JP2006101187A - Superconducting device - Google Patents

Superconducting device Download PDF

Info

Publication number
JP2006101187A
JP2006101187A JP2004284670A JP2004284670A JP2006101187A JP 2006101187 A JP2006101187 A JP 2006101187A JP 2004284670 A JP2004284670 A JP 2004284670A JP 2004284670 A JP2004284670 A JP 2004284670A JP 2006101187 A JP2006101187 A JP 2006101187A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
superconducting
pattern
notch
superconducting device
dielectric substrate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2004284670A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Akihiko Akasegawa
章彦 赤瀬川
Manabu Kai
学 甲斐
Teru Nakanishi
輝 中西
Kazunori Yamanaka
一典 山中
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fujitsu Ltd filed Critical Fujitsu Ltd
Priority to JP2004284670A priority Critical patent/JP2006101187A/en
Priority to US11/233,074 priority patent/US7558608B2/en
Publication of JP2006101187A publication Critical patent/JP2006101187A/en
Priority to US12/457,024 priority patent/US7904129B2/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • Y02E40/641

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent the local current concentration of a superconducting device, realize its stable high frequency transmission characteristics, and cope with both the current characteristics and the power characteristics. <P>SOLUTION: The superconducting device comprises a dielectric board (11) and a two-dimensional circuit pattern (12) made of a superconductive material on the dielectric board and the two-dimensional circuit pattern has at least a notch (20) at its part including an arc, its arc has a radius of curvature R not greater than 1/4 the effective wavelength λ. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、超伝導デバイスに関し、特に、移動通信や放送の分野において、送信フィルタやアンテナ等の送信フロントエンドに適用されるデュアルモード型超伝導デバイスに関する。   The present invention relates to a superconducting device, and more particularly to a dual mode superconducting device applied to a transmission front end such as a transmission filter and an antenna in the field of mobile communication and broadcasting.

近年、携帯電話の普及、発展に伴い、高速・大容量の伝送技術が不可欠になってきている。超伝導体は、高周波領域においても、通常の電気的良導体に比べて表面抵抗が非常に小さいので、低損失、高Q値の共振器が期待でき、移動通信の基地局用のフィルタとして有望視されている。   In recent years, with the spread and development of mobile phones, high-speed and large-capacity transmission technology has become indispensable. Superconductors have a very low surface resistance in the high-frequency region as compared with ordinary good electrical conductors, and therefore can be expected to have low-loss and high-Q resonators and are promising as filters for mobile communication base stations. Has been.

たとえば、図1(c)に示すように、アンテナ151を介して受信されたRF信号は、受信系フロントエンドを構成する帯域フィルタ(BPF)152R、低ノイズアンプ(LNA)153、ダウンコンバータ(D/C)154、復調器(DEMOD)155を経て、ベースバンド部156でベースバンド処理される。   For example, as shown in FIG. 1C, an RF signal received via an antenna 151 is converted into a band filter (BPF) 152R, a low noise amplifier (LNA) 153, and a down converter (D / C) After passing through 154 and demodulator (DEMOD) 155, baseband processing is performed in the baseband unit 156.

送信系では、ベースバンド部156で処理された信号は、変調器(MOD)157、アップコンバータ(U/C)158、ハイパワーアンプ(HPA)159、帯域フィルタ(BPF)152Tを経て、RF信号としてアンテナ151から放射される。   In the transmission system, the signal processed by the baseband unit 156 passes through a modulator (MOD) 157, an up converter (U / C) 158, a high power amplifier (HPA) 159, and a band filter (BPF) 152T, and then an RF signal. As radiated from the antenna 151.

超伝導フィルタを、受信側の帯域フィルタ152Rに適用する場合、伝送ロスが少なく、急峻な周波数遮断特性が期待される。一方、送信側の帯域フィルタ152Tに適用する場合は、ハイパワーアンプ159によって発生する歪を取り除く効果が期待できるが、高周波信号を送信するために大電力を要し、小型化と良好な電力特性の両立が、目下の課題となっている。   When the superconducting filter is applied to the band filter 152R on the receiving side, a transmission loss is small and a steep frequency cutoff characteristic is expected. On the other hand, when applied to the band filter 152T on the transmission side, an effect of removing distortion generated by the high power amplifier 159 can be expected, but a large amount of power is required to transmit a high-frequency signal, miniaturization and good power characteristics. This is the current challenge.

従来、共振器のパターンとして、図1(a)に示すヘアピン型の超伝導パターン102や、図1(b)に示すストレートライン型の超伝導パターン102が用いられていた(たとえば、特許文献1および2参照)。誘電体基板101の裏面には、超伝導グランド膜104がベタ形成され、誘電体基板101の表面側に、ヘアピンあるいは直線状の超伝導パターン102と、フィーダが形成される。   Conventionally, the hairpin type superconducting pattern 102 shown in FIG. 1A and the straight line type superconducting pattern 102 shown in FIG. 1B have been used as resonator patterns (for example, Patent Document 1). And 2). A superconducting ground film 104 is solidly formed on the back surface of the dielectric substrate 101, and hairpins or linear superconducting patterns 102 and feeders are formed on the front surface side of the dielectric substrate 101.

