JP3638435B2

JP3638435B2 - Superconducting filter module

Info

Publication number: JP3638435B2
Application number: JP17591398A
Authority: JP
Inventors: 佳典松永; 剛仲井
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1998-06-23
Filing date: 1998-06-23
Publication date: 2005-04-13
Anticipated expiration: 2018-06-23
Also published as: JP2000013108A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、真空断熱容器中において室温よりも低温、例えば150 Ｋ以下の温度に冷却して動作させる、情報通信用高周波装置に用いられる超電導フィルタ回路を構成する超電導フィルタモジュールに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
現在、大容量・高速での情報通信（画像・動画・音声・コンピュータデータ等）装置の開発が進められており、そのために高周波信号で駆動・動作する情報通信用装置が開発されている。高周波信号は従来の回路配線に金属導体を用いた情報通信用装置では導体損失が大きいため、導体損失の小さい超電導導体の配線を用いた各種電子デバイスや電子回路の開発が進められている。特に、フィルタは損失の低減化が求められており、各研究機関で開発が盛んに進められている。
【０００３】
従来、内部に超電導フィルタ回路を構成した超電導フィルタモジュールにおいては、超電導フィルタ回路は通常は１枚の基板で構成され、その回路基板は真空断熱構造になっている真空容器を筐体として、その中で室温よりも低温、例えば超電導状態を得るため150 Ｋ以下の温度に冷却されていた。そのため、超電導フィルタ回路を構成する１枚の基板の面内はほぼ同一温度であり、基板の各所を独立に温度管理することができなかった。従って、超電導フィルタ回路を構成する基板と温度とをある仕様に選択すると、フィルタの電気特性も一義的に決定されることとなっていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする問題点】
このような従来の真空断熱容器中に超電導フィルタ回路の基板を配置した超電導フィルタモジュールにおいては、モジュールを一旦組み立てた上で使用環境の真空状態および温度での電気特性を確認した結果、フィルタの電気特性が目標仕様と異なっている場合には、基板温度を室温に戻して真空になっている筐体から超電導フィルタ回路基板を取り出し、回路基板の加工を行なって電気特性を調整しなければならなかった。そして、調整した回路基板を再び筐体に入れてから真空にして使用温度まで冷却し、再測定をして調整結果の確認をしなければならなかった。
【０００５】
このように、従来の超電導フィルタモジュールにおいては、超電導フィルタ回路基板の電気特性の測定と調整が大きく違う環境で行なわれるため、仕様通りの電気特性の超電導フィルタを得るには大変な手間と時間がかかってしまうという問題点があった。
【０００６】
本発明の超電導フィルタモジュールは上記事情に鑑みて案出されたものであり、その目的は、超電導フィルタ回路を構成する基板を真空断熱容器中で本来の使用環境に維持したままフィルタの電気特性の測定と調整を行なうことができる超電導フィルタモジュールを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の超電導フィルタモジュールは、真空断熱容器中に、一方の主面に超電導配線による共振回路を含む第１配線導体層を、他方の主面に第１接地導体層を形成した第１誘電体基板をコールドヘッドとヒータとの組合せにより構成された温度制御可能な支持台に前記第１接地導体層側で接するように取着するとともに、一方の主面に超電導配線による共振回路を含む第２配線導体層を、他方の主面に第２接地導体層を形成した第２誘電体基板をコールドヘッドとヒータとの組合せにより構成された温度制御可能な第２の支持台に前記第２接地導体層側で接するように取着し、前記第１配線導体層と前記第２配線導体層とを、所定の間隔を開けて対向させるかまたは所定の間隔を開けて横に並べて配置して電磁結合により電気的に接続し、前記第１配線導体層と前記第２配線導体層とにより超電導フィルタ回路を構成したことを特徴とするものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の超電導フィルタモジュールによれば、一方の主面に超電導配線による共振回路を含む第１配線導体層を形成し、他方の主面に第１接地導体層を形成した第１誘電体基板を真空断熱容器中においてコールドヘッドとヒータとの組合せにより構成された温度制御可能な支持台に第１接地導体層側で接するように取着し、一方の主面に超電導配線による共振回路を含む第２配線導体層を形成し、他方の主面に第２接地導体層を形成した第２誘電体基板を、コールドヘッドとヒータとの組合せにより構成された温度制御可能な第２の支持台に前記第２接地導体層側で接するように取着し、その第２配線導体層と第１誘電体基板上の第１配線導体層とを、所定の間隔を開けて対向させるかまたは所定の間隔を開けて横に並べて配置して電磁結合により電気的に接続して、それら第１配線導体層と第２配線導体層とにより超電導フィルタ回路を構成するものとしたことから、超電導フィルタを構成する第１配線導体層と第２配線導体層とを真空断熱容器中で熱的に独立させてそれぞれ異なった温度に設定することができる。この両者間の温度差は、真空層の厚さや真空度の調整、あるいは第１誘電体基板に対する第２誘電体基板の設置方法の変更等により所望の範囲で変えることができる。
【００１０】
一方、超電導フィルタの共振周波数は温度依存性を有しており、その使用温度とともに変化することが信学技報SCE97-3, MW97-3(1997-04), P13 〜P18 に報告されている。これは、超電導配線に流れる高周波電流は磁場侵入深さと呼ばれる深さだけ配線の表層より内部を流れるが、この磁場侵入深さは温度によって変化し、磁場侵入深さが変化すると配線のインダクタンスが変化するため高周波電流の伝送速度が変化するので、温度によって超電導フィルタの共振（中心）周波数が変化することによる。従って、超電導フィルタの温度を制御することにより超電導フィルタの共振周波数を制御することが可能である。
【００１１】
しかしながら、１枚の基板上に形成された超電導フィルタ回路については、温度制御によって共振周波数を制御することができても、共振周波数と共にフィルタの重要なスペックである通過帯域を温度制御によって別個に制御することはできない。従って、従来の方法では、フィルタ全体の温度しか設定できないためフィルタの共振周波数と通過帯域幅を別個に調整することができず、超電導フィルタ回路基板を直接加工しなければならなかった。
【００１２】
これに対して本発明の超電導フィルタモジュールでは、真空断熱容器中に温度制御可能な支持台に第１接地導体層側で接するように取着した第１誘電体基板と第２誘電体基板とを配置し、それらに形成した第１配線導体層と第２配線導体層とを、所定の間隔を開けて対向させるかまたは所定の間隔を開けて横に並べて配置して電磁結合により電気的に接続して超電導フィルタ回路を構成したことから、各誘電体基板は互いに接触する必要がなく熱的に独立させて異なる温度に制御することができ、超電導フィルタ回路を構成する各配線導体層の温度を所望の任意の温度に設定することができる。
【００１３】
従って、各配線導体層に含まれる超電導配線による共振回路の共振周波数を別個に変化させることができ、それに応じて通過帯域についても別個に変化させることができるものとなり、これにより、各配線導体層の共振回路の共振特性の積算結果として得られる超電導フィルタの共振周波数と通過帯域幅とを別個に調整することができる。
【００１４】
また、上記構成において、第２誘電体基板を第１誘電体基板が取着された支持台とは独立して温度制御可能な第２の支持台に第２接地導体層側で接するように取着した場合には、超電導フィルタ回路を構成する各配線導体層の温度をより精密にかつ広い温度範囲で制御することができ、それにより、超電導フィルタの中心周波数と通過帯域幅の調整可能範囲をより大きくし、調整をより精密に行なうことができる。
【００１５】
以下、図面に基づいて本発明の超電導フィルタモジュールにつき詳細に説明する。
【００１６】
図１は本発明の超電導フィルタモジュールの実施の形態の一例を示す斜視図であり、図２はその断面図である。
【００１７】
これらの図において、１は第１誘電体基板、２は第２誘電体基板である。３は第１誘電体基板１の一方の主面（図においては上面）に被着形成した、超電導配線による共振回路を含む第１配線導体層であり、４は第２誘電体基板２の一方の主面（図においては下面）に被着形成した、超電導配線による共振回路を含む第２配線導体層、５は第１誘電体基板１の他方の主面（図においては下面）のほぼ全面に被着形成した第１接地導体層、６は第２誘電体基板２の他方の主面（図においては上面）のほぼ全面に被着形成した第２接地導体層である。
【００１８】
７は超電導フィルタ回路を動作させるのに適当な低温に温度制御可能な支持台であり、この支持台７に第１誘電体基板１が第１接地導体層５側で接するように取着される。この支持台７は例えば冷凍機８のコールドヘッドやコールドヘッドとヒータとの組合せ等により構成される。また、９は支持台７とは独立に温度制御可能な、第２誘電体基板２が取着される第２の支持台であり、例えばヒータやヒータとコールドヘッドとの組合せ等により構成され、第２誘電体基板２が第２接地導体層６側で接するように取着される。第２誘電体基板２をこのような第２の支持台９に取着した場合には、第１誘電体基板１と第２誘電体基板２とをそれぞれ独立に精度よく温度制御することができる。
【００１９】
第１誘電体基板１と第２誘電体基板２とは、その主面に形成した第１配線導体層３と第２配線導体層４とが電磁結合により電気的に接続されるように配置されており、これにより第１配線導体層３と第２配線導体層４とで超電導フィルタ回路が構成される。この例は第１誘電体基板１と第２誘電体基板２とは各配線導体層３・４が形成された主面同士を対向させて配置した例であり、10はこのように第１配線導体層３と第２配線導体層４とを電磁結合により電気的に接続するために誘電体基板１・２間に介在させた、第１誘電体基板１と第２誘電体基板２の主面間の真空層の間隔を決定するスペーサである。
【００２０】
