range of 10 watts to hundreds of watts. In commonly-assigned and co-pending application Ser. No. 08 / 439,402, filed May 11, 1995, we have a TM 0i0 (TM 0i0 ) mode (where i 0 ) capable of handling transmission powers greater than 100 watts. = 1,2,3, ...) circular and polygonal HTS filters, filter arrays and multiplexers. Center frequency accuracy is another important requirement, especially for narrow band filters. For filters with so-called contiguous multiplexers, as described on page 120 of Zhi-Yuan Shen's book, "supra", or performance with severe degradation in center frequency accuracy The above is especially true for a degrading multi-pole filter. Unfortunately, the frequency of the HTS resonator in the filter deviates from the design value due to circuit fabrication errors and uncontrollable variations in the substrate, such as changes in thickness and twin boundaries. And for. See page 12 of Ziyuan Shen's book, "supra". In commonly-assigned and co-pending application Ser. No. 08 / 227,437, filed Apr. 14, 1994, we disclosed a planar HSF filter in a stacked form, but the filter was not disclosed. The individual HTS resonators are stacked vertically and connected via holes or slots in the ground plane. However, connection is made only between adjacent resonators. Certain types of filters, such as "elliptical frequency response" bandpass filters, are separated from one another by a jump over connection, ie, one intermediate resonator. Requires connection between resonators. Stated Description Basically the present invention, but the present invention i contains one or more Tiemu 0i0 when an integer (TM 0 i0) of a planar high temperature superconductor mode resonator, the resonant The vessel has a high-temperature superconductor film having one shape and a at least one high-temperature superconductor ground plate deposited on opposite sides of at least one dielectric substrate. The high temperature superconductor film having the shape has an aperture in the center and has a shape selected from the group consisting of circles and polygons. In a microstrip line form embodiment, the resonator has one ground plane and one dielectric substrate. In strip line form, two substrates are used, each having a ground plane deposited thereon, and a high temperature superconductor film having that shape is sandwiched between the substrates. The base plate / substrate / HSTS (HTS) film / substrate / base plate structure is formed. The resonator is particularly frequency tuned, ie, to change the resonator frequency to optimize the performance of the filter, and to a next-to-adjacent resonator for a filter having an elliptic function frequency response. Useful for making jumpover connections between. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIGS. 1 (a) and 1 (b) show a TM0i0 ( TM0i0 ) mode (i = 1, 2, 3,...) Planar resonator of the present invention in a microstrip line configuration. 1 (a) is a front view and FIG. 1 (b) is a cross-sectional view. FIGS. 2 (a) to. 2 (c), respectively FIG 2 (a), Tiemu 010 (TM 010) as shown in FIG. 2 (b), and FIG. 2 (c) mode, Tiemu 020 (TM 020) mode, FIG. 3 is a graph showing current and magnetic field distributions of the resonator of the present invention operating in the TM030 mode. FIGS. 3 (a) to 3 (c) respectively show a TEM 010 (TM 010 ) mode, a TM 020 (TM 020 ) mode, as shown in FIGS. 3 (a), 3 (b) and 3 (c). and a Tiemu 030 (TM 030) operating in a mode typical prior art circular resonator current and graphical representation of the magnetic field distribution. FIGS. 4 (a) and 4 (b) are schematic views of another embodiment of the resonator of the present invention in a strip line shape, where FIG. 4 (a) is a view cut along the line AA. And FIG. 4 (b) shows a cross-sectional view. 5 (a) and 5 (b) are schematic illustrations of an octagonal HTS planar resonator of the present invention in a microstrip line configuration, where FIG. 5 (a) shows a front view and FIG. (B) shows a sectional view. FIGS. 6 (a) and 6 (b) are schematic illustrations of another embodiment of the octagonal resonator of the present invention in a stripline configuration, where FIG. 6 (a) is cut along line AA. FIG. 6B shows a cross-sectional view. FIGS. 7 (a) to 7 (c) are schematic illustrations of a three-pole HTS filter having a T 010 (TM 010 ) mode resonator of the present invention as a frequency tuning element. 