JP3022309B2

JP3022309B2 - 超伝導回路

Info

Publication number: JP3022309B2
Application number: JP8082821A
Authority: JP
Inventors: 研志斎藤; 雅志布施; 正信鈴木
Original assignee: 株式会社移動体通信先端技術研究所
Priority date: 1996-04-04
Filing date: 1996-04-04
Publication date: 2000-03-21
Anticipated expiration: 2016-04-04
Also published as: JPH09275010A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、スパイラルインダ
クタ素子を含む超伝導回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、低損失で高性能な高周波特性が期
待される超伝導材料からなる超伝導回路として、例え
ば、国際公開ＷＯ９４／２８６２７号公報に提案されて
いるものがある。これは、図４（ａ）に示すように、ス
パイラルインダクタ素子１１と、スパイラルインダクタ
素子１１の外周端１１１および内周端１１２に接続され
たキャパシタ素子６２、６１とが超伝導材料にて形成さ
れたものである。

【０００３】そして、図４（ｂ）に示すように、スパイ
ラルインダクタ素子１１の内周端１１２とキャパシタ素
子６１とを、クロスオーバブリッジ７により電気的に接
続している。具体的には、スパイラルインダクタ素子１
１およびキャパシタ素子６１を覆って誘電体膜５が形成
され、誘電体膜５に貫通形成されるスルーホール５１、
５１を経て、クロスオーバブリッジ７がスパイラルイン
ダクタ素子１１の内周端１１２とキャパシタ素子６１と
に接続されて、両者を電気的に接続している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来技
術において、低損失化の観点からクロスオーバブリッジ
７も超伝導材料で構成することが試みられているが、上
記スルーホール５１、５１での段付きに対応する形状に
超伝導材料を形成することは困難であるため、クロスオ
ーバブリッジ７には、超伝導材料よりも導体損失の大き
いＡｕ等の常伝導材料（非超伝導材料）を使用してい
る。

【０００５】よって、常伝導材料からなるクロスオーバ
ブリッジ７による導体損失や、クロスオーバブリッジ７
と、スパイラルインダクタ素子１１および板状電極６１
との接触部分に発生する、常伝導体と超伝導体との接触
抵抗による損失のため、超伝導回路を超伝導材料で構成
することによる低損失化の効果が減殺されていた。本発
明は上記問題に鑑みてなされたもので、スパイラルイン
ダクタ素子を含む超伝導回路に関して、低損失な超伝導
回路を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１ないし３に記載の発明では、第１超伝導膜
（１）に含まれる第１スパイラルインダクタ素子（１１
ａ、１１ｂ）と、第２超伝導膜（２）に含まれ、第１ス
パイラルインダクタ素子（１１ａ、１１ｂ）と対向する
第２スパイラルインダクタ素子（２１ａ、２１ｂ）とを
容量結合および磁界結合させて、第１超伝導膜（１）と
第２超伝導膜（２）とを電気的に接続することを特徴と
している。

【０００７】従って、クロスオーバブリッジを設けるこ
となく第１超伝導膜（１）と第２超伝導膜（２）とを電
気的に接続することができ、導体損失や、超伝導体と常
伝導体との接触抵抗による損失がなく、この超伝導回路
の低損失化が実現される。また、請求項２に記載の発明
によれば、第１スパイラルインダクタ素子（１１ａ、１
１ｂ）に生じる磁界の向きと、第２スパイラルインダク
タ素子（２１ａ、２１ｂ）に生じる磁界の向きとが同じ
向きであるので、この第１、第２スパイラルインダクタ
素子（１１ａ、１１ｂ）、（２１ａ、２１ｂ）の合成イ
ンダクタンスが大きくなり、ひいては、Ｑ値が大きくな
り、超伝導回路の損失をより小さくできる。

