JP2002141704A

JP2002141704A - フィルタ装置

Info

Publication number: JP2002141704A
Application number: JP2000333069A
Authority: JP
Inventors: Fumihiko Aiga; 史彦相賀; Riichi Kato; 理一加藤; Yoshiaki Terajima; 喜昭寺島; Mutsuki Yamazaki; 六月山崎; Hiroyuki Fukuya; 浩之福家; Hiroyuki Kayano; 博幸加屋野
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2000-10-31
Filing date: 2000-10-31
Publication date: 2002-05-17

Abstract

(57)【要約】【課題】急峻なスカート特性を有し、さらに所望の通
過特性を容易に得ることが可能なフィルタ装置を提供す
る。【解決手段】基板上に形成された超伝導体膜によって
構成された複数の共振素子からなるバンドパスフィルタ
２１ａ，２１ｂが複数直列接続された直列フィルタ部
と、少なくとも一つのバンドパスフィルタを構成する共
振素子の共振周波数を制御する共振制御部２２ａ，２２
ｂとを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、通信機器等に用い
られるフィルタ装置、特にバンドパスフィルタを有する
フィルタ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】無線又は有線で情報通信を行う通信機器
は、アンプ、ミキサ、フィルタなどの各種デバイスから
構成されており、バンドパスフィルタは所望帯域のみを
通過させる特性を持つ。通信システムで用いられるバン
ドパスフィルタの中心周波数、帯域幅などの特性はシス
テムの仕様に応じて決められる。

【０００３】図２６は、バンドパスフィルタの一例を示
したものであり、基板（図示せず）上に形成された導電
パターンによって複数の共振素子２０１を構成し、これ
ら複数の共振素子２０１によってバンドパスフィルタが
構成されている。図２７は、図２６に示したバンドパス
フィルタの等価回路を示したものであり、キャパシタ２
１１及びインダクタ２１２の並列回路がキャパシタ２１
３によって結合された形となっている。

【０００４】通信システムでは、隣接する周波数帯域間
で干渉を起こさないようなバンドパスフィルタのスカー
ト特性が要求され、周波数を有効に利用するために急峻
なスカート特性を有するバンドパスフィルタが求められ
る。

【０００５】通過帯域の低周波数側のスカート特性を急
峻にする場合には、例えば「Japanese Journal of Appl
ied Physics 、第３２巻（１９９３年）、第Ｌ２６０
頁」に見られるように、通過帯域の低周波数側に極を有
するヘアピン型共振素子からなるフィルタ回路を用いる
ことができる。逆に、通過帯域の高周波数側のスカート
特性を急峻にする場合には、例えば「IEEE TRANSACTION
S ON APPLIED SUPERCONDUCTIVITY、第５巻（１９９５
年）第２号、第２６５６頁」に見られるように、通過帯
域の高周波数側に極を有するフォワード結合型フィルタ
を用いることができる。また、通過帯域の両側ともに急
峻にする場合には、例えば「IEEE TRANSACTIONS ON MIC
ROWAVE THEORY AND TECHNIQUES、第４８巻（２０００）
第７号、第１２４０頁」に見られるように、通過帯域の
両側に極を有する疑似楕円関数型フィルタを用いること
ができる。

【０００６】上述したいずれの場合も、共振素子を多段
化することにより、スカート特性を急峻にすることが可
能である。金属フィルタや誘電体フィルタでは、損失が
大きいために多段化は不可能であったが、共振素子に超
伝導体を用いた超伝導フィルタにより可能となってき
た。

【０００７】通信システムで要求されるスカート特性が
極めて急峻である場合、極を有するフィルタであっても
非常に多くの共振素子を用いて多段化する必要があり、
フィルタ回路が大型化する。そのため、このような大型
のフィルタ回路を作製する場合には、極めて大きな基板
が必要となる。例えばマイクロストリップ線路型超伝導
フィルタの場合、基板にはＡｌ₂Ｏ₃（サファイア）、
ＭｇＯ、ＬａＡｌＯ₃などが用いられる。

【０００８】しかしながら、このような大型基板の作製
は困難であり、コストも増大する。また、超伝導体膜を
大型基板上に作製することも困難である。すなわち、通
信システムで要求される極めて急峻なスカート特性を有
するバンドパスフィルタを従来技術で実現するために
は、超伝導体膜が形成された大型基板を用意することが
困難であるといった問題や、用意できたとしても極めて
コストが高くなるといった問題がある。

【０００９】また、無線基地局における送信用フィルタ
のような耐大電力通過特性を有する超伝導バンドパスフ
ィルタは、例えば「IEEE TRANSACTIONS ON MICROWAVE T
HEORY AND TECHNIQUES、第４８巻（２０００）第７号、
第１２５６頁」に見られるように、大型共振素子を用い
て構成することで実現される。しかしながら、システム
で要求される急峻なスカート特性を実現するためには、
多数の共振素子を用いて多段化する必要があり、大型共
振素子を多数作製できるような大型基板を用意すること
が困難であるといった問題や、用意できたとしても極め
てコストが高くなるといった問題がある。

【００１０】また、超伝導フィルタ回路が大型化する
と、フィルタ回路を収容した実装系が大型化し、超伝導
特性を実現するための冷却コストも増大するといった問
題もある。