7 shows a front view, FIG. 7B shows a cross-sectional view, and FIG. 7C shows a rear view. FIGS. 8 (a) to 8 (f) are schematic illustrations of a stacked 3-pole HTS filter having a T.sub.M 010 ( TM.sub.010 ) mode resonator of the present invention for jumpover connection between non-adjacent resonators. 8 (a) shows a cross-sectional view, and FIGS. 8 (b), 8 (c), 8 (d), 8 (e) and 8 (f) respectively show BB, C The figure cut | disconnected by -C, DD, EE, and FF is shown. Although FIG. 9 (a) through 9 (b) is a Tiemu 010 (TM 0 10) substantially illustration of high power 3-pole HS Tee S. filter having a mode resonator of this invention as a frequency tuning element, wherein FIG. 9 (a 9) is a front view thereof, and FIG. 9 (b) is a rear view thereof. FIG. 10 is a graph of the curves for the frequency response of the forward transfer coefficient (s21) of the HTS filter of FIGS. 9 (a) to 9 (b) at six different transmit power levels. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In a broad sense, the present invention provides a circular or polygonal HTS film deposited on at least one substrate, wherein the film comprises a centrally located aperture. (I.e., i is an integer equal to or greater than 1) a resonator having a planar TTM 0i0 (TM 0i0 ) mode (where i is an integer of 1 or more) having an (aperture) but having at least one ground plate. I have. A circular or polygonal shape is preferred for the HTS film. The aperture can be circular or polygonal, but need not be the same shape as the HSTS film. It should be understood that the term circular as used herein need not be a complete circle. Rather, imperfect circles, ie circles with a difference in diameter of less than 1%, are also included. Similarly, the term polygon should be understood to mean any equilateral and conformal polygon having at least five sides. Referring to FIG. 1, one embodiment of the resonator of the present invention is schematically illustrated, and a circular HSTS film 21 having apertures 24 deposited thereon on opposite sides of a substrate 22. And a HS ground plate 23. The HTS film and the HTS material used for the HTS base plate are selected from a high temperature superconductor having a transition temperature higher than 80 ° C. absolute and a conductivity 100 times greater than that of pure copper. Is preferred. Most preferred HTS materials to be selected are YB a2 CU 3 O 7 to δ , Tl 2 Ba 2 C aCU 2 O 8 , and (Tl, Pb) Sr 2 Ca 2 CU 3 O 9 . The substrate may be any dielectric substrate commonly used in HSTS devices. Most preferred are dielectric materials having a dielectric loss tangent loss of less than 10 -3 . Referring to FIG. 2, Tiemu 010 (TM 010) mode {2 (a)}, Tiemu 020 (TM 020) mode {2 (b)}, and Tiemu 030 (TM 030) mode {2 (c) A graphical illustration of the radial current Jρ and the circumferential magnetic field Hφ as a function of the radial distance ρ from the center of the inventive resonator operating at｝ is illustrated. HTS 0i0 (TM 0i0 ) mode circular planar resonators in which i is an integer greater than or equal to 1 are known in the prior art. FIGS. 3 (a) to. 3 (c), respectively FIG 3 (a), FIG. 3 (b), the and Tiemu 010 (TM 0 10), shown in Figure 3 (c) mode, Tiemu 020 (TM 020) FIG. 5 is a graphical illustration of the radial current Jρ and the circumferential magnetic field HΦ as a function of the radial distance ρ from the center of a typical prior art circular HS resonator operating in the mode TM 030 (TM 030 ) mode. By comparing Jρ, HΦ for ρ in FIG. 2 with those in FIG. 3, the resonator with the central aperture (FIG. 2) has a region corresponding to the central aperture free from the resonator magnetic field and It can be seen that the electromagnetic field is limited within the HS pattern. 4A and 4B show another embodiment of a circular resonator in a strip line configuration. As can be seen, the resonator of this embodiment comprises a circular HSTS film having a central aperture 34 sandwiched therein between substrates 32a and 32b, each substrate further having a HS ground plate 33a, 33b, respectively. 31 are provided. 