JP3165445B2 - 高周波回路素子 - Google Patents

高周波回路素子

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JP3165445B2
JP3165445B2 JP50193096A JP50193096A JP3165445B2 JP 3165445 B2 JP3165445 B2 JP 3165445B2 JP 50193096 A JP50193096 A JP 50193096A JP 50193096 A JP50193096 A JP 50193096A JP 3165445 B2 JP3165445 B2 JP 3165445B2
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resonator
substrate
frequency circuit
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frequency
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紘一 水野
晃 榎原
秀隆 東野
謙太郎 瀬恒
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、通信システムなどの高周波信号処理装置に
用いられるフィルター、分波器などをはじめとする共振
器を基本に構成される高周波回路素子に関する。
背景技術 高周波通信システムにおいては、フィルター、分波器
などをはじめとする共振器を基本に構成される高周波回
路素子は不可欠の要素である。特に、移動体通信システ
ムなどにおいては、周波数帯域の有効利用のために、狭
帯域なフィルターが要求される。また、移動体通信の基
地局や通信衛星などにおいては、狭帯域で低損失でかつ
小型で、大きな電力に耐えることのできるフィルターが
強く要望されている。
現在用いられている共振器フィルターなどの高周波回
路素子としては、誘電体共振器を用いたもの、伝送線路
構造を用いたもの、表面弾性波素子を用いたものなどが
主流となっている。このうち、伝送線路構造を用いたも
のは、小型で、マイクロ波、ミリ波領域の高周波まで適
用することができ、さらに、基板上に形成する２次元的
な構造であり、他の回路や素子との組み合わせが容易で
あるため、広く利用されている。従来、このタイプの共
振器としては、伝送線路による1/2波長共振器が最も一
般的に利用されており、さらに、この1/2波長共振器を
複数個結合させることにより、フィルターなどの高周波
回路素子が構成されている（特開平５−267908号公
報）。
しかし、1/2波長共振器などの伝送線路構造の共振器
では、導体中における高周波電流が部分的に集中するた
め、導体の抵抗による損失が比較的大きく、共振器では
Ｑ値の劣化を招き、フィルターを構成した場合には損失
の増加を招いてしまう。また、通常よく利用されている
マイクロストリップ線路構造の1/2波長共振器を用いた
場合には、回路から空間への放射による損失の影響も問
題となる。
これらの影響は、構造を小型化したり、動作周波数を
高くすると、さらに顕著になる。損失が比較的小さく、
耐電力性に優れた共振器としては、誘電体共振器が利用
されている。しかし、誘電体共振器は立体構造を有して
おり、かつ、サイズが大きいため、高周波回路素子の小
型化にとっては問題である。
また、伝送線路構造を用いた高周波回路素子の導体
に、直流抵抗がゼロの超伝導体を用いることにより、高
周波回路の低損失化及び高周波特性の向上を図ることも
可能である。従来の金属系超伝導体の場合には10ケルビ
ン程度の極低温環境が必要であったが、高温酸化物超伝
導体の発見に伴って比較的高い温度（77ケルビン程度）
で超伝導現象を利用することが可能となり、これら高温
超伝導材料を用いた伝送線路構造の素子が検討されるよ
うになってきた。しかし、上記した従来の構造のもので
は、電流の過度の集中によって超伝導性が失われるた
め、大きな電力の信号を利用することは困難である。
そこで、本発明者等は、基板上に形成された導体から
なり、縮退していない直交する２つのダイポールモード
を共振モードとして有する共振器を用いることにより、
導体の抵抗による損失が小さく、Ｑ値の高い小型の伝送
線路型高周波回路素子を実現した。
ここで、「縮退していない直交する２つのダイポール
モード」について説明する。通常の円板型共振器におい
て、円板の周辺に一箇所ずつ正、負の電荷が分布する共
振モードは、「ダイポールモード」と呼ばれるものであ
るが、ここでも同様の呼び方をする。２次元的な形状を
考えた場合、この任意のダイポールモードは、電流の流
れる方向が直交した互いに独立な２つのダイポールモー
ドに分解される。共振器の形状が完全な円形の場合に
は、直交した２つのダイポールモードの共振周波数は同
一である。この場合、２つのダイポールモードのエネル
ギーは同一であり、エネルギーは縮退している。一般
に、任意の形状を有する共振器の場合には、これら独立
なモードの共振周波数は異なるため、エネルギーは縮退
していない。例えば、楕円形状の共振器を考えた場合、