【００１１】一方、システムの変更に柔軟に対応できる
通信インフラの構築には、中心周波数や帯域幅などの特
性が可変であるバンドパスフィルタが必要不可欠であ
る。従来の特性可変バンドパスフィルタでは、特開平９
−３０７３０７号公報に見られるように、フィルタを構
成する共振素子間の各結合量及び外部Ｑを個別に制御す
ることにより、所望のフィルタ特性及びその変化を得る
ようにしていた。したがって、従来の特性可変バンドパ
スフィルタの方法でシャープスカート特性を持つ多段フ
ィルタの特性を変化させるためには、非常に多くの共振
素子間結合を制御する（図２７のキャパシタ２１３の容
量を制御する）必要があり、制御すべきパラメータ数が
膨大となり、実現は困難であった。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来は基
板が大型化する等の問題から急峻なスカート特性を有す
るバンドパスフィルタを得ることは容易ではなく、また
フィルタの通過特性を精度よく調整することも困難であ
った。

【００１３】本発明は、上記従来の課題に対してなされ
たものであり、急峻なスカート特性を有し、さらに所望
の通過特性を容易に得ることが可能なフィルタ装置を提
供することを目的としている。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明に係るフィルタ装
置は、基板上に形成された超伝導体膜によって構成され
た複数の共振素子からなるバンドパスフィルタが複数直
列接続された直列フィルタ部と、少なくとも一つのバン
ドパスフィルタを構成する共振素子の共振周波数を制御
する共振制御部と、を備えたことを特徴とする。

【００１５】本発明によれば、超伝導体膜によって構成
された複数の共振素子からなるバンドパスフィルタを複
数直列接続することにより、急峻なスカート特性等、優
れた特性を有するバンドパスフィルタを得ることができ
る。すなわち、互いに特性の異なるバンドパスフィルタ
を用いる場合には、例えば通過帯域の低周波数側に急峻
なスカート特性を有するバンドパスフィルタと通過帯域
の高周波数側に急峻なスカート特性を有するバンドパス
フィルタとを直列接続することで、通過帯域の両側に急
峻なスカート特性を有するバンドパスフィルタを容易に
実現することができる。また、同一の特性を有するバン
ドパスフィルタどうしを直列接続した場合にも、各バン
ドパスフィルタに比べて急峻なスカート特性を得ること
ができる。さらに、複数のバンドパスフィルタを直列接
続したときの通過帯域外減衰量は、個々のフィルタの通
過帯域外減衰量の和となるため、大きな通過帯域外減衰
量を得ることもできる。

【００１６】また、複数のバンドパスフィルタを直列接
続することにより、コンパクト化が可能となる。すなわ
ち、直列接続されたバンドパスフィルタと同等の特性を
有する単一のバンドパスフィルタに比べて、各バンドパ
スフィルタの共振素子の段数を少なくすることができる
ため、各バンドパスフィルタの占有領域を小さくするこ
とができる。また、単一のバンドパスフィルタでは、共
振素子の配列の仕方に自由度がないため占有領域の形状
が限定されてしまうが、バンドパスフィルタを直列接続
した場合には、各バンドパスフィルタを２次元的或いは
３次元的に大きな自由度で配置することができる。これ
らの理由から、直列接続されたバンドパスフィルタ全体
のコンパクト化やバンドパスフィルタを組み込んだ装置
全体のコンパクト化をはかることが可能となる。

【００１７】直列接続された複数のバンドパスフィルタ
を異なる基板を用いて形成した場合には、大型基板を用
いなくてもよいことから、製造の容易性や製造コストの
低減を確保することができ、また各バンドパスフィルタ
を３次元的に大きな自由度で配置することが可能であ
る。

【００１８】直列接続された複数のバンドパスフィルタ
を同一基板を用いて形成した場合は、３次元的な配置の
自由度を確保することは難しいが、２次元的には大きな
自由度を確保することが可能である。また、各バンドパ
スフィルタ間を超伝導体配線で接続することができるた
め、接続に伴う損失を低減することができる。

【００１９】また、通過帯域に共通部分を持つ複数のバ
ンドパスフィルタを直列接続することで、共通部分の周
波数が通過する新たなバンドパスフィルタが得られる
が、少なくとも一つのバンドパスフィルタを構成する共
振素子の共振周波数を制御することで、共通部分の通過
特性（中心周波数、帯域幅）を調整することが可能とな
る。

【００２０】特に、共振素子が形成された基板表面と共
振周波数を制御する部材（誘電体板が好ましい）の対向
面とを平行にし、該部材によって各共振素子及び各共振
素子間の間隙それぞれの一定以上（半分以上が好まし
い）の領域を覆い、平行状態を維持したまま該部材を移
動させて該部材と基板との間隔を調整することにより、
各共振素子の共振周波数を一様に変化させることがで
き、通過特性を乱すことなく中心周波数を変化させるこ
とが可能となる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
参照して説明する。

【００２２】（基本構成例）図１は、本発明の実施形態
に係るバンドパスフィルタの一例について、その平面パ
ターンを示した図である。

【００２３】図１（ａ）は、直列接続される一方のバン
ドパスフィルタ１２ａ（コムライン型）を示したもので
ある。すなわち、基板（図示せず）上に形成された超伝
導体パターンによって複数の共振素子１１ａを構成し、
これら複数の共振素子１１ａによってバンドパスフィル
タ１２ａが構成される。各共振素子１１ａの超伝導体パ
ターンは同一形状であり、各超伝導体パターンは所望の
通過特性を実現するように配列されている。