5 (a) and 5 (b) illustrate an embodiment of the resonator of the present invention, in which an octagonal HSTS film 51 having an octagonal central aperture 54 therein and an HSTS base plate. 53 are deposited on the opposite side of the substrate 52. Yet another embodiment of the resonator of the present invention is shown in FIGS. 6 (a) and 6 (b). In this embodiment, this is also a strip line configuration similar to the embodiment shown in FIGS. 4 (a) and 4 (b), and the resonator has ground plates 63a and 63b respectively deposited thereon. An octagon HTS film 61 having an octagonal aperture 64 sandwiched between the substrates 62a, 62b is provided. FIG. 7 illustrates an HSTS high power three pole filter in TM0i0 ( TM0i0 ) mode incorporating the resonator of the present invention. As can be seen from FIG. 7, the triode filter comprises a substrate 70 having a plurality of HTS films 72a, 73, 72b deposited on one side thereof and a HTS ground plate 71 deposited on the opposite side. (See FIG. 7B). In the embodiment shown, films 72a and 72b represent prior art circular HTS resonators and have central aperture 74 therein, film 73 represents the resonator of the present invention. Referring particularly to FIG. 7 (c), the input coupling circuit for the filter has an opening 75a in the ground plane 71, which is the same as the remaining coupling circuit and the input central line in the line type on the same plane. This is to supply an area range to the branch line 76a and the branch line 77a coupled to the resonator 72a. The output coupling circuit has an opening 75b in the ground plane 71, which is the remaining coupling circuit, a coplanar line-type output central line 76b, and a branch coupled to the resonator 72b. This is for supplying an area range to the line 77b. The inter-resonator coupling circuit is provided with two openings 78a and 78b in the ground plane 71 for coupling the resonator 72a to the resonator 73 and the resonator 73 to the resonator 72b, respectively, and a line type 2 on the same plane. And two coupling center lines 79a and 79b. For a three-pole filter, the resonance frequencies of the three resonators containing the filter must be exactly equal to their design values. In fact, the resonance frequency can change due to many uncontrollable factors. Therefore, it is highly desirable to have some means of tuning the resonance frequency of the individual resonators. For example, it is known that changing the radius of a prior art circular HS resonator can change its frequency, but changing the radius and thus tuning the frequency of the circular resonator after assembly is not possible. extremely difficult. In the embodiment of the three-pole filter shown in FIG. 7, the resonator according to the invention comprises means for tuning the resonance frequency of the filter. In particular, the frequency of the circular resonator of the present invention can be easily increased by providing an aperture in the center of the resonator. This can be easily achieved by using high power laser, photolithographic etching or shadow mask etching. FIG. 8 shows yet another three-pole TM 0i0 (TM 0i0 ) mode (i = 1,2,3,...) HTS filter having a stacked configuration combined with the resonator of the present invention. Is illustrated. The three-pole filter is divided into three parts: an input part, a middle part and an output part. The input portion comprises an HSTS circuit {see FIG. 8 (b)} sandwiched between a substrate 80a (having a ground plate 81a deposited on one side thereof) and a substrate 80b. Referring to FIG. 8B, the HTS circuit includes a circular HTS resonator 82a and an input coupling circuit 83a deposited on a substrate 80b. The middle portion has an HSTS circuit pattern shown in FIG. 8D sandwiched between the two substrates 80c and 80d. The circuit pattern for the intermediate portion shown in FIG. 8 (d) is obtained by depositing an HTS resonator 84 having an aperture 85 in the center thereof on a substrate 84d and a circular HTS concentric with the aperture 85 and the resonator 84. And a dot 86. The output portion comprises an HSTS circuit {see FIG. 8 (f)} sandwiched between a substrate 80f (having a ground plate 81b deposited on one side thereof) and a substrate 80e. I have. The HTS circuit for the output portion shown in FIG. 8 (f) includes a circular HTS