また、11は第１配線導体層３の給電回路と電気的に接続された同軸ケーブル用コネクタであり、12は同軸ケーブル用コネクタ11を介して外部回路との高周波信号の入出力を行なう同軸ケーブル、13は第２配線導体層４の給電回路と電気的に接続された同軸ケーブル用コネクタ、14は同軸ケーブル用コネクタ13を介して外部回路との高周波信号の入出力を行なう同軸ケーブルである。
【００２１】
15は第２の支持台９としてヒータを用いた場合のヒータの電源線である。ここで、この例に対して、支持台７にヒータを用い、第２の支持台９に冷凍機のコールドヘッドを用いても問題ない。
【００２２】
これら図１・２に示したような構成のものが真空断熱容器（図示せず）中に配置されることにより、本発明の超電導フィルタモジュールが構成される。
【００２３】
次に、図３は本発明の超電導フィルタモジュールの実施の形態の他の例を示す図２と同様の断面図である。
【００２４】
図３において、21は第１誘電体基板、22は第２誘電体基板である。23は第１誘電体基板21の一方の主面（図においては上面）に被着形成した、超電導配線による共振回路を含む第１配線導体層であり、24は第２誘電体基板22の一方の主面（図においては上面）に被着形成した、超電導配線による共振回路を含む第２配線導体層、25は第１誘電体基板21の他方の主面（図においては下面）のほぼ全面に被着形成した第１接地導体層、26は第２誘電体基板22の他方の主面（図においては下面）のほぼ全面に被着形成した第２接地導体層である。
【００２５】
27は温度制御可能な支持台であり、この支持台27に第１誘電体基板１が取着される。この支持台27も例えば冷凍機28のコールドヘッドやコールドヘッドとヒータとの組合せ等により構成される。また、29は支持台27とは独立に温度制御可能な、第２誘電体基板22が取着される第２の支持台であり、この例では支持台27と同様に冷凍機30のコールドヘッドやコールドヘッドとヒータとの組合せ等により構成され、第２誘電体基板22が取着されている。第２誘電体基板22をこのような温度制御可能な第２の支持台29に取着した場合には、第１誘電体基板21と第２誘電体基板22とを同じ温度範囲においてそれぞれ独立に精度よく温度制御することができる。
【００２６】
第１誘電体基板21と第２誘電体基板22とは、その主面に形成した第１配線導体層23と第２配線導体層24とが電磁結合により電気的に接続されるように、この例では所定の間隔を開けて横に並べて配置されており、これにより第１配線導体層23と第２配線導体層24とで超電導フィルタ回路が構成される。
【００２７】
また、31は第１配線導体層23の給電回路と電気的に接続された同軸ケーブル用コネクタであり、32は同軸ケーブル用コネクタ31を介して外部回路との高周波信号の入出力を行なう同軸ケーブル、33は第２配線導体層24の給電回路と電気的に接続された同軸ケーブル用コネクタ、34は同軸ケーブル用コネクタ33を介して外部回路との高周波信号の入出力を行なう同軸ケーブルである。
【００２８】
このような図３に示したような構成のものが真空断熱容器（図示せず）中に配置されることによっても、本発明の超電導フィルタモジュールが構成される。
【００２９】
次に、本発明の超電導フィルタモジュールの実施の形態のさらに他の例を図２および図３と同様の断面図で図４に示す。
【００３０】
図４において、41は第１誘電体基板、42は第２誘電体基板である。43は第１誘電体基板41の一方の主面（図においては上面）に被着形成した、超電導配線による共振回路を含む第１配線導体層であり、44は第２誘電体基板42の一方の主面（図においては上面）に被着形成した、超電導配線による共振回路を含む第２配線導体層、45は第１誘電体基板41の他方の主面（図においては下面）のほぼ全面に被着形成した第１接地導体層、46は第２誘電体基板42の他方の主面（図においては下面）のほぼ全面に被着形成した第２接地導体層である。
【００３１】
47は温度制御可能な支持台であり、この支持台47に第１誘電体基板１が取着される。この支持台47も例えば冷凍機48のコールドヘッドやコールドヘッドとヒータとの組合せ等により構成される。また、49は支持台47とは独立に温度制御可能な、第２誘電体基板42が取着される第２の支持台であり、この例では図２に示した第２の支持台９と同様に例えばヒータやヒータとコールドヘッドとの組合せ等により構成され、第２誘電体基板42が取着されている。第２誘電体基板42をこのような温度制御可能な第２の支持台49に取着した場合には、第１誘電体基板41と第２誘電体基板42とをそれぞれ独立に精度よく温度制御することができる。
【００３２】
この例においても図３の例と同様に、第１誘電体基板41と第２誘電体基板42とは、その主面に形成した第１配線導体層43と第２配線導体層44とが電磁結合により電気的に接続されるように、所定の間隔を開けて横に並べて配置されており、これにより第１配線導体層43と第２配線導体層44とで超電導フィルタ回路が構成される。ここで、50は支持台47と第２の支持台49とを所定の間隔を開けて接続する接続治具である。なお、この接続治具50の代わりに他の手段を用いて支持台47と第２の支持台49とを所定位置に配置しても構わない。
【００３３】
また、51は第１配線導体層43の給電回路と電気的に接続された同軸ケーブル用コネクタであり、52は同軸ケーブル用コネクタ51を介して外部回路との高周波信号の入出力を行なう同軸ケーブル、53は第２配線導体層44の給電回路と電気的に接続された同軸ケーブル用コネクタ、54は同軸ケーブル用コネクタ53を介して外部回路との高周波信号の入出力を行なう同軸ケーブルである。
【００３４】
55は第２の支持台49としてヒータを用いた場合のヒータの電源線である。ここで、この例に対しても、支持台45にヒータを用い、第２の支持台49に冷凍機のコールドヘッドを用いても問題ない。
【００３５】
このような図４に示したような構成のものが真空断熱容器（図示せず）中に配置されることによっても、本発明の超電導フィルタモジュールが構成される。
【００３６】
次に、図１および図２に示した本発明の超電導フィルタモジュールについて、その温度制御システムを含めた実施の形態の例を図５に断面図で示す。
【００３７】
図５において、図１および図２と同様の箇所には同じ符号を付してあり、１は第１誘電体基板、２は第２誘電体基板、３は第１配線導体層、４は第２配線導体層、５は第１接地導体層、６は第２接地導体層、７は第１誘電体基板１が取着された支持台、８は冷凍機、９は第２誘電体基板が取着された第２の支持台、11は同軸ケーブル用コネクタで、12は同軸ケーブル、13は同軸ケーブル用コネクタ、14は同軸ケーブル、15はヒータの電源線である。
【００３８】
また、60は真空断熱容器であり、冷凍機８と超電導フィルタモジュールを構成する第１誘電体基板１とは、真空断熱容器60内に配置されている支持台７（コールドヘッド）を介して機械的に接続されている。
【００３９】
61は真空ポンプであり、真空断熱容器60の内部を真空にすることができる。62はリークバルブであり、真空ポンプ61とリークバルブ62とにより真空断熱容器60中の真空度を調整することができる。
【００４０】
63は真空断熱容器60の容器壁を貫通して設置された真空封止した容器側入出力コネクタであり、それぞれ同軸ケーブル12と同軸ケーブル用コネクタ11とを介して超電導フィルタモジュールの第１誘電体基板１と、また同軸ケーブル14と同軸ケーブル用コネクタ13とを介して第２誘電体基板２と電気的に接続される。64は外部電気回路と容器側入出力コネクタ63とを電気的に接続する同軸ケーブルである。
【００４１】
65は真空断熱容器60の容器壁を貫通して設置された真空封止した直流用入出力コネクタであり、外部からのヒータの電源からのケーブル66により供給される直流の電気を電源線15を介して第２の支持台９のヒータに供給する。
【００４２】
なお、67は支持台７の下面に取着された熱電対、68は第２の支持台９の上面に取着された熱電対であり、これらは真空断熱容器60の容器壁を貫通して設置された真空封止した熱電対用貫通孔部品69を貫通して外部の温度測定装置と接続されており、これにより第１誘電体基板１および第２誘電体基板２の温度を測定することができるようになっている。
【００４３】
このようにして、本発明の超電導フィルタモジュールは、真空断熱容器60中に、一方の主面に超電導配線による共振回路を含む第１配線導体層３を、他方の主面に第１接地導体層５を形成した第１誘電体基板１を温度制御可能な支持台７に取着するとともに、一方の主面に超電導配線による共振回路を含む第２配線導体層４を、他方の主面に第２接地導体層６を形成した第２誘電体基板２を第１配線導体層３と第２配線導体層４とを電磁結合により電気的に接続して配置し、第１配線導体層３と第２配線導体層４とにより超電導フィルタ回路を構成したものとして構成される。
【００４４】
また、第２誘電体基板２を支持台７とは独立して温度制御可能な第２の支持台９に取着した場合には、超電導フィルタ回路を構成する各配線導体層３・４の温度をより精密にかつ広い温度範囲で制御することができるものとなる。
【００４５】
本発明の超電導フィルタモジュールにおいて、第１誘電体基板の第１配線導体層に含まれる共振回路および第２誘電体基板の第２配線導体層に含まれる共振回路は超電導体薄膜等の超電導配線により構成されている必要があるが、その部分以外の第１配線導体層および第２配線導体層ならびに第１接地導体層および第２接地導体層は、高周波用電子回路に使用される種々の電気伝導性物質・酸化物・窒化物・炭化物・有機物等のいずれを用いても良い。
【００４６】
なお、第１配線導体層・第２配線導体層・第１接地導体層・第２接地導体層の全てを超電導体薄膜で構成した場合には、高周波信号に対する超電導体の表面抵抗が非常に小さいため、極めて低損失な超電導フィルタモジュールを構成することができる。
【００４７】
例えば、一般的に使用されるマイクロ波の周波数である１ＧＨｚ〜10ＧＨｚ程度においては、表面抵抗が小さいＣｕに比べても超電導体、例えばＹＢａ₂Ｃｕ₃Ｏ_xの表面抵抗は１／1000から１／100 である。
【００４８】
なお、超電導フィルタ回路の仕様に応じて、第１接地導体層および第２接地導体層の他にも、超電導フィルタ回路を構成する第１配線導体層または第２配線導体層と同一主面上に接地導体層を混在させて形成してもよい。
【００４９】
第１配線導体層・第２配線導体層・第１接地導体層・第２接地導体層の厚みは特に限定されるものではないが、超電導配線を構成する超電導薄膜からなる導体層は、１ｎｍ以上の厚みがなければ電子の数が少なく超電導の性質をほとんど示さなくなる傾向がある。また、超電導体薄膜からなる導体層の厚みの上限としては、第１接地導体層・第２接地導体層に対しては特にないものの、第１配線導体層・第２配線導体層に対しては、超電導フィルタのメリットがある１ＧＨｚ以上の周波数で使用する場合、１ＧＨｚの周波数の波長の１／２の長さである15ｃｍを超えると、第１誘電体基板と第２誘電体基板とを図１および図２に示したように対向させて配置した場合に、誘電体基板と真空層とを含む誘電体層の厚み（第１接地導体層と第２接地導体層との距離）が15ｃｍを超えるようになるため、誘電体層内に通常の高周波伝送波であるＴＥＭ（準ＴＥＭ）波以外のＴＥ波あるいはＴＭ波が存在するようになり、損失の増大もしくは位相歪の問題が発生するため、15ｃｍ以下にすることが好ましい。