直交した互いに独立な２つのダイポールモードは、各々
楕円の長軸と短軸の方向を向いている。そして、両モー
ドの共振周波数は、各々楕円の長軸と短軸の長さによっ
て決定される。「縮退していない直交する２つのダイポ
ールモード」とは、例えば楕円形状の共振器におけるこ
のような共振モードのことである。このように縮退して
いない直交する２つのダイポールモードを共振モードと
して有する共振器を用いれば、両モードを別々に利用す
ることにより、１つの共振器でありながら、共振周波数
の異なる２つの共振器として機能させることができるの
で、共振器回路の面積の有効利用、すなわち、共振器の
小型化を図ることができる。また、この共振器を用いれ
ば、２つのダイポールモードの共振周波数が異なるた
め、両モード間の結合が生じることはほとんどなく、共
振動作の不安定性やＱ値の劣化などを招くことは少な
い。また、このように高いＱ値を有することから、導体
の抵抗による損失も小さい。
ところで、一般に、超伝導体を用いるか否かに関わら
ず、薄膜状の電極パターンを用いた伝送線路構造の共振
器は、基板上に形成される２次元的な構造であるため、
伝送線路構造をパターニングする際のパターン寸法誤差
等による素子特性のばらつき（例えば、中心周波数のず
れ等）が生じてしまう。また、超伝導体を用いた伝送線
路構造の共振器の場合には、このパターン寸法誤差等に
よる素子特性のばらつきの問題に加え、超伝導体特有の
課題として温度変化及び入力電力によって素子特性が変
化するといった問題がある。このため、パターン寸法誤
差等による素子特性のばらつきや、温度変化及び入力電
力による素子特性の変化を調整することが必要となる。
素子特性を調整する機構としては、特開平５−199024
号公報に開示されたものが知られている。この公報に開
示された調整機構は、超伝導共振器と超伝導接地電極と
を備えた高周波回路素子において、共振回路を流れる高
周波が発生させる電磁界内へ侵入可能な状態で、導体
片、誘電体片又は磁性体片が配置された構成を備えたも
のである。この構成によれば、導体片、誘電体又は磁性
体片を超伝導共振器に対して近づけたり遠ざけたりする
ことにより、素子特性の１つである共振周波数を容易に
調整することができる。
しかし、上記特開平５−199024号公報に開示された高
周波回路素子においては、超伝導共振器の形状が完全な
円形であるため、直交した２つのダイポールモードの共
振周波数は同一である。従って、両モードを別々に利用
することはできず、超伝導共振器、ひいては高周波回路
素子の小型化を同時に図ることはできない。
本発明は、従来技術における前記課題を解決するた
め、導体の抵抗による損失が小さく、Ｑ値の高い小型の
伝送線路型高周波回路素子において、パターン寸法誤差
等を補正し、素子特性を調整することが可能な高周波回
路素子を提供することを目的とする。また、本発明は、
共振器として超伝導体を用いた場合に、温度変化及び入
力電力による素子特性のゆらぎを抑え、又は素子特性を
調整することが可能な高周波回路素子を提供することを
目的とする。
発明の開示 前記目的を達成するため、本発明に係る高周波回路素
子の構成は、電気伝導体からなり、縮退していない直交
する２つのダイポールモードを共振モードとして有する
共振器と、入出力端子とを備えた高周波回路素子であっ
て、前記共振器と、前記入出力端子の少なくとも一方と
は別々の基板上に形成され、前記共振器が形成された基
板と前記入出力端子が形成された基板との相対位置を変
化させる機構が備わったことを特徴とする。
また、前記本発明の構成においては、共振器が形成さ
れた基板と入出力端子が形成された基板とが、前記共振
器が形成された基板面と前記入出力端子が形成された基
板面とを対向させて平行に配置されているのが好まし
い。
また、前記本発明の構成においては、共振器が形成さ
れた基板は円板状に成形され、前記共振器が形成された
基板は、入出力端子が形成された基板に設けられた断面
円形の孔に嵌め合わされているのが好ましい。
また、前記本発明の構成においては、入出力端子が形
成された基板を、共振器が形成された基板に垂直な回転
軸の回りに相対的に回転させる機構がさらに備わってい
るのが好ましい。
また、前記本発明の構成においては、電気伝導体が滑
らかな輪郭形状を有するのが好ましい。
また、前記本発明の構成においては、電気伝導体が楕
円形状を有するのが好ましい。
また、前記本発明の構成においては、素子全体の構造
が、マイクロストリップ線路構造、トリプレート線路構
造及びコプレナー導波路構造から選ばれる構造を有する
のが好ましい。
また、前記本発明の構成においては、共振器との対向
する位置に誘電体が配置され、さらに前記誘電体の表面
に前記共振器とは異なる第２の共振器が形成されている
のが好ましい。また、この場合には、共振器と第２の共
振器が形成された誘電体との相対位置を変化させる機構
がさらに備わっているのが好ましい。
前記本発明の構成によれば、電気伝導体からなり、縮
退していない直交する２つのダイポールモードを共振モ
ードとして有する共振器と、入出力端子とを備えた高周
波回路素子であって、前記共振器と、前記入出力端子の