resonator 82b and an output coupling circuit 83b deposited on the substrate 80f. An HTS base plate 87a having a central coupling means 88a (see FIG. 8C) separates the input portion and the intermediate portion. A similar base plate 87b having a central coupling means 88b {see FIG. 8 (e)} separates the intermediate part and the output part. In this regard, the base plate 87a shares a function between the input portion and the intermediate portion, and the base plate 87b shares a function between the intermediate portion and the output portion. Coupling means 88a provides a coupling between resonator 82a and resonator 84, while coupling means 88b provides a coupling between resonator 84 and resonator 82b. In addition, as will be described more fully below, coupling means 88a and 88b, together with aperture 85 in resonator 84, provide coupling between resonators 82a and 82b. Referring again to FIG. 8 (d), the resonator 84 having the central aperture 85 includes means for coupling between the resonators 82a and 82b. Such coupling is properly referred to as "jump-over" coupling because resonators 82a and 82b are not adjacent to each other, but are in fact separated by intermediate resonator 84. To be evaluated. Thus, coupling from resonator 82a to resonator 82b requires an "jump" over the intermediate resonator 84. The application of this "jump-over" combination of the present invention, thus with the advantage of having very steep edges, is particularly advantageous for use in elliptic frequency response filters. As described above with reference to FIG. 2, the electromagnetic field in the TM0i0 ( TM0i0 ) mode (where i = 1, 2, 3,...) In the resonator is applied to the HSTS film itself. Limited, the central aperture in the resonator is free from the electromagnetic fields generated by the resonator. Thus, this "free space" is available for use in coupling non-adjacent resonators. With particular reference to the stacked filters shown in FIGS. 8 (a) to 8 (f), the electromagnetic field is limited to the area of the HSTS film 84, and the central aperture 85 provides free space from the electromagnetic field. The free space is "jump-over" coupling between resonators 82a and 82b through coupling means 88a on ground plane 87a {see FIG. 8 (c)} and coupling means 88b on ground plane 87b {see FIG. 8 (e)}. Can be used as a space for Concentric HTS dots 86 within aperture 85 provide another range of varying coupling forces within these resonators. In summary, the coupling force between and within the resonators 82a, 84 and 82b can be adjusted by changing the diameter of the coupling means 88a and 88b, the aperture 85, and the HS dots 86. . Example A lanthanum aluminum oxide (LaAlO 3 ) 40.8 mm × 17.2 mm × 0.508 mm substrate was coated on both sides with a double-sided thin film of Tl 2 Ba 2 CaCU 2 O 8 HTS. As a result, a high-power three-pole TM0i0 ( TM0i0 ) mode HTS filter was prepared. Using a standard bi-level photolithographic process and milling with an ion beam, a filter having the structure shown in FIGS. 9A and 9B was prepared. Thus, 90 is a substrate, 91a and 91b are octagonal resonators, 92 is an octagonal resonator having a central aperture 93 therein, 94 is a ground plane, and is the same as the opening 95a. The central line 96a and the T-coupled branch line 96a on the plane collectively form an input coupling circuit, and the opening 95b, the central line 96b on the same plane and the T-type coupled branch line 97b Collectively form an output coupling circuit, and openings 98a and 98b comprise an inter-resonator coupling circuit. The filter was housed in a copper case with input and output connectors compatible with SMA and the filter was tested at 77 ° C absolute. The diameter of the central aperture 93 in the cavity 92 was enlarged in 24 micron increments (using photolithographic ion beam milling) until optimum performance was obtained. The filters were then tested at power levels of 1.7 watts, 20 watts, 40 watts, 50 watts, 62 watts and 74 watts. Curves of the measured forward transfer coefficient (s21) versus frequency response at all six power levels are shown in FIG. As can be seen in FIG. 10, the six curves are on top of each other without significant degradation on a fine vertical scale of 1 dB / scale.