【００２４】図１（ｂ）は、直列接続される他方のバン
ドパスフィルタ１２ｂ（ヘアピン型）を示したものであ
る。このバンドパスフィルタ１２ｂもバンドパスフィル
タ１２ａと同様、基板上に形成された超伝導体パターン
によって複数の共振素子１１ｂが構成され、これら複数
の共振素子１１ｂによってバンドパスフィルタ１２ｂが
構成される。各共振素子１１ｂの超伝導体パターンは同
一形状であり、各超伝導体パターンは所望の通過特性を
実現するように配列されている。

【００２５】これらのバンドパスフィルタ１２ａ及び１
２ｂを直列接続することにより、図１（ｃ）に示すよう
な構成が得られる。なお、各バンドパスフィルタの等価
回路は、図２７に示した通りである。

【００２６】図２（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ、図１
（ａ）〜（ｃ）に示したバンドパスフィルタの特性を示
したものである。図１（ａ）に示したのバンドパスフィ
ルタ１２ａは図２（ａ）に示すように高周波数側にシャ
ープなエッジを有し、図１（ｂ）に示したバンドパスフ
ィルタ１２ｂは図２（ｂ）に示すように低周波数側にシ
ャープなエッジを有している。したがって、両者を直列
接続したバンドパスフィルタ（図１（ｃ））では、両側
のエッジをともにシャープにすることができる（図２
（ｃ））。

【００２７】図３は、本発明の実施形態に係る周波数可
変のフィルタ装置の基本構成例を示した図である。図に
示すように、二つのバンドパスフィルタ２１ａ及び２１
ｂを直列接続し、各々に共振周波数制御部２２ａ及び２
２ｂを設けている。

【００２８】バンドパスフィルタ２１ａの通過周波数を
共振周波数制御部２２ａによって変化させないときのバ
ンドパスフィルタ２１ａ単独の通過特性を図４に示す。
同様に、バンドパスフィルタ２１ｂの通過周波数を共振
周波数制御部２２ｂによって変化させないときのバンド
パスフィルタ２１ｂ単独の通過特性を図５に示す。ｆ１
はバンドパスフィルタ２１ａ単独の通過帯域の低周波側
端部、ｆ２はバンドパスフィルタ２１ｂ単独の通過帯域
の高周波側端部を示している。また、両フィルタの通過
周波数とも変化させないときの、図３のフィルタ回路全
体の通過特性を図６に示す。図３のフィルタ回路は、ｆ
１からｆ２までの周波数を選択的に通過させるバンドパ
スフィルタとして動作することになる。

【００２９】共振周波数制御部２２ａを用いてバンドパ
スフィルタ２１ａを構成する共振素子の共振周波数を制
御し、バンドパスフィルタ２１ａの通過周波数を変化さ
せた場合のバンドパスフィルタ２１ａ単独の通過特性を
図７に示す。この場合、図４と比較して通過帯域全体が
低周波側にシフトしており、通過帯域の低周波側端部が
ｆ１’となっている。バンドパスフィルタ２１ａ単独の
通過周波数が図７のようになるように制御した場合の、
図３のフィルタ回路全体の通過特性を図８に示す。図３
のフィルタ回路は、全体としてｆ１’からｆ２までの周
波数を通過させるバンドパスフィルタとして動作し、周
波数制御を行わない場合の通過特性である図６と比較し
て帯域幅が広くなっている。

【００３０】なお、共振周波数制御部２２ａを用いてバ
ンドパスフィルタ２１ａの通過帯域全体を高周波側にシ
フトさせることにより、図３のフィルタ回路全体の通過
帯域幅を狭くすることもまったく同様に可能である。ま
た、共振周波数制御部２２ｂを用いてバンドパスフィル
タ２１ｂの通過周波数を変化させ、図３のフィルタ回路
全体の通過周波数を所望の値に制御することも同様に可
能である。さらに、共振周波数制御部２２ａ及び２２ｂ
の一方のみを用いる他、両方を同時に用いることも可能
である。

【００３１】このように、共振周波数制御部によって一
方或いは両方のバンドパスフィルタを構成する共振素子
の共振周波数を制御し、フィルタの中心周波数を制御す
ることにより、直列接続されたフィルタ回路全体の中心
周波数や帯域幅などのフィルタ特性を所望の特性になる
よう制御することができる。

【００３２】以下、本発明の具体的な実施形態について
説明する。

【００３３】（実施形態１）図９は、第１の実施形態に
係るフィルタ装置の断面図を模式的に示したものであ
る。

【００３４】第１のバンドパスフィルタ構成部は、基板
（誘電体基板）３１ａ、基板３１ａの下面上に超伝導体
膜によって形成されたグランド電極３２ａ、基板３１ａ
の上面上に超伝導体膜によって形成された複数の共振素
子３３ａ、入力ポート３４ａ及び出力ポート３５ａから
構成される。第２のバンドパスフィルタ構成部も同様
に、基板（誘電体基板）３１ｂ、基板３１ｂの下面上に
超伝導体膜によって形成されたグランド電極３２ｂ、基
板３１ｂの上面上に超伝導体膜によって形成された複数
の共振素子３３ｂ、入力ポート３４ｂ及び出力ポート３
５ｂから構成される。第１及び第２のバンドパスフィル
タともに、マイクロストリップライン型のバンドパスフ
ィルタであり、例えば図１（ａ）及び（ｂ）に示したよ
うなバンドパスフィルタをそれぞれ用いることができ
る。