少なくとも一方とは別々の基板上に形成され、前記共振
器が形成された基板と前記入出力端子が形成された基板
との相対位置を変化させる機構が備わったことを特徴と
するため、共振器が形成された基板と他方の基板との相
対位置を変化させることにより、入出力端子と共振器と
を高周波的に最適に結合させることができる。また、共
振器に対する各々の入出力端子の結合位置を相対的に変
化させることにより、一対の入出力端子と各々２つの直
交するモードとの結合強さを変化させて、共振器として
の動作における中心周波数を調整することができる。そ
の結果、伝送線路構造をパターニングする際のパターン
寸法誤差等による素子のばらつき（例えば、中心周波数
のずれ等）を、高周波回路素子の作製後に調整して、高
性能な高周波回路素子を実現することができる。この場
合、素子特性の調整は機械的な位置補正によって行うこ
とができるので、高周波回路素子として動作させなが
ら、同時に素子特性の調整を行うことができる。その結
果、共振器パターンのトリミングなどに比べて、実用的
な調整が可能となる。また、入出力端子の一方を共振器
が形成された基板の上に形成すれば、一方の入出力端子
の入出力結合点と他方の入出力端子の入出力結合点との
間隔を変化させて、素子特性を調整することができる。
また、前記本発明の構成において、共振器が形成され
た基板と入出力端子が形成された基板とが、前記共振器
が形成された基板面と前記入出力端子が形成された基板
面とを対向させて平行に配置されているという好ましい
例によれば、入出力端子と共振器との結合が良好にな
る。
また、前記本発明の構成において、共振器が形成され
た基板は円板状に形成され、前記共振器が形成された基
板は、入出力端子が形成された基板に設けられた断面円
形の孔に嵌め合わされているという好ましい例によれ
ば、素子の小型化が図られる。
また、前記本発明の構成において、電気伝導体が滑ら
かな輪郭形状を有するという好ましい例によれば、高周
波電流が部分的に過度に集中して、信号波が空間へ放射
することはないので、放射損失の増大によるＱ値の低下
が抑えられ、その結果、高いＱ（無負荷Ｑ）が得られ
る。また、高周波電流が２次元的に広がって分布するた
め、同じ電力の高周波信号によって共振動作を行わせた
ときの最大電流密度を低く抑えることができるので、大
きな電力の高周波信号を扱う場合にも、発熱等による導
体材料の劣化などの、高周波電流の過度の集中による悪
影響を防止することができ、その結果、さらに大きな電
力の高周波信号を扱うことが可能となる。
また、前記本発明の構成において、電気伝導体が楕円
形状を有するという好ましい例によれば、縮退していな
い直交する２つのダイポールモードを共振モードとして
有する共振器を容易に実現することができる。
また、前記本発明の構成において、素子全体の構造
が、マイクロストリップ線路構造、トリプレート線路構
造及びコプレナー導波路構造から選ばれる構造を有する
という好ましい例によれば、以下のような利点がある。
すなわち、マイクロストリップ線路構造は、構造が簡単
で、かつ、他の回路との整合性も良い。また、トリプレ
ート線路構造は、放射損失が極めて小さいため、損失の
小さい高周波回路素子が得られる。また、コプレナー導
波路構造は、基板片面に接地面を含めた全ての構造を作
製することができるので、作製プロセスを簡略化するこ
とができると共に、基板両面に形成することが困難な高
温超伝導薄膜を導体材料として用いる場合に特に有効で
ある。
また、前記本発明の構成において、共振器との対向す
る位置に誘電体が配置され、さらに前記誘電体の表面に
前記共振器とは異なる第２の共振器が形成されていると
いう好ましい例によれば、各々の共振器が入出力端子に
電気的に結合するので、ノッチフィルターやバンドパス
フィルターとして機能させることができる。また、この
場合、共振器と第２の共振器が形成された誘電体との相
対位置を変化させる機構がさらに備わっているという好
ましい例によれば、共振器としての動作における中心周
波数などの周波数特性を調整することができる。
図面の簡単な説明 図１は本発明に係る高周波回路素子の第１の実施例を
示す断面図であり、図２（ａ）は本発明に係る高周波回
路素子の第２の実施例を示す平面図であり、図２（ｂ）
は図２（ａ）の断面図であり、図２（ｃ）は図２（ａ）
の分解斜視図であり、図３は本発明に係る高周波回路素
子の第３の実施例を示す断面図であり、図４は本発明に
係る高周波回路素子の第４の実施例を示す断面図であ
り、図５は本発明に係る高周波回路素子の第５の実施例
を示す概念図であり、図６（ａ）は本発明に係る高周波
回路素子の第５の実施例を示す平面図であり、図６
（ｂ）は図６（ａ）の断面図であり、図７は本発明に係
る高周波回路素子の第７の実施例の一つの構成を示す断
面図であり、図８は本発明に係る高周波回路素子の第７
の実施例の他の構成を示す断面図である。
発明を実施するための最良の形態 以下、実施例を用いて本発明をさらに具体的に説明す
る。
＜第１の実施例＞ 図１は本発明に係る高周波回路素子の第１の実施例を
示す断面図である。図１に示すように、誘電体単結晶な
どからなる基板11aの上には、その中央に例えば真空蒸