このようなマイクロストリップライン構造の場合、特に送信側で高いRFパワーが入力されると、損失が増大してしまうという問題がある。これは、マイクロ波などの高周波は導体のエッジ部分に集中しやすく、マイクロストリップラインのエッジまたはコーナー部分に電流が集中して、その電流密度が超伝導体の臨界電流密度を超えてしまうからだといわれている。   In the case of such a microstrip line structure, there is a problem that loss increases especially when high RF power is input on the transmission side. This is because high-frequency waves such as microwaves tend to concentrate on the edge of the conductor, current concentrates on the edge or corner of the microstrip line, and the current density exceeds the critical current density of the superconductor. It is said.

そこで、図2(a)に示すように、電流集中を緩和したディスク型パターンが提案されている。すなわち、誘電体基板101の表面に、コーナー部分やエッジ部分の少ないディスク型の超伝導パターン112を形成して、送信フィルタとしての大電力応答を実現しようとするものである。   Therefore, as shown in FIG. 2A, a disk-type pattern with reduced current concentration has been proposed. That is, a disk-type superconducting pattern 112 with few corners and edges is formed on the surface of the dielectric substrate 101 to achieve a high power response as a transmission filter.

たとえば、図2(b)に示すようなTM11モードの共振器として構成される場合、電流は、ディスクの直径に対して対称な弧を描いて、均一に流れる。磁界は、電流と直交する方向に向く。   For example, when configured as a TM11 mode resonator as shown in FIG. 2 (b), the current flows uniformly in an arc symmetric with respect to the disk diameter. The magnetic field is directed in a direction orthogonal to the current.

しかし、このようなディスク型共振器を多数並べた多段フィルタやアレイアンテナは、大型化してしまうという欠点がある。   However, a multistage filter or an array antenna in which a large number of such disk resonators are arranged has a drawback that the size is increased.

そこで、図3に示すように、ディスク型超伝導パターン122の円周の一部にノッチ125を設けることにより、お互いに直交した電磁界モードの縮退を解いて共振周波数を分離させ、デュアルモードフィルタとして機能させるパターンが用いられている。中心周波数f0を挟んで、低周波数f1側(電流の流れはA方向)と、高周波数f2側(電流の流れはB方向)に、二つの共振を発生させている。
特開2001−308603号公報 特開平3−194979号公報
Therefore, as shown in FIG. 3, by providing a notch 125 in a part of the circumference of the disk-type superconducting pattern 122, the resonance frequency is separated by solving the degeneration of the electromagnetic field modes orthogonal to each other, and the dual mode filter A pattern that functions as is used. Two resonances are generated on the low frequency f1 side (current flow is in the A direction) and the high frequency f2 side (current flow is in the B direction) across the center frequency f0.
JP 2001-308603 A Japanese Patent Laid-Open No. 3-19479

しかし、ノッチ125を設けたため、図3に示すように、低周波数f1側の電流が、ノッチのコーナー部分により集中し、ノッチを設けない基本のディスク型共振器の最大電流密度を越えてしまう。図3の電流密度分布図では、電流密度の高い領域は矢印で示す部分であり、特にコの字型のノッチの底部とコーナー部分が高くなっている。円形の超伝導パターンの円周に沿った影の部分は、逆に電流集中が低い部分である。なお、周波数f1とf2は、最大電流密度時は位相が45°ずれている。   However, since the notch 125 is provided, as shown in FIG. 3, the current on the low frequency f1 side is concentrated on the corner portion of the notch and exceeds the maximum current density of the basic disk resonator without the notch. In the current density distribution diagram of FIG. 3, the region where the current density is high is a portion indicated by an arrow, and in particular, the bottom and corner portions of the U-shaped notch are high. On the contrary, the shaded portion along the circumference of the circular superconducting pattern is a portion where the current concentration is low. The frequencies f1 and f2 are out of phase by 45 ° at the maximum current density.

このように、ノッチのコーナー部分やエッジに電流が集中する結果、超伝導共振器を用いた帯域フィルタやアンテナにおいて、耐電力(許容電力)の低下や歪の増大が発生してしまう。   As described above, as a result of current concentration at the corners and edges of the notch, in a bandpass filter or antenna using a superconducting resonator, a reduction in power resistance (allowable power) or an increase in distortion occurs.

そこで、本発明は、耐電力特性を向上し、歪を低減した超伝導デバイスを提供することを課題とする。このような超伝導デバイスは、送信用フィルタやアンテナに好適に用いられる。   Therefore, an object of the present invention is to provide a superconducting device with improved power handling characteristics and reduced distortion. Such a superconducting device is suitably used for a transmission filter or an antenna.

上記課題を解決するために、本発明は、円形、楕円形、多角形など、2次元回路型の超伝導共振器パターンにおいて、ノッチの少なくとも一部、とくに電流集中箇所の形状を、曲線または円弧状にする。   In order to solve the above-described problems, the present invention provides a two-dimensional circuit type superconducting resonator pattern such as a circle, an ellipse, or a polygon. Make an arc.