【０００８】また、請求項３に記載の発明によれば、誘
電体基板（３）の下面において、第１スパイラルインダ
クタ素子（１１ａ、１１ｂ）に対向する部分を除いた部
分にグランドプレーン（４）が形成されている。ここ
で、上記対向する部分にもグランドプレーン（４）が形
成されている場合、第１スパイラルインダクタ素子（１
１ａ、１１ｂ）に磁界が発生すると、上記対向する部分
に渦電流が発生して、第１スパイラルインダクタ素子
（１１ａ、１１ｂ）のインダクタンスを小さくし、Ｑ値
を小さくしてしまうが、上記構成によれば、上記対向す
る部分に渦電流が発生することはなく、第１スパイラル
インダクタ素子（１１ａ、１１ｂ）のインダクタンスを
小さくすることはない。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図に示す実施形態
について説明する。（第１の実施形態）図１（ａ）は、本発明を高周波フィ
ルタに適用した場合のフィルタ断面図で、図１（ｂ）
は、フィルタの部分的な分解斜視図である。

【００１０】図１（ａ）に示すように、ＭｇＯ等の誘電
体材料からなる誘電体基板３の上面には、ＹＢＣＯ等の
超伝導材料からなる第１超伝導膜１が形成されている。
図１（ｂ）に示すように、第１超伝導膜１は、細線を矩
形の渦巻き状とした２つの第１スパイラルインダクタ素
子１１ａ、１１ｂと、第１スパイラルインダクタ素子１
１ａ、１１ｂの外周端１１１ａ、１１１ｂに接続される
第１キャパシタ素子１２ａ、１２ｂとを含んでいる。第
１スパイラルインダクタ素子１１ａ、１１ｂは、その内
周端１１２ａ、１１２ｂから外周端１１１ａ、１１１ｂ
にかけて時計回りに巻いたものである。

【００１１】図１（ａ）に示すように、誘電体基板３の
下面には、第１スパイラルインダクタ素子１１ａ、１１
ｂに対向する部分を除いた部分に、超伝導材料からなる
グランドプレーン４が形成されている。第１超伝導膜１
の上面には、ＣｅＯ₂等の誘電体材料からなる誘電体膜
５が全面に形成されている。誘電体膜５の上面には、超
伝導材料からなる第２超伝導膜２が形成されている。こ
の第２超伝導膜２は、図１（ｂ）に示すように、２つの
第２スパイラルインダクタ素子２１ａ、２１ｂと、その
間に配された第２キャパシタ素子２２とを含んでいる。
第２スパイラルインダクタ素子２１ａ、２１ｂは、その
内周端２１２ａ、２１２ｂから外周端２１１ａ、２１１
ｂにかけて時計回りに巻いたものである。

【００１２】そして、第１スパイラルインダクタ素子１
１ａと第２スパイラルインダクタ素子２１ａとが対向す
る部分、および、第１スパイラルインダクタ素子１１ｂ
と第２スパイラルインダクタ素子２１ｂとが対向する部
分でキャパシタ素子が構成されている。このため、第１
キャパシタ素子１２ａから第１キャパシタ素子１２ｂへ
高周波信号を伝送する場合、第１スパイラルインダクタ
素子１１ａと第２スパイラルインダクタ素子２１ａとの
間、および、第１スパイラルインダクタ素子１１ｂと第
２スパイラルインダクタ素子２１ｂとの間で容量結合が
なされるとともに、第１、第２スパイラルインダクタ素
子１１ａ、１１ｂ、２１ａ、２１ｂに磁界が発生して、
第１スパイラルインダクタ素子１１ａと第２スパイラル
インダクタ素子２１ａとの間、および、第１スパイラル
インダクタ素子１１ｂと第２スパイラルインダクタ素子
２１ｂとの間で磁界結合がなされる。これら容量結合お
よび磁界結合により、第１超伝導膜１と第２超伝導膜２
との間が交流的に電気接続される。

【００１３】本実施形態によれば、常伝導材料からなる
クロスオーバブリッジを設ける必要がないので、導体損
失や、超伝導体と非超伝導体との接触抵抗による損失が
なく、この高周波フィルタの低損失化が実現できる。つ
まり、第１キャパシタ素子１２ａから第１キャパシタ素
子１２ｂへ高周波信号を低損失で伝送できる。ここで、
誘電体基板３の下面において第１スパイラルインダクタ
素子１１ａ、１１ｂに対向する部分にもグランドプレー
ン４を形成した場合、第１スパイラルインダクタ素子１
１ａ、１１ｂに磁界が発生すると、上記対向する部分に
は、上記磁界を打ち消す向きの磁界を発生させるような
渦電流が発生し、第１スパイラルインダクタ素子１１
ａ、１１ｂのインダクタンスが小さくなる。高周波フィ
ルタの損失に反比例するＱ値は、インダクタンスに比例
するものであるため、上記対向する部分にグランドプレ
ーン４を形成することで、高周波フィルタの損失を大き
くしてしまう。

