JP3292168B2 - Filter adjustment method and adjustment device - Google Patents

Filter adjustment method and adjustment device

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JP3292168B2
JP3292168B2 JP04288599A JP4288599A JP3292168B2 JP 3292168 B2 JP3292168 B2 JP 3292168B2 JP 04288599 A JP04288599 A JP 04288599A JP 4288599 A JP4288599 A JP 4288599A JP 3292168 B2 JP3292168 B2 JP 3292168B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、衛星通信分野、移
動体通信分野等における超伝導応用技術であるマイクロ
波受動回路装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a microwave passive circuit device which is a superconducting application technology in a satellite communication field, a mobile communication field and the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】マイクロ波通信機器に使用するマイクロ
波受動回路装置としては、マイクロ波導波管や誘電体基
板上に形成されたマイクロストリップ回路が使用されて
いる。マイクロ波導波管は、損失が小さいため、狭帯域
フィルタ等高Q特性が必要とされる受動回路に使用され
ている。しかし、導波管は立体形状のものが一般的であ
り、半導体とのハイブリッド回路を形成して通信機器を
小型化するという目的には適していなかった。
2. Description of the Related Art As a microwave passive circuit device used in a microwave communication device, a microwave waveguide or a microstrip circuit formed on a dielectric substrate is used. Since the microwave waveguide has a small loss, it is used for a passive circuit requiring high Q characteristics such as a narrow band filter. However, a waveguide having a three-dimensional shape is generally used, and is not suitable for the purpose of forming a hybrid circuit with a semiconductor to reduce the size of a communication device.

【0003】マイクロストリップ回路等の平面回路をマ
イクロ波受動回路装置に使用することによって、半導体
素子とのハイブリッド化も可能であり、また、マイクロ
波回路装置を小型軽量化できるというメリットがあるた
め、一般に広く応用されている。しかし、この場合に
は、導波管の場合と比較して、導体損失の影響が大きく
なるため、高Q値や低損失が要求されるようなマイクロ
波回路装置への使用は適していないという問題がある。
[0003] The use of a planar circuit such as a microstrip circuit in a microwave passive circuit device can be hybridized with a semiconductor element, and has the advantage that the microwave circuit device can be reduced in size and weight. Generally applied widely. However, in this case, the effect of conductor loss is greater than in the case of a waveguide, so that it is not suitable for use in a microwave circuit device that requires a high Q value and low loss. There's a problem.

【0004】そこで、マイクロストリップ回路の導体部
分に高温超伝導材料を利用したマイクロ波回路装置の利
用が考えられている。高温超伝導材料は、マイクロ波帯
での表面抵抗が金等の常伝導金属よりも二桁以上低いた
め、マイクロ波回路を高Q値化または低損失化できると
いう特徴がある。例えば、移動体通信基地局用の受信フ
ィルタに利用することにより、通過帯域内の挿入損失が
小さく、かつ、急峻な帯域外減衰特性を有する高性能フ
ィルタを実現することができる。このため、マイクロ波
受動回路を高性能化できる新技術として注目されてい
る。
Therefore, use of a microwave circuit device using a high-temperature superconducting material for a conductor portion of a microstrip circuit has been considered. Since the high-temperature superconducting material has a surface resistance in the microwave band that is at least two orders of magnitude lower than that of a normal metal such as gold, the high-temperature superconducting material has a feature that the microwave circuit can have a high Q value or low loss. For example, by using the filter as a reception filter for a mobile communication base station, it is possible to realize a high-performance filter having a small insertion loss in a pass band and a steep out-of-band attenuation characteristic. For this reason, it is attracting attention as a new technology capable of improving the performance of microwave passive circuits.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】従来のマイクロストリ
ップ回路を用いた高温超伝導フィルタは、誘電体基板の
両面に高温超伝導体を形成し、片面に例えばエッチング
によってフィルタ回路を形成し、もう一方の面を接地導
体とすることによって構成されている。この種のフィル
タでは、周波数特性を調整できることが必須の要件とさ
れている。その際、フィルタでは、特に中心周波数を必
要とされる周波数に合わせることがもっとも重要であ
る。高温超伝導フィルタの周波数特性を調整する方法は
既に知られており、種々の方法が用いられている。第1
の方法は、マイクロストリップ線路の長さを変える方法
である。これは例えば、エッチングやレーザービームに
よってマイクロストリップ線路の一部を切除して、長さ
を変化させる方法である。しかし、この調整方法は非可
逆的であり、切除しすぎてしまった場合には、そのフィ
ルタは二度と使用できないという問題がある。また、レ
ーザービームによって切除する場合には、数ミクロン単
位での微細な調整が難しいこと、及び、レーザーが照射
された高温超伝導体部分の特性が劣化してしまう等の問
題が指摘されている。
In a conventional high-temperature superconducting filter using a microstrip circuit, a high-temperature superconductor is formed on both surfaces of a dielectric substrate, and a filter circuit is formed on one surface by, for example, etching. Is formed as a ground conductor. In this type of filter, it is essential that the frequency characteristics can be adjusted. At that time, it is most important for the filter to adjust the center frequency to the required frequency. Methods for adjusting the frequency characteristics of a high-temperature superconducting filter are already known, and various methods are used. First
Is a method of changing the length of the microstrip line. This is, for example, a method of cutting a part of the microstrip line by etching or a laser beam to change the length. However, this adjustment method is irreversible, and there is a problem that the filter cannot be used again if the resection is performed too much. In addition, it has been pointed out that when ablation is performed by a laser beam, it is difficult to perform fine adjustment in units of several microns, and that the characteristics of the high-temperature superconductor portion irradiated with the laser are deteriorated. .