【００３５】第１のバンドパスフィルタの入力ポート３
４ａには同軸線３６ａが、第２のバンドパスフィルタの
出力ポート３５ｂには同軸線３６ｂが接続されており、
第１のバンドパスフィルタの出力ポート３５ａと第２の
バンドパスフィルタの入力ポート３４ｂとは接続線３７
によって接続されている。

【００３６】また、第１のバンドパスフィルタの通過周
波数を制御する手段として、誘電体板４１ａ及び可動部
４２ａが設けられている。同様に、第２のバンドパスフ
ィルタの通過周波数を制御する手段として、誘電体板４
１ｂ及び可動部４２ｂが設けられている。第１のバンド
パスフィルタにおいて、誘電体板４１ａは複数の共振素
子３３ａ全体を覆うように配置され、誘電体板４１ａ表
面と基板３１ａ表面とが平行な状態を維持するようにし
て可動部４２ａを上下に動かすことにより、誘電体板４
１ａと共振素子３３ａとの距離を制御することができ
る。第２のバンドパスフィルタについても同様である。

【００３７】なお、誘電体板４１ａ及び４１ｂには、サ
ファイア（Ａｌ₂Ｏ₃）、ＭｇＯ、ＬａＡｌＯ₃など種
々の誘電体材料を用いることが可能であり、誘電体損が
できるだけ小さいことが望ましい。なお、基板３１ａ及
び３１ｂにも、同様の誘電体材料を用いることが可能で
ある。

【００３８】また、共振素子３３ａ及び３３ｂ（マイク
ロストリップ線路）の材料には、レーザー蒸着法、スパ
ッタ法或いは共蒸着法などにより成膜されたＹＢＣＯ
（イットリウム、バリウム、銅及び酸素の合金）超伝導
体膜を用いることができる。

【００３９】可動部４２ａ及び４２ｂの位置制御は、簡
単にはねじを用いればよいが、圧電素子などによる各種
アクチュエータを用いてもよい。

【００４０】このように、本実施形態では、可動部４２
ａ（或いは可動部４２ｂ）を上下に動かすことにより、
誘電体板４１ａ（或いは誘電体板４１ｂ）と共振素子３
３ａ（或いは共振素子３３ｂ）との距離を制御すること
ができ、第１或いは第２のバンドパスフィルタの周波数
特性を変化させることができる。

【００４１】また、共振素子の超伝導体パターンを覆う
ように誘電体板を配置し、誘電体板と基板表面との平行
状態を維持するようにして可動部を上下に動かすことに
より、各共振素子の共振周波数を一様に変化させること
ができる。この場合、周波数変化が大きくなければ、共
振素子間結合は調整する必要がない。すなわち、直列接
続されたバンドパスフィルタ両方の周波数を制御する場
合でも制御パラメータ数は高々二つであり、各々のフィ
ルタの段数には依存しない。したがって、シャープスカ
ート特性を有する特性可変バンドパスフィルタを容易に
実現することができる。

【００４２】（実施形態２）図１０は、第２の実施形態
に係るフィルタ装置の断面図を模式的に示したものであ
る。

【００４３】第１及び第２のバンドパスフィルタ構成部
及び入出力ポート等の基本的な構成については、図９に
示した第１の実施形態と同様であり、図９に示した構成
要素に対応する構成要素については同一の参照番号を付
し、ここではそれらの詳細な説明は省略する。

【００４４】本実施形態では、第１のバンドパスフィル
タの通過周波数を制御する手段として、絶縁用誘電体５
１ａ上に形成されたキャパシタ構造を備えている。この
キャパシタ構造は、電界印加用電極５２ａ及び５３ａ間
に誘電体５４ａを挟んだ構造であり、誘電体５４ａには
印加電界によって誘電率が変化する材料が用いられる。
同様に、第２のバンドパスフィルタの通過周波数を制御
するために、絶縁用誘電体５１ｂ、電界印加用電極５２
ｂ及び５３ｂ及び誘電体５４ｂが設けられている。

【００４５】例えば第１のバンドパスフィルタにおい
て、絶縁用誘電体５１ａ、電界印加用電極５２ａ及び５
３ａ及び誘電体５４ａは、複数の共振素子３３ａ全体を
覆うように配置され、電界印加用（電圧印加用）の電源
５５ａによって電界印加用電極５２ａ及び５３ａに印加
する電圧を変化させることで、誘電体５４ａに印加され
る電界を制御することができる。第２のバンドパスフィ
ルタについても同様である。

【００４６】なお、誘電体５４ａ及び５４ｂには、Ｓｒ
ＴｉＯ₃やＢａ_xＳｒ_1-xＴｉＯ₃（ただし、ｘはＢａ
によるＳｒの置換量であり１以下である）、或いはこれ
らの材料にドーピングを施して誘電率変化量を増大させ
るようにした材料を用いることが可能である。

【００４７】このように、本実施形態では、印加電界に
よって誘電率が変化する誘電体５４ａ（或いは誘電体５
４ｂ）を設け、電源５５ａ（或いは電源５５ｂ）によっ
て印加電界を制御することにより、第１或いは第２のバ
ンドパスフィルタの通過特性を変化させることができ
る。また、共振素子の超伝導体パターンを覆うように誘
電体を配置することで、各共振素子の共振周波数を一様
に変化させることができ、第１の実施形態と同様、シャ
ープスカート特性を有する特性可変バンドパスフィルタ
を容易に実現することができる。

