JP2002532889A - 誘電バラクタを備えた電気的チューナブルフィルタ - Google Patents

誘電バラクタを備えた電気的チューナブルフィルタ

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Abstract

(57)【要約】 本発明は、入力接続点と、出力接続点と、入力接続点及び出力接続点に接続され、インダクタに接続された電圧制御型チューナブル誘電バラクタを含む少なくとも１つの回路枝路とより成る電圧制御型チューナブルフィルタを提供する。この電圧により、チューナブルフィルタは、ローパスフィルタ、ハイパスフィルタ、バンドパスフィルタ、またはバンドストップフィルタのうちの１つとして構成できる。このバラクタは、組み込み直流ブロッキングキャパシタを備えることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の背景】
本発明は一般的に電子フィルタに関し、さらに詳細には、チューナブルバラク
タを有するフィルタに関する。
【０００２】 電子フィルタは、無線（ＲＦ）及びマイクロ波回路に広く用いられている。チ
ューナブルフィルタは、回路性能を著しく改善し、それらの回路を単純化する。
無線用アナログチューナブルフィルタには２つのタイプがよく知られているが、
その１つは、通常ダイオードバラクタにより電気的にチューニングされるものと
、機械的にチューニングされるものとがある。機械的チューナブルフィルタは、
寸法が大きく、低速度で、重いという欠点を有する。従来型半導体バラクタダイ
オードによりチューニングされるフィルタは、エネルギー取扱い能力がバラクタ
の相互変調による制約により低く、これにより所望以外の周波数で信号が発生す
るという問題がある。この相互変調は、制御電圧に対する従来型半導体バラクタ
の非常に非線形的な応答により生ずる。
【０００３】 無線回路用のチューナブルフィルタはよく知られており、かかるフィルタの例
として、米国特許第５，９１７，３８７；５，９０８，８１１；５，８７７，１
２３；５，８６９，４２９；５，７５２，１７９；５，４９６，７９５；及び５
，３７６，９０７号に記載されたものがある。
【０００４】 バラクタは、チューナブルフィルタにチューナブルキャパシタとして使用する
ことができる。現在常用されるバラクタは、シリコンとＧａＡｓをベースとした
ダイオードである。これらのバラクタの性能は、容量比Ｃmax／Ｃmin、周波数範
囲、及び特定の周波数範囲における良さの指数またはＱファクタ（１／tan δ）
により決まる。周波数が最大２ＧＨｚのこれら半導体バラクタのＱファクタは通
常、非常に良好である。しかしながら、周波数が２ＧＨｚを越えると、これらの
バラクタのＱファクタは急速に劣化する。これらバラクタの１０ＧＨｚにおける
Ｑファクタは通常、約３０にすぎない。
【０００５】 超伝導素子と共に電圧制御素子として薄膜強誘電体セラミックを用いるバラク
タが記載されている。例えば、米国特許第５，６４０，０４２号は、担持基板層
と、この基板上に付着された高温超伝導層と、金属層上に付着された薄膜強誘電
体層と、薄膜強誘電体層上に付着された複数の金属導電手段とより成る薄膜誘電
体バラクタを開示しており、これら複数の金属導電手段はチューニング装置のＲ
Ｆ伝送ラインと電気的接触関係にある。超伝導素子と共に強誘電体素子を用いる
別の制御可能なキャパシタは、米国特許第５，７２１，１９４号に開示されてい
る。
【０００６】 本出願人による１９９９年１０月１５日付け米国特許出願第０９／１４９，１
２６号（発明の名称："Voltage Tunable Varactors And Tunable Devices Inclu
ding Such Varactors"）は、室温で動作する電圧制御型チューナブルバラクタと
、かかるバラクタを備えた種々の装置を開示している。本出願人による１９９９
年１１月４日付け米国特許出願第０９／４３４，４３３号（発明の名称："Ferro
electric varactor With Built-In DC Blocks"）は、組み込み直流ブロッキング
キャパシタを備えた電圧制御型チューナブルバラクタを開示している。これらの
バラクタは、室温で動作してチューナブルなキャパシタンスを与える。
【０００７】 相互変調積が少なく、超伝導に必要な温度よりも高い温度において無線周波数