【００１４】これに対して、本実施形態では、上記対向
する部分にはグランドプレーン４を形成していないた
め、上記渦電流は発生せず、第１スパイラルインダクタ
素子１１ａ、１１ｂのインダクタンスを小さくすること
はなく、高周波フィルタの損失を大きくするのを防止で
きる。なお、上記構成の高周波フィルタは次のようにし
て製造される。まず、誘電体基板３の上面全面にスパッ
タ等により第１超伝導膜１を成長させ、この第１超伝導
膜１を図１（ｂ）に示すような所定形状にエッチングす
る。その後、エッチングされた第１超伝導膜１を覆うよ
うに、蒸着等により誘電体膜５を形成し、誘電体膜５の
上面に第２超伝導膜２を成長させ、この第２超伝導膜２
を図１（ｂ）に示すような所定形状にエッチングする。

【００１５】本実施形態ではクロスオーバブリッジを設
けないので、誘電体膜５にスルーホールを形成する必要
がなく、フィルタ製作プロセスを簡単にでき、信頼性の
向上、コスト低減を図ることができる。（第２の実施形態）図２に示す本実施形態は、上記第１
の実施形態における第２スパイラルインダクタ素子２１
ａ、２１ｂの巻き方向を逆にしたものである。この結
果、第１、第２スパイラルインダクタ素子１１ａ、１１
ｂ、２１ａ、２１ｂの磁界の向きは全て図２中上向きと
なる。

【００１６】ここで、第１、第２スパイラルインダクタ
素子１１ａ、２１ａの自己インダクタンスをＬ1 、Ｌ2
、相互インダクタンスをＭ、合成インダクタンスをＬ
とすると、上記第１の実施形態の合成インダクタンスＬ
は、

【００１７】

【数１】Ｌ＝Ｌ1 ＋Ｌ2 −２Ｍであり、合成インダクタンスＬが相互インダクタンスＭ
により減少してしまう。これに対して、本実施形態の合
成インダクタンスＬは、

【００１８】

【数２】Ｌ＝Ｌ1 ＋Ｌ2 ＋２Ｍとなるため、上記第１の実施形態に比べて合成インダク
タンスＬが大きくなる。よって、上記第１の実施形態よ
りもＱ値を大きくすることができ、高周波フィルタの損
失をより小さくできる。

【００１９】また、所定のインダクタンスＬ0 を形成す
る場合、第１、第２スパイラルインダクタ素子１１ａ、
２１ａを上述のように配置することで、１つのスパイラ
ルインダクタ素子にてインダクタンスＬ0 を形成する場
合に比べてインダクタ素子の面積を小さくでき、高周波
フィルタをコンパクトにできる。（第３の実施形態）図３に示す本実施形態では、第１ス
パイラルインダクタ素子１１ａ、１１ｂの中心部に、第
１板状電極１３ａ、１３ｂが形成され、第２スパイラル
インダクタ素子２１ａ、２１ｂの中心部に、第２板状電
極２３ａ、２３ｂが形成されている。

【００２０】また、第１スパイラルインダクタ素子１１
ｂの外周端１１１ｂには第３板状電極１４が接続され、
第２スパイラルインダクタ素子２１ａの外周端２１１ａ
には第４板状電極２４が接続され、第２スパイラルイン
ダクタ素子２１ｂの外周端２１１ｂには第３キャパシタ
素子２５が接続されている。そして、第１板状電極１３
ａと第４板状電極２４、第３板状電極１４と第２板状電
極２３ａ、第１板状電極１３ｂと第２板状電極２３ｂと
により、キャパシタ素子が構成されている。

【００２１】そして、第１キャパシタ素子１２ａから第
３キャパシタ素子２５へ高周波信号を伝送する場合、第
１板状電極１３ａと第４板状電極２４、第３板状電極１
４と第２板状電極２３ａ、第１板状電極１３ｂと第２板
状電極２３ｂとが容量結合し、第１スパイラルインダク
タ素子１１ｂと第２スパイラルインダクタ素子２１ｂと
が磁界結合する。この結果、第１超伝導膜１と第２超伝
導膜２とが交流的に電気接続される。