【００４８】（実施形態３）図１１は、第３の実施形態
に係るフィルタ装置の断面図を模式的に示したものであ
る。

【００４９】第１及び第２のバンドパスフィルタ構成部
及び入出力ポート等の基本的な構成については、図９に
示した第１の実施形態と同様であり、図９に示した構成
要素に対応する構成要素については同一の参照番号を付
し、ここではそれらの詳細な説明は省略する。

【００５０】本実施形態では、第１のバンドパスフィル
タの通過周波数を制御する手段として、絶縁用誘電体６
１ａ上に形成されたインダクタ構造を備えている。この
インダクタ構造は、磁界印加用コイル６２ａ内に磁性体
６３ａを設けた構造であり、磁性体６３ａには印加磁界
によって透磁率が変化する材料が用いられる。同様に、
第２のバンドパスフィルタの周波数を制御するために、
絶縁用誘電体６１ｂ、磁界印加用コイル６２ｂ及び磁性
体６３ｂが設けられている。

【００５１】例えば第１のバンドパスフィルタにおい
て、絶縁用誘電体６１ａ、磁界印加用コイル６２ａ及び
磁性体６３ａは、複数の共振素子３３ａ全体を覆うよう
に配置され、磁界印加用（電流供給用）の電源６４ａに
よって磁界印加用コイル６２ａに供給する電流を変化さ
せることで、磁性体６３ａに印加される磁界を制御する
ことができる。第２のバンドパスフィルタについても同
様である。

【００５２】なお、磁性体６３ａ及び６３ｂには、Ｙ₃
Ｆｅ₅Ｏ₁₂などの材料を用いることが可能である。

【００５３】このように、本実施形態では、印加磁界に
よって透磁率が変化する磁性体６３ａ（或いは磁性体６
３ｂ）を設け、電源６４ａ（或いは電源６４ｂ）によっ
て印加磁界を制御することにより、第１或いは第２のバ
ンドパスフィルタの通過特性を変化させることができ
る。また、共振素子の超伝導体パターンを覆うように磁
性体を配置することで、各共振素子の共振周波数を一様
に変化させることができ、第１の実施形態と同様、シャ
ープスカート特性を有する特性可変バンドパスフィルタ
を容易に実現することができる。

【００５４】（実施形態４）図１２は、第４の実施形態
に係るフィルタ装置の断面図を模式的に示したものであ
る。本実施形態の基本的な構成については、図９に示し
た第１の実施形態と同様であり、図９に示した構成要素
に対応する構成要素については同一の参照番号を付して
いる。

【００５５】本実施形態では、可動部４２ａ及び４２ｂ
をそれぞれ制御する可動部制御素子７１ａ及び７１ｂが
制御装置７２に接続されており、可動部４２ａ及び４２
ｂの少なくとも一方の位置を時々刻々制御している。

【００５６】なお、バンドパスフィルタの周波数を制御
する手段として、第２或いは第３の実施形態で説明した
ものを用いることも可能である。

【００５７】（実施形態５）図１３は、第５の実施形態
に係るフィルタ装置の断面図を模式的に示したものであ
る。本実施形態の基本的な構成については、図９に示し
た第１の実施形態と同様であり、図９に示した構成要素
に対応する構成要素については同一の参照番号を付して
いる。

【００５８】第１の実施形態では、別々の基板を用いて
バンドパスフィルタを構成していたが、本実施形態で
は、同一の基板３１上に共振素子３３ａ及び３３ｂを形
成することで、同一基板を用いて第１及び第２のバンド
パスフィルタを構成している。また、第１及び第２のバ
ンドパスフィルタ間は、基板３１上に形成された伝送線
路８１によって接続されている。

【００５９】なお、バンドパスフィルタの周波数を制御
する手段として、第２或いは第３の実施形態で説明した
ものを用いることも可能である。

【００６０】（実施形態６）図１４は、第６の実施形態
に係るフィルタ装置の断面図を模式的に示したものであ
る。本実施形態の基本的な構成については、図１３に示
した第５の実施形態と同様であり、図１３に示した構成
要素に対応する構成要素については同一の参照番号を付
している。

【００６１】第５の実施形態では、同一基板を用いて第
１及び第２のバンドパスフィルタを直列接続するように
したが、本実施形態は、同一基板を用いてさらに第３の
バンドフィルタを直列接続するようにしている。すなわ
ち、同一の基板３１上に共振素子３３ａ、３３ｂ及び３
３ｃを形成するとともに、第１及び第２のバンドパスフ
ィルタ間を伝送線路８１によって、第２及び第３のバン
ドパスフィルタ間を伝送線路８２によって接続し、第３
のバンドパスフィルタの出力ポート３４ｃには同軸線３
６ｃが接続されている。

【００６２】なお、バンドパスフィルタの直列接続数を
さらに増やすことも可能であり、また、バンドパスフィ
ルタの周波数を制御する手段として、第２或いは第３の
実施形態で説明したものを用いることも可能である。