着法とエッチングなどを用いて電気伝導体からなる楕円
形状の共振器12が形成されている。一方、誘電体単結晶
などからなる基板11bの上には、例えば真空蒸着法とエ
ッチングなどを用いて一対の入出力端子13が形成されて
いる。そして、共振器12が形成された基板11aと入出力
端子13が形成された基板11bとは、共振器12が形成され
た面と入出力端子13が形成された面とを対向させて平行
に配置されている。このように、共振器12が形成された
基板面と入出力端子13が形成された基板面とを対向させ
て平行に配置すれば、入出力端子13と共振器12との結合
が良好になる。この場合、基板11aと基板11bとの間に空
隙が存在していても原理的には問題はないが、高周波回
路素子の特性を向上させるために、基板11aと基板11bと
は接触した状態にされている。これにより、入出力端子
13の一端は共振器12の外周部に容量結合されている。ま
た、基板11a,11bの裏面には、その全面に接地面14が形
成されており、全体としてトリプレート線路構造を有す
る高周波回路素子が実現されている。このようにトリプ
レート線路構造を採用すれば、放射損失が極めて小さく
なるため、損失の小さい高周波回路素子が得られる。以
上のように構成された高周波回路素子において、高周波
信号を結合させれば、共振動作を行わせることができ
る。
本実施例のように楕円形状の共振器を考えた場合、直
交した互いに独立な２つのダイポールモードは、各々楕
円の長軸と短軸の方向を向いている。そして、両モード
の共振周波数は、各々楕円の長軸と短軸の長さによって
決定される。従って、この場合、２つのダイポールモー
ドのエネルギーは異なり、エネルギーは縮退していな
い。このような、縮退していない直交する２つのダイポ
ールモードを共振モードとして有する共振器を用いれ
ば、両モードを別々に利用することができるので、１つ
の共振器でありならが、共振周波数の異なる２つの共振
器として機能させることができる。その結果、共振器回
路の面積の有効利用、すなわち、共振器の小型化を図る
ことができる。また、この共振器を用いれば、２つのダ
イポールモードの共振周波数が異なるために、両モード
間の結合が生じることはほとんどなく、共振動作の不安
定性やＱ値の劣化などを招くことは少ない。また、この
ように高いＱ値を有することから、導体の抵抗による損
失も小さい。
平行に配置された基板11a、11bは、ネジを用いた機械
的な微動機構によって相対的に移動することができるよ
うにされている。これにより、共振器12と入出力端子13
とを、高周波的に最適に結合するように調整することが
できる。また、基板11aは、共振器（楕円）12の中心軸
（垂直方向）を回転軸18としてネジを用いた機械的な微
動機構によって回転することができるようにされてい
る。これにより、一対の入出力端子13と共振器12の外周
部との結合位置を変えることができるので、一対の入出
力端子13と各々２つの直交するモードとの結合強さを変
化させて、共振器としての動作における中心周波数を調
整することができる。従って、この２つの微動機構によ
って基板11aと基板11bとの相対位置、及び共振器12と入
出力端子13との結合位置を適宜調整すれば、素子特性を
調整して高性能な高周波回路素子を実現することができ
る。このように、本実施例の構成によれば、伝送線路構
造をパターニングする際のパターン寸法誤差等による素
子特性のばらつき（例えば、中心周波数のずれ等）を、
高周波回路素子の作製後に調整することができるので、
共振器パターンのトリミングなどに比べて、実用的な調
整が可能となる。
尚、本実施例においては、基板11aの上に共振器12が
形成され、基板11bの上に一対の入出力端子13が形成さ
れているが、必ずしもこの構成に限定されるものではな
く、一方の入出力端子13を共振器12が形成された基板11
aの上に形成してもよい。このように構成すれば、一方
の入出力端子13の入出力結合点と他方の入出力端子13の
入出力結合点との間隔を変化させて、素子特性を調整す
ることができる。
＜第２の実施例＞ 図２は本発明に係る高周波回路素子の第２の実施例を
示す構成図である。図２に示すように、誘電体単結晶な
どからなる基板19には、その中央に断面円形の孔19aが
設けられている。基板19の上には、孔19aを挟んで例え
ば真空蒸着法とエッチングなどを用いて一対の入出力端
子13が形成されている。一方、基板19と同一の材料から
なる基板20は、基板19の孔19aに嵌め合わせることがで
きるように円板状に成形されている。基板20の上には、
その中央に例えば真空蒸着法とエッチングなどを用いて
電気伝導体からなる楕円形状の共振器12が形成されてい
る。そして、基板20は、基板19の孔19aに嵌め合わされ
て一体化されている。これにより、入出力端子13の一端
は共振器12の外周部に容量結合されている。また、基板
19、20の裏面には、その全面に各々接地面14a、14bが形
成されており、全体としてマイクロストリップ線路構造
を有する高周波回路素子が実現されている。このマイク
ロストリップ線路構造は、構造が簡単で、かつ、他の回
路との整合性も良い。
基板20は、共振器（楕円）12の中心軸（垂直方向）を