で動作可能なチューナブルフィルタが要望されている。
【０００８】
【発明の概要】
本発明は、入力接続点、出力接続点、及び入力及び出力接続点に電気的に結合
された回路枝路より成り、この回路枝路にインダクタに接続された電圧制御型チ
ューナブル誘電バラクタを備えた田電圧制御型チューナブルフィルタを提供する
。電圧制御型チューナブルフィルタは、ローパスフィルタ、ハイパスフィルタ、
バンドパスフィルタまたはバンドストップフィルタのうちの１つとして使用でき
る。バラクタは、組み込み直流ブロッキングキャパシタを備えてもよい。
【０００９】 好ましい実施例において、本発明の電圧制御型チューナブル誘電バラクタは、
第１の誘電定数を有し、ほぼ平らな表面を備えた基板と、基板のほぼ平らな平面
上に位置し、第１の誘電定数よりも大きい第２の誘電定数を有するチューナブル
誘電体層と、チューナブル誘電体層の、基板のほぼ平らな表面とは反対側の表面
に位置する第１及び第２の電極とを有する。第１及ら第２の電極は離隔され、そ
の間にギャップが形成されている。電極に印加されるバイアス電圧は、入力と出
力の間のバラクタのキャパシタンスを変化させる。
【００１０】 本発明は、誘電体の電圧により可変のキャパシタによりチューニングされる無
線周波数（ＲＦ）電気的チューナブルフィルタを提供する。
【００１１】
【好ましい実施例の詳細な説明】
図面を参照して、図１及び２はそれぞれ、米国特許出願第０９／１４９，１２
６号に記載されたバラクタ１０の平面図及び断面図である。バラクタ１０は、頂
部表面１４がほぼ平らな基板１２を備えている。チューナブル強誘電体層１６は
、基板の頂部表面に隣接位置している。１対の金属電極１８、２０は、強誘電体
層の頂部上にある。基板１２は、ＭｇＯ、アルミナ、ＬａＡｌＯ3、サファイア
またはセラミックのような誘電率が比較的低い材料で形成されている。本発明の
目的のために、低い誘電率とは約３０未満の誘電率である。チューナブル強誘電
体層１６は、誘電率が約２０から約２０００の範囲にあり、チューナビリティが
約１０Ｖ／μｍのバイアス電圧で約１０％から約８０％の範囲にある材料により
形成されている。好ましい実施例におけるこの層は、好ましくは、チタン酸バリ
ウム−ストロンチウム、ＢａxＳｒ1-xＴｉＯ3（ＢＳＴＯ）(xが０から１の範囲
にある)、またはＢＳＴＯ複合セラミックである。かかるＢＳＴＯ複合物の例に
は、これらに限定されないが、ＢＳＴＯ−ＭｇＯ、ＢＳＴＯ−ＭｇＡｌ2Ｏ4、Ｂ
ＳＴＯ−ＣａＴｉＯ3、ＢＳＴＯ−ＭｇＴｉＯ3、ＢＳＴＯ−ＭｇＳｒＺｒＴｉＯ 6 及びこれらの組合せがある。１つの好ましい実施例のチューナブルな層は、典
型的なＤＣバイアス電圧、例えば、約５乃至約３００ボルトの範囲の電圧を印加
されると１００よりも大きい誘電率を有する。電極１８と２０の間には、幅ｇの
ギャップ２２が形成されている。このギャップの幅は、最小の容量Ｃminに対す
る最大の容量Ｃmaxの比率Ｃmax／Ｃminを増加させ且つデバイスのＱファクタを
増加させるために最適化する必要がある。ギャップの幅は、バラクタのパラメー
タに対して最も大きな影響を与える。最適幅ｇは、デバイスが最大の比率Ｃmax
／Ｃminと最小の損失正接とを有する幅により決まる。
【００１２】 制御可能な電圧源２４は、ライン２６及び２８により電極１８及び２０に接続
されている。この電圧源は、強誘電体層にＤＣバイアス電圧を供給して該層の誘
電率を制御するために使用する。バラクタはまた、ＲＦ入力３０と、ＲＦ出力３
２とを有する。ＲＦ入力及び出力はそれぞれ、半田づけまたはボンド接続により
電極１８及び２０に接続される。
【００１３】 バラクタは、幅が５-５０μｍ未満のギャップを用いる。強誘電体層の厚さは
、約０．１μｍから約２０μｍの範囲内にある。ギャップ内のシーラント３４は
、ギャップにアークを発生させないようにして高電圧の印加を可能にする高い絶
縁破壊強度を持つ任意の非導電性材料でよい。好ましい実施例において、このシ
ーラントはエポキシまたはポリウレタンでよい。
【００１４】 ギャップの長さＬは、電極の端部３６及び３８の長さを変えることにより調整
できる。この長さの変化は、バラクタの容量に大きな影響を及ぼす。ギャップの
長さは、このパラメータに対して最適化される。ギャップの幅が一旦選択される
と、容量はこの長さＬの線形関数となる。望ましい容量を得るためには、長さＬ