【００６３】（実施形態７）図１５は、第７の実施形態
に係るフィルタ装置に関するものであり、図１５（ａ）
はバンドパスフィルタの配置を示した平面図、図１５
（ｂ）はバンドパスフィルタの通過特性を示した図であ
る。

【００６４】図１５（ａ）に示すように、本バンドパス
フィルタは、同一の基板１０１上に、共振素子１０２ａ
からなる５段のバンドパスフィルタ１０３ａと、共振素
子１０２ｂからなるフォワード結合型の６段のバンドパ
スフィルタ１０３ｂを形成し、両者を接続部１０６を介
して直列接続したものである。バンドパスフィルタ１０
３ａ及びバンドパスフィルタ１０３ｂには、それぞれ入
力端子１０４及び出力端子１０５が接続されている。

【００６５】図１５（ｂ）に示すように、本バンドパス
フィルタにより、通過帯域の両側に極を有するシャープ
スカート特性を実現することができる。

【００６６】（実施形態８）図１６は、第８の実施形態
に係るフィルタ装置に関するものであり、図１６（ａ）
は本実施形態に係るバンドパスフィルタの配置を示した
平面図、図１６（ｂ）は比較例に係るバンドパスフィル
タの配置を示した平面図、図１６（ｃ）は図１６（ａ）
及び図１６（ｂ）に示したバンドパスフィルタそれぞれ
の通過特性を示した図である。なお、図１５に示した第
７の実施形態の構成要素に対応する構成要素については
同一の参照番号を付している。

【００６７】本実施形態に係るバンドパスフィルタ（図
１６（ａ））は、二つの同一のバンドパスフィルタ１０
３ａ（６段構成）を同一の基板１０１上に直列接続した
ものである。比較例（図１６（ｂ））は、図１６（ａ）
に示した共振素子１０２ａと同一の共振素子によって構
成される１２段のバンドパスフィルタである。

【００６８】図１６（ｃ）に示すように、本実施形態の
バンドパスフィルタのスカート特性（実線ａ）は、比較
例のバンドパスフィルタのスカート特性（点線ｂ）と比
較して遜色のない特性となっている。また、通過帯域外
減衰量に関しては、本実施形態の方が比較例よりも大き
なものが得られている。

【００６９】（実施形態９）図１７は、第９の実施形態
に係るフィルタ装置に関するものであり、図１７（ａ）
はその平面構成を示した図であり、図１７（ｂ）は断面
構成を示した図である。なお、図１５に示した第７の実
施形態の構成要素に対応する構成要素については同一の
参照番号を付している。

【００７０】二つのバンドパスフィルタをそれぞれ構成
する共振素子１０２ａ及び１０２ｂ並びにグランド電極
１０７が形成された基板（誘電体基板）１０１はホルダ
１１１上に設けられ、二つのバンドパスフィルタの特性
をそれぞれ制御する二つの誘電体板１１２が二つのバン
ドパスフィルタに対応して配置されている。二つの誘電
体板１１２は、それぞれ基板保持部材１１３によって一
端が保持され、基板保持部材１１３が上下に移動するこ
とで、バンドパスフィルタと誘電体板の間隔がそれぞれ
調整できるようになっている。

【００７１】図１５や図１６に示した例では、二つのバ
ンドパスフィルタを信号の伝搬方向に並べ、電力の入力
端子１０４及び出力端子１０５を同一基板の両側に配置
したが、本例では、図１７（ａ）に示すように、二つの
バンドパスフィルタ１０２ａ及び１０２ｂを各バンドパ
スフィルタにおける信号の伝搬方向に対して直交する方
向に並べるとともに、電力の入力端子１０４及び出力端
子１０５を同一基板の片側に配置している。

【００７２】図１５等に示した配置方法では、各フィル
タに対して独立に距離を可変にできるように誘電体板を
配置しやすいという利点がある。しかしながら、フィル
タの段数が多くなると基板が細長い形状（縦横比が大き
い形状）となり、面積の割に基板が高価になる。なお、
隣接するフィルタ間は少なくとも２ｍｍ以上の長さを有
する超伝導体膜で接続されることが好ましく、フィルタ
間の距離が短いと、一方のフィルタが他方のフィルタに
対向する誘電体板の影響を受け、通過特性を独立に制御
し難くなる。図１７に示した配置方法では、二つのフィ
ルタを左右に振り分けて配置しているため、縦横比の小
さい基板を用いることができ、基板コストを低減できる
という利点がある。

【００７３】（実施形態１０）図１８は、第１０の実施
形態に係るフィルタ装置に関するものであり、図１８
（ａ）はその平面構成を示した図であり、図１８（ｂ）
は断面構成を示した図である。

【００７４】図１７に示した例では、二つのバンドパス
フィルタに対応して二つの誘電体板を設けていたが、本
例では、一つの誘電体板を用いてバンドパスフィルタの
特性を制御するようにしている。

【００７５】図１７に示した例では、共振素子全体を完
全に覆うように誘電体板を配置したが、各共振素子が同
等の状態であれば、各共振素子の一部を誘電体板で覆う
ことでも、通過特性を乱すことなく中心周波数を変化さ
せることは可能である。すなわち、各共振素子及びそれ
らの配置が入出力方向（共振素子の配列方法）の中心線
に対して対称な場合には、各共振素子を覆う部分の誘電
体板の面積が同じであればよい。