ノッチの円弧部の形状によって、互いの電磁界モードが干渉する度合い(カップリング)が異なる。円弧の半径が大きいほど電流の集中を緩和できるが、モードのカップリングが変化して帯域幅が増大するため、円弧部の曲率半径は実効波長の1/4(λ/4)以下であるのが望ましい。   Depending on the shape of the arc portion of the notch, the degree of interference between the electromagnetic field modes (coupling) differs. The larger the arc radius, the more the current concentration can be reduced. However, since the mode coupling is changed and the bandwidth is increased, the radius of curvature of the arc portion is 1/4 (λ / 4) or less of the effective wavelength. Is desirable.

具体的には、本発明の一側面では、超伝導デバイスは、
(a)誘電体基板と、
(b)前記誘電体基板上に超伝導材料で形成された2次元回路型の共振器パターンと
を備え、共振器パターンは、少なくとも一部に円弧を含むノッチを有する。
Specifically, in one aspect of the present invention, the superconducting device is:
(A) a dielectric substrate;
(B) a two-dimensional circuit type resonator pattern formed of a superconductive material on the dielectric substrate, and the resonator pattern has a notch including an arc at least in part.

ノッチの少なくとも一部を曲線または円弧状にすることで、電流の集中を防止し、電力特性や周波数特性を良好に維持することができる。   By making at least a part of the notch into a curve or an arc shape, current concentration can be prevented and power characteristics and frequency characteristics can be maintained well.

ここで、2次元回路型とは、ヘアピン型やマイクロストリップ型などのライン形状の回路パターンではなく、円形、楕円、多角形などの平面図形形状であることを意味する。   Here, the two-dimensional circuit type means not a line-shaped circuit pattern such as a hairpin type or a microstrip type, but a planar figure shape such as a circle, an ellipse, or a polygon.

ノッチの円弧部分の曲率半径Rは、実効波長λの1/4以下であることが望ましい。   The radius of curvature R of the arc portion of the notch is desirably ¼ or less of the effective wavelength λ.

前記誘電体基板は、たとえば3〜5GHzの周波数で、8〜10の誘電率を有する。   The dielectric substrate has a dielectric constant of 8 to 10, for example, at a frequency of 3 to 5 GHz.

上述した超伝導デバイスは、誘電体基板の裏面に形成されるグランド膜と、前記共振器パターンに向かって延びる信号入出力線をさらに有し、共振器パターンは、4GHz帯で互いに直交する2つの共振を発生させる。   The superconducting device described above further includes a ground film formed on the back surface of the dielectric substrate and a signal input / output line extending toward the resonator pattern, and the resonator pattern includes two orthogonal patterns in the 4 GHz band. Resonance is generated.

このような構成により、高周波領域で、2つの共振モードで動作する超伝導デバイスが実現される。   With such a configuration, a superconducting device that operates in two resonance modes in a high-frequency region is realized.

2次元回路型の超伝導共振器パターンを有する超伝導デバイスにおいて、エッジ部分への電流の集中を防止し、特に、ハイパワーの送信側で、歪を低減し、電力特性を良好に維持できる。   In a superconducting device having a two-dimensional circuit type superconducting resonator pattern, current concentration on the edge portion can be prevented, and distortion can be reduced and power characteristics can be maintained well, particularly on the high power transmission side.

また、1つの超伝導デバイスで2つの共振モードを発生させ、多段フィルタなどに適用する場合に、装置の小型化をはかることができる。   In addition, when two resonance modes are generated by one superconducting device and applied to a multistage filter or the like, the apparatus can be reduced in size.

図4〜図9を参照して、本発明の良好な実施形態を説明する。   A preferred embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

図4(a)は、本発明の一実施形態に係る超伝導デバイスの概略図、図4(b)は、図4(a)の超伝導デバイスを移動通信システムの基地局の送信用超伝導フィルタに用いるために金属パッケージに実装した様子を示す概略図である。   4A is a schematic diagram of a superconducting device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4B is a superconducting device for transmission in a base station of a mobile communication system. It is the schematic which shows a mode that it mounted in the metal package for using for a filter.

超伝導デバイスは、MgO単結晶基板などの誘電体基板11と、MgO誘電体基板11の表面に超伝導材料で所定の形状に形成された超伝導共振器パターン12と、超伝導フィルタパターン12の近傍に延びる信号入出力線(フィーダ)13と、MgO誘電体基板11の裏面に形成されたグランド用電極(グランド膜)14と、を備える。図4の例では、超伝導材料としてYBCO(Y−Ba−Cu−O系)材料を用いている。   The superconducting device includes a dielectric substrate 11 such as an MgO single crystal substrate, a superconducting resonator pattern 12 formed in a predetermined shape with a superconducting material on the surface of the MgO dielectric substrate 11, and a superconducting filter pattern 12. A signal input / output line (feeder) 13 extending in the vicinity and a ground electrode (ground film) 14 formed on the back surface of the MgO dielectric substrate 11 are provided. In the example of FIG. 4, a YBCO (Y—Ba—Cu—O-based) material is used as the superconductive material.

超伝導共振器パターン12は、ノッチ20を有する2次元回路パターン(ディスクパターン)であり、ノッチ20は、少なくともその一部に円弧部分を含む。ノッチ20により、2つの共振周波数をカップリングさせている。   The superconducting resonator pattern 12 is a two-dimensional circuit pattern (disk pattern) having a notch 20, and the notch 20 includes an arc portion at least in part. The notch 20 couples two resonance frequencies.