【００５０】
また、第１配線導体層・第２配線導体層は、高周波伝送波であるＴＥＭ（準ＴＥＭ）波を安定に伝送させるためには、配線導体層の幅が配線導体層の厚みより大きくなければならない。
【００５１】
また、第１配線導体層および第２配線導体層に含まれる超電導配線による共振回路はそれぞれ複数あっても良い。この場合、互いに電磁結合をした複数個の共振回路を並べることにより、フィルタの周波数に対する透過特性が急峻になり、高性能な超電導フィルタにすることができる。
【００５２】
第１誘電体基板および第２誘電体基板としては、高周波用電子回路に使用される種々の誘電体・酸化物・窒化物・炭化物・有機物等のいずれを用いても良い。
【００５３】
中でも、多結晶基板より誘電損失が小さく熱伝導率が大きい単結晶基板、例えば酸化マグネシウム・サファイア（α−Ａｌ₂Ｏ₃）・スピネル・チタン酸ストロンチウム・ランタンアルミネート・シリコン・ガリウム砒素等を用いることにより、超電導フィルタの低損失化を図ることができるとともに、第１誘電体基板および第２誘電体基板内の温度分布を低減することができ、超電導フィルタの信頼性を向上させることができる。
【００５４】
第１誘電体基板および第２誘電体基板のサイズは、基板の長さと幅は使用する高周波信号の波長の１／２以上であることが好ましく、これより短いとフィルタの設計が困難となる。また、基板の合計の厚みは、１ＧＨｚ以上の周波数で使用する場合、0.1 μｍ〜15ｃｍの範囲が望ましく、厚みが0.1 μｍ未満では配線導体層の特性インピーダンスを50Ωに合わせるための線幅が0.1 μｍ以下となって（配線導体層の厚みも0.1 ｍｍ以下とする必要がある。）線幅加工が不可能となり、15ｃｍを超える厚みでは誘電体層内に通常の高周波伝送波であるＴＥＭ（準ＴＥＭ）波以外のＴＥ波あるいはＴＭ波が存在するようになり、損失の増大もしくは位相歪の問題が発生する傾向がある。
【００５５】
図１および図２に示したように、第１配線導体層３と第２配線導体層４とを電磁結合により電気的に接続する際にそれらの間隔を設定するのにスペーサ10を仕様する場合、その材質に特に限定はないが、第１配線導体層と第２配線導体層との温度差を大きくしたい場合には有機物等の熱伝導率の小さい材料を用い、第１配線導体層と第２配線導体層の温度差を小さくしたい場合には金属・酸化物・窒化物・炭化物等の熱伝導率の大きい材料を用いると良い。
【００５６】
図１および図２に示したようにスペーサ10を使用した場合は、スペーサ10の厚みは、ほぼそのまま第１配線導体層３と第２配線導体層４間の真空層の厚みに相当する。ここで、第１誘電体基板１および第２誘電体基板２に用いられる誘電体基板には一般に５μｍ程度の反りがあるため、基板の反りや配線厚みを考慮して、第１誘電体基板１と第２誘電体基板２とがスペーサ10以外で接触しないように、スペーサの厚みとしては５μｍ以上としておくことが好ましい。他方、スペーサ10の厚みを大きくし過ぎると、第１配線導体層３と第２配線導体層４とがＴＥＭ波・ＴＥ波・ＴＭ波の混在した複雑な電磁結合をするため超電導フィルタ回路を設計できなくなるので、スペーサ10の厚みは、超電導フィルタのメリットがある１ＧＨｚ以上の周波数で使用する場合、１ＧＨｚの周波数の波長の１／２の長さである15ｃｍ以下にする必要がある。
【００５７】
第１配線導体層３と第２配線導体層４とを電磁結合により電気的に接続する場合、それら電磁結合させる配線導体層間の距離は特に制限はない。ただし、第１配線導体層３と第２配線導体層４とにより構成される超電導フィルタの仕様特性（透過中心周波数や帯域等）と共振回路の形状やサイズが決定されると、電磁結合間の電気容量は共振回路間の電磁結合の距離・共振回路間の誘電率・共振回路の形状等によって決まることから、その電気容量が決定されることとなる。このとき、第１配線導体層３と第２配線導体層４との電磁結合の距離を決定された値より大きくした場合、すなわち電気容量が小さくなった場合には、共振回路のインピーダンスを増加させなければ要求特性は達成できないこととなる。また、第１配線導体層３と第２配線導体層４との電磁結合の距離を決定された値より大きくしても、共振回路間の誘電率を大きくすることによって電気容量を一定にすることにより、インピーダンスを増加させることなく要求特性を達成することもできる。
【００５８】
また、低損失に電磁結合をさせる場合には、第１配線導体層３の表面と第２配線導体層４の表面とが平行になるように配置することが好ましい。
【００５９】
同軸ケーブル用コネクタおよび同軸ケーブル用コネクタは、高周波に用いる同軸ケーブルに接続できるものであれば、種々のコネクタを使用することができる。その規格としては、例えばＳＭＢ・ＳＭＣ・ＯＳＸ・ＢＮＣ・ＴＮＣ・ＯＳＳＣ・ＴｙｐｅＮ・ＯＳ・ＯＳＰ・ＯＳＳＰ・ＳＳＭＡ・ＳＭＡ・Ｋ・Ｖ・Ｗ等のものが好適に用いられる。
【００６０】
また、容器側入出力コネクタも、真空封止ができて同軸ケーブルに接続できるものであれば種々のコネクタを使用することができる。その規格としては、例えばＳＭＢ・ＳＭＣ・ＯＳＸ・ＢＮＣ・ＴＮＣ・ＯＳＳＣ・ＴｙｐｅＮ・ＯＳ・ＯＳＰ・ＯＳＳＰ・ＳＳＭＡ・ＳＭＡ等のものが好適に用いられる。
【００６１】
同軸ケーブルは同軸ケーブル用コネクタ・同軸ケーブル用コネクタと容器側入出力コネクタの両方に接続することができるものであれば種々の同軸ケーブルを使用することができる。中でも、低損失のセミリジッド同軸ケーブル等が好適に用いられる。
【００６２】
直流用入出力コネクタは真空封止ができて直流用のケーブルと接続できるものであれば種々のコネクタを使用することができる。その規格としては、容易に真空断熱容器の容器壁に接続できるフランジ型コネクタ等が好適に用いられる。
【００６３】
熱電対の貫通孔部品は、真空封止ができて熱電対を貫通できる構造であればどのようなものでも使用できる。その材質としては、熱電対の貫通部分が弾性のある有機材料で構成されるものが好適に用いられる。
【００６４】
第１誘電体基板が取着される温度制御可能な支持台、または第２誘電体基板が取着される第２の支持台は、どちらか一方は冷凍機のコールドヘッドを用いることが好ましい。両方の支持台にコールドヘッドを用いた場合ならびに一方にヒータを用いた場合、いずれも超電導状態を得るための温度範囲において各誘電体基板の温度制御を正確に行なうことができる。
【００６５】
冷凍機のコールドヘッドの材質は熱伝導が高く機械的強度の強い金属が最適であるが、熱伝導が高く機械的強度が強ければ特に材質は問わない。冷凍機は、現在最高の超電導臨界温度である150 Ｋ以下に冷却できるものであれば、種々の冷却方式の冷凍機を使用して良い。その方式としては、例えばＧＭ方式・スターリング方式・パルスチューブ管方式等が好適に用いられる。また、ヒータは高抵抗の電気伝導性物質に電流を流すことにより発熱するもので真空中で支障なく使用できるものであれば、種々の形式のものを用いることができる。
【００６６】
真空断熱容器は、真空による断熱を有効に行なうために10^-2Ｔｏｒｒ以下の真空度を保つ機密性を有し、高真空でもその構造を保つ強度を有するものであれば、種々の真空容器を使用することができる。その材質としては、機密性が高く加工しやすい金属として特にＳＵＳ等が好適に用いられる。
【００６７】
熱電対を用いる場合、それらは超電導フィルタモジュールの使用温度（150 Ｋ以下）まで測定できるものであれば種々のものを使用することができる。その種類としては、150 Ｋ以下の温度を正確に測定できる金＋鉄／クロメル熱電対・金＋コバルト／銅熱電対・コンスタンタン／銅熱電対・アルメル／クロメル熱電対・コンスタンタン／鉄熱電対・銀＋金／銅熱電対等が好適に用いられる。
【００６８】
真空ポンプは、10^-2Ｔｏｒｒ以下の真空度を達成できる装置であればどうようなものでも構わないが、10^-2Ｔｏｒｒ以下の真空度を安定に維持するためには、油を使用しないドライ真空ポンプ等が好適に用いられる。また、真空断熱容器が真空ポンプを取り除いても10^-2Ｔｏｒｒ以下の真空度を安定に維持できる場合、10^-2Ｔｏｒｒ以下の真空度まで真空引きした後、真空ポンプを真空断熱容器より取り除いても構わない。
【００６９】
リークバルブは、10^-2Ｔｏｒｒ以下の真空度を保つ機密性を持つものであれば種々の真空バルブを使用することができる。その材質としては、機密性が高く加工しやすい金属として特にＳＵＳや真ちゅう等が好適に用いられる。
【００７０】
【実施例】
以下、本発明の超電導フィルタモジュールについて具体例を示す。
【００７１】
〔実施例１〕
次のような構造ならびに条件により、図５に示した構成の本発明の超電導フィルタモジュールを作製し、その超電導フィルタの特性を評価した。
【００７２】
超電導フィルタ
中心周波数：約２ＧＨｚ、２段フィルタ
第１配線導体層および第２配線導体層
共振回路：超電導体薄膜ＹＢａ₂Ｃｕ₃Ｏ_y（厚み３ｍｍ）
給電回路：超電導体薄膜ＹＢａ₂Ｃｕ₃Ｏ_y（厚み３ｍｍ）
第１接地導体層および第２接地導体層
超電導体薄膜ＹＢａ₂Ｃｕ₃Ｏ_y（厚み３ｍｍ）
第１誘電体基板および第２誘電体基板
ＭｇＯ（１００）単結晶基板（長さ40ｍｍ×幅40ｍｍ×厚み１ｍｍ）
スペーサ
ポリイミド（長さ５ｍｍ×幅５ｍｍ×厚み１ｍｍ）
冷凍機
スターリング冷凍機（最低到達可能温度：40Ｋ）
ヒータ：なし
（代わりにＭｇＯ（１００）単結晶基板（長さ40ｍｍ×幅40ｍｍ×厚み１ｍｍ）を第２の支持台として使用）
真空断熱容器の外部環境温度：300 Ｋ
真空断熱容器の真空度は、リークバルブを調整することにより１×10^-3Ｔｏｒｒ・３×10^-3Ｔｏｒｒ・６×10^-3Ｔｏｒｒの３段階に制御した。また、真空度の変化に伴って冷凍機のコールドヘッドの温度を測定する熱電対の温度が変化することから、インバータで冷凍機の実効入力電力を変化させることにより、第１誘電体基板および第２誘電体基板の温度を表１に示すように制御した。
【００７３】
そして、各真空度と各温度条件下で、ネットワークアナライザを用いて超電導フィルタの通過特性を測定した。測定周波数は1.7 〜2.3 ＧＨｚで行なった。その結果より、通過特性が最も高い値を原点として、その値から−３ｄＢより大きい通過特性の周波数帯を通過帯域幅とした。そして、通過帯域の中心の周波数を共振（中心）周波数とした。その結果を表１に示す。
【００７４】
【表１】