を実験的に、あるいはコンピュータによるシミュレーションで決定することがで
きる。
【００１５】 チューナブル強誘電体層の厚さも、容量比Ｃmax／Ｃminに大きな影響を与える
。強誘電体層の最適厚さは、最大の容量比Ｃmax／Ｃminが得られる厚さにより決
まる。図１及び２のバラクタの強誘電体層は、チタン酸バリウム−ストロンチウ
ム、ＢａxＳｒ1-xＴｉＯ3（ＢＳＴＯ）、ＢＳＴＯ及び種々の酸化物、又は種々
のドーパントを添加したＢＳＴＯ複合物のような薄膜、厚膜または塊状強誘電体
より成る。これら全ての材料は、低い損失正接を示す。この説明の目的で、約１
．０ＧＨｚ乃至約１０ＧＨｚの範囲内の周波数で作動させるためには、損失正接
は約０．０００１乃至約０．００１の範囲内にある。約１０ＧＨｚ乃至約２０Ｇ
Ｈｚの範囲内の周波数で作動させるためには、損失正接は約０．００１乃至約０
．０１の範囲内にある。約２０ＧＨｚ乃至約３０ＧＨｚの範囲内の周波数で作動
させるためには、損失正接は約０．００５乃至約０．０２の範囲内にある。
【００１６】 電極は、所定の幅のギャップを含む任意の幾何学的形状で形成可能である。本
発明に示すバラクタの容量を調整するに必要な電流は、通常、１μＡ未満である
。好ましい実施例の電極材料は金である。しかしながら、銅、銀またはアルミニ
ウムのような他の導体を用いてもよい。金は耐腐蝕性を有し、ＲＦ入力及び出力
に容易に接着できる。銅は高い導電率を有し、通常は、接着のために金を、また
は半田づけのためにニッケルを被覆する。
【００１７】 図１及び２は、単一の層より成るチューナブルな塊状、厚膜状または薄膜状誘
電体の上において平らな電極が所定のギャップを形成するように離隔された平ら
な電圧制御型チューナブルバラクタを示す。電圧を印加すると、チューナブル誘
電体のギャップを横切る方向に電界が発生し、これによりバラクタの容量が全体
的に変化する。ギャップの幅は、要求される性能に応じて５μｍ乃至５０μｍの
範囲内にある。
【００１８】 かかるバラクタは室温で動作し、約１ＧＨｚ乃至約４０ＧＨｚの周波数範囲内
で作動されると、Ｑファクタが約５０乃至約１０，０００の範囲内となる。ギャ
ップの距離が１０及び２０μｍ、周波数が３、１０及び２０ＧＨｚで測定したバ
ラクタの容量（ｐＦ）及び損失正接（tan δ）を、図３ａ、３ｂ及び３ｃに示す
。図３ａ、３ｂ及び３ｃに示すデータに基づき、バラクタのＱファクタはほぼ以
下の通りである。３ＧＨｚで２００、１０ＧＨｚで8０、また２０ＧＨｚで４５
−５５である。これとは対照的に、ＧａＡｓの半導体ダイオードバラクタの典型
的なＱファクタは、２ＧＨｚで１７５、１０ＧＨｚで３５、さらに高い周波数で
は一段と低いものとなる。従って、１０ＧＨｚに等しいかそれより高い周波数で
は、本発明のバラクタの方が非常に良好なＱファクタを有する。
【００１９】 添付図面を参照して、図４及び５は、米国特許出願第０９／４３４，４３３号
に記載された組み込み直流ブロッキングキャパシタを有するバラクタ組立体４０
の頂面図及び断面図である。バラクタ組立体４０は、ほぼ平らな頂部表面４４を
有する基板４２を備えている。チューナブル誘電体層４６は、基板の頂部表面に
隣接位置する。金属電極４８及び５０は、誘電体層の頂部上に位置する。電極４
８、５０は突出部５２、５４を備えるように形成されている。これら突出部の端
部は、チューナブル誘電体層の表面上でギャップ５６を形成する。電極４８、５
０及びチューナブル誘電体層４６は、協働してチューナブルキャパシタ８４を形
成する。チューナブルキャパシタの容量は、電極４８、５０へバイアス電圧を印
加することにより変化させることができる。
【００２０】 好ましい実施例において、基板４２は、比較的低い誘電率の材料で形成されて
いる。本発明の目的のために、低い誘電率は約３０未満の誘電率である。好まし
い実施例のチューナブル誘電体層１６は、約２０乃至約２０００の範囲内の誘電
率と、約１０Ｖ／μｍのバイアス電圧で約１０％乃至約８０％の範囲のチューナ
ビリティーを有する材料により構成されている。チューナブル誘電体層は、チタ
ン酸バリウム−ストロンチウム、ＢａxＳｒ1-xＴｉＯ3（ＢＳＴＯ）(xが０から
１の範囲にある)、またはＢＳＴＯ複合セラミックである。かかるＢＳＴＯ複合