回転軸18としてネジを用いた機械的な微動機構によって
回転することができるようにされている。これにより、
一対の入出力端子13と共振器12との外周部との結合位置
を変えることができるので、一対の入出力端子13と各々
２つの直交するモードとの結合強さを変化させて、上記
第１の実施例と同様に共振器としての動作における中心
周波数を調整することができる。
尚、本実施例においては、マイクロストリップ線路構
造を有する高周波回路素子を例に挙げて説明している
が、必ずしもこの構成に限定されるものではない。この
高周波回路素子の共振器12に対向させて接地面を有する
基板を配置することにより、トリプレート線路構造とし
てもよい。また、基板の片面に接地面を含めた全ての構
造を作製することにより、コプレナー導波路構造として
もよい。このコプレナー導波路構造を採用すれば、作製
プロセスを簡略化することができると共に、基板両面に
形成することが困難な高温超伝導薄膜を導体材料として
用いる場合に特に有効である。
＜第３の実施例＞ 図３は本発明に係る高周波回路素子の第３の実施例を
示す断面図である。図３に示すように、誘電体単結晶な
どからなる基板11の上には、その中央に超伝導体からな
る楕円形状の共振器12が形成されている。また、基板11
の上には、共振器12を挟んで一対の入出力端子13が形成
されており、入出力端子13の一端は共振器12の外周部に
容量結合されている。また、基板11の近傍には、共振器
12と対向する位置に誘電体22が配置されている。誘電体
22は任意の形状でよいが、誘電体22は共振器12に対して
相対的に変位することができるように独立に保持されて
いる。誘電体22の変位はネジを用いた機械的な微動機構
によって達成される。基板11の裏面には、その全面に接
地面14が形成されており、全体としてマイクロストリッ
プ線路構造を有する高周波回路素子が実現されている。
ここで、接地面14は、超伝導体層14aとAu層14bとの２層
構造を有している。
上記のように共振器12の近傍に誘電体22を配置すれ
ば、共振器12の周りの電磁界分布が変化する。従って、
上記のようにして誘電体22と基板11との相対位置を変化
させることにより、共振器としての動作における中心周
波数などの周波数特性を調整することができる。すなわ
ち、この微動機構によって共振器12と誘電体22との相対
位置を適宜調整すれば、高性能な高周波回路素子が得ら
れる。
尚、本実施例においては、共振器12に対向する位置に
誘電体22を配置しているが、必ずしもこの構成に限定さ
れるものではない。誘電体22の代わりに磁性体又は導体
を配置し、その相対位置を変化させても、共振器として
の動作における中心周波数などの周波数特性を調整する
ことができる。また、誘電体22の共振器12との対向面に
共振器を形成すれば、各々の共振器が入出力端子13に電
気的に結合し、ノッチフィルターやバンドパスフィルタ
ーを構成することができる。そして、この場合にも、共
振器12と誘電体22との相対位置を変位させることによ
り、各フィルターの特性を調整することができる。
また、本実施例においては、入出力端子13の一端と共
振器12の外周部との結合を容量性結合としているが、必
ずしもこの構成に限定されるものではなく、誘導性結合
であってもよい。
＜第４の実施例＞ 図４は本発明に係る高周波回路素子の第４の実施例を
示す断面図である。図４に示すように、誘電体単結晶な
どからなる基板11aの上には、その中央に超伝導体から
なる楕円形状の共振器12が形成されている。また、基板
11aの上には、共振器12を挟んで一対の入出力端子13が
形成されており、入出力端子13の一端は共振器12の外周
部に容量結合されている。一方、基板11aと同一の材料
からなる基板11bの上には、その中央に超伝導体からな
る楕円形状の共振器25が形成されている。そして、基板
11aと基板11bとは、共振器12が形成された面と共振器25
が形成された面とを対向させて平行に配置されている。
また、基板11a、11bの裏面には、その全面に接地面14が
形成されており、全体としてトリプレート線路構造を有
する高周波回路素子が実現されている。ここで、接地面
14は、超伝導層14aとAu層14bとの２層構造を有してい
る。
平行に配置された基板11a、11bは、微動機構によって
相対的に移動することができるようにされている。この
微動機構は、ネジを用いた機械的な手段によって達成さ
れ、３軸方向の平行移動と回転移動が可能である。
以上の構成は、ある種のノッチフィルターとして用い
ることができるが、共振器（楕円）12又は共振器（楕
円）25の中心軸を回転軸として一方の基板11a（又は11
b）を他方の基板11b（又は11a）に対して回転させ、２
つの共振器12、25のそれぞれの２つのモードと入出力端
子13の結合位置を変えることにより、共振器としての動
作における中心周波数などの周波数特性を調整すること
ができる。すなわち、この微動機構によって基板11aと
基板11bとの相対位置を適宜調整すれば、中心周波数を
最適化することができる。
＜第５の実施例＞ 図５に、上記第４の実施例と同様に２つの基板を対向