【0006】高温超伝導フィルタの電気的特性を調整す
る第2の方法としては、マイクロストリップ回路を設置
したパッケージにネジを設け、ネジとマイクロストリッ
プ回路の距離を調整することによって、回路のインピー
ダンスを変化させる方法がある。この方法では、ネジを
高温超伝導材料のマイクロストリップ線路に近づけると
フィルタのQ値が低下して、フィルタ特性が劣化すると
いう問題が指摘されている。
As a second method for adjusting the electrical characteristics of the high-temperature superconducting filter, a screw is provided on a package in which a microstrip circuit is installed, and the distance between the screw and the microstrip circuit is adjusted to reduce the impedance of the circuit. There is a way to change it. In this method, it is pointed out that when the screw is brought close to the microstrip line made of a high-temperature superconducting material, the Q value of the filter is reduced, and the filter characteristics are deteriorated.

【0007】また、第3の方法としては、特開昭59−
107570号公報の「分布定数系プリント式フィルタ
の電気的特性の調整方法およびこれに用いるフィルタ装
置」に記載されている方法がある。この方法は、マイク
ロストリップ線路に従来の常伝導体を用いたフィルタに
適用されたものであるが、マイクロストリップ線路上に
誘電体ウエハを置くことによってインピーダンスを変化
させ、フィルタの電気的特性を調整する方法である。こ
の方法では、設置する誘電体の厚さを変えることによっ
て、周波数を任意に変えることができる。そして、この
調整方法は当然高温超伝導フィルタにも適用することが
できる。
A third method is disclosed in Japanese Unexamined Patent Publication No.
JP-A-107570 discloses a method described in “Method for Adjusting Electric Characteristics of Distributed Constant Print Filter and Filter Apparatus Used for the Method”. This method is applied to a filter using a conventional normal conductor for a microstrip line, but the impedance is changed by placing a dielectric wafer on the microstrip line to adjust the electrical characteristics of the filter. How to In this method, the frequency can be arbitrarily changed by changing the thickness of the dielectric to be installed. This adjustment method can be applied to a high-temperature superconducting filter.

【0008】しかし、これらの高温超伝導フィルタの電
気的特性の調整で難しいのは、高温超伝導フィルタが動
作するのが100以下の低温であるため、冷凍器中に
設置して冷却しなければ高性能なフィルタ特性を得るこ
とができないことである。このため、第1および第3の
方法では、フィルタを一度冷却して周波数特性を測定
し、次に、室温に戻して線路の長さを調整したり、また
は、誘電体を設置する等の方法によって調整した後、再
び冷却して測定することになる。そして、このプロセス
を何回も繰り返して徐々に目的とする周波数に合わせて
いくため、非常に長時間の忍耐強い作業が必要になって
しまう。
However, it is difficult to adjust the electrical characteristics of these high-temperature superconducting filters because the high-temperature superconducting filters operate at a low temperature of 100 K or less and must be installed in a refrigerator and cooled. That is, high performance filter characteristics cannot be obtained. For this reason, in the first and third methods, the frequency characteristics are measured by cooling the filter once, and then the temperature is returned to room temperature to adjust the length of the line, or to install a dielectric. After adjustment, the sample is cooled and measured again. Then, since this process is repeated many times to gradually adjust to the target frequency, a very long and patient work is required.

【0009】次に、第2の方法では、冷凍器を工夫して
外部からネジを調整できるようにすれば、フィルタを高
温超伝導材料の動作温度に保ったままで、フィルタ特性
をモニターしながら電気的特性を調整することができ
る。しかし、既に記述したように、ネジの部分の損失の
影響でフィルタ特性が劣化するという問題がある。
Next, in the second method, if the screw is adjusted from the outside by devising a refrigerator, the filter is maintained at the operating temperature of the high-temperature superconducting material and the electric characteristics are monitored while monitoring the filter characteristics. Target characteristics can be adjusted. However, as described above, there is a problem that the filter characteristics deteriorate due to the effect of the loss of the screw portion.