物の例には、これらに限定されないが、ＢＳＴＯ−ＭｇＯ、ＢＳＴＯ−ＭｇＡｌ 2 Ｏ4、ＢＳＴＯ−ＣａＴｉＯ3、ＢＳＴＯ−ＭｇＴｉＯ3、ＢＳＴＯ−ＭｇＳｒＺ
ｒＴｉＯ6及びこれらの組合せがある。誘電キャパシタの誘電体薄膜は、スクリ
ーンプリンティング、レーザアブレーション、金属−有機溶液付着、スパッタリ
ングまたは化学的蒸着法により付着させることができる。１つの好ましい実施例
のチューナブルな層は、例えば５ボルト乃至３００ボルトの範囲内の典型的な直
流バイアス電圧を印加されると１００よりも大きい誘電率を有する。ギャップの
幅は、最小容量Ｃminに対する最大容量Ｃmaxの比率（Ｃmax／Ｃmin）を増加させ
、且つデバイスの良さの指数（Ｑ）を増加させるように最適化する必要がある。
このギャップの幅は、バラクタのパラメータに対して最も大きな影響を与える。
最適幅ｇは、デバイスが最大の比率Ｃmax／Ｃminと最小の損失正接を有する幅に
より決まる。
【００２１】 制御可能な電圧源５８は、ライン６０、６２により電極４８、５０に接続され
ている。この電圧源は、誘電体層に直流バイアス電圧を供給して、該層の誘電率
を制御するために使用される。バラクタ組立体はさらに、基板４２のほぼ平らな
表面に隣接して、チューナブル誘電体層４６の両側に配設された第１及び第２の
非チューナブル誘電体層６４、６６を有する。電極４８は、非チューナブル層６
４の頂部表面の一部の上を延びる。電極６８は、電極４８と６８の間にギャップ
７０が形成されるように非チューナブル層６４の頂部表面に隣接配設されている
。電極４８、６８及び非チューナブル層６４は、協働して第１の直流ブロッキン
グキャパシタ７２を形成する。バラクタ組立体はまた、ＲＦ入力８０とＲＦ出力
８２を有する。
【００２２】 電極７４は、電極５０と７４の間にギャップ７６が形成されるように非チュー
ナブル層６６の頂部表面に隣接配設されている。電極５０、７４及び非チューナ
ブル層６６は、協働して第２の直流ブロッキングキャパシタ７８を形成する。直
流ブロッキングキャパシタの誘電体薄膜は、スクリーンプリンティング、レーザ
アブレーション、金属−有機溶液付着、スパッタリングまたは化学的蒸着法によ
り付着することができる。
【００２３】 ＲＦ入力８０は、電極６８に接続されている。ＲＦ出力８２は、電極７４に接
続されている。ＲＦ入力及び出力は、半田付けまたはボンデイングにより電極６
８、７４にそれぞれ接続される。直流ブロッキングキャパシタ７２、７８の非チ
ューナブル誘電体層６４、６６は、ＢＳＴＯ複合物のような高い誘電定数を持つ
材料で形成されている。直流ブロッキングキャパシタ７２、７８は、直流バイア
スをバラクタ組立体の外側から隔離するために、チューナブルキャパシタ８４と
直列に電気的に接続されている。２つの直流ブロッキングキャパシタ７２、７８
の容量を増加させるために、電極は、図４に示すような交差指型(interdigital)
構成を有する。図６は図４及び５のバラクタの概略図であり、この構造により形
成された３つのキャパシタを示す。
【００２４】 好ましい実施例のバラクタは、５−５０μｍのギャップ幅を用いることができ
る。チューナブル誘電体層の厚さは、約０．１μｍ乃至約２０μｍの範囲内にあ
る。ギャップ内には、絶縁破壊電圧を増加させるために、シーラントを挿入する
ことができる。このシーラントは高い誘電体絶縁強度を有する任意の非導電材料
でよく、ギャップにアークを発生させずに高電圧を印加するのを可能にする。一
例として、エポキシまたはポリウレタンがある。
【００２５】 本発明は、電子的チューナブルＲＦフィルタにおいて、図１、２、４及び５に
示すような室温でチューナブルな誘電体バラクタを利用する。本発明の集中素子
フィルタとしては、ベッセル、バターワース、チェビチェフ、エリプティカルま
たは他の方法により設計されたローパスフィルタ、ハイパスフィルタ、バンドパ
スフィルタまたはバンドストップフィルタがあるであろう。
【００２６】 図７は、本発明に従って構成したバンドパスフィルタ１００の概略図である。
このキャパシタ結合型ＬＣフィルタ回路（容量結合タンク回路と呼ばれることが
多い）は、互いに容量結合された複数の共振器１０２、１０４、１０６と、入力
接続点１０８、１１０及び出力接続点１１２、１１４を有する。さらに詳説する
と、共振器１０２は、並列接続のキャパシタＣ２とインダクタＬ１とにより構成
されて、ノード１１６と入力接続点１１０及び出力接続点１１４に接続され、ま