させて配置した高周波回路素子の概念図を示す。図５に
おいて、実線は一方の基板の上に形成された共振器パタ
ーン（ここでは、超伝導体からなる楕円型共振器12）と
一対の入出力端子13を示しており、破線は他方の基板の
上に形成された共振器パターン（ここでは、超伝導体か
らなる楕円型共振器25）を示している。各基板間には空
隙が設けられており、互いに高周波的に結合させること
によって多段のバンドパスフィルターが実現されてい
る。対向して平行に配置された各基板は相対的に平行移
動することができるので、各基板の相対位置を変化させ
て、各基板間の高周波的な結合を変化させることによ
り、多段のバンドパスフィルターの周波数特性を調整す
ることができる。
尚、本実施例においては、各基板の上に形成した１つ
ずつのフィルターを結合させているが、必ずしもこの構
成に限定されるものではなく、複数個のフィルターを結
合させてもよい。また、本実施例においては、一対の入
出力端子13を一方の基板に形成しているが、必ずしもこ
の構成に限定されるものではなく、一対の入出力端子13
を両方の基板に分けて形成してもよい。そして、これら
の構成を組み合わせれば、種々の特性を有する高周波回
路素子が得られる。
また、上記第３〜第５の実施例においては、共振器の
材料として超伝導体を用いて低損失化を図っているが、
原理的には電気伝導体であればよい。
また、上記第３〜第５の実施例においては、微動機構
としてネジを用いた機械的な手段を採用しているが、必
ずしもこの構成に限定されるものではなく、他の手段を
採用しても何ら差し支えない。微動機構として機械的な
手段を採用すれば、高周波回路素子としての動作を行わ
せながら、同時に素子特性の調整を行うことができるの
で、共振器パターンのトリミングなどに比べて実用的な
調整が可能となる。
＜第６の実施例＞ 図６は本発明に係る高周波回路素子の第６の実施例を
示す構成図である。図６に示すように、誘電体単結晶な
どからなる基板11の上には、その中央に超伝導体からな
る楕円形状の共振器12が形成されている。また、基板11
の上には、共振器12を挟んで一対の入出力端子13が形成
されており、入出力端子13の一端は共振器12の外周部に
容量結合されている。また、基板11の裏面には、その全
面に接地面14が形成されており、全体としてマイクロス
トリップ線路構造を有する高周波回路素子が実現されて
いる。
共振器（超伝導体）12の上には、その周縁部に円環状
の電気伝導性薄膜23が形成されている。
ところで、磁場侵入長、カイネティックインダクタン
ス等の超伝導体の種々の特性は温度の関数であり、これ
らの特性は、特に転移温度Tc近傍の温度領域ではわずか
な温度変化に対しても大きく変化し、高周波応用におい
ては、これらの値が周波数特性を変化させる要因とな
る。磁場侵入長は、共振器12の周縁部の電流分布を決定
するため、温度変化を抑えるか、又は温度ゆらぎに対す
る周縁部での電流分布変化が小さくすることが必要とな
る。ここで問題としている温度ゆらぎ程度の温度変化に
対しては、金属などの電気伝導性材料の特性変化はほと
んど無視することができる。従って、共振器12の周縁部
に円環状の電気伝導性薄膜23を形成すれば、温度ゆらぎ
に対する高周波特性への影響が小さくなる。また、大き
な電力の高周波信号を扱う場合には、大きな電流が共振
器12の周縁部を流れるが、本実施例のように共振器12の
周縁部に電気伝導性薄膜23を形成しておけば、共振器
（超伝導体）12の周縁部を流れる電流の一部が電気伝導
性薄膜23を流れるため、超伝導体の超伝導性が失われて
常伝導状態に戻る電力条件を緩和することができる。超
伝導体の上に電気伝導性の材料を接触させて形成する
と、高周波損失が増大するが、楕円型共振器12の中心部
分には電気伝導性材料が存在しないため、その影響は最
小限に抑えられる。すなわち、本実施例の構成によれ
ば、超伝導体からなる共振器の全面に電気伝導性薄膜を
接触させて形成したものに比べて低損失の高周波回路素
子が得られる。また、何らかの要因によって超伝導体の
超伝導性が失われ、常伝導状態となった場合でも、高周
波電力が電気伝導性薄膜23を流れることにより、極端な
特性劣化は抑えられる。
本実施例で説明した高周波回路素子においては、電気
伝導性薄膜23として金属薄膜を用いることができる。金
属材料としては、良好な電気伝導性を有する材料が望ま
しい。特に、Au、Ag、Pt、Pd、Cu及びAlから選ばれる少
なくとも１つの金属を含む材料、又はAu、Ag、Pt、Pd、
Cu及びAlから選ばれる少なくとも２つの金属を積層して
形成した材料を用いれば、良好な電気伝導性が得られ、
高周波への応用に有利である。また、これらの材料は化
学的に安定で反応性が低く、他の材料に対する影響が小
さいため、種々の材料、特に超伝導材料と接触させて形
成する場合に有利である。
本実施例において共振器12として用いられる超伝導材
料は、金属材料に比べてはるかに損失が小さいため、非
常に高いＱ値を有する共振器が実現される。従って、本
発明の高周波回路素子において、超伝導体の利用は有効
である。この超伝導体としては、金属系材料（例えば、
Pb、PbIn等のPb系材料、Nb、NbN、Nb3 Ge等のNb系材