【0010】以上のように、高温超伝導フィルタはマイ
クロストリップ回路の導体損失が低減されてるため、小
型軽量で、且つ、高性能なフィルタ特性が得られるとい
う特長があるが、電気的特性の調整が難しいという問題
があった。すなわち、従来の常伝導体を用いたフィルタ
が、室温で周波数特性をモニターしながら調整できるの
に対して、低温で動作する高温超伝導フィルタは、フィ
ルタ特性を低下させずに、且つ、周波数特性をモニター
しながら調整するのが困難であった。
As described above, the high-temperature superconducting filter has a feature that the conductor loss of the microstrip circuit is reduced, so that the high-temperature superconducting filter is small and lightweight and has high-performance filter characteristics. There was a problem that was difficult. That is, while a conventional filter using a normal conductor can be adjusted while monitoring the frequency characteristics at room temperature, a high-temperature superconducting filter operating at a low temperature does not deteriorate the filter characteristics and has a low frequency characteristic. It was difficult to adjust while monitoring.

【0011】本発明の目的は、上記課題に鑑み、フィル
タ特性を低下させずに、かつ、冷凍器中で簡単に精度よ
く高温超伝導フィルタの電気的特性を調整できる方法を
提供することにある。
In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a method capable of easily and accurately adjusting the electrical characteristics of a high-temperature superconducting filter in a refrigerator without deteriorating the filter characteristics. .

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明にかかわるフィルタの調整方法は、誘電体基
板上に形成された高温超伝導マイクロストリップフィル
タを評価用冷凍器中に設置し、90以下の低温に冷却
された状態でフィルタ特性の測定装置に接続することに
より、高温超伝導フィルタの周波数特性をモニターす
る。この状態で、フィルタ回路上に誘電体薄膜を蒸着す
ることによって、フィルタの電気的特性、特に、中心周
波数を調整することを特徴とする高温超伝導フィルタの
調整方法である。
In order to achieve the above object, a method for adjusting a filter according to the present invention comprises: installing a high-temperature superconducting microstrip filter formed on a dielectric substrate in a refrigerator for evaluation; The frequency characteristic of the high-temperature superconducting filter is monitored by connecting it to a filter characteristic measuring device while being cooled to a low temperature of 90 K or less. In this state, a method of adjusting a high-temperature superconducting filter is characterized in that a dielectric thin film is deposited on a filter circuit to adjust electric characteristics of the filter, particularly, a center frequency.

【0013】その際、この冷凍器チャンバー中に誘電体
ターゲットが設置され、外部から導入されたレーザー光
をターゲットに照射することにより、有機材料、また
は、無機材料のターゲット成分をフィルタ上に蒸着する
ことを特徴とするフィルタの調整方法である。また、こ
の冷凍器チャンバーには、フィルタが設置されているパ
ッケージの蓋を冷凍器チャンバーの外部から開閉できる
機構が設けられており、パッケージの蓋を開閉しながら
電気的調整を行うことができることを特徴とするフィル
タの調整方法である。
At this time, a dielectric target is set in the refrigerator chamber, and a target component of an organic material or an inorganic material is deposited on the filter by irradiating the target with a laser beam introduced from the outside. This is a method for adjusting a filter. Further, the refrigerator chamber is provided with a mechanism capable of opening and closing the lid of the package in which the filter is installed from the outside of the refrigerator chamber, so that electrical adjustment can be performed while opening and closing the lid of the package. This is a method for adjusting a characteristic filter.

【0014】高温超伝導材料は、移動体通信、衛星通信
等の通信機器に使用されるマイクロ波帯の周波数領域で
の表面抵抗が金等の常伝導金属よりも2桁以上小さいと
いう特徴を有している。また、超伝導になる臨界温度が
液体窒素の沸点である77よりも高いことから、簡便
で安価に小型の冷凍機で超伝導特性を得ることができる
ため、マイクロ波帯の高性能な通信機器への応用が期待
されている。しかしながら、前記のとおり低温動作のた
めに中心周波数等の電気的特性の調整が難しいという問
題がある。
The high-temperature superconducting material is characterized in that the surface resistance in the frequency range of the microwave band used for communication equipment such as mobile communication and satellite communication is at least two orders of magnitude smaller than that of a normal metal such as gold. are doing. In addition, since the critical temperature for superconductivity is higher than the boiling point of liquid nitrogen, 77 K , superconductivity can be obtained with a simple and inexpensive small refrigerator. It is expected to be applied to equipment. However, as described above, there is a problem that it is difficult to adjust the electrical characteristics such as the center frequency due to the low-temperature operation.

【0015】本発明では、上記のように誘電体基板上に
形成された高温超伝導マイクロストリップフィルタを評
価用冷凍器中に設置し、90以下の低温に冷却した状
態で、高温超伝導フィルタの周波数特性をモニターしな
がら、誘電体薄膜を蒸着する。この誘電体薄膜をフィル
タ回路上に蒸着することによって、フィルタの特性イン
ピーダンスが変化して、フィルタの電気的特性、特に、
中心周波数を調整することができる。この時、フィルタ
特性をモニターしながら、誘電体薄膜を蒸着できるた
め、目標とする周波数に到達したところで蒸着を終了す
ることによって、フィルタの中心周波数を設定値に合わ
せることが可能になる。
According to the present invention, the high-temperature superconducting microstrip filter formed on the dielectric substrate as described above is installed in a refrigerator for evaluation and cooled to a low temperature of 90 K or less. While monitoring the frequency characteristics of the above, a dielectric thin film is deposited. By depositing this dielectric thin film on the filter circuit, the characteristic impedance of the filter changes, and the electrical characteristics of the filter, in particular,
The center frequency can be adjusted. At this time, since the dielectric thin film can be deposited while monitoring the filter characteristics, the center frequency of the filter can be adjusted to the set value by terminating the deposition when the target frequency is reached.