【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項
【提出日】平成１０年５月１１日（１９９８．５．１１）
【補正内容】
請求の範囲
１．マイクロストリップ線路型であり、ｉが１以上の整数であるティーエム0i 0
（TM0i0）モードの平面状高温超伝導体の共振器に於いて、誘電体基板の相対す
る側上に配置された形状のある高温超伝導体のフイルムと少なくとも１枚の高温
超伝導体の地板とを具備しており、前記形状のある高温超伝導体のフイルムはそ
の中央部にアパーチャーを有しておりそして円及び多角形から成るグループから
選択された形状を有しており、又前記アパーチャーは該共振器の周波数を同調さ
せる手段を備えていることを特徴とするマイクロストリップ線路型であるティー
エム0i0（TM0i0）モードの平面状高温超伝導体の共振器。
２．ストリップ線路型であり、ｉが１以上の整数であるティーエム0i0（TM0i0
）モードの平面状高温超伝導体の共振器に於いて、
（ａ）第１の高温超伝導体の地板と、
（ｂ）第１の誘電体基板と、
（ｃ）形状のある高温超伝導体のフイルムと、
（ｄ）第２の誘電体基板と、そして
（ｅ）第２の高温超伝導体の地板と
を、この順序で、具備しており、
前記形状のある高温超伝導体のフイルムはその中央部にアパーチャーを有して
おりそして円と多角形とから成るグループから選択された形状を有しており、又
前記アパーチャーは該共振器の周波数を同調させる手段を備えていることを特徴
とするストリップ線路型であるティーエム0i0（TM0i0）モードの平面状高温超伝
導体の共振器。
３．請求項１又は２の共振器に於いて、該形状のある高温超伝導体の
フイルムが円形を有することを特徴とする共振器。
４．請求項１又は２の共振器に於いて、該形状のある高温超伝導体のフイルム
が多角形を有することを特徴とする共振器。
５．請求項４の共振器に於いて、該形状のある高温超伝導体のフイルムが８角
形を有することを特徴とする共振器。
６．請求項１又は２の共振器が更に、該形状のある高温超伝導体のフイルムの
中央部内で該アパーチャーに対して同心的に配置された第２の高温フィルムを有
することを特徴とする共振器。[Procedure of Amendment] Article 184-8, Paragraph 1 of the Patent Act
[Submission date] May 11, 1998 (1998.11.11)
[Correction contents]
The scope of the claims
1. TM which is a microstrip line type and i is an integer of 1 or more.0i 0
(TM0i0) In a planar high-temperature superconductor resonator in mode,
High temperature superconductor film and at least one high temperature
A high-temperature superconductor film having the above-mentioned shape.
From the group consisting of circles and polygons
Has a selected shape and the aperture tunes the frequency of the resonator.
Microstrip line type tee characterized by having means for causing
Em0i0(TM0i0) Mode planar high temperature superconductor resonator.
2. TM which is a stripline type and i is an integer of 1 or more0i0(TM0i0
) Mode planar high-temperature superconductor resonator,
(A) a ground plate of a first high-temperature superconductor;
(B) a first dielectric substrate;
(C) a shaped high-temperature superconductor film;
(D) a second dielectric substrate, and
(E) a second high-temperature superconductor ground plane;
, In this order,
The high-temperature superconductor film having the above-mentioned shape has an aperture at the center thereof.
Has a shape selected from the group consisting of a circle and a polygon, and
The aperture is provided with means for tuning the frequency of the resonator.
Tm is a strip line type0i0(TM0i0) Mode planar high-temperature superconductivity
Conductor resonator.
3. 3. The resonator according to claim 1, wherein said high-temperature superconductor having said shape is formed.
A resonator, wherein the film has a circular shape.
4. 3. The high-temperature superconductor film according to claim 1, wherein said high-temperature superconductor film has the shape.
Has a polygon.
5. 5. The resonator according to claim 4, wherein the high-temperature superconductor film having the shape is octagonal.
A resonator having a shape.
6. 3. The resonator according to claim 1, further comprising a high-temperature superconductor film having the shape.
A second high temperature film concentrically disposed within said central portion with respect to said aperture;
A resonator characterized in that:
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，
ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ
Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＣＡ，ＣＮ，ＪＰ，Ｋ
Ｒ，ＳＧ────────────────────────────────────────────────── ───
Continuation of front page
(81) Designated countries EP (AT, BE, CH, DE,
DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, IT, L
U, MC, NL, PT, SE), CA, CN, JP, K
R, SG