【００７５】
表１の結果より分かるように、本発明の超電導フィルタモジュールによれば、誘電体基板や配線導体層について組立後の加工を行なわずに共振周波数を変化させ、さらに同じ共振周波数でも通過帯域幅を変化させることができた。
【００７６】
〔実施例２〕
次のような構造ならびに条件により、図５に示した構成の本発明の超電導フィルタモジュールを作製し、その超電導フィルタの特性を評価した。
【００７７】
超電導フィルタ
中心周波数：約２ＧＨｚ、２段フィルタ
第１配線導体層および第２配線導体層
共振回路：超電導体薄膜ＹＢａ₂Ｃｕ₃Ｏ_y（厚み３ｍｍ）
給電回路：超電導体薄膜ＹＢａ₂Ｃｕ₃Ｏ_y（厚み３ｍｍ）
第１接地導体層および第２接地導体層
超電導体薄膜ＹＢａ₂Ｃｕ₃Ｏ_y（厚み３ｍｍ）
第１誘電体基板および第２誘電体基板
ＭｇＯ（１００）単結晶基板（長さ40ｍｍ×幅40ｍｍ×厚み１ｍｍ）
スペーサ
ポリイミド（長さ５ｍｍ×幅５ｍｍ×厚み１ｍｍ）
冷凍機
スターリング冷凍機（最低到達可能温度：40Ｋ）
ヒータ
0.1 φマンガニン線ヒータ
真空断熱容器の外部環境温度：300 Ｋ
真空度：１×10^-3Ｔｏｒｒ
ヒータ電力の制御と冷凍機の実効入力電力の制御により、第１誘電体基板および第２誘電体基板の温度を表２に示すように制御した。
【００７８】
そして、各真空度と各温度条件下で、ネットワークアナライザを用いて超電導フィルタの通過特性を測定した。測定周波数は1.7 〜2.3 ＧＨｚで行なった。その結果より、通過特性が最も高い値を原点として、その値から−３ｄＢより大きい通過特性の周波数帯を通過帯域幅とした。そして、通過帯域の中心の周波数を共振（中心）周波数とした。その結果を表２に示す。
【００７９】
【表２】