たキャパシタＣ１を介して入力接続点１０８に結合されている。同様に、並列接
続のキャパシタＣ４及びインダクタＬ２より成る共振器１０４は、ノード１１８
と、入力接続点１１０及び出力接続点１１４に接続され、キャパシタＣ３を介し
てノード１１６に結合されている。並列接続のキャパシタＣ６及びインダクタＬ
３より成る共振器１０６は、ノード１２０と、入力接続点１１０及び出力接続点
１１４に接続され、キャパシタＣ５を介してノード１１８に結合されている。さ
らに、共振器１０６は、キャパシタＣ７を介して出力接続点１１２に結合されて
いる。このフィルタは、本実施例では、図１及び２または図４及び５に従って構
成されたバラクタＣ２、Ｃ４及びＣ６によりチューニングされる。共通接続点１
１０、１１４は、アースに接続してもよい。
【００２７】 好ましい実施例において、チューナブルキャパシタのバイアス電圧が０ボルト
である場合、キャパシタＣ１及びＣ７は５．６ｐＦであり、キャパシタＣ３及び
Ｃ５は０．４８ｐＦ、キャパシタＣ２及びＣ６は８．０ｐＦ、キャパシタＣ４は
１３．１ｐＦ、インダクタＬ１、Ｌ２、Ｌ３は５００ｎＨである。フィルタの入
力及び出力は、５０Ωにマッチングされている。図８は、図７のフィルタの減衰
を示すグラフ１２２であり、キャパシタＣ２、Ｃ４及びＣ６は種々のバイアス電
圧で作動される電圧制御型チューナブルバラクタである。曲線１２４、１２６、
１２８、１３０、１３２は、表１に示す種々のバイアス電圧におけるフィルタの
減衰を示す。
【００２８】 表 １ バラクタバイアス電圧 曲線 C2バイアス C4バイアス C6バイアス 124 0 0 0 126 180 80 180 128 400 160 400 130 600 210 600 132 700 500 700 図９は、本発明により構成されたローパスフィルタの概略図である。図９にお
いて、ローパスフィルタ１４０は、入力接続点１４２、出力接続点１４４及び共
通接続点１４６を有する。ＲＦ信号源１４８は、フィルタにＲＦ信号を供給する
。抵抗ＲＳはフィルタの入力インピーダンスを表わす。抵抗ＲＬにより表される
負荷は、出力接続点１４４と共通接続点１４６の間に接続されている。インダク
タＬ４及びＬ５は、入力接続点１４２と出力接続点１４４の間に直列に接続され
ている。キャパシタＣ８で表されるチューナブルバラクタは、共通接続点１４６
と、インダクタＬ４とＬ５の間のノード１５０の間に接続されている。
【００２９】 図１０は、バラクタに種々のバイアス電圧を印加して作動された、図９に示す
フィルタの損失を示すグラフである。図１０のグラフを構成するための実施例で
は、ＲＳ＝ＲＬ＝５０Ω、Ｌ４＝Ｌ５＝２１７ｎＨ、０ボルトのバイアスでＣ８
＝１３３．８ｐＦである。曲線１５６と１５２はそれぞれ、０ボルトのバイアス
における挿入損失及び反射損失を表わす。曲線１５８と１５４は、５００ボルト
のバイアス電圧における挿入損失及び反射損失をそれぞれ表わす。
【００３０】 図１１は、本発明により構成したハイパスフィルタの概略図である。図１１に
おいて、ハイパスフィルタ１６０は、入力接続点１６２、出力接続点１６４、共
通接続点１６６を有する。ＲＦ信号源１６８は、フィルタへＲＦ信号を供給する
。抵抗ＲＳはフィルタの入力インピーダンスを表わす。抵抗ＲＬで表される負荷
は、出力接続点１６４と共通接続点１６６の間に接続されている。キャパシタＣ
９及びＣ１０により表わされるチューナブルフィルタは、入力接続点１６２と出
力接続点１６４の間に直列に接続されている。インダクタＬ６は、共通接続点１
６６と、キャパシタＣ９とＣ１０の間のノードとの間に接続されている。
【００３１】 図１２は、バラクタに種々のバイアス電圧を印加して作動させた、図１１のフ
ィルタの損失を示すグラフである。図１１の回路を構成するための実施例におい
て、ＲＳ＝ＲＬ＝１０Ω、Ｌ６＝５２．６ｎＨ、０ボルトバイアスでＣ９＝Ｃ１
０＝３２．４ｐＦである。曲線１７２、１７６は、０ボルトのバイアス電圧にお
ける挿入損失と反射損失をそれぞれ表わし、曲線１７４、１７８は、６００ボル
トのバイアス電圧における挿入損失と反射損失をそれぞれ表わす。
【００３２】 図１３は、本発明により構成したバンドストップフィルタ１８０の概略図であ
る。図１３において、このバンドストップフィルタ１８０は、入力接続点１８２