【００７６】本例では、上述した観点から、共振素子１
０２ａについては誘電体板１１２で完全に覆うように
し、共振素子１０２ｂについては誘電体板１１２で一部
を覆う用にしている。フィルタ特性の調整は、誘電体板
１１２をフィルタ面に対して垂直方向及び水平方向に動
かすことで行う。

【００７７】（実施形態１１）図１９は、第１１の実施
形態に係るものであり、フィルタを極低温下で動作させ
るための装置の全体構成を示したものである。

【００７８】本例では、基板（誘電体基板）、共振素
子、グランド電極、誘電体板等からなる部材（以下、素
子構成部材と呼ぶ）１２１は、冷凍機１２４によって冷
却されたコールドヘッド１２５上に載置される。誘電体
板を保持する保持治具（図示せず）には雌ねじが切って
あり、これに先端が雄ねじになった駆動治具１２２（ボ
ルト）を接続している。駆動治具１２２には磁石１２６
が取り付けられており、この磁石１２６には、真空容器
１２３を隔てて駆動用磁石１２７（永久磁石でも電磁石
でもよい）が対向している。駆動用磁石１２７を回転さ
せて磁石１２６とともに駆動治具１２２を回転させるこ
とで、誘電体板の保持治具を上下させることができる。
排気口１２８から真空排気を行うことで真空容器１２３
内を真空状態にし、断熱性を高めた状態で誘電体板を動
かす。なお、水平方向に駆動用磁石１２７を動かして磁
石１２６を水平方向に移動させることで、誘電体板を水
平方向にも移動させることも可能である。

【００７９】図２０は、本実施形態の他の例である。本
例では、ベローズ１３１を介して接続されたフランジ１
３２に一端が取り付けられた水平移動治具１３３を用い
て、駆動ボルト１２２を支持するベアリング部１３４を
水平方向に移動させるものである。

【００８０】図２１は、本実施形態のさらに他の例であ
る。本例では、駆動治具１２２の一端がベローズ１４１
を介してフランジ１４２に取り付けられている。フラン
ジ１４２を図示しない治具によって水平及び垂直方向に
移動させることで、誘電体板を水平及び垂直方向に移動
させるようにしている。

【００８１】（実施形態１２）図２２〜図２５は、第１
２の実施形態に係るものであり、別々の基板に形成され
たバンドパスフィルタを直列接続した場合の実装方法に
ついて示したものである。

【００８２】図２２は、各バンドパスフィルタをアセン
ブリしたアセンブリ部材の構成例を示したものである。
誘電体板１０７は、断面がコの字型の保持治具１５１に
固定部材１５２によって取り付けられている。この保持
治具１５１はケース１５３に支持された昇降用治具１５
４に取り付けられており、昇降用治具１５４によって保
持治具１５１を昇降させることで、共振素子１０２及び
グランド電極１０７が形成された基板１０１と誘電体板
１１２との距離を変えることができる。また、少なくと
も３本以上の調整ネジ１５５により、基板１０１の表面
と誘電体板１１２の対向面とが平行になるように調整さ
れる。

【００８３】図２３及び図２４はそれぞれ、図２２のよ
うにしてアセンブリされた二つのアセンブリ部材１６１
を直列接続することで、バンドパスフィルタを直列接続
する場合の例を示したものである。二つのアセンブリ部
材１６１の入出力端子１６２を同軸ケーブル１６３によ
って接続している。図２３の例は、二つのアセンブリ部
材１６１を同一方向に一列に並べたものであり、同軸ケ
ーブル１６３の長さを短くすることができ、接続による
ロスを少なくすることができる。図２４の例は、同軸ケ
ーブル１６３を湾曲させることで、二つのアセンブリ部
材１６１を横方向に並べたものであり、冷凍機のコール
ドヘッドをコンパクトにすることができ、特にフィルタ
の直列接続数を増やしたときに適している。

【００８４】図２５は、共振素子１０２及びグランド電
極１０７が形成された基板１０１を、接地された一つの
ホルダ１７１の両面に取り付けた例である。図２５
（ａ）は全体の構造を示した図（ただし、共振素子１０
２及びグランド電極１０７については図示省略）であ
り、図２５（ｂ）はその要部を示した図である。このよ
うに両基板１０１を対向して配置することで、冷凍機の
コールドヘッド１７２をコンパクトにすることができ、
熱容量の低減や部品点数の削減もはかることが可能とな
る。

【００８５】以上、本発明の実施形態を説明したが、本
発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣
旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施するこ
とが可能である。さらに、上記実施形態には種々の段階
の発明が含まれており、開示された構成要件を適宜組み
合わせることによって種々の発明が抽出され得る。例え
ば、開示された構成要件からいくつかの構成要件が削除
されても、所定の効果が得られるものであれば発明とし
て抽出され得る。

【００８６】

【発明の効果】本発明によれば、超伝導体膜によって構
成された複数の共振素子からなるバンドパスフィルタを
複数直列接続し、バンドパスフィルタを構成する共振素
子の共振周波数を制御することにより、急峻なスカート
特性を有し、所望の通過特性を有するバンドパスフィル
タを容易に実現することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係るバンドパスフィルタの
基本構成例について、その平面パターンを示した図。