【００８０】
表２の結果より分かるように、本発明の超電導フィルタモジュールによれば、誘電体基板や配線導体層について組立後の加工を行なわずに共振周波数を大きく変化させ、さらに同じ共振周波数でも通過帯域幅を大きく変化させることができた。
【００８１】
〔比較例１〕
次に、比較例として、実施例１と同じような構成で、第１誘電体基板と第２誘電体基板とを第１配線導体層と第２配線導体層とを対向させて全面をエポキシ系接着剤で接着し、第１配線導体層と第２配線導体層とを直接に電気的に接続して超電導フィルタ回路を構成した。
【００８２】
この比較例に対し、実施例１と同じ真空度で、インバータで冷凍機の実効入力電力を変化させることにより、第１誘電体基板の温度を表３に示すように制御した。このとき、第２誘電体基板の温度は独立には制御できず、表３に示すように、第１誘電体基板の温度に対応するように変化した。
【００８３】
そして、実施例１と同様に超電導フィルタの通過特性を測定した。その結果を表３に示す。
【００８４】
【表３】

【００８５】
表３の結果より分かるように、比較例の超電導フィルタモジュールにおいては、第１誘電体基板の第１配線導体層と第２誘電体基板の第２配線導体層とが電磁結合により接続されておらず、真空層を挟んで対面していないため、第２誘電体基板の温度は第１誘電体基板の温度によって決定されるので、共振周波数と透過帯域幅を独立して制御することはできなかった。この場合、超電導フィルタモジュールの組立後にフィルタの通過特性を調整するためには、真空断熱容器から第１誘電体基板と第２誘電体基板を取り出し、加工して所望の特性に調整する必要があった。
【００８６】
以上により、本発明の超電導フィルタモジュールによれば、真空断熱容器中に配置した第１誘電体基板および第２誘電体基板ならびにそれらに形成した第１配線導体層および第２配線導体層を熱的に独立させて異なる温度に制御することができ、超電導フィルタ回路を構成する各配線導体層の温度を所望の任意の温度に設定することができて、超電導フィルタの共振周波数と通過帯域幅とを別個に調整することができることが確認できた。
【００８７】
なお、本発明は以上の実施の形態の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更や改良を加えることは何ら差し支えない。例えば、フィルタ内の全ての配線導体層を誘電体基板に被着した接地導体層以外の接地導体層（導電性箔等）も用いて覆うようにしても構わない。また、誘電体基板に被着した接地導体層は、誘電体基板の上面もしくは下面だけでなく、側面にあってもよい。
【００８８】
【発明の効果】
本発明の超電導フィルタモジュールによれば、一方の主面に超電導配線による共振回路を含む第１配線導体層を形成し、他方の主面に第１接地導体層を形成した第１誘電体基板を真空断熱容器中においてコールドヘッドとヒータとの組合せにより構成された温度制御可能な支持台に第１接地導体層側で接するように取着し、一方の主面に超電導配線による共振回路を含む第２配線導体層を形成し、他方の主面に第２接地導体層を形成した第２誘電体基板を、コールドヘッドとヒータとの組合せにより構成された温度制御可能な第２の支持台に前記第２接地導体層側で接するように取着し、その第２配線導体層と第１誘電体基板上の第１配線導体層とを、所定の間隔を開けて対向させるかまたは所定の間隔を開けて横に並べて配置して電磁結合により電気的に接続して、それら第１配線導体層と第２配線導体層とにより超電導フィルタ回路を構成するものとしたことから、超電導フィルタを構成する第１配線導体層と第２配線導体層とを真空断熱容器中において熱的に独立させて所望の範囲でそれぞれ異なった温度に設定することができた。その結果、各配線導体層に含まれる超電導配線による共振回路の共振周波数を別個に変化させることができ、それに応じて通過帯域についても別個に変化させることができて、超電導フィルタの共振周波数と通過帯域幅とを別個に調整することができた。
【００８９】
また、第２誘電体基板を第１誘電体基板が取着された支持台とは独立して温度制御可能な第２の支持台に第２接地導体層側で接するように取着しているので、超電導フィルタ回路を構成する各配線導体層の温度を熱的に独立させて所望の範囲でそれぞれより精密にかつ広い温度範囲で制御することができ、それにより、超電導フィルタの中心周波数と通過帯域幅の調整可能範囲をより大きくし、調整をより精密に行なうことができる。
【００９０】
従って、本発明の超電導フィルタモジュールによれば、モジュールの組立後に真空になっている筐体から超電導フィルタ回路が構成されている誘電体基板を取り出して加工することなしに、本来の使用環境を維持したまま共振周波数と通過帯域幅の調整を行なうことができる超電導フィルタモジュールを提供することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の超電導フィルタモジュールの実施の形態の一例を示す斜視図である。
【図２】図１に示した超電導フィルタモジュールの断面図である。
【図３】本発明の超電導フィルタモジュールの実施の形態の他の例を示す断面図である。
【図４】本発明の超電導フィルタモジュールの実施の形態のさらに他の例を示す断面図である。
【図５】図１および図２に示した例に温度制御システムを含めた、本発明の超電導フィルタモジュールの実施の形態の例を示す断面図である。
【符号の説明】
１、21、41・・・・・第１誘電体基板
２、22、42・・・・・第２誘電体基板
３、23、43・・・・・第１配線導体層
４、24、44・・・・・第２配線導体層
５、25、45・・・・・第１接地導体層
６、26、46・・・・・第２接地導体層
７、27、47・・・・・支持台
９、29、49・・・・・第２の支持台
60・・・・・・・・・真空断熱容器[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a superconducting filter module constituting a superconducting filter circuit used in a high-frequency device for information communication, which is operated by being cooled to a temperature lower than room temperature, for example, 150 K or less, in a vacuum heat insulating container.
[0002]
[Prior art]
Currently, development of information communication (image, video, audio, computer data, etc.) devices with large capacity and high speed is underway, and for this purpose, information communication devices that are driven and operated with high-frequency signals have been developed. Since high-frequency signals have a large conductor loss in conventional information communication devices using metal conductors for circuit wiring, various electronic devices and electronic circuits using superconducting conductor wiring with low conductor loss are being developed. In particular, the filter is required to reduce the loss, and the research institutes are actively developing it.
[0003]
Conventionally, in a superconducting filter module having a superconducting filter circuit inside, the superconducting filter circuit is usually composed of a single board, and the circuit board has a vacuum vessel having a vacuum heat insulating structure as a casing, In order to obtain a superconducting state at a temperature lower than room temperature, for example, it was cooled to a temperature of 150 K or lower. For this reason, the in-plane of one substrate constituting the superconducting filter circuit has almost the same temperature, and it was impossible to independently control the temperature of each part of the substrate. Therefore, if the substrate and temperature constituting the superconducting filter circuit are selected to have a certain specification, the electrical characteristics of the filter are also uniquely determined.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In the superconducting filter module in which the substrate of the superconducting filter circuit is arranged in such a conventional vacuum heat insulating container, after assembling the module and confirming the electrical characteristics at the vacuum state and temperature of the use environment, If the characteristics are different from the target specifications, the substrate temperature must be returned to room temperature, the superconducting filter circuit board must be removed from the vacuumed housing, and the circuit board must be processed to adjust the electrical characteristics. It was. Then, the adjusted circuit board was put in the casing again, and then it was evacuated, cooled to the use temperature, and remeasured to confirm the adjustment result.
[0005]
As described above, in the conventional superconducting filter module, the measurement and adjustment of the electrical characteristics of the superconducting filter circuit board are performed in a very different environment. Therefore, it takes a lot of labor and time to obtain a superconducting filter having the electrical characteristics as specified. There was a problem that it took.
[0006]
The superconducting filter module of the present invention has been devised in view of the above circumstances. The purpose of the superconducting filter module is to maintain the substrate constituting the superconducting filter circuit in the vacuum insulation container in the original use environment while maintaining the electrical characteristics of the filter. An object of the present invention is to provide a superconducting filter module capable of performing measurement and adjustment.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
A superconducting filter module according to the present invention is a first dielectric in which a first wiring conductor layer including a resonance circuit formed of superconducting wiring is formed on one main surface and a first grounding conductor layer is formed on the other main surface in a vacuum heat insulating container. The substrate is attached so as to be in contact with the first ground conductor layer side on a temperature-controllable support base constituted by a combination of a cold head and a heater, and a second circuit including a resonance circuit by superconducting wiring on one main surface A second dielectric substrate having a wiring conductor layer and a second ground conductor layer formed on the other main surface is provided on a second support base having a temperature controllable structure composed of a combination of a cold head and a heater. Electromagnetic coupling by attaching the first wiring conductor layer and the second wiring conductor layer so as to face each other with a predetermined gap or arranged side by side with a predetermined gap. By electrical connection, before The said first wiring conductor layer and the second wiring conductor layer is characterized in that to constitute a superconducting filter circuit.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
According to the superconducting filter module of the present invention, the first dielectric substrate in which the first wiring conductor layer including the resonance circuit by the superconducting wiring is formed on one main surface and the first grounding conductor layer is formed on the other main surface. A vacuum insulating container is attached so as to be in contact with the temperature-controllable support base constituted by a combination of a cold head and a heater on the first ground conductor layer side, and a first main surface includes a resonance circuit formed of superconducting wiring. The second dielectric substrate in which the two wiring conductor layers are formed and the second ground conductor layer is formed on the other main surface is attached to the second support base capable of temperature control, which is configured by a combination of a cold head and a heater. The second wiring conductor layer and the first wiring conductor layer on the first dielectric substrate are attached to be in contact with each other on the side of the second ground conductor layer with a predetermined distance therebetween, or a predetermined distance is set. Open and place side by side electromagnetically coupled Since the superconducting filter circuit is constituted by the first wiring conductor layer and the second wiring conductor layer that are more electrically connected, the first wiring conductor layer and the second wiring conductor layer that constitute the superconducting filter. Can be set independently at different temperatures in a vacuum insulation vessel. The temperature difference between the two can be changed within a desired range by adjusting the thickness of the vacuum layer and the degree of vacuum, or by changing the installation method of the second dielectric substrate relative to the first dielectric substrate.
[0010]
On the other hand, the resonance frequency of the superconducting filter has temperature dependence, and it is reported in IEICE Technical Report SCE97-3, MW97-3 (1997-04), P13 to P18 that it changes with the operating temperature. . This is because the high-frequency current flowing in the superconducting wiring flows through the surface of the wiring by a depth called the magnetic field penetration depth, but this magnetic field penetration depth changes with temperature, and the inductance of the wiring changes as the magnetic field penetration depth changes. Therefore, since the transmission speed of the high frequency current changes, the resonance (center) frequency of the superconducting filter changes depending on the temperature. Therefore, it is possible to control the resonance frequency of the superconducting filter by controlling the temperature of the superconducting filter.
[0011]
However, for a superconducting filter circuit formed on a single substrate, even if the resonance frequency can be controlled by temperature control, the passband, which is an important specification of the filter, is controlled separately by temperature control along with the resonance frequency. I can't do it. Therefore, in the conventional method, since only the temperature of the entire filter can be set, the resonance frequency and the pass bandwidth of the filter cannot be adjusted separately, and the superconducting filter circuit board must be directly processed.
[0012]
On the other hand, in the superconducting filter module of the present invention, the first dielectric substrate and the second dielectric substrate attached so as to be in contact with the temperature-controllable support base on the first ground conductor layer side in the vacuum heat insulating container. The first wiring conductor layer and the second wiring conductor layer formed on the first wiring conductor layer and the second wiring conductor layer are opposed to each other with a predetermined interval or arranged side by side with a predetermined interval, and are electrically connected by electromagnetic coupling. Thus, since the superconducting filter circuit is configured, the dielectric substrates do not need to be in contact with each other and can be controlled thermally at different temperatures, and the temperature of each wiring conductor layer constituting the superconducting filter circuit can be controlled. It can be set to any desired temperature.
[0013]
Therefore, the resonance frequency of the resonance circuit by the superconducting wiring included in each wiring conductor layer can be changed separately, and the passband can also be changed separately accordingly. The resonance frequency and pass band width of the superconducting filter obtained as a result of integrating the resonance characteristics of the resonance circuit can be adjusted separately.
[0014]
Further, in the above configuration, the second dielectric substrate is attached so as to be in contact with the second grounding conductor layer side on the second supporting base capable of controlling the temperature independently of the supporting base on which the first dielectric substrate is attached. If it is attached, the temperature of each wiring conductor layer constituting the superconducting filter circuit can be controlled more precisely and in a wide temperature range, and thereby the adjustable range of the center frequency and the pass bandwidth of the superconducting filter can be controlled. Larger and more precise adjustments can be made.
[0015]
Hereinafter, the superconducting filter module of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0016]
FIG. 1 is a perspective view showing an example of an embodiment of a superconducting filter module of the present invention, and FIG. 2 is a sectional view thereof.
[0017]
In these drawings, 1 is a first dielectric substrate, and 2 is a second dielectric substrate. Reference numeral 3 denotes a first wiring conductor layer including a resonance circuit using superconducting wiring, which is deposited on one main surface (upper surface in the drawing) of the first

dielectric substrate

1, and 4 is one of the second dielectric substrates 2. The second wiring conductor layer including the resonance circuit by the superconducting wiring deposited on the main surface (lower surface in the drawing), 5 is substantially the entire surface of the other main surface (lower surface in the drawing) of the first dielectric substrate 1. A first ground conductor layer 6 is formed on the second dielectric substrate 2 and is a second ground conductor layer formed on almost the entire other main surface (upper surface in the drawing) of the second dielectric substrate 2.
[0018]
Reference numeral 7 denotes a support base capable of controlling the temperature to a low temperature suitable for operating the superconducting filter circuit. The first dielectric substrate 1 is attached to the support base 7 so as to be in contact with the first ground conductor layer 5 side. . The support base 7 is constituted by, for example, a cold head of the refrigerator 8 or a combination of a cold head and a heater. Reference numeral 9 denotes a second support base to which the second dielectric substrate 2 can be attached, the temperature of which can be controlled independently of the support base 7, and is composed of, for example, a heater or a combination of a heater and a cold head. The second dielectric substrate 2 is attached so as to be in contact with the second ground conductor layer 6 side. When the second dielectric substrate 2 is attached to such a second support base 9, the temperature of the first dielectric substrate 1 and the second dielectric substrate 2 can be controlled independently and accurately. .
[0019]
The first dielectric substrate 1 and the second dielectric substrate 2 are arranged so that the first wiring conductor layer 3 and the second wiring conductor layer 4 formed on the main surface thereof are electrically connected by electromagnetic coupling. Thus, the first wiring conductor layer 3 and the second wiring conductor layer 4 constitute a superconducting filter circuit. In this example, the first dielectric substrate 1 and the second dielectric substrate 2 are arranged such that the main surfaces on which the respective wiring conductor layers 3 and 4 are formed are opposed to each other. Main surfaces of the first dielectric substrate 1 and the second dielectric substrate 2 interposed between the

dielectric substrates

1 and 2 in order to electrically connect the conductor layer 3 and the second wiring conductor layer 4 by electromagnetic coupling. It is a spacer which determines the space | interval of the vacuum layer between.
[0020]
Further, 11 is a coaxial cable connector electrically connected to the power supply circuit of the first

wiring conductor layer

3, and 12 is a coaxial cable for inputting / outputting a high frequency signal to / from an external circuit via the coaxial cable connector 11. , 13 is a coaxial cable connector electrically connected to the power supply circuit of the second

wiring conductor layer

4, and 14 is a coaxial cable for inputting / outputting a high frequency signal to / from an external circuit via the coaxial cable connector 13.
[0021]
Reference numeral 15 denotes a heater power line when a heater is used as the second support base 9. Here, for this example, there is no problem if a heater is used for the support base 7 and a cold head of a refrigerator is used for the second support base 9.
[0022]
The superconducting filter module of the present invention is configured by arranging these components as shown in FIGS. 1 and 2 in a vacuum heat insulating container (not shown).
[0023]
Next, FIG. 3 is a cross-sectional view similar to FIG. 2 showing another example of the embodiment of the superconducting filter module of the present invention.
[0024]
In FIG. 3, 21 is a first dielectric substrate and 22 is a second dielectric substrate. Reference numeral 23 denotes a first wiring conductor layer including a resonance circuit using superconducting wiring, which is deposited on one main surface (the upper surface in the figure) of the first