なお、本明細書および特許請求の範囲において「2次元回路パターン」あるいは「2次元回路型のパターン」という場合は、ライン状(1次元)のパターンとは区別され、円形、楕円形、多角形などの平面回路パターンを意味するものとする。   In the present specification and claims, the term “two-dimensional circuit pattern” or “two-dimensional circuit type pattern” is distinguished from a line (one-dimensional) pattern, and is circular, elliptical, or polygonal. A planar circuit pattern such as

誘電体基板11は、MgO単結晶基板以外に、3〜5GHzの周波数で8〜10の誘電率を有する任意の誘電体基板を用いることができる。   As the dielectric substrate 11, any dielectric substrate having a dielectric constant of 8 to 10 at a frequency of 3 to 5 GHz can be used other than the MgO single crystal substrate.

信号入出力用の電極15から超伝導共振器パターン12へ向かって延びるフィーダ13の一方は、信号入力として用いられ、他方は、信号出力として用いられる。   One of the feeders 13 extending from the signal input / output electrode 15 toward the superconducting resonator pattern 12 is used as a signal input, and the other is used as a signal output.

図4(b)において、2次元回路型の超伝導デバイスを、表面に金メッキを施した金属パッケージ30に実装し、図示しない天板を取り付ける。金属パッケージ30には、入出力コネクタ31が固定されており、フィーダ13の端部につながる電極15と、入出力コネクタ31の中心導体が電気的に接合される。電気的な接合は、ワイヤ方式、テープ方式、ハンダ方式など、任意の方法を採用することができる。MgO誘電体基板11の裏面のベタ膜によるグランド電極14は、金属パッケージ30との電気的接続を向上させる。   In FIG. 4B, a two-dimensional circuit type superconducting device is mounted on a metal package 30 whose surface is plated with gold, and a top plate (not shown) is attached. An input / output connector 31 is fixed to the metal package 30, and the electrode 15 connected to the end of the feeder 13 and the central conductor of the input / output connector 31 are electrically joined. For the electrical joining, any method such as a wire method, a tape method, or a solder method can be adopted. The ground electrode 14 made of a solid film on the back surface of the MgO dielectric substrate 11 improves the electrical connection with the metal package 30.

図5は、超伝導共振器パターン12のノッチ形状の一例を示す図である。図5(a)において、ノッチ20は、U字型のノッチであり、曲線部分と直線部分を含む。U字型の底部を構成する円弧(曲線)部分の曲率半径Rは、実効波長の1/4(λ/4)以下であることが望ましい。曲率半径Rが大きいほど電流集中は緩和できるが、モードのカップリングも変化し、帯域幅が増大するからである。   FIG. 5 is a diagram showing an example of the notch shape of the superconducting resonator pattern 12. In FIG. 5A, the notch 20 is a U-shaped notch and includes a curved portion and a straight portion. The radius of curvature R of the arc (curved) portion constituting the U-shaped bottom is preferably ¼ (λ / 4) or less of the effective wavelength. This is because current concentration can be reduced as the radius of curvature R increases, but mode coupling also changes and bandwidth increases.

図5(b)の例では、ノッチ20は、直線部分を排除して、円弧のみで形成されている(ラウンドカット)。この場合も、曲率半径Rは、λ/4以下である。   In the example of FIG. 5B, the notch 20 is formed of only an arc (round cut) excluding the straight line portion. Also in this case, the radius of curvature R is λ / 4 or less.

このような超伝導デバイスを作製するには、たとえば20×20×0.5mmのMgO単結晶基板11の両面に、レーザ蒸着法を用いてYBCO(Y−Ba−Cu−O系)薄膜を形成する。YBCO薄膜の膜厚は、フィルタ特性に応じて適宜選択され、たとえば0.5μmである。片面側のYBCO薄膜を、フォトリソグラフィーの手法によりパターニングして、円弧型のノッチ20を有するディスク型の共振器パターン12と、フィーダ13を形成する。ディスク型共振器パターン12の直径は14mm程度である。フィーダ13の端部に金属電極15を形成する。MgO単結晶基板11の他方の面のYBCO膜はベタ膜として残し、グランド電極14とする。   In order to manufacture such a superconducting device, for example, a YBCO (Y-Ba-Cu-O-based) thin film is formed on both surfaces of a 20 × 20 × 0.5 mm MgO single crystal substrate 11 using a laser deposition method. To do. The film thickness of the YBCO thin film is appropriately selected according to the filter characteristics, and is 0.5 μm, for example. The YBCO thin film on one side is patterned by a photolithography technique to form a disk-type resonator pattern 12 having an arc-shaped notch 20 and a feeder 13. The diameter of the disk type resonator pattern 12 is about 14 mm. A metal electrode 15 is formed at the end of the feeder 13. The YBCO film on the other surface of the MgO single crystal substrate 11 is left as a solid film and used as the ground electrode 14.

これを金属パッケージ30に実装して、共振器を完成させる。図4に例示される超伝導デバイスは、たとえば第4世代の移動通信への適用が考えられ、4GHz帯で、互いに直交する方向に2つの共振を有する。   This is mounted on the metal package 30 to complete the resonator. The superconducting device illustrated in FIG. 4 can be applied to, for example, fourth-generation mobile communication, and has two resonances in directions orthogonal to each other in the 4 GHz band.