料）でもよいが、実用的には、温度条件の比較的緩やか
な高温酸化物超伝導体（例えば、Ba2 YCu3 O7）を用い
るのが望ましい。
尚、本実施例においては、入出力端子13の一端と共振
器12の外周部との結合を容量性結合としているが、必ず
しもこの構成に限定されるものではなく、誘導性結合で
あってもよい。
また、上記第１〜第６の実施例においては、共振器と
して楕円形状の電気伝導体又は超伝導体を用いている
が、必ずしもこの構成に限定されるものではない。任意
形状の平面回路共振器であっても、共振モードとして縮
退していない２つの直交するダイポールモードを有して
いれば、基本的には同様の動作を行わせることができ。
但し、電気伝導体又は超伝導体の輪郭形状が滑らかでな
い場合には、高周波電流が部分的に過度に集中し、損失
の増大によってＱ値が低下したり、大きな電力の高周波
信号を扱う場合に問題が生じる可能性がある。従って、
楕円型以外の形状の場合には、滑らかな輪郭形状を有す
る電気伝導体又は超伝導体によって共振器を構成するこ
とにより、有効性をさらに高めることができる。
また、上記第１〜第６の実施例においては、共振器12
に一対の入出力端子13を結合させているが、必ずしもこ
の構成に限定されるものではなく、共振器12に結合させ
る入出力端子13は少なくとも１個であればよい。
＜第７の実施例＞ 図７に、本実施例で作製した高周波回路素子の構成を
示す。共振器12は楕円型導体板である。共振器12の直径
は約7mmであり、楕円率と入出力結合の間隔は帯域幅が
約２％となるように設定されている。高周波回路素子の
作製方法は以下のとおりである。まず、ランタンアルミ
ナ（LaAlO3）単結晶からなる基板11a、11bの両面に、厚
さ１μｍの高温酸化物超伝導薄膜を形成した。ここで使
用した高温酸化物超伝導体は通常Hg系酸化物超伝導体と
言われるものであり、主としてHgBa2 CuOx（1201相）薄
膜を用いた。この薄膜は90ケルビン以上で超伝導転移を
示した。次いで、両基板11a、11bの裏面に、真空蒸着法
によって厚さ１μｍのAu薄膜を堆積し、高温酸化物超伝
導薄膜とAu薄膜とからなる接地面14を形成した。次い
で、フォトリソグラフィーとアルゴンイオンビームエッ
チングの手法により、一方の基板11aの接地面14が形成
された面と反対の面に、高温酸化物超伝導薄膜からなる
共振器12をパターン形成し、他方の基板11bの接地面14
が形成された面と反対の面に、同じく高温酸化物超伝導
薄膜からなる一対の入出力端子13をパターン形成した。
次いで、表面にAuがメッキされた銅製のパッケージ21中
に、基板11aと基板11bを、共振器12が形成された面と入
出力端子13が形成された面を対向させて平行に配置し
た。これにより、全体としてトリプレート線路構造を有
する高周波回路素子が実現された。ここで、パッケージ
21と接地面41とは導電ペースト（本実施例ではAgペース
トを用いた）26によって接着されており、熱伝導性と電
気的接地とが確保されている。尚、図７においては、基
板11aと基板11bとの間に若干の空隙が存在しているが、
実際には両基板11a、11bは重ね合わされている。
パッケージ21にAuFe−クロメル熱電対を接触させ、熱
起電力を測定して温度モニターを行った。そして、パッ
ケージ21の全体を小型の出力を電気的に制御することが
できる冷凍器（図示せず）によって冷却し、その冷凍器
に対して熱起電力に対応する制御信号をフィードバック
することにより、温度調節を行った。
パッケージ21には微動機構27が設けられており、この
微動機構27を調整することにより、共振器12を、入出力
端子13が形成された基板面に対して水平方向に変位させ
ることができると共に、共振器12の中心軸（垂直方向）
を回転軸として回転方向に変位させることができる。こ
れにより、共振器12と入出力端子13を最適な入出力結合
が得られる位置に調整することが可能となる。
図８に、本実施例で作製した高周波回路素子の他の構
成を示す。共振器12は楕円型導体板である。共振器12の
直径は約7mmであり、楕円率と入出力結合の間隙は帯域
幅が約２％となるように設定されている。本高周波回路
素子の作製方法は以下のとおりである。まず、ランタン
アルミナ（LaAlO3）単結晶からなる基板11の両面に、厚
さ１μｍの高温酸化物超伝導薄膜を形成した。ここで使
用した高温酸化物超伝導体は通常Hg系酸化物超伝導体と
言われるものであり、主としてHgBa2CuOx（1201相）薄
膜を用いた。この薄膜は90ケルビン以上で超伝導転移を
示した。次いで、基板11の裏面には、真空蒸着法によっ
て厚さ１μｍのAu薄膜を形成し、高温酸化物超伝導薄膜
とAu薄膜とからなる接地面14を形成した。次いで、フォ
トリソグラフィーとアルゴンイオンビームエッチングの
手法により、基板11の接地面14が形成された面と反対の
面に、高温酸化物超伝導薄膜からなる共振器12と一対の
入出力端子13とをパターン形成した。これにより、全体
としてマイクロストリップ線路構造を有する高周波回路
素子が実現された。次いで、表面にAuがメッキされた銅
製のパッケージ21の中に基板11を配置し、さらに共振器