【0016】誘電体薄膜は、冷凍器チャンバー中に誘電
体ターゲットを設置し、外部から導入されたレーザー光
をターゲットに照射し、ターゲット成分を蒸発させるこ
とによってフィルタ回路上に蒸着する。ここで、誘電体
薄膜の蒸着に一般的に利用されるスパッタリング法や蒸
着法を用いなかったのは、例えばスパッタリング法では
蒸着中にフィルタ回路がプラズマにさらされてダメージ
を受けたり、また、真空蒸着法では蒸発源の輻射熱によ
ってフィルタ回路の温度が上昇することによって、フィ
ルタ回路を構成する高温超伝導薄膜の超伝導特性が劣化
するおそれがあるためである。
The dielectric thin film is deposited on a filter circuit by placing a dielectric target in a refrigerator chamber, irradiating the target with laser light introduced from the outside, and evaporating the target components. Here, the reason that the sputtering method or the evaporation method generally used for the deposition of the dielectric thin film was not used is that, for example, in the sputtering method, the filter circuit was exposed to plasma during the deposition and was damaged, or the vacuum was applied. This is because in the vapor deposition method, the temperature of the filter circuit rises due to radiant heat of the evaporation source, which may deteriorate the superconducting characteristics of the high-temperature superconducting thin film forming the filter circuit.

【0017】一方、本発明のレーザー光による照射では
ターゲットの温度上昇が少ないため、フィルタの温度が
上昇することもなく、また、スパッタリングのようにプ
ラズマにさらされることもないため、超伝導特性に劣化
が起こらず、また、フィルタの温度を所望の温度に維持
したままで誘電体薄膜を蒸着できる。
On the other hand, in the irradiation by the laser beam of the present invention, the target temperature rise is small, so that the temperature of the filter does not rise, and it is not exposed to plasma unlike sputtering, so that the superconducting property is reduced. Deterioration does not occur, and the dielectric thin film can be deposited while maintaining the temperature of the filter at a desired temperature.

【0018】蒸着する誘電体薄膜は、例えばAl
のように誘電損失の小さい材料を選択することになる。
これは、誘電損失の大きい材料を用いると、誘電損失の
影響でQ値が低下して、フィルタの性能劣化につながる
ためである。フィルタの電気的特性は、誘電体の種類、
即ち、誘電率や膜厚を変化させることによって、設定す
べき特性に連続的に調整することができる。
The dielectric thin film to be deposited is, for example, Al 2 O 3
As a result, a material having a small dielectric loss is selected.
This is because when a material having a large dielectric loss is used, the Q value is reduced due to the influence of the dielectric loss, which leads to deterioration of the filter performance. The electrical characteristics of the filter depend on the type of dielectric,
That is, the characteristics to be set can be continuously adjusted by changing the dielectric constant and the film thickness.

【0019】マイクロストリップフィルタの周波数特性
は、パッケージの蓋を閉じた状態と開いた状態では若干
異なるのが一般的である。したがって、電気的特性は最
終的には蓋を閉じた状態で調整しておく必要がある。こ
のため、フィルタが設置されているパッケージの蓋を冷
凍器チャンバーの外部から開閉できる機構をもうけてお
くことによって、誘電体薄膜を蒸着後直ちにパッケージ
の蓋を閉じてフィルタの周波数特性をモニターすること
ができる。
Generally, the frequency characteristics of the microstrip filter are slightly different when the package lid is closed and when it is opened. Therefore, it is necessary to finally adjust the electrical characteristics with the lid closed. Therefore, by providing a mechanism for opening and closing the package lid where the filter is installed from the outside of the refrigerator chamber, it is necessary to close the package lid immediately after depositing the dielectric thin film and monitor the frequency characteristics of the filter. Can be.

【0020】[0020]

【発明の実施の形態】図1は、本発明の実施の形態を示
すフィルタ特性の調整装置の全体構成図である。図1に
おいて、パッケージ1に設置されたフィルタは、冷却ス
テージ2にセッティングされる。この冷却ステージ2
は、真空容器3の中にあり、スターリング型冷凍器4に
よって高温超伝導材料の動作温度以下である50程度
まで冷却することができる。
FIG. 1 is an overall configuration diagram of an apparatus for adjusting a filter characteristic according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, a filter installed in a package 1 is set on a cooling stage 2. This cooling stage 2
Is located in the vacuum vessel 3 and can be cooled by the Stirling refrigerator 4 to about 50 K, which is lower than the operating temperature of the high-temperature superconducting material.