、出力接続点１８４、共通接続点１８６を有する。ＲＦ信号源１８８は、フィル
タへＲＦ信号を供給する。抵抗ＲＳは、フィルタの入力インピーダンスを表わす
。抵抗ＲＬにより表わされる負荷は、出力接続点１８４と共通接続点１８６との
間に接続されている。並列接続のインダクタＬ７とキャパシタＣ１１で表わされ
るバラクタとより成る第１の回路枝路１９２は、入力接続点１８２とノード１９
０との間に接続されている。並列接続のインダクタＬ８とキャパシタＣ１２で表
わされるバラクタとより成る第２の回路枝路１９４は、出力接続点１８４とノー
ド１９０との間に接続されている。直列接続のインダクタＬ９と、キャパシタＣ
１３により表わされるバラクタとより成る第３の回路枝路１９６は、共通接続点
１８６とノード１９０との間で接続されている。
【００３３】 図１４は、バラクタ種々のバイアス電圧を印加して作動させた、図１３のフィ
ルタの損失を示すグラフである。図１３の回路を構成するに用いた実施例では、
ＲＳ＝ＲＬ＝５０Ω、Ｌ７＝Ｌ８＝７．８３ｎＨ、Ｌ９＝１４５７ｎＨ、０ボル
トのバイアス電圧でＣ１１＝Ｃ１２＝８９９ｐＦ、０ボルトのバイアス電圧でＣ
１３＝４．８３ｐＦである。曲線１９８と２０２は、０ボルトのバイアス電圧に
おける挿入損失及び反射損失をそれぞれ表わし、曲線２００と２０４は、５００
ボルトのバイアス電圧における挿入損失と反射損失をそれぞれ表わす。
【００３４】 本発明による集中素子のフィルタは、ベッセル、バターワース、チェビチェフ
、エリプティカルまたは他の方法により設計することが可能である。バンドパス
、ローパス、ハイパス及びバンドストップフィルタの例を提示した。組み込み直
流ブロックキャパシタを有する誘電バラクタは、フィルタにおいてチューナブル
素子として用いることができる。所定の寸法の低損失（tan δ<0.02）誘電体を
用いることにより、図１、２、４及び５のバラクタは、例えば３ギガヘルツより
も高い周波数で高レベルで作動できる。
【００３５】 図１、２、４及び５の誘電バラクタは、高速且つ高Ｑ、そして高い電力取扱い
能力、さらに重要なことに、小さい相互変調歪積で作動する。誘電バラクタを用
いるフィルタは、特に、高い電力取扱い能力、低い相互変調歪、また従来のバラ
クタでは不可能であった容量範囲をカバーできるという特徴点において、半導体
ダイオードチューニング型フィルタと比べると優れた性能を有する。
【００３６】 好ましい実施例において、誘電材料を用いるバラクタは、従来型ダイオードバ
ラクタより一段と高い容量で作動可能である。これにより、集中素子としてのキ
ャパシタを用い、従来のバラクタでは不可能であった性能を有し、コンパクトで
電子的チューニング可能なフィルタを構成することができる。組み込み直流ブロ
ックキャパシタを備えた、またはかかるブロックキャパシタを持たない、低損失
で、チューナビリティが高い誘電バラクタを本発明で利用することができる。組
み込み直流ブロック誘電バラクタは、直流ブロック挿入損失を減少させ、フィル
タの設計においてその使用を容易にする。加えて、本発明のチューナブル誘電バ
ラクタは、無線電力取扱い能力が高く、電力消費率及びコストが低い。
【００３７】 従って、本発明は、誘電バラクタを用いることにより、ＲＦ周波数範囲で動作
する高性能の電気的チューナブルフィルタを提供する。本発明は多くの実用的用
途を有し、当業者であれば、図示説明したデバイスの他の多くの変形例及び設計
変更を、本発明の精神および範囲から逸脱することなく想到できることが明らか
であろう。本発明を現在において好ましいと思われる実施例について説明したが
、かかる実施例の種々の変形例及び設計変更は、特許請求の範囲により規定され
る本発明の範囲から逸脱することなく構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、本発明の好ましい実施例に利用できる米国特許出願第０９／１４９，
１２６号に記載の平らな電圧制御型チューナブルバラクタの頂部平面図である。
【図２】 図２は、図１の線２−２に沿うバラクタの断面図である。
【図３ａ】 図３ａは、種々の動作周波数及びギャップ幅における本発明の電圧制御型チュ
ーナブルバラクタの容量及び損失正接を示すグラフである。
【図３ｂ】 図３ｂ、種々の動作周波数及びギャップ幅における本発明の電圧制御型チュー
ナブルバラクタの容量及び損失正接を示すグラフである。