図6(a)〜図6(c)は、超伝導共振器パターンのノッチ部分のさらに別の変形例を示す図である。図6に描かれるノッチの例では、円弧部分の曲率半径Rはλ/4以下、さらにはλ/8以下であることが望ましい。   FIGS. 6A to 6C are diagrams showing still another modification of the notch portion of the superconducting resonator pattern. In the example of the notch depicted in FIG. 6, the radius of curvature R of the arc portion is preferably λ / 4 or less, and more preferably λ / 8 or less.

図7は、本発明の実施形態に係る超伝導パターンを用いたときの、電流密度集中の低減効果を示す図である。図中、矢印で示すように、図3の従来の矩形ノッチを有する超伝導共振器パターンと比較して、低周波数f1側でのノッチ近傍への電流密度の集中が、大幅に低減されていることがわかる。   FIG. 7 is a diagram showing the effect of reducing current density concentration when the superconducting pattern according to the embodiment of the present invention is used. As shown by the arrows in the figure, compared to the conventional superconducting resonator pattern having the rectangular notch of FIG. 3, the concentration of current density near the notch on the low frequency f1 side is greatly reduced. I understand that.

なお、図7においても、円形の超伝導パターンの円周に沿った領域の影の部分は、電流密度の低い部分である。   Also in FIG. 7, the shaded portion of the region along the circumference of the circular superconducting pattern is a portion with a low current density.

図8は、本発明の実施形態に係る超伝導デバイスの電流密度集中低減効果と、周波数特性を示すグラフである。電流密度集中の低減効果として、矩形ノッチ(通常カット)の超伝導デバイスと、円弧部分を含むノッチ(ラウンドカット)の超伝導デバイスの最大電流密度を、周波数の関数で示す。従来の通常カットの最大電流密度は、白の四角でプロットされ、本発明のラウンドカットの最大電流密度は、白丸でプロットされている。また、本発明の実施形態に係る超伝導デバイスの周波数特性として、入力反射特性(S11)と、伝送特性(S21)を示している。   FIG. 8 is a graph showing the current density concentration reduction effect and frequency characteristics of the superconducting device according to the embodiment of the present invention. As a reduction effect of current density concentration, the maximum current density of a superconducting device having a rectangular notch (normal cut) and a superconducting device having a notch (round cut) including an arc portion is shown as a function of frequency. The maximum current density of the conventional normal cut is plotted with a white square, and the maximum current density of the round cut of the present invention is plotted with a white circle. In addition, as a frequency characteristic of the superconducting device according to the embodiment of the present invention, an input reflection characteristic (S11) and a transmission characteristic (S21) are shown.

グラフから明らかなように、ノッチの一部または全部を円弧とするラウンドカットにすることによって、通常の矩形カットと比較して、最大電流密度が大幅に低減されることがわかる。また、S11特性で示されるように、4GHz帯域において、2つの共振の落ち込みが明確に存在し、デュアルモードフィルタあるいは2段フィルタとしての良好な周波数特性を示している。   As is apparent from the graph, it is understood that the maximum current density is significantly reduced by making a round cut in which a part or all of the notches are circular arcs, as compared with a normal rectangular cut. In addition, as shown by the S11 characteristic, in the 4 GHz band, two resonance drops clearly exist, and a good frequency characteristic as a dual mode filter or a two-stage filter is shown.

図9は、本発明の実施形態に係る超伝導デバイスの電力特性と歪特性を示すグラフである。電力特性および歪特性を測定するために、図5(b)のようなラウンドカットの超伝導パターンを有する共振器試料を準備し、これを金属デュワー内に実装した。デュワーをヘリウムガスで満たし、70〜80Kの温度範囲で、冷却・昇温を行った。各温度における共振カーブの測定は、図8の周波数特性に示すとおりである。同じ条件下で、RF電力特性として、耐電力性を測定するために、入出力電力測定を行った。また、歪特性を測定するため、3次相互変調歪(IMD3)を測定した。   FIG. 9 is a graph showing power characteristics and distortion characteristics of the superconducting device according to the embodiment of the present invention. In order to measure the power characteristic and the distortion characteristic, a resonator sample having a round cut superconducting pattern as shown in FIG. 5B was prepared and mounted in a metal dewar. The dewar was filled with helium gas and cooled and heated in a temperature range of 70-80K. The measurement of the resonance curve at each temperature is as shown in the frequency characteristics of FIG. Under the same conditions, input / output power was measured in order to measure power durability as RF power characteristics. Further, third-order intermodulation distortion (IMD3) was measured in order to measure distortion characteristics.

デュアルモードの各共振周波数f1、f2の電力を加えていくと、従来の矩形ノッチを有する超伝導パターンでは、温度77.3Kにおいて、クエンチ現象が発生する。すなわち、図9の黒のひし形で示すように、入力側の電力を上げていくと、低周波側のf1の出力電力が、33.6dMnあたりで急激に落ち込み、損失が増大する。   When power at the resonance frequencies f1 and f2 in the dual mode is applied, a quench phenomenon occurs at a temperature of 77.3K in the conventional superconducting pattern having a rectangular notch. That is, as indicated by the black diamonds in FIG. 9, when the power on the input side is increased, the output power of f1 on the low frequency side suddenly drops around 33.6 dMn, and the loss increases.