【0021】電気的特性の調整中、フィルタの温度は、
温度制御によって±1度以内に維持することができる。
また、フィルタに対向して、誘電体ターゲット5が設置
されており、レーザービーム6がレーザー用の窓7を通
して導入されて、誘電体ターゲット5に照射される。こ
れによってターゲット成分が蒸発してフィルタ回路上に
誘電体薄膜を蒸着することができる。また、フィルタと
ターゲットの間にはマスク8が設置されている。これに
よって、フィルタ回路の必要な領域だけに誘電体薄膜を
形成することができる。
During the adjustment of the electrical characteristics, the temperature of the filter is
It can be maintained within ± 1 degree by temperature control.
Further, a dielectric target 5 is provided so as to face the filter, and a laser beam 6 is introduced through a laser window 7 and irradiated on the dielectric target 5. As a result, the target component evaporates and a dielectric thin film can be deposited on the filter circuit. A mask 8 is provided between the filter and the target. As a result, the dielectric thin film can be formed only in a necessary area of the filter circuit.

【0022】フィルタは、同軸ケーブル9によってフィ
ルタ特性測定装置10に接続されている。このため、誘
電体薄膜の蒸着中もフィルタの周波数特性をモニターす
ることができる。また、真空容器内で、パッケージの蓋
11が、外部から開閉できる機構が設けてあるため、蒸
着終了後にパッケージの蓋を閉めた状態で、フィルタの
周波数特性を測定することができる。
The filter is connected to a filter characteristic measuring device 10 by a coaxial cable 9. Therefore, the frequency characteristic of the filter can be monitored even during the deposition of the dielectric thin film. Further, since a mechanism capable of opening and closing the package lid 11 from the outside is provided in the vacuum container, the frequency characteristics of the filter can be measured with the package lid closed after the vapor deposition is completed.

【0023】図2は、本発明のフィルタ調整方法を適用
するために作製したマイクロストリップフィルタ回路の
一例である。このフィルタは、中心周波数9.8GH
z、比帯域幅は2%のチェビシェフ型4段帯域通過フィ
ルタである。フィルタ回路を構成するマイクロストリッ
プ線路12は、厚さ500nm程度の高温超伝導薄膜で
あり、誘電体基板13上に形成されている。基板のサイ
ズは25mm×6.5mm、また、厚さは0.5mmで
ある。
FIG. 2 shows an example of a microstrip filter circuit manufactured to apply the filter adjustment method of the present invention. This filter has a center frequency of 9.8 GH
z, a 2% Chebyshev type band-pass filter having a 2% bandwidth. The microstrip line 12 constituting the filter circuit is a high-temperature superconducting thin film having a thickness of about 500 nm, and is formed on a dielectric substrate 13. The size of the substrate is 25 mm × 6.5 mm, and the thickness is 0.5 mm.

【0024】図3は、このマイクロストリップフィルタ
の断面形状を示す。図のように、誘電体基板13の裏面
には高温超電導薄膜からなる接地導体14が設けられて
いる。なお、本実施例では、高温超伝導薄膜には臨界温
度90のYBaCu (YBCO)薄膜を、
また、誘電体基板には誘電損失の小さい単結晶MgOを
用いた。このフィルタが金メッキされたパッケージ中に
セッティングされる。
FIG. 3 shows a cross-sectional shape of the microstrip filter. As shown, a ground conductor 14 made of a high-temperature superconducting thin film is provided on the back surface of the dielectric substrate 13. In this example, a YBa 2 Cu 3 O x (YBCO) thin film having a critical temperature of 90 K was used as the high-temperature superconducting thin film.
In addition, a single crystal MgO having a small dielectric loss was used for the dielectric substrate. This filter is set in a gold plated package.

【0025】このようにして作製した高温超伝導フィル
タを冷凍器中の冷却ステージ2に設置し、パッケージ1
のコネクタ部分に同軸ケーブル9を接続して、フィルタ
特性測定装置10で周波数特性が測定できるように準備
する。フィルタ特性測定装置10としては例えばベクト
ルネットワークアナライザを用いることができる。な
お、パッケージの蓋11は開閉機構にセッティングする
ことによって冷凍器3の外部から開閉することができる
ようになっている、パッケージ1の蓋11を閉めた状態
で、真空容器3内を真空排気する。次に、冷凍器4の電
源をオンすることによって、フィルタの冷却を開始す
る。フィルタは30分から1時間程度で60に到達
し、その後この温度に維持する。この段階で、フィルタ
の周波数特性を測定する。
The high-temperature superconducting filter manufactured in this manner is set on the cooling stage 2 in the refrigerator, and the package 1
The coaxial cable 9 is connected to the connector part of the above, and a preparation is made so that the frequency characteristic can be measured by the filter characteristic measuring device 10. As the filter characteristic measuring device 10, for example, a vector network analyzer can be used. The lid 11 of the package can be opened and closed from the outside of the refrigerator 3 by being set in an opening / closing mechanism. With the lid 11 of the package 1 closed, the inside of the vacuum container 3 is evacuated. . Next, the cooling of the filter is started by turning on the power of the refrigerator 4. The filter reaches 60 K in about 30 minutes to 1 hour and is then maintained at this temperature. At this stage, the frequency characteristics of the filter are measured.