【図３ｃ】 図３ｃは、種々の動作周波数及びギャップ幅における本発明の電圧制御型チュ
ーナブルバラクタの容量及び損失正接を示すグラフである。
【図４】 図４は、米国特許出願第０９／４３４，４３３号に記載した組み込み直流ブロ
ッキングキャパシタを備えた平らなバラクタ組立体の頂面図である。
【図５】 図５は、図４の線５−５に沿うバラクタ組立体の断面図である。
【図６】 図６は、図４及び図５のバラクタの概略図である。
【図７】 図７は、本発明により構成したチェビチェフ・バンドパスフィルタの一例を示
す概略図である。
【図８】 図８は、バラクタへ種々のバイアス電圧を印加して作動させて図７で示すフィ
ルタの減衰を示すグラフである。
【図９】 図９は、本発明に従って構成したローパスフィルタの概略図である。
【図１０】 図１０は、バラクタに種々のバイアス電圧を印加して作動させた図９のフィル
タの損失を示すグラフである。
【図１１】 図１１は、本発明により構成したハイパスフィルタの概略図である。
【図１２】 図１２は、バラクタに種々のバイアス電圧を印加して作動させた図１１のフィ
ルタの損失を示すグラフである。
【図１３】 図１３は、本発明に従って構成したバンドストップフィルタの概略図である。
【図１４】 図１４は、バラクタに種々のバイアス電圧を印加して作動させた図１３の損失
を示すグラフである。
【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成１２年１１月３０日（２０００．１１．３０）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】 超伝導素子と共に電圧制御素子として薄膜強誘電体セラミッ
クを用いるバラクタが記載されている。例えば、米国特許第５，６４０，０４２
号は、担持基板層と、この基板上に付着された高温超伝導金属層と、金属層上に
付着された薄膜強誘電体層と、薄膜強誘電体層上に付着された複数の金属導電手
段とより成る薄膜誘電体バラクタを開示しており、これら複数の金属導電手段は
チューニング装置のＲＦ伝送ラインと電気的接触関係にある。超伝導素子と共に
強誘電体素子を用いる別の制御可能なキャパシタは、米国特許第５，７２１，１
９４号に開示されている。 Koyrev A. et al.の論文"Ferroelectric Films: Nonlinear Properties And A
pplications in Microwave Devices", IEEE MTT-S International Microwave Sy
mposium Digest, U.S., New York, 1988は、マイクロ波における強誘電体薄膜の
関連技術を表わしている。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】 本出願人による１９９９年１０月１５日付け米国特許出願第
０９／１４９，１２６号（対応する公開公報WO００２４０７９号）（発明の名称
："Voltage Tunable Varactors And Tunable Devices Including Such Varactor
s"）は、室温で動作する電圧制御型チューナブルバラクタと、かかるバラクタを
備えた種々の装置を開示している。本出願人による１９９９年１１月４日付け米
国特許出願第０９／４３４，４３３号（対応する公開公報WO００２８６１３号） （発明の名称："Ferroelectric varactor With Built-In DC Blocks"）は、組み
込み直流ブロッキングキャパシタを備えた電圧制御型チューナブルバラクタを開
示している。これらのバラクタは、室温で動作してチューナブルなキャパシタン