これに対し、本発明の円弧型のノッチを有する超伝導パターンでは、図9の黒丸で示すように、クエンチの発生なしに、40dBm以上の耐電力性が達成される。   On the other hand, in the superconducting pattern having the arc-shaped notch of the present invention, as shown by the black circle in FIG. 9, a power durability of 40 dBm or more is achieved without occurrence of quenching.

また、3次元相互変調歪(IMD3)の測定では、各共振周波数f1、f2の近傍で、1MHz隣接の2波を加え、共振器の非線形応答に起因する3次相互変調歪(IMD3)を測定した。従来の超伝導パターンのIMD3を白の四角で、本発明の実施形態に係る超伝導パターンのIMD3を白丸で表わす。グラフから明らかなように、一部または全部を円弧とするノッチ入りの超伝導パターンとすることによって、従来の矩形ノッチ入りの超伝導パターンと比較して、3次相互変調歪が約10dBm低減されることが確認できる。   In the measurement of three-dimensional intermodulation distortion (IMD3), the third-order intermodulation distortion (IMD3) caused by the nonlinear response of the resonator is measured by applying two waves adjacent to 1 MHz near the resonance frequencies f1 and f2. did. The IMD3 of the conventional superconducting pattern is represented by a white square, and the IMD3 of the superconducting pattern according to the embodiment of the present invention is represented by a white circle. As is apparent from the graph, the third-order intermodulation distortion is reduced by about 10 dBm as compared with the conventional rectangular notched superconducting pattern by using a notched superconducting pattern with a part or all of the arc. It can be confirmed.

以上説明したように、本発明によれば、耐電力(許容電力)が向上し、歪を低減した超伝導デバイスが実現される。このような超伝導デバイスは、送信用共振器やフィルタ、アンテナに良好に適用され、移動通信や放送分野において、高性能な送受信フロントエンドを提供できる。   As described above, according to the present invention, a superconducting device with improved power resistance (allowable power) and reduced distortion is realized. Such a superconducting device is well applied to a transmitting resonator, a filter, and an antenna, and can provide a high-performance transmission / reception front end in the mobile communication and broadcasting fields.

なお、特定の実施形態に基づいて本発明を説明してきたが、本発明はこれらの例に限定されるものではない。   Although the present invention has been described based on specific embodiments, the present invention is not limited to these examples.

たとえば、実施形態では超伝導材料としてYBCO薄膜を用いたが、任意の酸化物超伝導材料を用いることができる。たとえば、RBCO(R−Ba−Cu−O)系薄膜、すなわち、R元素としてY(イットリウム)に代えて、Nd、Gd、Sm、Hoを用いた超伝導材料を用いてもよい。また、BSCCO(Bi−Sr−Ca−Cu−O)系、PBSCCO(Pb−Bi−Sr−Ca−Cu−O)系、CBCCO(Cu−Bap−Caq−Cur−Ox、1.5<p<2.5、2.5<q<3.5、3.5<r<4.5)を超伝導材料に用いてもよい。   For example, in the embodiment, a YBCO thin film is used as the superconducting material, but any oxide superconducting material can be used. For example, an RBCO (R—Ba—Cu—O) -based thin film, that is, a superconducting material using Nd, Gd, Sm, and Ho instead of Y (yttrium) as the R element may be used. Also, BSCCO (Bi-Sr-Ca-Cu-O) system, PBSCCO (Pb-Bi-Sr-Ca-Cu-O) system, CBCCO (Cu-Bap-Caq-Cur-Ox, 1.5 <p <2.5, 2.5 <q <3.5, 3.5 <r <4.5) may be used for the superconducting material.

誘電体基板は、MgO単結晶基板に限定されず、たとえば、LaAlO3 基板、サファイア基板などを用いてもよい。   The dielectric substrate is not limited to the MgO single crystal substrate, and for example, a LaAlO3 substrate, a sapphire substrate, or the like may be used.

また、超伝導材料で形成される2次元回路パターンは、コーナー部分やエッジ部分をなるべく減らす意味から、円形(ディスク形状)であることが望ましいが、多角形パターンを用いる場合でも、少なくとも一部に円弧を含むノッチを形成することによって、電流集中を低減しつつ、デュアルモードを実現することができる。   In addition, the two-dimensional circuit pattern formed of a superconducting material is preferably circular (disk shape) from the viewpoint of reducing corners and edges as much as possible. By forming a notch including an arc, a dual mode can be realized while reducing current concentration.