【0026】図4に測定されたフィルタの通過特性を示
す。未調整の状態での周波数特性16は、通過帯域にお
いて平坦で対称な通過特性を示している。また、通過帯
域内の挿入損失は0.1dB程度の非常に小さい値であ
り、高温超伝導フィルタ特有の低損失特性が得られてい
ることが確認された。しかし、フィルタの中心周波数
は、図中Aのように設定すべき中心周波数17からやや
高周波側にずれている。
FIG. 4 shows the measured pass characteristics of the filter. The frequency characteristic 16 in an unadjusted state shows a flat and symmetrical pass characteristic in the pass band. Further, the insertion loss in the pass band was a very small value of about 0.1 dB, and it was confirmed that the low-loss characteristic characteristic of the high-temperature superconducting filter was obtained. However, the center frequency of the filter is slightly shifted from the center frequency 17 to be set as shown in FIG.

【0027】そこで、冷凍器内でパッケージ1の蓋11
を開いて、フィルタ回路上に誘電体薄膜15が蒸着でき
るようにする。誘電体ターゲット5として比誘電率が1
0程度のAlターゲットを用いる。冷凍器チャン
バー3の外部からレーザー用の窓7を通してエキシマレ
ーザー(KrF、波長248nm)をターゲット表面に
照射すると、レーザーが照射された部分のターゲット成
分は瞬時にはじき出されて、フィルタ回路上に図3に示
す誘電体薄膜15として蒸着される。
Then, the lid 11 of the package 1 is placed in the refrigerator.
Is opened so that the dielectric thin film 15 can be deposited on the filter circuit. The relative permittivity is 1 as the dielectric target 5
An Al 2 O 3 target of about 0 is used. When an excimer laser (KrF, wavelength: 248 nm) is irradiated on the target surface from the outside of the refrigerator chamber 3 through a laser window 7, the target component of the laser-irradiated portion is instantaneously ejected, and is placed on the filter circuit as shown in FIG. Is deposited as a dielectric thin film 15 shown in FIG.

【0028】蒸着速度は1nm/sec程度であった。
誘電体薄膜が蒸着されると実効誘電率が増加するため、
フィルタの中心周波数は低周波側にずれる。そして、膜
厚が厚くなるにつれて実効誘電率が増加していくため、
誘電体薄膜の膜厚を変えることによって中心周波数の調
整の幅を変えることができる。
The deposition rate was about 1 nm / sec.
Since the effective dielectric constant increases when a dielectric thin film is deposited,
The center frequency of the filter shifts to the lower frequency side. And, as the film thickness increases, the effective permittivity increases.
The width of adjustment of the center frequency can be changed by changing the thickness of the dielectric thin film.

【0029】図4に誘電体薄膜の厚さが2μmの場合の
周波数特性18、および、4μmの場合の周波数特性1
9を示す。通過帯域形状はほとんど変化せずに、膜厚2
μmの場合には中心周波数がBのようにやや低周波側に
シフトした。さらに、膜厚4μmまで増加することによ
って、中心周波数がCのようにさらに低周波側にシフト
して、ほぼ設定周波数に等しくなっていることがわか
る。
FIG. 4 shows a frequency characteristic 18 when the thickness of the dielectric thin film is 2 μm, and a frequency characteristic 1 when the thickness of the dielectric thin film is 4 μm.
9 is shown. The pass band shape is almost unchanged, and the film thickness 2
In the case of μm, the center frequency shifted slightly to the lower frequency side like B. Further, it can be seen that, as the film thickness increases to 4 μm, the center frequency shifts further to the lower frequency side as shown by C, and is substantially equal to the set frequency.

【0030】なお、本実施例では、既に記述したごと
く、図1のようにフィルタを冷却ステージ上で60
保持して、ネットワークアナライザでフィルタの周波数
特性をモニターしながら誘電体薄膜を蒸着できるため、
膜厚が4μmになって設定周波数に調整できたところ
で、エキシマレーザーをオフにして蒸着を終了した。な
お、この誘電体薄膜を蒸着した後も、通過帯域内での挿
入損失の増加がないことから、薄膜の誘電損失による影
響はほとんどないと考えられる。従って、フィルタ特性
の低下無しに、目的とする中心周波数に容易に調整可能
なことがわかる。
In this embodiment, as described above, the filter can be held at 60 K on the cooling stage as shown in FIG. 1, and the dielectric thin film can be deposited while monitoring the frequency characteristics of the filter with a network analyzer. For,
When the film thickness became 4 μm and the frequency could be adjusted to the set frequency, the excimer laser was turned off to terminate the vapor deposition. It should be noted that since the insertion loss in the pass band does not increase even after the deposition of the dielectric thin film, it is considered that the dielectric loss of the thin film has almost no influence. Therefore, it can be seen that the desired center frequency can be easily adjusted without lowering the filter characteristics.