12との対向位置にポリテトラフルオロエチレン製の円板
状誘電体22を配置した。パッケージ21と接地面14とは導
電ペースト（本実施例ではAgペーストを用いた）26によ
って接着されており、熱伝導性と電気的接地とが確保さ
れている。
パッケージ21にAuFe−クロメル熱電対を接触させ、熱
起電力を測定して温度モニターを行った。そして、パッ
ケージ21の全体を小型の出力を電気的に制御することが
できる冷凍器によって冷却し、その冷凍器に対して熱起
電力に対応する制御信号をフィードバックすることによ
り、温度調節を行った。
パッケージ21には微動機構27が設けられており、この
微動機構27を調整することにより、誘電体22と共振器12
との間隔を若干変化させて、共振器12の特性を調整する
ことができる。
尚、本実施例においては、誘電体22としてポリテトラ
フルオロエチレン製の誘電体を用いているが、必ずしも
これに限定されるものではなく、他の誘電体材料であっ
ても何ら差し支えない。
産業上の利用可能性 以上のように、本発明に係る高周波回路素子によれ
ば、Ｑ値の高い小型の伝送線路型高周波回路素子におい
て、パターン寸法誤差等を補正し、素子特性を調整する
ことが可能になると共に、共振器として超伝導体を用い
た場合に、温度変化及び入力電力による素子特性のゆら
ぎを抑え、又は素子特性を調整することが可能となるた
め、狭帯域で低損失でかつ小型で、大きな電力に耐える
ことのできるフィルターが必要な移動体通信の基地局や
通信衛星などに利用可能である。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−199024（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−37513（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−251904（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−368006（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−18454（ＪＰ，Ａ) 特開 昭50−16454（ＪＰ，Ａ) 特公 昭49−39542（ＪＰ，Ｂ１) 欧州特許出願公開597700（ＥＰ，Ａ １) Ｓ．Ｌｏｎｇ，ｅｔ．ａｌ”ＴＨＥ ＩＭＰＥＤＡＮＣＥ ＯＦ ＡＮ ＥＬ ＬＩＰＴＩＣＡＬ ＰＲＩＮＴＥＤ−Ｃ ＩＲＣＵＩＴ ＡＮＴＥＮＮＡ”，ＩＥ ＥＥ ＡＰ−Ｓ．Ｉｎｔ．Ｓｙｍｐ．, 1981，ｐｐ．355−358 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01P 7/08 H01P 1/203

Claims (9)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】電気伝導体からなり、縮退していない直交
    する２つのダイポールモードを共振モードとして有する
    共振器と、入出力端子とを備えた高周波回路素子であっ
    て、前記共振器と、前記入出力端子の少なくとも一方と
    は別々の基板上に形成され、前記共振器が形成された基
    板と前記入出力端子が形成された基板との相対位置を変
    化させる機構が備わったことを特徴とする高周波回路素
    子。
  2. 【請求項２】共振器が形成された基板と入出力端子が形
    成された基板とが、前記共振器が形成された基板面と前
    記入出力端子が形成された基板面とを対向させて平行に
    配置された請求の範囲第１項記載の高周波回路素子。
  3. 【請求項３】共振器が形成された基板は円板状に成形さ
    れ、前記共振器が形成された基板は、入出力端子が形成
    された基板に設けられた断面円形の孔に嵌め合わされて
    いる請求の範囲第１項記載の高周波回路素子。
  4. 【請求項４】入出力端子が形成された基板を、共振器が
    形成された基板に垂直な回転軸の回りに相対的に回転さ
    せる機構がさらに備わった請求の範囲第１項記載の高周
    波回路素子。
  5. 【請求項５】電気伝導体が滑らかな輪郭形状を有する請
    求の範囲第１項記載の高周波回路素子。
  6. 【請求項６】電気伝導体が楕円形状を有する請求の範囲
    第１項記載の高周波回路素子。
  7. 【請求項７】素子全体の構造が、マイクロストリップ線
    路構造、トリプレート線路構造及びコプレナー導波路構
    造から選ばれる構造を有する請求の範囲第１項記載の高
    周波回路素子。
  8. 【請求項８】共振器と対向する位置に誘電体が配置さ
    れ、さらに前記誘電体の表面に前記共振器とは異なる第
    ２の共振器が形成された請求の範囲第１項記載の高周波
    回路素子。
  9. 【請求項９】共振器と第２の共振器が形成された誘電体
    との相対位置を変化させる機構がさらに備わった請求の
    範囲第８項記載の高周波回路素子。
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