最後に、以上の説明に関して、以下の付記を開示する。
(付記1) 誘電体基板と、
前記誘電体基板上に超伝導材料で形成された2次元回路型の共振器パターンと
を備え、前記共振器パターンは、少なくとも一部が円弧で形成されるノッチを有することを特徴とする超伝導デバイス。
(付記2) 前記ノッチの円弧部分の曲率半径Rは、実効波長λの1/4以下であることを特徴とする付記1に記載の超伝導デバイス。
(付記3) 前記誘電体基板は、3〜5GHzの周波数で、誘電率が8〜10であることを特徴とする付記1または2に記載の超伝導デバイス。
(付記4) 前記誘電体基板の裏面に形成されるグランド膜と、前記共振器パターンに向かって延びる信号入出力線をさらに有し、前記共振器パターンは、4GHz帯で互いに直交する2つの共振を発生させることを特徴とする付記1〜3のいずれかに記載の超伝導デバイス。
(付記5) 前記超伝導材料は、酸化物超伝導材料であることを特徴とする付記1〜4のいずれかに超伝導デバイス。
(付記6) 前記共振器パターンは、円形パターンであることを特徴とする付記1に記載の超伝導デバイス。
(付記7) 前記ノッチは、U字型または半円形であることを特徴とする付記1に記載の超伝導デバイス。
Finally, the following notes are disclosed regarding the above description.
(Appendix 1) Dielectric substrate,
And a two-dimensional circuit type resonator pattern formed of a superconducting material on the dielectric substrate, wherein the resonator pattern has a notch formed at least partially in an arc. device.
(Additional remark 2) The curvature radius R of the circular arc part of the said notch is 1/4 or less of effective wavelength (lambda), The superconducting device of Additional remark 1 characterized by the above-mentioned.
(Supplementary note 3) The superconducting device according to Supplementary note 1 or 2, wherein the dielectric substrate has a frequency of 3 to 5 GHz and a dielectric constant of 8 to 10.
(Additional remark 4) It further has a ground film formed on the back surface of the dielectric substrate and a signal input / output line extending toward the resonator pattern, and the resonator pattern has two resonances orthogonal to each other in the 4 GHz band. The superconducting device according to any one of appendices 1 to 3, wherein:
(Supplementary note 5) The superconducting device according to any one of supplementary notes 1 to 4, wherein the superconducting material is an oxide superconducting material.
(Supplementary note 6) The superconducting device according to supplementary note 1, wherein the resonator pattern is a circular pattern.
(Supplementary note 7) The superconducting device according to supplementary note 1, wherein the notch is U-shaped or semicircular.

移動通信システムに適用される従来の超伝導フィルタデバイスを説明するための図であり、ヘアピン型や、ストレートライン型の超伝導パターンを有する共振器の図である。It is a figure for demonstrating the conventional superconducting filter device applied to a mobile communication system, and is a figure of the resonator which has a hairpin type and a straight line type superconducting pattern. 従来のディスク型の超伝導パターンを有する共振器の図である。It is a figure of the resonator which has the conventional disc type superconducting pattern. 従来のノッチ入りディスク型超伝導共振器パターンにおける電流密度の集中を示す図である。It is a figure which shows the concentration of the current density in the conventional notched disk type | mold superconducting resonator pattern. 本発明の一実施形態に係る超伝導デバイスの概略構成図である。It is a schematic block diagram of the superconducting device which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る円弧部分を含むノッチ入りの超伝導パターンの例を示す図である。It is a figure which shows the example of the superconducting pattern with a notch containing the circular arc part which concerns on one Embodiment of this invention. 円弧部分を含むノッチ入りの超伝導パターンの変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of the notched superconducting pattern containing a circular arc part. 本発明の超伝導デバイスの電流密度集中の低減効果を示す図である。It is a figure which shows the reduction effect of the current density concentration of the superconducting device of this invention. 本発明の超伝導デバイスの電流密度集中の低減効果と周波数特性を示すグラフである。It is a graph which shows the reduction effect and frequency characteristic of the current density concentration of the superconducting device of this invention. 本発明の超伝導デバイスの電力特性と歪特性を示すグラフである。It is a graph which shows the electric power characteristic and distortion characteristic of the superconducting device of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

10 超伝導フィルタ
11 誘電体基板
12 超伝導パターン
13 フィーダ(信号入出力線)
14 グランド膜
15 電極
10 Superconducting filter 11 Dielectric substrate 12 Superconducting pattern 13 Feeder (signal input / output line)
14 Ground film 15 Electrode

Claims (5)

誘電体基板と、
前記誘電体基板上に超伝導材料で形成された2次元回路型の共振器パターンと
を備え、前記共振器パターンは、少なくとも一部が円弧で形成されるノッチを有することを特徴とする超伝導デバイス。
A dielectric substrate;
And a two-dimensional circuit type resonator pattern formed of a superconducting material on the dielectric substrate, wherein the resonator pattern has a notch formed at least partially in an arc. device.
前記ノッチの円弧部分の曲率半径Rは、実効波長λの1/4以下であることを特徴とする請求項1に記載の超伝導デバイス。   The superconducting device according to claim 1, wherein a radius of curvature R of the arc portion of the notch is equal to or less than ¼ of an effective wavelength λ. 前記誘電体基板は、3〜5GHzの周波数で、誘電率が8〜10であることを特徴とする請求項1または2に記載の超伝導デバイス。   The superconducting device according to claim 1 or 2, wherein the dielectric substrate has a frequency of 3 to 5 GHz and a dielectric constant of 8 to 10. 前記誘電体基板の裏面に形成されるグランド膜と、前記共振器パターンに向かって延びる信号入出力線をさらに有し、前記共振器パターンは、4GHz帯で互いに直交する2つの共振を発生させることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の超伝導デバイス。   A ground film formed on a back surface of the dielectric substrate; and a signal input / output line extending toward the resonator pattern, wherein the resonator pattern generates two resonances orthogonal to each other in a 4 GHz band. The superconducting device according to any one of claims 1 to 3. 前記超伝導材料は、酸化物超伝導材料であることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに超伝導デバイス。
The superconducting device according to claim 1, wherein the superconducting material is an oxide superconducting material.
JP2004284670A 2004-09-29 2004-09-29 Superconducting device Pending JP2006101187A (en)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004284670A JP2006101187A (en) 2004-09-29 2004-09-29 Superconducting device
US11/233,074 US7558608B2 (en) 2004-09-29 2005-09-23 Superconducting device, fabrication method thereof, and filter adjusting method
US12/457,024 US7904129B2 (en) 2004-09-29 2009-05-29 Superconducting device with a disk shape resonator pattern that is adjustable in bandwidth