【0031】また、マイクロストリップ線路に用いられ
ているYBCO薄膜は、誘電体薄膜蒸着後も臨界温度等
にほとんど変化が見られず、スパッタリング法や蒸着法
で予想される高温超伝導薄膜の特性低下もほとんど起こ
らないことが確認された。さらに、パッケージの蓋を閉
じてもフィルタの中心周波数はほとんど変化しなかった
ことから、最終的なフィルタ特性も目的どおりの仕様に
設定することができた。
Further, the YBCO thin film used for the microstrip line shows almost no change in the critical temperature even after the deposition of the dielectric thin film, and the characteristic deterioration of the high-temperature superconducting thin film expected by the sputtering method or the evaporation method. It was confirmed that almost no occurrences occurred. Further, even when the package lid was closed, the center frequency of the filter hardly changed, so that the final filter characteristics could be set to the intended specifications.

【0032】次に、ターゲットに誘電体材料Al
の代わりに、有機材料で比誘電率が2程度のテフロンを
用いた場合には、テフロンは、比誘電率が前記Al
の1/5程度と低いため、フィルタ回路上に蒸着した
場合のフィルタの実効誘電率の増加も小さくなる。した
がって、膜厚2μm蒸着後の中心周波数のシフト量は、
Al薄膜の場合の1/5程度であった。また、テ
フロン薄膜の場合にも、通過帯域内での挿入損失の増加
等のフィルタ特性の低下は見られなかった。このよう
に、比誘電率の小さいテフロン薄膜を使うと中心周波数
をより精度よく調整できるという特長もある。
Next, a dielectric material Al 2 O 3 is used as a target.
When Teflon having a relative dielectric constant of about 2 is used as an organic material instead of Teflon, Teflon has a relative dielectric constant of Al 2 O
Since it is as low as about 1/5 of 3 , the increase in the effective dielectric constant of the filter when deposited on the filter circuit is also small. Therefore, the shift amount of the center frequency after the deposition of a 2 μm-thick film is
It was about 1/5 of that of the Al 2 O 3 thin film. Also, in the case of the Teflon thin film, no decrease in filter characteristics such as an increase in insertion loss in the pass band was observed. As described above, using a Teflon thin film having a small relative dielectric constant also has a feature that the center frequency can be adjusted more accurately.

【0033】なお、酸化物誘電体薄膜を蒸着した後に、
有機物薄膜を蒸着して多層化することによっても電気的
特性の調整が可能なことは当然である。
After depositing the oxide dielectric thin film,
It is natural that the electrical characteristics can be adjusted by depositing an organic thin film to form a multilayer.

【0034】[0034]

【発明の効果】本発明は、誘電体基板上に形成された高
温超伝導マイクロストリップフィルタを素子評価用冷凍
器中に設置し、90以下の低温に冷却した状態で、高
温超伝導フィルタの周波数特性をモニターしながら誘電
体薄膜を蒸着するので、フィルタの電気的特性、特に、
中心周波数の調整を、簡単に、かつ、短時間に精度よく
おこなうことができる。
According to the present invention, a high-temperature superconducting microstrip filter formed on a dielectric substrate is placed in a refrigerator for element evaluation and cooled to a low temperature of 90 K or less. Since the dielectric thin film is deposited while monitoring the frequency characteristics, the electrical characteristics of the filter, especially,
The center frequency can be adjusted easily and accurately in a short time.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施の形態を示すフィルタ特性調整装
置の全体構成図である。
FIG. 1 is an overall configuration diagram of a filter characteristic adjusting device according to an embodiment of the present invention.

【図2】本発明が適用されるマイクロストリップフィル
タ回路の一例を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing an example of a microstrip filter circuit to which the present invention is applied.

【図3】図2記載のマイクロストリップフィルタの断面
構造を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a cross-sectional structure of the microstrip filter shown in FIG.

【図4】本発明による周波数特性の調整方法を説明する
ための図である。
FIG. 4 is a diagram for explaining a frequency characteristic adjusting method according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 パッケージ 2 冷却ステージ 3 真空容器 4 スターリング型冷凍器 5 誘電体ターゲット 6 レーザー光 7 レーザー導入窓 8 マスク 9 同軸ケーブル 10 フィルタ特性測定装置 11 パッケージの蓋 12 マイクロストリップ線路 13 誘電体基板 14 接地導体 15 誘電体薄膜 16 未調整状態のフィルタ特性 17 設定中心周波数 18 誘電体薄膜の厚さ2μmの場合のフィルタ特性 19 誘電体薄膜の厚さ4μmの場合のフィルタ特性 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Package 2 Cooling stage 3 Vacuum container 4 Stirling refrigerator 5 Dielectric target 6 Laser light 7 Laser introduction window 8 Mask 9 Coaxial cable 10 Filter characteristic measuring device 11 Package lid 12 Microstrip line 13 Dielectric substrate 14 Ground conductor 15 Dielectric thin film 16 Unadjusted filter characteristic 17 Set center frequency 18 Filter characteristic when dielectric thin film thickness is 2 μm 19 Filter characteristic when dielectric thin film thickness is 4 μm