dielectric substrate

21, and 24 is one of the second dielectric substrates 22. The second wiring conductor layer including the resonance circuit by the superconducting wiring deposited on the main surface (upper surface in the figure), 25 is almost the entire other main surface (lower surface in the figure) of the first dielectric substrate 21 A first ground conductor layer 26 is formed on the second dielectric substrate 22 and is deposited on almost the entire other main surface (lower surface in the drawing) of the second dielectric substrate 22.
[0025]
Reference numeral 27 denotes a temperature-controllable support table, to which the first dielectric substrate 1 is attached. The support base 27 is also constituted by, for example, a cold head of the refrigerator 28, a combination of a cold head and a heater, or the like. Reference numeral 29 denotes a second support base to which the second dielectric substrate 22 can be attached, the temperature of which can be controlled independently of the support base 27. In this example, the cold head of the refrigerator 30 is the same as the support base 27. Or a combination of a cold head and a heater, and the second dielectric substrate 22 is attached. When the second dielectric substrate 22 is attached to such a temperature-controllable second support base 29, the first dielectric substrate 21 and the second dielectric substrate 22 are independently set in the same temperature range. The temperature can be controlled with high accuracy.
[0026]
The first dielectric substrate 21 and the second dielectric substrate 22 are arranged so that the first wiring conductor layer 23 and the second wiring conductor layer 24 formed on the main surface thereof are electrically connected by electromagnetic coupling. In the example, the first wiring conductor layer 23 and the second wiring conductor layer 24 constitute a superconducting filter circuit by being arranged side by side at a predetermined interval.
[0027]
Reference numeral 31 denotes a coaxial cable connector electrically connected to the power supply circuit of the first wiring conductor layer 23. Reference numeral 32 denotes a coaxial cable that inputs and outputs high-frequency signals to and from an external circuit via the coaxial cable connector 31. , 33 is a coaxial cable connector electrically connected to the power supply circuit of the second

wiring conductor layer

24, and 34 is a coaxial cable for inputting / outputting a high frequency signal to / from an external circuit via the coaxial cable connector 33.
[0028]
The superconducting filter module of the present invention is also configured by arranging such a structure as shown in FIG. 3 in a vacuum heat insulating container (not shown).
[0029]
Next, still another example of the embodiment of the superconducting filter module of the present invention is shown in FIG. 4 in the same sectional view as FIG. 2 and FIG.
[0030]
In FIG. 4, 41 is a first dielectric substrate, and 42 is a second dielectric substrate. Reference numeral 43 denotes a first wiring conductor layer including a resonance circuit made of superconducting wiring, which is deposited on one main surface (the upper surface in the figure) of the first

dielectric substrate

41, and 44 is one of the second dielectric substrates 42. The second wiring conductor layer including the resonance circuit of the superconducting wiring deposited on the main surface (upper surface in the drawing), 45 is the almost entire surface of the other main surface (lower surface in the drawing) of the first dielectric substrate 41. A first grounding conductor layer 46 formed on the second dielectric substrate 42 is a second grounding conductor layer deposited on almost the entire other main surface (the lower surface in the drawing) of the second dielectric substrate 42.
[0031]
Reference numeral 47 is a support base capable of controlling the temperature, and the first dielectric substrate 1 is attached to the support base 47. The support 47 is also constituted by, for example, a cold head of the refrigerator 48 or a combination of a cold head and a heater. Reference numeral 49 denotes a second support base to which the second dielectric substrate 42 can be attached, the temperature of which can be controlled independently of the support base 47. In this example, the second support base 9 shown in FIG. Similarly, the second dielectric substrate 42 is attached to a heater or a combination of a heater and a cold head. When the second dielectric substrate 42 is attached to such a temperature-controllable second support 49, the temperature control of the first dielectric substrate 41 and the second dielectric substrate 42 is performed independently and accurately. can do.
[0032]
In this example as well, as in the example of FIG. 3, the first dielectric substrate 41 and the second dielectric substrate 42 are composed of a first wiring conductor layer 43 and a second wiring conductor layer 44 formed on the main surfaces thereof. The first wiring conductor layer 43 and the second wiring conductor layer 44 constitute a superconducting filter circuit by being arranged side by side with a predetermined interval so as to be electrically connected by coupling. Here, 50 is a connection jig for connecting the support base 47 and the second support base 49 with a predetermined interval. Note that the support base 47 and the second support base 49 may be arranged at predetermined positions by using other means instead of the connection jig 50.
[0033]
Reference numeral 51 denotes a coaxial cable connector electrically connected to the power supply circuit of the first wiring conductor layer 43. Reference numeral 52 denotes a coaxial cable that inputs and outputs high-frequency signals to and from an external circuit via the coaxial cable connector 51. , 53 is a coaxial cable connector electrically connected to the power supply circuit of the second

wiring conductor layer

44, and 54 is a coaxial cable for inputting / outputting a high frequency signal to / from an external circuit via the coaxial cable connector 53.
[0034]
Reference numeral 55 denotes a heater power line when a heater is used as the second support 49. Here, even in this example, there is no problem if a heater is used for the support base 45 and a cold head of a refrigerator is used for the second support base 49.
[0035]
The superconducting filter module of the present invention is also configured by arranging such a structure as shown in FIG. 4 in a vacuum heat insulating container (not shown).
[0036]
Next, an example of an embodiment including the temperature control system of the superconducting filter module of the present invention shown in FIGS. 1 and 2 is shown in a sectional view in FIG.
[0037]
In FIG. 5, the same reference numerals are given to the same parts as in FIGS. 1 and 2, where 1 is the first dielectric substrate, 2 is the second dielectric substrate, 3 is the first wiring conductor layer, and 4 is the first dielectric substrate. 2 wiring conductor layers, 5 is a first ground conductor layer, 6 is a second ground conductor layer, 7 is a support base to which the first dielectric substrate 1 is attached, 8 is a refrigerator, and 9 is a second dielectric substrate. The attached second support base, 11 is a coaxial cable connector, 12 is a coaxial cable, 13 is a coaxial cable connector, 14 is a coaxial cable, and 15 is a heater power line.
[0038]
Reference numeral 60 denotes a vacuum heat insulating container, and the refrigerator 8 and the first dielectric substrate 1 constituting the superconducting filter module are mechanically connected via a support base 7 (cold head) disposed in the vacuum heat insulating container 60. Connected.
[0039]
61 is a vacuum pump, and the inside of the vacuum heat insulating container 60 can be evacuated. 62 is a leak valve, and the degree of vacuum in the vacuum heat insulating container 60 can be adjusted by the vacuum pump 61 and the leak valve 62.
[0040]
Reference numeral 63 denotes a vacuum-sealed container-side input / output connector installed through the container wall of the vacuum heat insulating container 60, and the first dielectric of the superconducting filter module via the coaxial cable 12 and the coaxial cable connector 11, respectively. The second dielectric substrate 2 is electrically connected to the substrate 1 through the coaxial cable 14 and the coaxial cable connector 13. A coaxial cable 64 electrically connects the external electric circuit and the container side input / output connector 63.
[0041]
65 is a vacuum-sealed DC input / output connector installed through the container wall of the vacuum heat insulation container 60. The DC electricity supplied by the cable 66 from the heater power supply from the outside is connected to the power supply line 15. To the heater of the second support 9.
[0042]
In addition, 67 is a thermocouple attached to the lower surface of the

support base

7, 68 is a thermocouple attached to the upper surface of the second support base 9, and these penetrate through the container wall of the vacuum heat insulating container 60. The temperature of the first dielectric substrate 1 and the second dielectric substrate 2 is measured through the installed vacuum-sealed thermocouple through-hole component 69 and connected to an external temperature measuring device. Can be done.
[0043]
In this way, the superconducting filter module of the present invention has the first wiring conductor layer 3 including the resonance circuit with the superconducting wiring on one main surface and the first grounding conductor layer on the other main surface in the vacuum heat insulating container 60. The first dielectric substrate 1 on which the substrate 5 is formed is attached to a temperature-controllable support base 7, and a second wiring conductor layer 4 including a resonance circuit with superconducting wiring is provided on one main surface, and the second main conductor surface is provided with a second The second dielectric substrate 2 on which the two ground conductor layers 6 are formed is disposed by electrically connecting the first wiring conductor layer 3 and the second wiring conductor layer 4 by electromagnetic coupling. A superconducting filter circuit is constituted by the two-wiring conductor layer 4.
[0044]
In addition, when the second dielectric substrate 2 is attached to a second support base 9 that can be controlled in temperature independently of the support base 7, the temperature of each