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004284670A JP2006101187A (en) 2004-09-29 2004-09-29 Superconducting device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2006101187A true JP2006101187A (en) 2006-04-13

Family

ID=36240586

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2004284670A Pending JP2006101187A (en) 2004-09-29 2004-09-29 Superconducting device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2006101187A (en)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008172426A (en) * 2007-01-10 2008-07-24 Fujitsu Ltd Superconducting device
JP2008295024A (en) * 2007-04-25 2008-12-04 Fujitsu Ltd High-frequency filter
US7565188B2 (en) 2006-07-24 2009-07-21 Fujitsu Limited Superconducting filter device having disk resonators embedded in depressions of a substrate and method of producing the same
JP2010028787A (en) * 2008-06-18 2010-02-04 Fujitsu Ltd Dual mode filter
JP2010171874A (en) * 2009-01-26 2010-08-05 Fujitsu Ltd Superconducting tunable filter apparatus, nonlinear distortion measuring instrument, and nonlinear distortion measuring method
US7970447B2 (en) 2007-04-25 2011-06-28 Fujitsu Limited High frequency filter having a solid circular shape resonance pattern with multiple input/output ports and an inter-port waveguide connecting corresponding output and input ports
US8761849B2 (en) 2008-10-28 2014-06-24 Fujitsu Limited Superconductive filter with plurality of resonator patterns formed on surface of dielectric substrate

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7565188B2 (en) 2006-07-24 2009-07-21 Fujitsu Limited Superconducting filter device having disk resonators embedded in depressions of a substrate and method of producing the same
JP2008172426A (en) * 2007-01-10 2008-07-24 Fujitsu Ltd Superconducting device
JP4707682B2 (en) * 2007-01-10 2011-06-22 富士通株式会社 Superconducting device
JP2008295024A (en) * 2007-04-25 2008-12-04 Fujitsu Ltd High-frequency filter
US7970447B2 (en) 2007-04-25 2011-06-28 Fujitsu Limited High frequency filter having a solid circular shape resonance pattern with multiple input/output ports and an inter-port waveguide connecting corresponding output and input ports
JP2010028787A (en) * 2008-06-18 2010-02-04 Fujitsu Ltd Dual mode filter
US8761849B2 (en) 2008-10-28 2014-06-24 Fujitsu Limited Superconductive filter with plurality of resonator patterns formed on surface of dielectric substrate
JP2010171874A (en) * 2009-01-26 2010-08-05 Fujitsu Ltd Superconducting tunable filter apparatus, nonlinear distortion measuring instrument, and nonlinear distortion measuring method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8725224B2 (en) Superconducting filter with disk-shaped electrode pattern
US7904129B2 (en) Superconducting device with a disk shape resonator pattern that is adjustable in bandwidth
US6823201B2 (en) Superconducting microstrip filter having current density reduction parts
Ohshima High-temperature superconducting passive microwave devices, filters and antennas
JP2006101187A (en) Superconducting device
US7221238B2 (en) Superconducting filter device
JP4707682B2 (en) Superconducting device
Sekiya Design of compact HTS dual-band bandpass filters using dual-function feeding structure with wide stop-band response
JP4587768B2 (en) Superconducting device and method of manufacturing superconducting device
US7565188B2 (en) Superconducting filter device having disk resonators embedded in depressions of a substrate and method of producing the same
JP3866716B2 (en) filter
JP5369905B2 (en) Band elimination filter
JP4789850B2 (en) Band pass filter and method for manufacturing the same
US7457651B2 (en) Dual mode filter based on smoothed contour resonators
JP4769753B2 (en) Superconducting filter device
JP4519031B2 (en) Superconducting high-frequency device, manufacturing method thereof, and filter adjustment method
US20050256008A1 (en) Superconducting filter device
US20010006360A1 (en) Microwave filter
KR101116784B1 (en) Superconducting disk resonator, method of manufacturing the same and dielectric anisotropy evaluating method
JP3275538B2 (en) Superconducting end-coupled filter
Setsune et al. High-T c Superconducting Filters for Power Signal Transmission on Communication Base Station
JPH07147501A (en) Superconducting termination coupling filter
JP2000077905A (en) High frequency circuit element
JP2005341140A (en) Superconducting high frequency band pass filter

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20070703

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20080529

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20080708

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20080904

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20090224