【００２２】（他の実施形態）上記第１ないし第３の実
施形態では、高周波フィルタを、第１超伝導膜１および
第２超伝導膜２からなる２層構造としていたが、本発明
はこれに限定されることはなく、第２超伝導膜２の上面
に誘電体膜を介して第３超伝導膜を構成して３層構造と
し、第１超伝導膜１と第２超伝導膜２、および、第２超
伝導膜２と上記第３超伝導膜との間を、容量結合および
磁界結合にて交流的に接続するようにしてもよいし、上
記第３超伝導膜の上面にさらに誘電体膜および超伝導膜
を積層して、多層構造の高周波フィルタを構成してもよ
い。この結果、高周波フィルタの全体の長さがより短く
なり、高周波フィルタのコンパクト化をさらに図ること
ができる。

【００２３】また、第１超伝導膜１と第２超伝導膜２と
の間の誘電体膜５の厚みは一定としてもよいが、この誘
電体膜５の厚みを場所によって変えてもよい。例えば、
図３において、第１板状電極１３ａと第４板状電極２４
との間の距離を他の部分よりも小さくすることで、第
１、第４板状電極１３ａ、２４から構成されるキャパシ
タ素子の容量を大きくできる。また、上述のようにする
ことで、所定の容量を得るためのキャパシタ素子の面積
を小さくでき、高周波フィルタをコンパクトにできる。

【００２４】また、上記第１ないし第３の実施形態では
本発明を高周波フィルタに適用していたが、他の種々の
超伝導回路に広く適用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は、本発明の第１の実施形態における高
周波フィルタの断面図で、（ｂ）は高周波フィルタの部
分的な分解斜視図である。

【図２】第２の実施形態における高周波フィルタの部分
的な分解斜視図である。

【図３】第３の実施形態における高周波フィルタの部分
的な分解斜視図である。

【図４】（ａ）は、従来技術の高周波フィルタの上面図
で、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。

【符号の説明】

１…第１超伝導膜、１１ａ、１１ｂ…第１スパイラルイ
ンダクタ素子、２…第２超伝導膜、２１ａ、２１ｂ…第
２スパイラルインダクタ素子、５…誘電体膜。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平４−67605（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−224271（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01F 6/06,17/00,36/00 H01L 39/22

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】誘電体基板（３）と、前記誘電体基板（３）の上面に第１スパイラルインダク
タ素子（１１ａ、１１ｂ）を含んで形成された第１超伝
導膜（１）と、前記第１超伝導膜（１）の上面に、誘電体膜（５）を介
して、前記第１スパイラルインダクタ素子（１１ａ、１
１ｂ）と対向する第２スパイラルインダクタ素子（２１
ａ、２１ｂ）を含んで形成された第２超伝導膜（２）と
を備え、前記第１スパイラルインダクタ素子（１１ａ、１１ｂ）
と前記第２スパイラルインダクタ素子（２１ａ、２１
ｂ）は、それぞれが対向する部分で容量結合し、前記第
１スパイラルインダクタ素子（１１ａ、１１ｂ）に生じ
る磁界と前記第２スパイラルインダクタ素子（２１ａ、
２１ｂ）に生じる磁界で磁界結合するものであり、前記容量結合と前記磁界結合により、前記第１超伝導膜
（１）と前記第２超伝導膜（２）とが交流的に電気接続
されて、高周波信号の伝送が行われるようになっている
ことを特徴とする超伝導回路。
【請求項２】前記第１スパイラルインダクタ素子（１
１ａ、１１ｂ）の巻き方向と前記第２スパイラルインダ
クタ素子（２１ａ、２１ｂ）の巻き方向が逆になって、
前記第１スパイラルインダクタ素子（１１ａ、１１ｂ）
に生じる磁界の向きと、前記第２スパイラルインダクタ
素子（２１ａ、２１ｂ）に生じる磁界の向きとが同じ向
きとなっていることを特徴とする請求項１記載の超伝導
回路。
【請求項３】前記誘電体基板（３）の下面において前
記第１スパイラルインダクタ素子（１１ａ、１１ｂ）に
対向する部分を除いてグランドプレーン（４）が形成さ
れていることを特徴とする請求項１または２に記載の超
伝導回路。