wiring conductor layer

3, 4 constituting the superconducting filter circuit. Can be controlled more precisely and in a wide temperature range.
[0045]
In the superconducting filter module of the present invention, the resonance circuit included in the first wiring conductor layer of the first dielectric substrate and the resonance circuit included in the second wiring conductor layer of the second dielectric substrate are formed by superconducting wiring such as a superconductor thin film. The first wiring conductor layer and the second wiring conductor layer, and the first ground conductor layer and the second ground conductor layer other than that portion need to be configured in various electrical conductions used in high-frequency electronic circuits. Any of volatile substances, oxides, nitrides, carbides and organic substances may be used.
[0046]
When the first wiring conductor layer, the second wiring conductor layer, the first ground conductor layer, and the second ground conductor layer are all composed of a superconductor thin film, the surface resistance of the superconductor against a high-frequency signal is very small. Therefore, it is possible to configure a superconducting filter module with extremely low loss.
[0047]
For example, in a generally used microwave frequency of about 1 GHz to 10 GHz, a superconductor such as YBa is used even when compared with Cu having a small surface resistance. ₂ Cu _Three O _x The surface resistance is 1/1000 to 1/100.
[0048]
Depending on the specifications of the superconducting filter circuit, in addition to the first ground conductor layer and the second ground conductor layer, on the same main surface as the first wiring conductor layer or the second wiring conductor layer constituting the superconducting filter circuit. You may mix and form a grounding conductor layer.
[0049]
The thicknesses of the first wiring conductor layer, the second wiring conductor layer, the first ground conductor layer, and the second ground conductor layer are not particularly limited, but the conductor layer made of the superconducting thin film constituting the superconducting wiring is 1 nm or more. If there is no thickness, there is a tendency that the number of electrons is small and the superconducting property is hardly exhibited. In addition, the upper limit of the thickness of the conductor layer made of the superconductor thin film is not particularly for the first ground conductor layer / second ground conductor layer, but for the first wiring conductor layer / second wiring conductor layer. When using at a frequency of 1 GHz or more, which has the merit of a superconducting filter, if the length exceeds 15 cm, which is a half of the wavelength of the frequency of 1 GHz, the first dielectric substrate and the second dielectric substrate are shown in FIG. 2 and the thickness of the dielectric layer including the dielectric substrate and the vacuum layer (distance between the first ground conductor layer and the second ground conductor layer) exceeds 15 cm when they are arranged facing each other as shown in FIG. Therefore, a TE wave or TM wave other than a TEM (quasi-TEM) wave, which is a normal high-frequency transmission wave, is present in the dielectric layer, and a problem of increased loss or phase distortion occurs. It is preferable to make it 15 cm or less.
[0050]
The first wiring conductor layer and the second wiring conductor layer must have a width of the wiring conductor layer larger than the thickness of the wiring conductor layer in order to stably transmit a TEM (quasi-TEM) wave that is a high-frequency transmission wave. Don't be.
[0051]
Further, there may be a plurality of resonance circuits each composed of superconducting wires included in the first wiring conductor layer and the second wiring conductor layer. In this case, by arranging a plurality of resonance circuits that are electromagnetically coupled to each other, the transmission characteristics with respect to the frequency of the filter become steep, and a high-performance superconducting filter can be obtained.
[0052]
As the first dielectric substrate and the second dielectric substrate, any of various dielectrics, oxides, nitrides, carbides, organic substances, etc. used in high frequency electronic circuits may be used.
[0053]
Among them, a single crystal substrate having a smaller dielectric loss and a higher thermal conductivity than a polycrystalline substrate, such as magnesium oxide sapphire (α-Al ₂ O _Three ) ・ Spinel, strontium titanate, lanthanum aluminate, silicon, gallium arsenide, etc. can reduce the loss of the superconducting filter, and the temperature distribution in the first dielectric substrate and the second dielectric substrate Can be reduced, and the reliability of the superconducting filter can be improved.
[0054]
As for the size of the first dielectric substrate and the second dielectric substrate, the length and width of the substrate are preferably ½ or more of the wavelength of the high-frequency signal to be used, and if it is shorter than this, the filter design becomes difficult. Moreover, the total thickness of the substrate is preferably in the range of 0.1 μm to 15 cm when used at a frequency of 1 GHz or more. When the thickness is less than 0.1 μm, the line width for adjusting the characteristic impedance of the wiring conductor layer to 50Ω is 0.1 μm. (The thickness of the wiring conductor layer must also be 0.1 mm or less.) Line width processing becomes impossible, and when the thickness exceeds 15 cm, a TEM (quasi-TEM) that is a normal high-frequency transmission wave is present in the dielectric layer. ) TE waves or TM waves other than waves are present, and there is a tendency that a loss increase or phase distortion problem occurs.
[0055]
As shown in FIG. 1 and FIG. 2, when the spacer 10 is used to set the interval when the first wiring conductor layer 3 and the second wiring conductor layer 4 are electrically connected by electromagnetic coupling. The material is not particularly limited, but when it is desired to increase the temperature difference between the first wiring conductor layer and the second wiring conductor layer, a material having a low thermal conductivity such as an organic substance is used. In order to reduce the temperature difference between the two wiring conductor layers, it is preferable to use a material having a high thermal conductivity such as metal, oxide, nitride, or carbide.
[0056]
When the spacer 10 is used as shown in FIGS. 1 and 2, the thickness of the spacer 10 substantially corresponds to the thickness of the vacuum layer between the first wiring conductor layer 3 and the second wiring conductor layer 4. Here, since the dielectric substrate used for the first dielectric substrate 1 and the second dielectric substrate 2 generally has a warp of about 5 μm, the first dielectric substrate 1 is considered in consideration of the warp of the substrate and the wiring thickness. It is preferable that the thickness of the spacer is 5 μm or more so that the second dielectric substrate 2 and the second dielectric substrate 2 are not in contact with each other except the spacer 10. On the other hand, if the spacer 10 is made too thick, the superconducting filter circuit is designed because the first wiring conductor layer 3 and the second wiring conductor layer 4 have a complicated electromagnetic coupling in which TEM waves, TE waves, and TM waves are mixed. Therefore, when the spacer 10 is used at a frequency of 1 GHz or more, which has the merit of the superconducting filter, it is necessary to set the thickness of the spacer 10 to 15 cm or less, which is ½ the wavelength of the frequency of 1 GHz.
[0057]
When the first wiring conductor layer 3 and the second wiring conductor layer 4 are electrically connected by electromagnetic coupling, the distance between the wiring conductor layers to be electromagnetically coupled is not particularly limited. However, once the specification characteristics (transmission center frequency, band, etc.) of the superconducting filter constituted by the first wiring conductor layer 3 and the second wiring conductor layer 4 and the shape and size of the resonance circuit are determined, the electromagnetic coupling Since the electric capacity is determined by the distance of electromagnetic coupling between the resonance circuits, the dielectric constant between the resonance circuits, the shape of the resonance circuit, and the like, the electric capacity is determined. At this time, when the distance of electromagnetic coupling between the first wiring conductor layer 3 and the second wiring conductor layer 4 is made larger than the determined value, that is, when the electric capacity is reduced, the impedance of the resonance circuit is increased. Otherwise, the required characteristics cannot be achieved. Further, even if the electromagnetic coupling distance between the first wiring conductor layer 3 and the second wiring conductor layer 4 is made larger than the determined value, the capacitance is made constant by increasing the dielectric constant between the resonance circuits. Therefore, the required characteristics can be achieved without increasing the impedance.
[0058]
When electromagnetic coupling is performed with low loss, it is preferable that the first wiring conductor layer 3 and the second wiring conductor layer 4 are arranged so that the surfaces thereof are parallel to each other.
[0059]
As the coaxial cable connector and the coaxial cable connector, various connectors can be used as long as they can be connected to a coaxial cable used for high frequency. As the standard, for example, SMB, SMC, OSX, BNC, TNC, OSSC, TypeN, OS, OSP, OSSP, SSMA, SMA, K, V, and W are preferably used.
[0060]
As the container side input / output connector, various connectors can be used as long as they can be vacuum-sealed and connected to the coaxial cable. As the standard, for example, SMB, SMC, OSX, BNC, TNC, OSSC, TypeN, OS, OSP, OSSP, SSMA, SMA, etc. are preferably used.
[0061]
Various coaxial cables can be used as long as the coaxial cable can be connected to both the coaxial cable connector / coaxial cable connector and the container side input / output connector. Among these, a low-loss semi-rigid coaxial cable is preferably used.
[0062]
As the DC input / output connector, various connectors can be used as long as they can be vacuum-sealed and can be connected to a DC cable. As the standard, a flange-type connector or the like that can be easily connected to the container wall of the vacuum heat insulating container is preferably used.
[0063]
Any thermocouple through-hole component can be used as long as it can be vacuum-sealed and can penetrate the thermocouple. As the material, a material in which the penetrating portion of the thermocouple is made of an elastic organic material is preferably used.
[0064]
It is preferable that either the temperature-controllable support base on which the first dielectric substrate is attached or the second support base on which the second dielectric substrate is attached uses a cold head of a refrigerator. When a cold head is used for both support bases and a heater is used for one of them, the temperature control of each dielectric substrate can be accurately performed in the temperature range for obtaining the superconducting state.
[0065]
The material of the cold head of the refrigerator is optimally a metal having high heat conduction and high mechanical strength, but any material is usable as long as it has high heat conduction and high mechanical strength. As long as the refrigerator can be cooled to 150 K or lower, which is the highest superconducting critical temperature, various types of cooling refrigerators may be used. As the method, for example, a GM method, a Stirling method, a pulse tube method or the like is preferably used. In addition, various types of heaters can be used as long as the heater generates heat by passing a current through a high-resistance electrically conductive material and can be used without any trouble in a vacuum.
[0066]
Vacuum insulated containers are used for effective insulation by vacuum. ^-2 Various vacuum vessels can be used as long as they have confidentiality to maintain a vacuum level of Torr or less and have strength to maintain the structure even in a high vacuum. As the material, SUS or the like is particularly preferably used as a metal that is highly confidential and easy to process.
[0067]
When thermocouples are used, various types can be used as long as they can measure up to the operating temperature of the superconducting filter module (150 K or less). The types include gold + iron / chromel thermocouples, gold + cobalt / copper thermocouples, constantan / copper thermocouples, alumel / chromel thermocouples, constantan / iron thermocouples, silver that can accurately measure temperatures below 150 K. A + gold / copper thermocouple or the like is preferably used.
[0068]
10 vacuum pumps ^-2 Any device that can achieve a vacuum level of less than Torr is acceptable. ^-2 In order to stably maintain the degree of vacuum below Torr, a dry vacuum pump that does not use oil is preferably used. In addition, even if the vacuum insulation container removes the vacuum pump, 10 ^-2 When the degree of vacuum below Torr can be maintained stably, 10 ^-2 The vacuum pump may be removed from the vacuum heat insulating container after evacuation to a vacuum level of Torr or less.
[0069]
The leak valve is 10 ^-2 Various vacuum valves can be used as long as they have confidentiality to maintain a vacuum level of Torr or less. As the material, SUS, brass or the like is particularly preferably used as a metal that is highly confidential and easy to process.
[0070]
【Example】
Hereinafter, specific examples of the superconducting filter module of the present invention will be shown.
[0071]
[Example 1]
A superconducting filter module according to the present invention having the configuration shown in FIG. 5 was fabricated according to the following structure and conditions, and the characteristics of the superconducting filter were evaluated.
[0072]
Superconducting filter
Center frequency: Approx. 2 GHz, 2-stage filter
First wiring conductor layer and second wiring conductor layer
Resonant circuit: Superconductor thin film YBa ₂ Cu _Three O _y (Thickness 3mm)
Feed circuit: Superconductor thin film YBa ₂ Cu _Three O _y (Thickness 3mm)
First ground conductor layer and second ground conductor layer
Superconductor thin film YBa ₂ Cu _Three O _y (Thickness 3mm)
First dielectric substrate and second dielectric substrate
MgO (100) single crystal substrate (length 40mm x width 40mm x thickness 1mm)
Spacer
Polyimide (length 5mm x width 5mm x thickness 1mm)
refrigerator
Stirling refrigerator (minimum reachable temperature: 40K)
Heater: None
(Instead, MgO (100) single crystal substrate (length 40 mm x width 40 mm x thickness 1 mm) is used as the second support)
External environmental temperature of vacuum insulation container: 300K
The vacuum degree of the vacuum insulation container is 1 x 10 by adjusting the leak valve. ^-3 Torr 3 × 10 ^-3 Torr ・ 6 × 10 ^-3 Control was performed in three stages of Torr. Further, since the temperature of the thermocouple that measures the temperature of the cold head of the refrigerator changes with the change in the degree of vacuum, the effective input power of the refrigerator is changed by an inverter, so that the first dielectric substrate and the first dielectric substrate The temperature of the two dielectric substrate was controlled as shown in Table 1.
[0073]
And the passage characteristic of the superconducting filter was measured using the network analyzer under each vacuum degree and each temperature condition. The measurement frequency was 1.7 to 2.3 GHz. From the result, the value having the highest pass characteristic is set as the origin, and the frequency band of the pass characteristic larger than −3 dB from the value is set as the pass band width. Then, the center frequency of the passband was set as the resonance (center) frequency. The results are shown in Table 1.
[0074]
[Table 1]