【図２】図１に示したバンドパスフィルタの通過特性例
を示した図。

【図３】本発明の実施形態に係るフィルタ装置の基本構
成例を示した図。

【図４】本発明の実施形態におけるバンドパスフィルタ
の通過特性例を示した図。

【図５】本発明の実施形態におけるバンドパスフィルタ
の通過特性例を示した図。

【図６】本発明の実施形態における直列接続されたバン
ドパスフィルタの通過特性例を示した図。

【図７】本発明の実施形態におけるバンドパスフィルタ
の通過特性例を示した図。

【図８】本発明の実施形態における直列接続されたバン
ドパスフィルタの通過特性例を示した図。

【図９】本発明の第１の実施形態に係るフィルタ装置に
ついて示した図。

【図１０】本発明の第２の実施形態に係るフィルタ装置
について示した図。

【図１１】本発明の第３の実施形態に係るフィルタ装置
について示した図。

【図１２】本発明の第４の実施形態に係るフィルタ装置
について示した図。

【図１３】本発明の第５の実施形態に係るフィルタ装置
について示した図。

【図１４】本発明の第６の実施形態に係るフィルタ装置
について示した図。

【図１５】本発明の第７の実施形態に係るフィルタ装置
について、その要部構成及びフィルタ特性を示した図。

【図１６】本発明の第８の実施形態に係るフィルタ装置
について、その要部構成及びフィルタ特性を比較例とと
もに示した図。

【図１７】本発明の第９の実施形態に係るフィルタ装置
について示した図。

【図１８】本発明の第１０の実施形態に係るフィルタ装
置について示した図。

【図１９】本発明の第１１の実施形態に係り、フィルタ
装置を極低温下で動作させるための装置構成の一例を示
した図。

【図２０】本発明の第１１の実施形態に係り、フィルタ
装置を極低温下で動作させるための装置構成の他の例を
示した図。

【図２１】本発明の第１１の実施形態に係り、フィルタ
装置を極低温下で動作させるための装置構成の他の例を
示した図。

【図２２】本発明の第１２の実施形態に係り、バンドパ
スフィルタをアセンブリした例を示した図。

【図２３】本発明の第１２の実施形態に係り、バンドパ
スフィルタをアセンブリした部材の接続方法の一例を示
した図。

【図２４】本発明の第１２の実施形態に係り、バンドパ
スフィルタをアセンブリした部材の接続方法の他の例を
示した図。

【図２５】本発明の第１２の実施形態に係り、直列接続
されたバンドパスフィルタの実装例を示した図。

【図２６】バンドパスフィルタの一般的な平面パターン
の例を示した図。

【図２７】バンドパスフィルタの一般的な等価回路を示
した図。

【符号の説明】

１１ａ、１１ｂ、３３ａ、３３ｂ、３３ｃ…共振素子１２ａ、１２ｂ、２１ａ、２１ｂ…バンドパスフィルタ２２ａ、２２ｂ…共振周波数制御部３１、３１ａ、３１ｂ…基板、３２、３２ａ、３２ｂ
…グランド電極３４ａ、３４ｂ…入力ポート、３５ａ、３５ｂ、３５
ｃ…出力ポート３６ａ、３６ｂ、３６ｃ…同軸線、３７…接続線４１ａ、４１ｂ…誘電体板、４２ａ、４２ｂ…可動部５１ａ、５１ｂ…絶縁用誘電体、５２ａ、５２ｂ、５３ａ、５３ｂ…電界印加用電極５４ａ、５４ｂ…印加電界によって誘電率が変化する誘
電体５５ａ、５５ｂ…電界印加用電源６１ａ、６１ｂ…絶縁用誘電体、６２ａ、６２ｂ…磁
界印加用コイル６３ａ、６３ｂ…印加磁界によって透磁率が変化する磁
性体６４ａ、６４ｂ…磁界印加用電源７１ａ、７１ｂ…可動部制御素子、７２…制御装置８１、８２…伝送線路１０１…基板、１０２、１０２ａ、１０２ｂ…共振素
子１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ…バンドパスフィルタ１０４…入力端子、１０５…出力端子１０６…接続部、１０７…グランド電極１１１、１７１…ホルダ、１１２…誘電体板、１１
３…基板保持部材１２１…素子構成部材、１２２…駆動治具、１２３
…真空容器１２４…冷凍機、１２５、１７２…コールドヘッド１２６…磁石、１２７…駆動用磁石、１２８…排気
口１３１、１４１…ベローズ、１３２、１４２…フラン
ジ１３３…水平移動治具、１３４…ベアリング部１５１…保持治具、１５２…固定部材、１５３…ケ
ース１５４…昇降用治具、１５５…調整ネジ１６１…アセンブリ部材、１６２…入出力端子、１
６３…同軸ケーブル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者寺島喜昭神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地株式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者山崎六月神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地株式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者福家浩之神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地株式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者加屋野博幸神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地株式会社東芝研究開発センター内Ｆターム(参考） 5J006 HB03 JA01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に形成された超伝導体膜によって構
成された複数の共振素子からなるバンドパスフィルタが
複数直列接続された直列フィルタ部と、少なくとも一つのバンドパスフィルタを構成する共振素
子の共振周波数を制御する共振制御部と、を備えたことを特徴とするフィルタ装置。
【請求項２】前記直列接続された複数のバンドパスフィ
ルタは同一基板上に形成されていることを特徴とする請
求項１に記載のフィルタ装置。
【請求項３】前記直列接続された複数のバンドパスフィ
ルタは異なる基板上に形成されていることを特徴とする
請求項１に記載のフィルタ装置。