スを与える。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ )，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ， ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ， ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，Ｃ Ｒ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ， ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，Ｋ Ｚ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ， ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，Ｓ Ｋ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者 ストウェル，スティーブン，シー アメリカ合衆国 メリーランド州 21045 コロンビア ウォンダリング・ウェイ 9525 (72)発明者 ズー，ヨングフェイ アメリカ合衆国 メリーランド州 21044 コロンビア リベンデル・レーン 5275 スイート ６ (72)発明者 セングプタ，ソンナス アメリカ合衆国 メリーランド州 21912 ウォーウィック ニュー・ヘブン・ブー ルバード 12 (72)発明者 チウ，ルナ，エイチ アメリカ合衆国 メリーランド州 21009 アビングドン ブッシュ・コート 3929 (72)発明者 ザング，クシュバイ アメリカ合衆国 メリーランド州 21044 コロンビア リベンデル・レーン 5275 スイート ６ Ｆターム(参考） 5J006 HD07 JA02 JA03 JA04 LA11 MA08 NA04 NA05 NB07 NC02 NE16 PA03 PB04

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 入力接続点、出力接続点、及び入力及び出力接続点に電気的
    に結合された回路枝路より成り、回路枝路は、インダクタに接続された電圧制御
    型チューナブル誘電バラクタを備えているチューナブルフィルタ。
  2. 【請求項２】 チューナブルフィルタは、ローパスフィルタ、ハイパスフィ
    ルタ、バンドパスフィルタまたはバンドストップフィルタのうちの１つより成る
    請求項１のチューナブルフィルタ。
  3. 【請求項３】 バラクタは、組み込み直流ブロッキングキャパシタを備えて
    いる請求項１のチューナブルフィルタ。
  4. 【請求項４】 フィルタは、ベッセル、バターワース、チェビチェフ、エリ
    プティカルフィルタのうちの１つである請求項１のチューナブルフィルタ。
  5. 【請求項５】 電圧制御型チューナブル誘電バラクタは、 第１の誘電定数を有し、ほぼ平らな表面を備えた基板と、 基板のほぼ平らな平面上に位置し、第１の誘電定数よりも大きい第２の誘電定
    数を有するチューナブル誘電体層と、 チューナブル誘電体層の、基板のほぼ平らな表面とは反対側の表面に位置する
    第１及び第２の電極とより成り、 第１及ら第２の電極は離隔され、その間にギャップが形成されている請求項１
    のチューナブルフィルタ。
  6. 【請求項６】 電圧制御型チューナブル誘電バラクタはさらに、 ギャップにおいて絶縁材料を有する請求項５のチューナブルフィルタ。
  7. 【請求項７】 チューナブル誘電体層は、約１００よりも大きい誘電率を有
    する請求項５のチューナブルフィルタ。
  8. 【請求項８】 基板は、約３０未満の誘電率を有する請求項５のチューナブ
    ルフィルタ。
  9. 【請求項９】 チューナブル誘電体層は、約２０乃至約２０００の範囲内の
    誘電率と、約１０Ｖ／μｍのバイアス電圧で約１０％乃至約８０％の範囲内のチ
    ューナビリティを有する請求項５のチューナブルフィルタ。
  10. 【請求項１０】 基板は、ＭｇＯ、アルミナ、ＬａＡｌＯ3、サファイアま
    たはセラミックのうちの１つである請求項５のチューナブルフィルタ。
  11. 【請求項１１】 チューナブル誘電体層は、 チューナブル誘電体厚膜、 チューナブル誘電体バルクセラミック、及び チューナブル誘電体薄膜のうちの１つより成る請求項５のチューナブルフィル
    タ。
  12. 【請求項１２】 チューナブル誘電体は、チューナブル誘電体層の第１の方
    向にＲＦ信号を通過させるためのＲＦ入力及びＲＦ出力を有し、ギャップは第１
    の方向にほぼ垂直な第２の方向に延びている請求項５のチューナブルフィルタ。
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