[0075]
As can be seen from the results in Table 1, according to the superconducting filter module of the present invention, the resonance frequency is changed without performing post-assembly processing on the dielectric substrate and the wiring conductor layer, and the pass bandwidth is increased even at the same resonance frequency. I was able to change it.
[0076]
[Example 2]
A superconducting filter module according to the present invention having the configuration shown in FIG. 5 was fabricated according to the following structure and conditions, and the characteristics of the superconducting filter were evaluated.
[0077]
Superconducting filter
Center frequency: Approx. 2 GHz, 2-stage filter
First wiring conductor layer and second wiring conductor layer
Resonant circuit: Superconductor thin film YBa ₂ Cu _Three O _y (Thickness 3mm)
Feed circuit: Superconductor thin film YBa ₂ Cu _Three O _y (Thickness 3mm)
First ground conductor layer and second ground conductor layer
Superconductor thin film YBa ₂ Cu _Three O _y (Thickness 3mm)
First dielectric substrate and second dielectric substrate
MgO (100) single crystal substrate (length 40mm x width 40mm x thickness 1mm)
Spacer
Polyimide (length 5mm x width 5mm x thickness 1mm)
refrigerator
Stirling refrigerator (minimum reachable temperature: 40K)
heater
0.1 φ Manganin wire heater
External environmental temperature of vacuum insulation container: 300K
Degree of vacuum: 1 × 10 ^-3 Torr
The temperature of the first dielectric substrate and the second dielectric substrate was controlled as shown in Table 2 by controlling the heater power and the effective input power of the refrigerator.
[0078]
And the passage characteristic of the superconducting filter was measured using the network analyzer under each vacuum degree and each temperature condition. The measurement frequency was 1.7 to 2.3 GHz. From the result, the value having the highest pass characteristic is set as the origin, and the frequency band of the pass characteristic larger than −3 dB from the value is set as the pass band width. Then, the center frequency of the passband was set as the resonance (center) frequency. The results are shown in Table 2.
[0079]
[Table 2]

[0080]
As can be seen from the results in Table 2, according to the superconducting filter module of the present invention, the resonance frequency is greatly changed without performing post-assembly processing on the dielectric substrate and the wiring conductor layer, and the passband width is also obtained at the same resonance frequency. Could be changed greatly.
[0081]
[Comparative Example 1]
Next, as a comparative example, the first dielectric substrate and the second dielectric substrate are configured in the same manner as in the first embodiment, and the first wiring conductor layer and the second wiring conductor layer are opposed to each other, and the entire surface is epoxy-based. A superconducting filter circuit was configured by bonding with an adhesive and electrically connecting the first wiring conductor layer and the second wiring conductor layer directly.
[0082]
In contrast to the comparative example, the temperature of the first dielectric substrate was controlled as shown in Table 3 by changing the effective input power of the refrigerator with an inverter at the same degree of vacuum as in Example 1. At this time, the temperature of the second dielectric substrate could not be controlled independently, but changed to correspond to the temperature of the first dielectric substrate as shown in Table 3.
[0083]
And the passage characteristic of the superconducting filter was measured similarly to Example 1. The results are shown in Table 3.
[0084]
[Table 3]

[0085]
As can be seen from the results in Table 3, in the superconducting filter module of the comparative example, the first wiring conductor layer of the first dielectric substrate and the second wiring conductor layer of the second dielectric substrate are not connected by electromagnetic coupling. Since the second dielectric substrate temperature is determined by the temperature of the first dielectric substrate, the resonance frequency and the transmission bandwidth cannot be controlled independently because the vacuum layers are not facing each other. It was. In this case, in order to adjust the pass characteristic of the filter after assembling the superconducting filter module, it is necessary to take out the first dielectric substrate and the second dielectric substrate from the vacuum heat insulating container, process them, and adjust them to the desired characteristics. It was.
[0086]
As described above, according to the superconducting filter module of the present invention, the first dielectric substrate and the second dielectric substrate disposed in the vacuum heat insulating container and the first wiring conductor layer and the second wiring conductor layer formed thereon are thermally formed. The temperature of each wiring conductor layer constituting the superconducting filter circuit can be set to a desired arbitrary temperature, and the resonance frequency and passband width of the superconducting filter can be set. It was confirmed that it can be adjusted separately.
[0087]
In addition, this invention is not limited to the example of the above embodiment, A various change and improvement can be added in the range which does not deviate from the summary of this invention. For example, all wiring conductor layers in the filter may be covered with a ground conductor layer (conductive foil or the like) other than the ground conductor layer attached to the dielectric substrate. Also, the ground conductor layer deposited on the dielectric substrate may be on the side surface as well as the upper or lower surface of the dielectric substrate.
[0088]
【The invention's effect】
According to the superconducting filter module of the present invention, the first dielectric substrate in which the first wiring conductor layer including the resonance circuit by the superconducting wiring is formed on one main surface and the first grounding conductor layer is formed on the other main surface. A vacuum insulating container is attached so as to be in contact with the temperature-controllable support base constituted by a combination of a cold head and a heater on the first ground conductor layer side, and a first main surface includes a resonance circuit formed of superconducting wiring. The second dielectric substrate in which the two wiring conductor layers are formed and the second ground conductor layer is formed on the other main surface is attached to the second support base capable of temperature control, which is configured by a combination of a cold head and a heater. The second wiring conductor layer and the first wiring conductor layer on the first dielectric substrate are attached to be in contact with each other on the side of the second ground conductor layer with a predetermined distance therebetween, or a predetermined distance is set. Open and place side by side electromagnetically coupled Since the superconducting filter circuit is constituted by the first wiring conductor layer and the second wiring conductor layer that are more electrically connected, the first wiring conductor layer and the second wiring conductor layer that constitute the superconducting filter. Can be set to different temperatures within a desired range by being thermally independent in a vacuum insulated container. As a result, the resonance frequency of the resonance circuit by the superconducting wiring included in each wiring conductor layer can be changed separately, and the passband can also be changed accordingly, and the resonance frequency and pass of the superconducting filter can be changed. Bandwidth could be adjusted separately.
[0089]
Further, the second dielectric substrate is attached so as to be in contact with the second grounding conductor layer side on the second supporting base capable of controlling the temperature independently of the supporting base on which the first dielectric substrate is attached. Therefore, the temperature of each wiring conductor layer constituting the superconducting filter circuit can be controlled thermally in a desired range and more precisely and in a wide temperature range, thereby allowing the center frequency and passage of the superconducting filter to pass. The adjustable range of the bandwidth can be increased and the adjustment can be performed more precisely.
[0090]
Therefore, according to the superconducting filter module of the present invention, it is possible to maintain the original use environment without taking out and processing the dielectric substrate on which the superconducting filter circuit is configured from the casing that is evacuated after the assembly of the module. Thus, it was possible to provide a superconducting filter module capable of adjusting the resonance frequency and the passband width while maintaining the same.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing an example of an embodiment of a superconducting filter module of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view of the superconducting filter module shown in FIG.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing another example of the embodiment of the superconducting filter module of the present invention.
FIG. 4 is a sectional view showing still another example of the embodiment of the superconducting filter module of the present invention.
5 is a cross-sectional view showing an example of an embodiment of a superconducting filter module of the present invention including a temperature control system in the example shown in FIGS. 1 and 2. FIG.
[Explanation of symbols]
1, 21, 41 ... 1st dielectric substrate
2, 22, 42 ... 2nd dielectric substrate
3, 23, 43 ... 1st wiring conductor layer
4, 24, 44 ... 2nd wiring conductor layer
5, 25, 45 ... 1st grounding conductor layer
6, 26, 46 ... Second ground conductor layer
7, 27, 47 ... support stand
9, 29, 49 ... 2nd support stand
60 ...... Vacuum insulation container

Claims

In the vacuum heat insulating container, a first dielectric substrate having a first wiring conductor layer including a resonance circuit formed of superconducting wiring on one main surface and a first grounding conductor layer formed on the other main surface is connected to a cold head and a heater. A second wiring conductor layer including a resonance circuit made of superconducting wiring on one main surface is attached to a temperature-controllable support base configured in combination so as to be in contact with the first grounding conductor layer side. A second dielectric substrate having a second ground conductor layer formed on a surface thereof is attached so as to be in contact with the second ground conductor layer side on a second temperature-controllable support base composed of a combination of a cold head and a heater. and, wherein the first wiring conductor layer and the second wiring conductor layers are electrically connected by electromagnetic coupling and arranged side by side to open the or a predetermined interval to face with a predetermined gap, the First wiring conductor layer and second wiring conductor layer Superconducting filter module, characterized in that to constitute a superconducting filter circuit by.