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 誘電体基板上に形成された高温超伝導薄
膜によって構成されたマイクロストリップフィルタを、
評価用冷凍器中に設置した状態でその電気的特性を調整
する方法において、 前記フィルタが設置されているパッケージの蓋を冷凍器
チャンバーの外部から開閉できる機構をもうけた冷凍器
チャンバー中で前記フィルタ上に誘電体薄膜を蒸着しな
がら、前記フィルタの電気的特性を調整することを特徴
とするフィルタの調整方法。
1. A microstrip filter comprising a high-temperature superconducting thin film formed on a dielectric substrate,
A method for adjusting the electrical characteristics of the filter installed in the refrigerator for evaluation, wherein the filter is provided in a refrigerator chamber having a mechanism capable of opening and closing a lid of a package in which the filter is installed from the outside of the refrigerator chamber. A method for adjusting a filter, comprising adjusting an electrical characteristic of the filter while depositing a dielectric thin film thereon.
【請求項2】 前記調整される電気的特性は、前記フィ
ルタの中心周波数であることを特徴とする請求項1記載
のフィルタの調整方法。
2. The filter adjusting method according to claim 1, wherein the adjusted electrical characteristic is a center frequency of the filter.
【請求項3】 冷凍器チャンバー中に誘電体ターゲット
と前記フィルタを設置し、外部から導入されたレーザー
光を前記誘電体ターゲットに照射することにより、前記
誘電体ターゲット成分を前記フィルタ回路上に蒸着する
ことを特徴とする請求項1または2記載のフィルタの調
整方法。
3. A dielectric target and the filter are set in a refrigerator chamber, and a laser beam introduced from the outside is irradiated on the dielectric target, so that the dielectric target component is deposited on the filter circuit. 3. The method for adjusting a filter according to claim 1, wherein the filter is adjusted.
【請求項4】 前記誘電体ターゲットとして、有機材料
または無機材料を用いたことを特徴とする請求項1〜3
のいずれかに記載のフィルタの調整方法。
4. An organic material or an inorganic material is used as said dielectric target.
The method for adjusting a filter according to any one of the above.
【請求項5】 前記フィルタ上に蒸着する誘電体薄膜の
厚さを変えることによって電気的調整を行うことを特徴
とする請求項1〜4のいずれかに記載のフィルタの調整
方法。
5. The method for adjusting a filter according to claim 1, wherein the electrical adjustment is performed by changing the thickness of a dielectric thin film deposited on the filter.
【請求項6】 前記フィルタ上に蒸着する誘電体薄膜の
誘電率を変えることによって電気的調整を行うことを特
徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のフィルタの調
整方法。
6. The method for adjusting a filter according to claim 1, wherein the electric adjustment is performed by changing a dielectric constant of a dielectric thin film deposited on the filter.
【請求項7】 前記誘電体薄膜の蒸着中、前記評価用冷
凍器中の冷却ステージに設置された前記フィルタは、9
以下の低温に冷却された状態であることを特徴とす
る請求項1〜6のいずれかに記載のフィルタの調整方
法。
7. During the deposition of the dielectric thin film, the filter installed on a cooling stage in the refrigerator for evaluation is 9
The method for adjusting a filter according to any one of claims 1 to 6, wherein the filter is cooled to a low temperature of 0 K or less.
【請求項8】 前記誘電体薄膜の蒸着中、前記評価用冷
凍器中の冷却ステージに設置されたフィルタは、90
以下の低温に冷却された状態であり、かつフィルタ特性
の測定装置に接続されてその周波数特性を測定しながら
前記誘電体薄膜を蒸着することを特徴とする請求項1〜
7のいずれかに記載のフィルタの調整方法。
8. During the deposition of the dielectric thin film, a filter installed on a cooling stage in the refrigerator for evaluation has a pressure of 90 K.
Wherein the dielectric thin film is deposited while being cooled to a low temperature below, and connected to a filter characteristic measuring device to measure its frequency characteristic.
8. The method for adjusting a filter according to any one of 7.
【請求項9】 誘電体基板上に形成された高温超伝導薄
膜によって構成されたマイクロストリップフィルタの調
整装置において、 パッケージに設置された前記フィルタを冷却するための
冷却ステージと前記フィルタに誘電体薄膜を蒸着するた
めの誘電体ターゲットと外部から前記誘電体ターゲット
にレーザービームを導入するための窓を有する真空容器
と、 前記フィルタを設置したパッケージの蓋を前記真空容器
の外部から開閉できるようにした開閉機構と、 前記フィルタの周波数特性を測定するための測定回路
と、 を備えていることを特徴とするフィルタ特性の調整装
置。
9. A device for adjusting a microstrip filter comprising a high-temperature superconducting thin film formed on a dielectric substrate, wherein a cooling stage for cooling the filter installed in a package and a dielectric thin film are provided on the filter. A vacuum container having a dielectric target for depositing a laser beam and a window for introducing a laser beam from the outside to the dielectric target, and a package lid on which the filter is installed can be opened and closed from the outside of the vacuum container. An adjustment device for a filter characteristic, comprising: an opening / closing mechanism; and a measurement circuit for measuring a frequency characteristic of the filter.
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